Protocolos de armazenamento

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1 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 2 Agenda Protocolos de Armazenamento Jefferson Maximo Volnys Borges Bernal x x NFS CIFS ifcp (IP Protocol) FCIP ( over IP) i (Internet Small Computer Systems Interface) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 4 x x x x Direct Attached Storage Dispositivos conectados diretamente Network Attached Storage Compartilhamento de arquivos sobre uma rede de comunicação Storage Area Network Compatilhamento de blocos de disco sobre uma rede de comunicação 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 6 x x x x arquivos e diretórios (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 1

2 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 8 x x blocos de disco 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 10 Direct Attached Storage Topologia de conexão de dispositivos de armazenamento na qual os dispositivos estão conectados diretamente a um único equipamento ATA Serial ATA Tecnologias ATA Serial ATA 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 12 Alan Shugart: Lider desenvolvimento floppy disk (Shugart Associates) Fundou a Seagate Tecnology 1979 SASI (Shugart Associates Systems Interface) 1.5 Mbytes/s 1981 Formado um comitê para padronizar a interface Shugart Associates NCR Corporation 1982 Proposta de padrão ANSI Baseada em extensões ao padrão SASI Comite técnico ANSI Task Group X3T Padrão (Small Computer Systems Interface ) (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 2

3 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 14 Atualmente as organizações que desenvolvem ANSI American National Standards Institute ITIC Information Technology Industry Council NCITS National Committee for Information Technology T10 T10 Technical Committee Padrões -1 (1986 primeiro padrão aprovado por ANSI) Incluído nível de sinal SE e DIFF Transferência de dados síncrono e assíncrono -2 (1990 release aprovada pelo ANSI) Suporte WORN disk drive, CD-ROM, scanners e junkboxes Taxa de transferência de dados 10MB/s -3 ( ) Documentação organizada em grupos para padronização 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 16 LVD SE HVD 5 Mbytes/s Mbytes/s SE -2 fast differential HVD Narrow (8-bit-data) bus 20 Mbytes/s SPI fast&wide SE -3 SPI fast&wide differential HVD 40 Mbytes/s 1996 Fast-20 ultra SE Fast-20 ultra differential HVD 80 Mbytes/s 1998 Fast-40 SPI-2 ultra 2 LVD Narrow (16-bit-data) and narrow (8-bit data) bus 160 Mbytes/s 1999 Fast-80 SPI-3 ultra 160 (ultra3) LVD 320 Mbytes/s 640 Mbytes/s * Fast-160 SPI-4 ultra 320 LVD Wide (16-bit data) bus Fast-320 SPI-5 ultra 640 LVD LVD = low voltage differential SE = single threaded HVD ou differencial = high voltage differential Interface Barramento compartilhado Suporta várias tipos de periféricos Barramento de 8 bits Suporta 8 dispositivos em um único cabo Barramento de 16 bits Suporta 16 dispositivos em um único cabo Controle por arbitragem Initiator: enviam comandos (hosts) Targets: recebem os comandos (discos) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 18 Desvantagens Limitação do número de dispositivos no barramento (varia de acordo com a tecnologia ) Padrão -3 Possibilidade de conexão do barramento a somente 2 hosts O cabo paralelo adotado pelo é sujeito a crosstalk, limitando seu comprimento Cada dispositivo adicionado a um barramento encurta sua distância (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 3

4 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 20 Padrão -3 Padrão -3 Arquitetura -3 Architecture Model Device-type Specific Command Sets Shared Command Set Transport Protocols Interconnects Conjunto de padrões Documento -3 Architecture Model (SAM) Organizado em categorias Device-type Specific Command Sets Define os comandos agrupando em conjuntos (set) de acordo com a classe de dispositivos Shared Command Set Define o conjunto que são suportados por todos os dispositivos Protocols Define os protocolos de comunicação que podem ser específicos para cada tipo de meio de interconexão Interconnects Define os meios de interconexão disponíveis 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 22 Padrão -3 Padrão -3 Protocols IEEE Firewire 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 24 Padrão -3 Padrão -3 Commands Interconnects (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 4

5 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 26 Padrão -3 Padrão -3 Serviço distribuído Serviço distribuído Segue o modelo cliente-servidor Estrutural 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 28 Padrão -3 Padrão -3 Modelo Cliente-Servidor Modelo estrutural 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 30 Padrão -3 Sub sistema serviço de entrega Sincronização do estado entre servidores clientes Ordenamento de requisições e respostas (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 5

6 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 32 Network Attached Storage Protocolos de compartilhamento de arquivos sobre uma rede de comunicação Principais protocolos NFS CIFS arquivos e diretórios 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 34 Problemas Escalabilidade Aumento da capacidade do sistema implica em: Incremento de área de armazenamento Incremento de número de processadores do servidor Incremento da banda de comunicação (número de interfaces) Existem limites para número de processadores e banda de E/S de rede 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 36 StorageAreaNetwork Protocolos de compatilhamento de blocos de disco sobre uma rede de comunicação Principais protocolos Não baseadas na pilha /IP Infiniband Baseadas na pilha /IP i (Internet Small Computer Systems Interface) ifcp (IP Protocol) FCIP ( over IP) blocos de disco (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 6

7 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 38 Modelo de uso do disco Exclusivo Utiliza diretamente um sistema de arquivos para Exemplos: ufs, ext2, ext3, ntfs,... Compartilhado Necessita de um sistema de arquivos que permita acesso concorrente ao disco Exemplos de sistemas de arquivos distribuídos GFS Sistina ( OpenGFS ( PVFS ( GPFS (IBM) Panasas ( Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 40 Histórico Arquitetura desenvolvida pela SUN Microsystems Como parte do Projeto StoreX Protocolo desenvolvido pela IBM IBM decidiu que FC era muito complexo para muitas aplicações IBM desenvolveu a SSA Versão simplificada pela IBM FC foi originalmente desenvolvida para diversas velocidades Variando de 125 Mbps a Mbps Instalações iniciais do eram loops privados Protocolo voltado para transmissão de dados de armazenamento de alto desempenho Implementações atuais possuem taxas de 1 a 2 Gbps Previstas implementações de 4 e 8 Gbps Cabeamento físico: Cobre: Conectores HSSDC, HSSDC2, ou DB9 Fibra Single-mode ou multi-mode: Conectores SC ou LC 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 42 FC4 Pilha de protocolos FC3 FC 0 Camada física FC2 FC 1 FC1 Camada de codificação FC0 FC 2 Camada de manipulação de quadros FC 3 Camada de serviços FC 4 Camada de adaptação para protocolos de nível superior FC0 Camada física Manipulada pela eletrônica da interface GBIC (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 7

8 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 44 FC1 Camada de codificação Codificação 8b/10b (desenvolvida pela IBM) Detecta erros envolvendo a troca de 1 bit. 10 bits (1024 valores) Sendo que 268 são valores válidos 256 data values 12 control values Start of Frame (SOF), End of Frame (EOF), Idle, Receiver Ready (R_RDY), etc. FC2 Montagem dos quadros, Segmentação e remontagem Controle de fluxo FC3 Camada de serviços Facilidades de broadcasting e multicasting Gerenciamento de topologia FC4 Camada de adaptação para a camada superior 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 46 Interconnect Sistema de Arquivos Commands Transport FCP FC4 FC3 FC2 FC1 FC0 Rede /IP Transport Disco Commands Interconnect FCP FC4 FC3 FC2 FC1 FC0 Hierarquia de mensagens Quadros FC é um protocolo baseado em quadros Quadros são de 512, 1024, ou 2048 bytes Tamanho do quadro é negociado durante o port login Praticamente tudo usa frames de 2048 bytes Sequence Uma mensagem atômica é chamada de sequence Sequeces consistem de um ou mais quadros Exchange Uma transação é chamado de Exchange Exchanges consistem de uma ou mais seqüências 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 48 Hierarquia de mensagens Exchange Sequence 0 Sequence 0 Sequence N Quadro 0 Quadro 1 Quadro N byte 0 byte 0 byte N Tipos de Quadros Quadros de controle de enlace Implementar controle de fluxo Reconhecimento (ACK) Não contém Payload Quadros de Dados Para transporte de dados Contém Payload de 0 a 2112 bytes codif. 8b/10b codif. 8b/10b codif. 8b/10b (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 8

9 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 50 Classes de serviço Classe 1 Orientada a conexão Entrega garantida e ordenada Controle de fluxo fim-a-fim Classe 2 Não orientada a conexão Entrega garantida Controle de fluxo fim-a-fim Classe 3 Não orientada a conexão Entrega não garantida Controle de fluxo Buffer-a-buffer Classe 4 Não padronizada ifcp 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 52 ifcp ifcp IP Protocol Protocolo que utiliza a pilha /IP para interconexão de dispositivos baseados em utilizando infraestrutura IP, em conjunção ou em substituição aos switchs e roteadores. ifcp Interconnect Sistema de Arquivos Commands Transport FCP FC4 ifcp IP Disco Commands Transport Interconnect FCP FC4 ifcp IP Rede /IP 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 54 FCIP FCIP FCIP Fibre Cannel over IP Protocolo que utiliza a pilha /IP para tunelamento de sobre a pilha /IP para interconexão de s baseados em geograficamente distribuídos. (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 9

10 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 56 FCIP Sist. Arqs com FCP FC4 FC3 Gateway FCIP i FC2 FC1 FC0 FC2 FC1 FC0 IP Rede Rede /IP 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 58 i i i Internet Small Computer Systems Interface Sistema de Arquivos Disco Protocolo baseado na pilha /IP para interconexão de hosts e dispositivos utilizando infraestrutura IP e comandos encapsulados Padrão em desenvolvimento pelo IETF Baseado em cliente/servidor (Initiator/Target) Commands Transport i Interconnect IP Interconnect IP Rede /IP Commands Transport i 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 60 i Introdução O que é i? Exemplo pacote i (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 10

11 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 62 i i Otimização NIC card Interfaces de rede convencional GigabitEthernet Sem otimização TOE card /IP Offload Engine Interfaces que realizam o processamento da pilha /IP sobre o controlador da própria interface i HBA TOE + processamento i i HBA com IPSEC TOE + proc. i + proc. IPSEC 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 64 i i Otimização Sist. Arquivos Sist. Arquivos Sist. Arquivos Network Node Identificado pelo seu nome i (até 255 caracteres). Identifica um dispositivo em um ambiente de rede outros i IP outros i IP i IP Network portal Identificado pelo endereço i (IP + porta ) Se um dispositivo i é alterado de local físico e tem seu endereço mudado não é necessário alterar seu nome. Basta alterar o mapeamento nome i para endereço i. NIC card TOE card i HBA card 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 66 i Modelo Cliente-Servidor i isns Entidade de Rede (Cliente i - Host) i node (iniciador) Network Portal (Endereço IP + Porta ) Entidade de Rede (Servidor i - Dispositivo) i node (target) Network Portal (Endereço IP + Porta ) i node (Target) Network Portal (Endereço IP + Porta ) Internet Storage Name Service Serviço de rede Permite realizar o mapeamento de: nome i endereço i Protocolo para descoberta, nomeação e gerenciamento de recursos utilizado em todas as soluções de armazenamento baseadas na pilha /IP. Rede /IP (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 11

12 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 68 i i Novos desafios Segurança Discovery Nomeação Ordenamento de comandos Controle de congestionamento QoS Níveis de segurança Nenhum Equivalente ao Poucos riscos se o ambiente for controlado Autenticação de Initiator e Target Possibilita a autenticação dos parceiros Aceita conexões de nodes confiáveis Protocolos: CHAP, SRP, Kerberos, SPKM IPsec Digest e anti-reply Previne inserção, modificação e remoção IPsec Encription Previne observação 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 70 i i i Login Login é realizado na primeira conexão Negociação: Opções suportadas Formas de segurança Autenticação Sessões podem ser terminadas com: Logout Erro de I/O (causada por queda da conexão) Nesta situação pode ser posteriormente restabelecida a sessão Ordenamento Diferentemente do paralelo, i PDUs podem: chegar fora de ordem não chegar Necessário Numeração de comandos Para possibilitar o reordenamento Detecção de conexões falhas Detecção de PDUs faltantes 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 72 i i Boot Desempenho Configuração estática Administrador define o conjunto de i node names LUN Configuração dinâmica DHCP ( RFC 1531, Dynamic Host Configuration Protocol ) SLP (RFC Service Location Protocol, v. 2) Driver i (software) + NIC card Sobrecarga do host: 30 % i TOE HBAs Sobrecarga do host = similar a HBA FC Atualmente com menor banda de transmissão que as HBAs FC Banda 1 Gigabit atualmente Próximo passo: 10 GigabitEthernet (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 12

13 2004 Volnys Bernal & J. Maximo Volnys Bernal & J. Maximo 74 Referências Bibliográficas Referências Bibliográficas Ahmad Zamer, intel Corporation, Clearing the confusion: A primer on internet protocol storage (c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 13