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1 Data Center Data Center também conhecido como centro de processamento de dados (CPD). Projetado para ser um ambiente seguro e de acesso controlado, com monitoramento 24x7, Cabeamento estruturado (fibra óptica e cabo metálico), ar-condicionado de precisão, geradores de energia de grande capacidade e sistema de alimentação ininterrupta (UPS - United Parcel Service, mais conhecida por no-break) de grande porte para manter os equipamentos ligados, mesmo em caso de falta de energia. Ambiente responsável pelo processamento e armazenamento de dados de uma ou mais empresas. Sistema de cabeamento estruturado O cabeamento estruturado em um Data Center necessariamente tem que possuir estrutura suficiente para atender a todas as necessidades técnicas de um ambiente de tratamento de informações em grande volume e em altíssima velocidade. Um Data Center de grande volume de informações necessariamente possuir uma solução heterogênea, com cabeamento híbrido atendendo as tecnologias disponíveis no mercado que necessitam de velocidade de 1Gbps até os 10Gbps. O uso de cabo par trançado categoria 6 é recomendado em aplicações onde são exigidas altas taxas de transmissão, ele oferece alta performance para a distribuição horizontal em um sistema estruturado, permitindo suporte para aplicações como Gigabit Ethernet a 4 pares (1000Base-T), ele permite ainda suporte para aplicações ATM e novas tecnologias como Ethernet a 10Gbps sem investimentos adicionais na infraestrutura existente. O padrão Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) é um padrão de camada física (PHY - Physical Layer) e de controle de acesso ao meio (MAC Media Access Control), especificando a camada de Enlace do modelo OSI, enquanto que os protocolos das camadas superiores como o TCP/IP especificam porções das camadas de Transporte e de Rede. Este padrão é a base para comunicação ponto a ponto entre os equipamentos de uma rede de computadores. Figura 1 Retirada do sitio Vanio Rodrigues/10 Página 1

2 Topologias de armazenamento Cada vez mais os sistema e aplicativos estão se tornando mais robustos contendo uma gama de informações maiores. Desta forma, a necessidade de espaço para armazenamento destes dados e com o acesso mais rápido e eficiente. Há pouco tempo atrás o armazenamento de dados e as redes de computadores eram tratados de forma distintas, porém com o aumento significativo da necessidade de armazenamento e o acesso rápido e seguro as mesmas, cresceu o inter relacionamento com a rede de comunicação. Surgem então as redes de armazenamento de dados. A necessidade de armazenamento é variável de acordo com a aplicação pretendia. Geralmente, os sistemas de armazenamento de dados compartilhados são divididos em Direct-attached storage (DAS), Network-Attached Storage (NAS) e Storage Area Networks (SANs). O Direct-attached storage (DAS) é um meio dedicado para conectar sistemas. A conectividade é a principal limitação do DAS, os dispositivos de armazenamentos estão ligados diretamente a um computador. Conforme a Figura 2. Os dados de um dispositivo são acessados pelos outros computadores da rede através do computador ligado este dispositivo. Figura 2 - Retirada de Cisco Networkers SAN Introduction to Storage Area Networking O Network-Attached Storage (NAS) é um meio compartilhado que usa a rede por IP e protocolos de sistemas de arquivos como Network File System (NFS) ou Common Internet File System (CIFS) para o acesso aos dados. O uso do TCP/IP como transporte de dados acarreta perca de desempenho. O número de dispositivos que NAS pode gerenciar é limitado apenas para capacidade do NAS gerenciar os serviços de pedidos e o throughput da rede entre o dispositivo e o cliente. No NAS os sistemas de arquivos são compartilhados ente vários clientes, permitindo uma grande escalabilidade, conforme a Figura 3. Vanio Rodrigues/10 Página 2

3 Figura 3 - Retirada de Cisco Networkers SAN Introduction to Storage Area Networking No Storage Area Network (SAN) o acesso é através de uma estrutura que oferece flexibilidade e alto desempenho. Uma SAN é composta por área de armazenamento de dados, infraestrutura de rede para comunicação e um sistema de gerenciamento de todas as conexões, tornando a transferência de dados mais segura e robusta, conforme a Figura 4. A infraestrutura da rede pode ser Fiber Channel utilizando um protocolo de transporte (Fiber Channel Protocol - FCP) ou Gigabit Ethernet, e os dados são transportados em bloco de dados (block-based), Small Computer Systems Interface (SCSI). Vários clientes podem acessar diferentes dispositivos de armazenamentos, similarmente ao NAS, mas com um overhead muito menor e com uma estrutura de rede dedicada, geralmente baseada em Fiber Channel. SAN seria a combinação da configuração e flexibilidade do NAS com o alto desempenho associado ao DAS. Vanio Rodrigues/10 Página 3

4 . Figura 4 - Retirada de Cisco Networkers SAN Introduction to Storage Area Networking Figura 5 - Topologia SAN Vanio Rodrigues/10 Página 4

5 Comparação entre as Topologias Na Tabela 01 encontra-se uma comparação entre as três soluções mais comuns para sistemas de armazenamento. DAS NAS SAN Flexibilidade Pobre Boa Boa Desempenho Excelente Regular Muito Boa Conectividade Pobre Boa Boa Tabela 01 - Adaptada de Practical storage area networking FIBER CHANNEL Fiber Channel (FC) apareceu inicialmente 1988, sendo aprovado pela ANSI (American National Standards Institute) em 1994, com o objetivo de simplificar o sistema HIPPI - High Performance Parallel Interface (que tinha as desvantagens de usar 50 pares de cabos, conectores enormes e um limite pequeno de distâncias permitidas). Os protocolos Fiber Channel apareceram para simplificar as ligações e diminuir as perdas de sinal, aumentando assim as distancias máximas permitidas. Efetuou a ligação dos discos SCSI, aumentando a velocidade e o numero de dispositivos permitidos. Também adicionou suporte para protocolos de várias camadas de alto-nível, incluindo SCSI, ATM e IP, sendo o SCSI o mais usado. Figura 6 - Cabo SCSI de 50 pinos Fiber Channel é uma tecnologia de rede de alto desempenho (acima de 1Gbps) utilizada principalmente para armazenamento em rede SAN. Fiber Channel foi padronizada por um comitê do Instituto norte-americano ANSI - American National Standard Institute. A tecnologia apareceu inicialmente para ser usada no campo dos supercomputadores, mas vem se tornando um padrão de conexão para redes com compartilhamento de discos, as SANs. As redes de armazenamento são diferenciadas de outras formas de armazenamento em rede pelo método de acesso em baixo nível que eles apresentam. Vanio Rodrigues/10 Página 5

6 Produtos Fiber Channel estão disponíveis em 1 Gbit/s, 2 Gbit/s, 4 Gbit/s.e 8 Gbit/s. Já existe um padrão 10 Gbit/s mas é apenas usado na interconexão de switches. Figura 7 - Switch Fiber Channel de 80 portas e 8 Gb O tráfego de dados nessas redes é bastante similar a aqueles usados internamente em discos, como ATA e SCSI. Em uma rede de armazenamento, o servidor envia pedidos por blocos específicos ou segmentos de dados de específicos discos. O dispositivo age similarmente a um drive interno, acessando o bloco específico e enviando a resposta através da rede. As maiorias das redes de armazenamento usam o protocolo SCSI para a comunicação entre servidores e dispositivos, embora não usem o baixo nível da interface SCSI. Os discos Fiber Channel são a evolução dos discos SCSI - Small Computer System Interface, que surgiram da necessidade de criar algum meio que permitisse uma alta taxa de transferência de dados para discos rígidos. O seu protocolo Fiber Channel Protocol (FCP) pode ser considerado o protocolo de interface do SCSI no canal de fibra ótica, com seus discos definidos como parte dos discos SCSI-3: permite maiores velocidades e um maior numero de discos. Apesar do nome, Fiber Channel pode operar tanto com canais de fibra ótica como com fiação de cobre, cabos de par trançado. Fiber Channel é um conjunto de protocolos. As implementações atualmente usadas destes protocolos é o Fiber Channel Arbitrated Loop (FC-AL) e o Switched Fabric (FC- SW). O Fiber Channel Protocol (FCP) é um protocolo de transporte SCSI desenvolvido para facilitar a comunicação de blocos de dados entre origemdestino em redes FC. O modelo do fiber channel define uma arquitetura de múltiplas camadas para o transporte dos dados pela rede, totalizando cinco camadas numeradas de FC-0 a FC-4. Camadas Fiber Channel: O Fiber Channel é um protocolo divido em camadas, 5 no total: FC0 - Camada física incluindo cabos, conectores, parâmetros ópticos e elétricos; Vanio Rodrigues/10 Página 6

7 FC1 - Camada de enlace que implementa a codificação e decodificação do sinal e controle de erros; FC2 - Camada de rede que define a estrutura dos quadros do Fiber Channel e os protocolos de sinal, de controle de Fluxo e as classes de serviço suportadas. FC3 - Camada que implementa funções auxiliares tais como: striping que multiplica largura de banda usando multiplas portas; Hunt groups onde mais do que uma porta responde a um mesmo endereço (diminuindo as chances de procurar portas ocupadas); e Multicast, ou seja, transmissões para várias portas destino. FC4 - Camada da aplicação que define interfaces com vários protocolos de nível superior; responsável pelo encapsulamento das várias camadas; Figura 8 retirada do sitio Portas As seguintes portas são definidas para o Fiber Channel: E_port ou porta de expansão é a conexão entre dois switches Fiber Channel EX_port é a conexão entre um roteador e um switch, do lado do swicth é similar a uma porta E_port. F_port é a conexão de Fabric também conhecida como porta Fabric, não é capaz de fazer loop. FL_Port é a conexão de Fabric para uma topologia de loop arbritário. Um porta de switch pode virar automaticamente uma F_port ou FL_port dependendo de onde estiver conectado. G_port ou porta genérica pode operar num switch como E_port ou F_port. N_port ou porta de nodo é a conexão de estações ou storages em uma topologia ponto-a-ponto ou Switched Fabric. Vanio Rodrigues/10 Página 7

8 NL_port é a conexão de estações ou storages em uma topologia de loop arbitrário. Topologias Fiber Channel: A arquitetura Fiber Channel é implementada em três tipos de topologias de transporte: ponto a ponto, laço arbitrado e fabric. Na configuração da topologia ponto a ponto, a conexão entre dois dispositivos é dedicada. A topologia laço arbitrado, o meio é compartilhado, permitindo que dois ou mais dispositivos possam se comunicar. Um conjunto especial de comandos é empregado para controlar o acesso do meio pelos dispositivos. A topologia Fiber Channel fabric permite múltiplas e coexistentes conexões ponto a ponto via comutação nível 2, provendo maior desempenho e escalabilidade. Uma conexão em Fiber Channel consiste em duas fibras unidireccionais que transmitem em direções opostas. Cada fibra está ligada a uma porta emissora (TX) e numa porta receptora (RX). Ponto a Ponto: topologia onde dois dispositivos são conectados diretamente um ao outro. É a mais simples de todas, desde que os dispositivos não sejam compartilhados fora dessa topologia. É simplesmente uma conexão direta entre duas Portas_N. Figura 9 - Retirada de Cisco Networkers SAN Introduction to Storage Area Networking Loop Arbitrado: Nesta topologia todos os dispositivos estão ligados em loop ou anel. Quando da necessidade de adicionar ou retirar um dispositivo obriga a ser interrompida toda a atividade. A falha num dispositivo quebra o anel. Existem Hubs Fiber Channel que permitem ligações entre múltiplos dispositivos e podem contornar a falha. Os dados são transmitidos de uma Porta_NL para outra Porta_NL até alcançar a Porta_NL de destino. Sendo assim, existe um caminho contínuo de dados através das Portas_NL do loop, permitindo que qualquer dispositivo possa acessar outro dispositivo no anel. Vanio Rodrigues/10 Página 8

9 Figura 10 - Loop Arbitrado A topologia física do loop arbitrado com HUB é do tipo anel-estrela, cada Porta_NL transmite e recebe para um lugar comum. Um dos benefícios advindos do uso de um centralizador é o atalho para cada porta. Se um nó estiver desabilitado, um caminho secundário será usado. Portanto, o loop não será mais desfeito. O HUB será o ponto único de falha. Figura 11 - Topologia Anel-estrela No loop arbitrado é permitido conectar 127 dispositivos (126 Portas_NL e 1 Porta_FL). Vale lembrar que Porta_FL é a porta do fabric switch que funciona como interface entre o segmento de laço e os outros fabric componentes. O loop arbitrado é um transporte compartilhado e por este motivo, o acesso ao meio é ordenado. O acesso é arbitrado pelo protocolo de arbitração. Uma Porta_NL arbitra e ganha o controle do transporte, esta terá a toda largura de banda disponível para transação. Ao término da transação, a Porta_NL fecha a conexão liberando o meio. Esta mesma porta poderá arbitrar logo após o término de sua transação se não houver pedido sendo feito por outro Vanio Rodrigues/10 Página 9

10 dispositivo. A Porta_NL é justa, este esquema permite que dispositivos com baixa prioridade consiga ganhar a arbitração. Contudo, as Portas_FL não são portas justas. Se a Porta_FL fosse justa, poderia haver um congestionamento de quadros no switch. Esta maior prioridade da Porta_FL assegura o acesso do fabric switch quando for preciso acessar o loop. Switched fabric é uma topologia de redes de computadores onde os dispositivos são conectados através de switches. Conceitualmente similar a implementações Ethernet. Essa topologia permite teoricamente a conexão de até 16 milhões de equipamentos, limitado somente pelos espaços de endereçamento disponível. O número máximo de switches interconectados possíveis numa rede Fiber Channel é 239, está ligado diretamente na capacidade máxima do endereçamento único de cada switch pelo modelo Fiber Channel. Enquanto sua topologia tem as melhores propriedades de escalabilidade e também a mais cara, necessitando de pelo menos mínimo um switch para estabelecer uma conexão entre dispositivos. Fiber Channel. Fabrics fornece a largura de banda máxima por porta. Um fabric switch é otimizado para conexões diretas entre as Portas_F do switch e as Portas_N dos dispositivos. Figura 12 - Retirada de Designing Storage Area Networks O zoneamento (Fabric zoning) permite a separação de dispositivos baseados: na função, separação de departamentos e entre sistemas operacionais. De forma simplificada, o zoneamento restringe o acesso a certos recursos. Vanio Rodrigues/10 Página 10

11 Figura 13 - Retirada de Designing Storage Area Networks Quadro comparativo: Atributo Ponto-a-Ponto Loop Arbitrário Switched Fabric Máximo de Portas Máxima Largura de Banda 2 Taxa do Link 2 Taxa do Link (Numero de portas) 2 Taxa do Link Tamanho do Endereço N/A 8-bit 24-bit Atribuição de Endereço Login N_Port Init. Loop e Login Fabric Login Fabric Conexões Concorrentes 1 1 Portas do Switch/2 Efeito de Falha de Porta Link Falha Loop falha a menos que seja contornado Switch e o Link da Porta Falham Manutenção simultânea Link Cai Pode desabilitar o loop inteiro Switch e o Link da Porta Caem Expansão Links P2P Adicionais Conecta o Loop à uma Fabric Expande a Fabric Redundância Adiciona links P2P redundantes Usa loops duplos Usa Switches Redundantes Vanio Rodrigues/10 Página 11

12 Taxas de Link Suportadas Todas Todas (todos os dispositivos devem ter a mesma) Todas(taxas misturadas são disponíveis) Tipo de Media Suportado Todos Todos Todos Classes de serviço suportados Todas 1, 2 e 3 Todas Entrega de Quadros Em ordem Em ordem Não Garantido Acesso ao meio Dedicado Arbitrário Dedicado Custo por Porta Custo da Porta Custo da Porta + Função Loop Custo da Porta + Porta Fabric Vanio Rodrigues/10 Página 12

13 Referências: RFCs RFC Definitions of Managed Objects for Internet Fiber Channel Protocol ifcp RFC Fiber Channel Management MIB RFC Securing Block Storage Protocols over IP RFC Definitions of Managed Objects for the Fabric Element in Fiber Channel Standard RFC IP and ARP over Fiber Channel (Obsoleted by: RFC 4338) RFC Transmission of IPv6, IPv4, and Address Resolution Protocol (ARP) Packets over Fiber Channel Links Fiber Channel Industry Association (FCIA) INCITS technical committee responsible for FC standards(t11) IBM SAN Survival Guide Fiber Channel overview Fiber Channel tutorial (UNH-IOL) Storage Networking Industry Association (SNIA) Vanio Rodrigues/10 Página 13

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