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Protocolos de armazenamento

(c) 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 1

© 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 1

Protocolos de Armazenamento

Jefferson MaximoVolnys Borges Bernal


Agenda

DAS x NAS x SANDAS

SCSINAS

NFSCIFS

SANFibre ChanneliFCP (IP Fibre Channel Protocol)FCIP (Fibre Channel over IP)iSCSI (Internet Small Computer Systems Interface)


DAS x NAS x SAN


DAS x NAS x SAN

DASDirect Attached StorageDispositivos conectados diretamente

NASNetwork Attached StorageCompartilhamento de arquivos sobre uma rede de comunicação

SANStorage Area NetworkCompatilhamento de blocos de disco sobre uma rede de comunicação


DAS x NAS x SAN

DAS DAS DAS


DAS x NAS x SAN

NAS NAS NAS

DAS

arquivos e diretórios




DAS x NAS x SAN

SAN SAN SAN

DAS

blocos de disco


DAS


DAS

Direct Attached Storage

Topologia de conexão de dispositivos de armazenamento na qual os dispositivos estão conectados diretamente a um único equipamento

TecnologiasATASCSIFibre ChannelSerial ATA


DAS

ATA SCSI Serial ATA


SCSI


SCSIAlan 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 AssociatesNCR Corporation

1982 Proposta de padrão ANSIBaseada em extensões ao padrão SASI Comite técnico “ANSI Task Group X3T9.3”

1986Padrão SCSI (Small Computer Systems Interface )




SCSI

Atualmente as organizações que desenvolvem SCSIANSI

American National Standards InstituteITIC

Information Technology Industry CouncilNCITS

National Committee for Information TechnologyT10

T10 Technical Committee


SCSI

Padrões SCSISCSI-1 (1986 – primeiro padrão aprovado por ANSI)

Incluído nível de sinal SE e DIFFTransferência de dados síncrono e assíncrono

SCSI-2 (1990 release -1994 aprovada pelo ANSI)Suporte WORN disk drive, CD-ROM, scanners e junkboxesTaxa de transferência de dados 10MB/s

SCSI-3 (1996 SCSI ‘-3’)Documentação organizada em grupos para padronização


SCSI

Fast-40SPI-2ultra 2LVD

Fast-80SPI-3

ultra 160(ultra3)

LVD

Fast-160SPI-4

ultra 320LVD

Fast-320SPI-5

ultra 640LVD

SCSI-1

SCSI-2SE

SCSI-3 SPI

fast&wideSE

Fast-20ultraSE

SCSI-2 fast

differentialHVD

SCSI-3 SPI

fast&widedifferential

HVD

Fast-20ultra

differentialHVD

HVD

SE

LVD

Narrow (8-bit-data) bus Narrow (16-bit-data) and narrow (8-bit data) bus

Wide (16-bit data) bus

5 Mbytes/s1982

10 Mbytes/s1987

20 Mbytes/s1994

40 Mbytes/s1996

80 Mbytes/s1998

160 Mbytes/s1999

320 Mbytes/s2001

640 Mbytes/s2003 *

LVD = low voltage differential SCSISE = single threadedHVD ou differencial = high voltage differential


SCSI

Interface SCSIBarramento compartilhadoSuporta várias tipos de periféricosBarramento 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)


SCSI

Desvantagens

Limitação do número de dispositivos no barramento(varia de acordo com a tecnologia SCSI)

Possibilidade de conexão do barramento a somente 2 hosts

O cabo paralelo adotado pelo SCSI é sujeito a crosstalk, limitando seu comprimento

Cada dispositivo adicionado a um barramento SCSI encurta sua distância


Padrão SCSI-3




Padrão SCSI-3

Arquitetura

Device-type Specific Command Sets

Shared Command Set

SCSI Transport Protocols

InterconnectsSCSI

-3 A

rchi

tect

ure

Mod

el© 2004 Volnys Bernal & J. Maximo 20

Padrão SCSI-3

Conjunto de padrões Documento SCSI-3 Architecture Model (SAM)Organizado em categorias

Device-type Specific Command SetsDefine os comandos SCSI agrupando em conjuntos (set) de acordo com a classe de dispositivos

Shared Command SetDefine o conjunto que são suportados por todos os dispositivos SCSI

ProtocolsDefine os protocolos de comunicação SCSI que podem ser específicos para cada tipo de meio de interconexão

InterconnectsDefine os meios de interconexão disponíveis


Padrão SCSI-3


Padrão SCSI-3

Protocols

IEEE 1394 - Firewire


Padrão SCSI-3

Commands


Padrão SCSI-3

Interconnects




Padrão SCSI-3

Serviço distribuído

Segue o modelo cliente-servidor

Estrutural


Padrão SCSI-3

Serviço distribuído


Padrão SCSI-3

Modelo Cliente-Servidor


Padrão SCSI-3

Modelo estrutural


Padrão SCSI-3

Sub sistema serviço de entrega

Sincronização do estado entreservidoresclientes

Ordenamento de requisições e respostas


NAS




NAS

NAS

Network Attached Storage

Protocolos de compartilhamento de arquivos sobre uma rede de comunicação

Principais protocolosNFSCIFS


NAS

NAS NAS NAS

DAS

arquivos e diretórios


NAS

Problemas

EscalabilidadeAumento 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


SAN


SAN

Storage Area NetworkProtocolos de compatilhamento de blocos de disco sobre uma rede de comunicaçãoPrincipais protocolos

Não baseadas na pilha TCP/IPFibre ChannelInfiniband

Baseadas na pilha TCP/IPiSCSI (Internet Small Computer Systems Interface)iFCP (IP Fibre Channel Protocol)FCIP (Fibre Channel over IP)


SAN

SAN SAN SAN

DAS

blocos de disco




SAN

Modelo de uso do discoExclusivo

Utiliza diretamente um sistema de arquivos para DASExemplos:

• ufs, ext2, ext3, ntfs, ...Compartilhado

Necessita de um sistema de arquivos que permita acesso concorrente ao discoExemplos de sistemas de arquivos distribuídos

• GFS Sistina (www.sistina.com)• OpenGFS (www.opengfs.org)• PVFS (http://www.pvfs.org)• GPFS (IBM)• Panasas (www.panasas.com)


Fibre Channel


Fibre Channel

HistóricoArquitetura desenvolvida pela SUN MicrosystemsComo parte do Projeto StoreXProtocolo desenvolvido pela IBMIBM decidiu que FC era muito complexo para muitas aplicações

IBM desenvolveu a SSAVersão simplificada pela IBM

FC foi originalmente desenvolvida para diversas velocidades

Variando de 125 Mbps a 1062.5 MbpsInstalações iniciais do Fibre Channel eram loops privados


Fibre Channel

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 DB9Fibra Single-mode ou multi-mode:

Conectores SC ou LC


Fibre Channel

Pilha de protocolosFC 0

Camada físicaFC 1

Camada de codificaçãoFC 2

Camada de manipulação de quadrosFC 3

Camada de serviços Fibre ChannelFC 4

Camada de adaptação para protocolos de nível superior

FC0

FC1

FC2

FC3

FC4


Fibre Channel

FC0

Camada físicaManipulada pela eletrônica da interface GBIC




Fibre Channel

FC1Camada 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 válidos256 data values12 control values

• Start of Frame (SOF), • End of Frame (EOF), • Idle, Receiver Ready (R_RDY),• etc.


Fibre Channel

FC2Montagem dos quadros, Segmentação e remontagemControle de fluxo

FC3Camada de serviços Fibre ChannelFacilidades de broadcasting e multicastingGerenciamento de topologia

FC4Camada de adaptação para a camada superior


SCSIInterconnect

Fibre Channel

Rede TCP/IP

FC1

FC2

Aplicação

Sistema de Arquivos

SCSITransport FCP

Disco

SCSI Commands

FC3

FC0

FC4

SCSIInterconnect

FC1

FC2

SCSITransport FCP

SCSI Commands

FC3

FC0

FC4


Fibre Channel

Hierarquia de mensagens

QuadrosFC é um protocolo baseado em quadrosQuadros são de 512, 1024, ou 2048 bytesTamanho do quadro é negociado durante o “port login”Praticamente tudo usa frames de 2048 bytes

SequenceUma mensagem atômica é chamada de sequenceSequeces consistem de um ou mais quadros

ExchangeUma transação é chamado de ExchangeExchanges consistem de uma ou mais seqüências


Fibre Channel

Hierarquia de mensagens

Exchange

Sequence 0 Sequence 0 Sequence N

Quadro 0 Quadro 1 Quadro N

byte 0 byte 0 byte N

codif. 8b/10b codif. 8b/10b codif. 8b/10b


Fibre Channel

Tipos de Quadros

Quadros de controle de enlaceImplementar controle de fluxoReconhecimento (ACK)Não contém Payload

Quadros de DadosPara transporte de dadosContém Payload de 0 a 2112 bytes




Fibre Channel

Classes de serviçoClasse 1

Orientada a conexãoEntrega garantida e ordenadaControle de fluxo fim-a-fim

Classe 2Não orientada a conexãoEntrega garantidaControle de fluxo fim-a-fim

Classe 3Não orientada a conexãoEntrega não garantidaControle de fluxo Buffer-a-buffer

Classe 4Não padronizada


iFCP


iFCP

iFCP

IP Fibre Channel Protocol

Protocolo que utiliza a pilha TCP/IP para interconexão de dispositivos baseados em Fibre Channel utilizando infraestrutura IP, em conjunção ou em substituição aos switchs e roteadores Fibre Channel.


SCSIInterconnect

iFCP

Rede TCP/IP

IP

TCP

Aplicação

Sistema de Arquivos

SCSITransport FCP

Disco

SCSI Commands

iFCP

Intra rede

FC4

SCSIInterconnect

IP

TCP

SCSITransport FCP

SCSI Commands

iFCP

Intra rede

FC4


FCIP


FCIP

FCIP

Fibre Cannel over IP

Protocolo que utiliza a pilha TCP/IP para tunelamento de Fibre Channel sobre a pilha TCP/IP para interconexão de SANs baseados em Fibre Channel geograficamente distribuídos.




FC0

FCIP

FCIP

Rede Fibre Channel Rede TCP/IP

GatewayFCP

SCSI com

FC1

FC2

FC3

FC4

Aplicação

FC0

FC1

FC2

Intra rede

IP

TCP

Sist. Arqs


iSCSI


iSCSI

iSCSI

Internet Small Computer Systems Interface

Protocolo baseado na pilha TCP/IP para interconexão de hosts e dispositivos utilizando infraestrutura IP e comandos SCSI encapsulados

Padrão em desenvolvimento pelo IETF

Baseado em cliente/servidor (Initiator/Target)


SCSIInterconnect

Intra rede

iSCSI

Rede TCP/IP

IP

TCP

Aplicação

Sistema de Arquivos

SCSITransport iSCSI

SCSI Commands

SCSIInterconnect

Intra rede

IP

TCP

SCSITransport iSCSI

SCSI Commands

Disco


iSCSI


Introdução

O que é iSCSI?Exemplo pacote iSCSI




iSCSI

OtimizaçãoNIC card

Interfaces de rede convencional GigabitEthernetSem otimização

TOE cardTCP/IP Offload EngineInterfaces que realizam o processamento da pilha TCP/IP sobre o controlador da própria interface

iSCSI HBA TOE + processamento iSCSI

iSCSI HBA com IPSECTOE + proc. iSCSI + proc. IPSEC


iSCSI


iSCSI

Otimização

Intra rede

IP

TCP

iSCSI

SCSI

Sist. Arquivos

outros

Aplicação

Intra rede

IP

TCP

iSCSI

SCSI

Sist. Arquivos

outros

Aplicação

Intra rede

IP

TCP

iSCSI

SCSI

Sist. Arquivos

Aplicação

NIC card TOE card iSCSI HBA card


iSCSI

Network NodeIdentificado pelo seu nome iSCSI (até 255 caracteres). Identifica um dispositivo SCSI em um ambiente de rede

Network portalIdentificado pelo endereço iSCSI (IP + porta TCP)Se um dispositivo iSCSI é alterado de local físico e tem seu endereço mudado não é necessário alterar seu nome. Basta alterar o mapeamento nome iSCSI para endereço iSCSI.


iSCSI

Modelo Cliente-Servidor

Network Portal(Endereço IP + Porta TCP)

iSCSI node(iniciador)

Entidade de Rede(Cliente iSCSI - Host)


iSCSI node(target)

Entidade de Rede(Servidor iSCSI - Dispositivo)


iSCSI node(Target)

Rede TCP/IP


iSCSI

iSNS

Internet Storage Name ServiceServiço de rede Permite realizar o mapeamento de:

nome iSCSI endereço iSCSIProtocolo para descoberta, nomeação e gerenciamento de recursos utilizado em todas as soluções de armazenamento baseadas na pilha TCP/IP.




iSCSI

Novos desafios

SegurançaDiscoveryNomeaçãoOrdenamento de comandosControle de congestionamentoQoS


iSCSI

Níveis de segurançaNenhum

Equivalente ao Fibre ChannelPoucos riscos se o ambiente for controlado

Autenticação de Initiator e TargetPossibilita a autenticação dos parceirosAceita conexões de nodes confiáveisProtocolos: CHAP, SRP, Kerberos, SPKM

IPsec Digest e anti-replyPrevine inserção, modificação e remoção

IPsec EncriptionPrevine observação


iSCSI

iSCSI LoginLogin é realizado na primeira conexão

Negociação:• Opções suportadas• Formas de segurança

AutenticaçãoSessões podem ser terminadas com:

LogoutErro de I/O (causada por queda da conexão)

• Nesta situação pode ser posteriormente restabelecida a sessão


iSCSI

OrdenamentoDiferentemente do SCSI paralelo, iSCSI PDUs podem:

chegar fora de ordemnão chegar

NecessárioNumeração de comandos

• Para possibilitar o reordenamentoDetecção de conexões falhasDetecção de PDUs faltantes


iSCSI

Boot

Configuração estáticaAdministrador define o conjunto de

• iSCSI node names• LUN

Configuração dinâmicaDHCP ( RFC 1531, Dynamic Host ConfigurationProtocol“)SLP (RFC 2608 - Service Location Protocol, v. 2)


iSCSI

Desempenho

Driver iSCSI (software) + NIC cardSobrecarga do host: 30 %

iSCSI TOE HBAsSobrecarga do host = similar a HBA FCAtualmente com menor banda de transmissão que as HBAs FC

Banda1 Gigabit atualmentePróximo passo: 10 GigabitEthernet




Referências Bibliográficas


Referências Bibliográficas

http://www.digit-life.com/articles2/iscsi/index.html

Ahmad Zamer, intel Corporation, Clearing the confusion: A primeron internet protocol storage

http://www.scsita.org/aboutscsi/ultra320/Ultra320_WhitePaper.pdf

http://arstechnica.com/paedia/s/scsi-3.html

http://www.snia.org/education/tutorials/ip_storage/

protocolos de armazenamento - laboratório de sistema ...rav/rav-fev-2004/22-storage-v2.pdf ·...

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