Red de área de almacenamiento

Una red de área de almacenamiento, red de almacenamiento o SAN por sus siglas en inglés storage area network es una red informática que proporciona acceso al almacenamiento de datos consolidado a nivel de bloque. Las SAN se utilizan principalmente para acceder a dispositivos de almacenamiento de datos, como matrices de discos y bibliotecas de cintas desde servidores, de modo que los dispositivos aparezcan en el sistema operativo como almacenamiento de conexión directa. Una SAN suele ser una red dedicada de dispositivos de almacenamiento a la que no se puede acceder a través de la red de área local (LAN).

Si bien una SAN proporciona solo acceso a nivel de bloque, los sistemas de archivos creados sobre SAN brindan acceso a nivel de archivo y se conocen como sistemas de archivos de disco compartido.

Arquitecturas de almacenamiento

Las redes de área de almacenamiento (SAN) a veces se denominan redes detrás de los servidores e históricamente se desarrollaron a partir de un modelo de almacenamiento de datos centralizado, pero con su propia red de datos. Una SAN es, en su forma más simple, una red dedicada para el almacenamiento de datos. Además de almacenar datos, las SAN permiten la copia de seguridad automática de datos y la supervisión del almacenamiento, así como del proceso de copia de seguridad. Una SAN es una combinación de hardware y software. Surgió a partir de arquitecturas de mainframe centradas en datos, donde los clientes de una red pueden conectarse a varios servidores que almacenan diferentes tipos de datos.Para escalar las capacidades de almacenamiento a medida que crecían los volúmenes de datos, se desarrolló el almacenamiento de conexión directa (DAS), en el que se conectaban matrices de discos o simplemente un grupo de discos (JBOD) a los servidores. En esta arquitectura, se pueden agregar dispositivos de almacenamiento para aumentar la capacidad de almacenamiento. Sin embargo, el servidor a través del cual se accede a los dispositivos de almacenamiento es un único punto de falla y una gran parte del ancho de banda de la red LAN se utiliza para acceder, almacenar y realizar copias de seguridad de los datos. Para resolver el problema del punto único de falla, se implementó una arquitectura de almacenamiento compartido de conexión directa, en la que varios servidores podían acceder al mismo dispositivo de almacenamiento.

DAS fue el primer sistema de almacenamiento en red y todavía se usa ampliamente donde los requisitos de almacenamiento de datos no son muy altos. A partir de ahí se desarrolló la arquitectura de almacenamiento conectado a la red (NAS), donde uno o más servidores de archivos dedicados o dispositivos de almacenamiento están disponibles en una LAN. Por lo tanto, la transferencia de datos, especialmente para la copia de seguridad, todavía se realiza a través de la LAN existente. Si se almacenaba más de un terabyte de datos en un momento dado, el ancho de banda de la LAN se convertía en un cuello de botella. Por lo tanto, se desarrollaron las SAN, en las que se conectaba una red de almacenamiento dedicada a la LAN y se transferían terabytes de datos a través de una red dedicada de alta velocidad y ancho de banda. Dentro de la SAN, los dispositivos de almacenamiento están interconectados. La transferencia de datos entre dispositivos de almacenamiento, como para realizar copias de seguridad, se realiza detrás de los servidores y debe ser transparente.En una arquitectura NAS, los datos se transfieren utilizando los protocolos TCP e IP a través de Ethernet. Se desarrollaron protocolos distintos para SAN, como Fibre Channel, iSCSI, Infiniband. Por lo tanto, las SAN a menudo tienen su propia red y dispositivos de almacenamiento, que deben comprarse, instalarse y configurarse. Esto hace que las SAN sean inherentemente más caras que las arquitecturas NAS.

Componentes

Las SAN tienen sus propios dispositivos de red, como conmutadores SAN. Para acceder a la SAN, se utilizan los llamados servidores SAN, que a su vez se conectan a los adaptadores de host SAN. Dentro de la SAN, se puede interconectar una variedad de dispositivos de almacenamiento de datos, como matrices de discos compatibles con SAN, JBODS y bibliotecas de cintas.

Capa anfitriona

Se dice que los servidores que permiten el acceso a la SAN y sus dispositivos de almacenamiento forman la capa de host de la SAN. Dichos servidores tienen adaptadores de host, que son tarjetas que se conectan a las ranuras de la placa base del servidor (generalmente ranuras PCI) y se ejecutan con el firmware y el controlador de dispositivo correspondientes. A través de los adaptadores de host, el sistema operativo del servidor puede comunicarse con los dispositivos de almacenamiento en la SAN.

En las implementaciones de canal de fibra, un cable se conecta al adaptador de host a través del convertidor de interfaz gigabit (GBIC). Los GBIC también se utilizan en conmutadores y dispositivos de almacenamiento dentro de la SAN, y convierten los bits digitales en impulsos de luz que luego se pueden transmitir a través de los cables Fibre Channel. Por el contrario, el GBIC convierte los impulsos de luz entrantes en bits digitales. El predecesor del GBIC se denominó módulo de enlace gigabit (GLM).

Capa de tela

La capa de estructura consta de dispositivos de red SAN que incluyen conmutadores SAN, enrutadores, puentes de protocolo, dispositivos de puerta de enlace y cables. Los dispositivos de red SAN mueven datos dentro de la SAN, o entre un iniciador, como un puerto HBA de un servidor, y un destino, como el puerto de un dispositivo de almacenamiento.

Cuando se construyeron las SAN por primera vez, los concentradores eran los únicos dispositivos compatibles con Fibre Channel, pero se desarrollaron conmutadores de Fibre Channel y ahora rara vez se encuentran concentradores en las SAN. Los conmutadores tienen la ventaja sobre los concentradores de que permiten que todos los dispositivos conectados se comuniquen simultáneamente, ya que un conmutador proporciona un enlace dedicado para conectar todos sus puertos entre sí. Cuando se construyeron las SAN por primera vez, el canal de fibra tuvo que implementarse sobre cables de cobre; en la actualidad, los cables de fibra óptica multimodo se utilizan en las SAN.

Las SAN generalmente se construyen con redundancia, por lo que los conmutadores SAN se conectan con enlaces redundantes. Los conmutadores SAN conectan los servidores con los dispositivos de almacenamiento y normalmente no bloquean, lo que permite la transmisión de datos a través de todos los cables conectados al mismo tiempo. Los conmutadores SAN se configuran con fines de redundancia en una topología en malla. Un solo conmutador SAN puede tener tan solo 8 puertos y hasta 32 puertos con extensiones modulares. Los denominados conmutadores de clase director pueden tener hasta 128 puertos.

En las SAN conmutadas, se utiliza el protocolo FC-SW-6 de estructura conmutada de canal de fibra, según el cual cada dispositivo de la SAN tiene una dirección de nombre mundial (WWN) codificada en el adaptador de bus de host (HBA). Si un dispositivo está conectado a la SAN, su WWN se registra en el servidor de nombres del conmutador SAN. En lugar de un WWN o nombre de puerto mundial (WWPN), los proveedores de dispositivos de almacenamiento SAN Fibre Channel también pueden codificar un nombre de nodo mundial (WWNN). Los puertos de los dispositivos de almacenamiento suelen tener un WWN que comienza con 5, mientras que los adaptadores de bus de los servidores comienzan con 10 o 21.

Capa de almacenamiento

El protocolo SCSI (Small Computer Systems Interface) serializado se usa a menudo además del protocolo de estructura conmutada Fibre Channel en servidores y dispositivos de almacenamiento SAN. La interfaz de sistemas informáticos pequeños de Internet (iSCSI) a través de Ethernet y los protocolos Infiniband también se pueden encontrar implementados en las SAN, pero a menudo se conectan a la SAN de canal de fibra. Sin embargo, los dispositivos de almacenamiento Infiniband e iSCSI, en particular, las matrices de discos, están disponibles.

Se dice que los diversos dispositivos de almacenamiento en una SAN forman la capa de almacenamiento. Puede incluir una variedad de dispositivos de disco duro y cinta magnética que almacenan datos. En las SAN, las matrices de discos se unen a través de un RAID, lo que hace que muchos discos duros se vean y funcionen como un gran dispositivo de almacenamiento.Cada dispositivo de almacenamiento, o incluso partición en ese dispositivo de almacenamiento, tiene asignado un número de unidad lógica (LUN). Este es un número único dentro de la SAN. Cada nodo en la SAN, ya sea un servidor u otro dispositivo de almacenamiento, puede acceder al almacenamiento haciendo referencia al LUN. Los LUN permiten segmentar la capacidad de almacenamiento de una SAN e implementar controles de acceso. Un servidor particular, o un grupo de servidores, puede, por ejemplo, tener acceso solo a una parte particular de la capa de almacenamiento SAN, en forma de LUN. Cuando un dispositivo de almacenamiento recibe una solicitud para leer o escribir datos, verificará su lista de acceso para establecer si el nodo, identificado por su LUN, puede acceder al área de almacenamiento, también identificada por un LUN.El enmascaramiento de LUN es una técnica mediante la cual el adaptador de bus host y el software SAN de un servidor restringen los LUN para los que se aceptan comandos. Al hacerlo, se enmascaran los LUN a los que el servidor nunca debería acceder. Otro método para restringir el acceso del servidor a dispositivos de almacenamiento SAN particulares es el control de acceso basado en estructuras, o zonificación, que es aplicado por los servidores y dispositivos de red SAN. Según la zonificación, el acceso al servidor está restringido a los dispositivos de almacenamiento que se encuentran en una zona SAN en particular.

Protocolos de red

Se utiliza una capa de mapeo a otros protocolos para formar una red:

• ATA sobre Ethernet (AoE), mapeo de AT Attachment (ATA) sobre Ethernet
• Protocolo de canal de fibra (FCP), una asignación de SCSI sobre canal de fibra
• Canal de fibra sobre Ethernet (FCoE)
• ESCON sobre canal de fibra (FICON), utilizado por computadoras centrales
• HyperSCSI, mapeo de SCSI sobre Ethernet
• Mapeo iFCP o SANoIP de FCP sobre IP
• iSCSI, mapeo de SCSI sobre TCP/IP
• Extensiones iSCSI para RDMA (iSER), mapeo de iSCSI sobre InfiniBand
• Dispositivo de bloque de red, solicitudes de nodo de dispositivo de asignación en sistemas similares a UNIX a través de sockets de flujo como TCP/IP
• Protocolo SCSI RDMA (SRP), otra implementación SCSI para transportes de acceso directo a memoria remota (RDMA)

Las redes de almacenamiento también pueden construirse usando tecnologías Serial Attached SCSI (SAS) y Serial ATA (SATA). SAS evolucionó a partir del almacenamiento de conexión directa SCSI. SATA evolucionó a partir del almacenamiento de conexión directa Parallel ATA. Los dispositivos SAS y SATA se pueden conectar en red mediante SAS Expanders.

Aplicaciones
Capa SCSI
FCP	FCP	FCP	FCP	iSCSI	iSER	PVP
FCIP	iFCP
TCP	Transporte RDMA
FCoE	IP	Red IP o InfiniBand
FC	ethernet	Enlace Ethernet o InfiniBand

Software

La Storage Networking Industry Association (SNIA) define una SAN como "una red cuyo objetivo principal es la transferencia de datos entre sistemas informáticos y elementos de almacenamiento". Pero una SAN no solo consta de una infraestructura de comunicaciones, también tiene una capa de gestión de software. Este software organiza los servidores, los dispositivos de almacenamiento y la red para que los datos puedan transferirse y almacenarse. Debido a que una SAN no utiliza almacenamiento adjunto directo (DAS), los dispositivos de almacenamiento en la SAN no son propiedad ni están administrados por un servidor. Una SAN permite que un servidor acceda a una gran capacidad de almacenamiento de datos y otros servidores también pueden acceder a esta capacidad de almacenamiento. Además, el software SAN debe garantizar que los datos se muevan directamente entre los dispositivos de almacenamiento dentro de la SAN, con una intervención mínima del servidor.

El software de administración de SAN está instalado en uno o más servidores y los clientes de administración en los dispositivos de almacenamiento. Se han desarrollado dos enfoques en el software de gestión SAN: gestión en banda y fuera de banda. En banda significa que los datos de gestión entre el servidor y los dispositivos de almacenamiento se transmiten en la misma red que los datos de almacenamiento. Mientras que fuera de banda significa que los datos de gestión se transmiten a través de enlaces dedicados. El software de gestión SAN recopilará datos de gestión de todos los dispositivos de almacenamiento en la capa de almacenamiento. Esto incluye información sobre fallas de lectura y escritura, cuellos de botella en la capacidad de almacenamiento y fallas en los dispositivos de almacenamiento. El software de administración SAN puede integrarse con el Protocolo simple de administración de redes (SNMP).

En 1999, se introdujo el Modelo de información común (CIM), un estándar abierto, para administrar dispositivos de almacenamiento y brindar interoperabilidad. La versión basada en web de CIM se denomina Administración empresarial basada en web (WBEM) y define objetos de dispositivos de almacenamiento SAN y procesa transacciones.. El uso de estos protocolos implica un administrador de objetos CIM (CIMOM), para administrar objetos e interacciones, y permite la administración central de dispositivos de almacenamiento SAN. La administración básica de dispositivos para SAN también se puede lograr a través de la especificación de interfaz de administración de almacenamiento (SMI-S), donde los objetos y procesos CIM se registran en un directorio. Las aplicaciones de software y los subsistemas pueden recurrir a este directorio. También se encuentran disponibles aplicaciones de software de gestión para configurar dispositivos de almacenamiento SAN, permitiendo, por ejemplo, la configuración de zonas y LUN.

En última instancia, los dispositivos de red y almacenamiento de SAN están disponibles a través de muchos proveedores y cada proveedor de SAN tiene su propio software de administración y configuración. La administración común en SAN que incluyen dispositivos de diferentes proveedores solo es posible si los proveedores hacen que la interfaz de programación de aplicaciones (API) para sus dispositivos esté disponible para otros proveedores. En tales casos, el software de administración SAN de nivel superior puede administrar los dispositivos SAN de otros proveedores.

Soporte de sistemas de archivos

En una SAN, los datos se transfieren, almacenan y acceden a nivel de bloque. Como tal, una SAN no proporciona abstracción de archivos de datos, solo operaciones y almacenamiento a nivel de bloque. Los sistemas operativos de servidor mantienen sus propios sistemas de archivos en sus propios LUN dedicados y no compartidos en la SAN, como si fueran locales para ellos mismos. Si varios sistemas simplemente intentaran compartir un LUN, estos interferirían entre sí y corromperían rápidamente los datos. Cualquier intercambio planificado de datos en diferentes computadoras dentro de un LUN requiere software. Los sistemas de archivos se han desarrollado para trabajar con software SAN para proporcionar acceso a nivel de archivo. Estos se conocen como sistema de archivos de disco compartido.

En medios y entretenimiento

Los sistemas de edición de video requieren velocidades de transferencia de datos muy altas y una latencia muy baja. Las SAN en medios y entretenimiento a menudo se denominan sin servidor debido a la naturaleza de la configuración que coloca los clientes de escritorio del flujo de trabajo de video (ingesta, edición, reproducción) directamente en la SAN en lugar de conectarse a los servidores. El control del flujo de datos es administrado por un sistema de archivos distribuido. El control de uso de ancho de banda por nodo, a veces denominado calidad de servicio (QoS), es especialmente importante en la edición de video, ya que garantiza un uso de ancho de banda justo y priorizado en toda la red.

Calidad de servicio

SAN Storage QoS permite calcular y mantener el rendimiento de almacenamiento deseado para los clientes de la red que acceden al dispositivo. Algunos factores que afectan a SAN QoS son:

• Ancho de banda: la tasa de rendimiento de datos disponible en el sistema.
• Latencia: el tiempo de retraso para que se ejecute una operación de lectura/escritura.
• Profundidad de la cola: la cantidad de operaciones pendientes que esperan ejecutarse en los discos subyacentes (unidades tradicionales o de estado sólido).

Como alternativa, se puede utilizar el sobreaprovisionamiento para proporcionar capacidad adicional para compensar las cargas máximas de tráfico de la red. Sin embargo, cuando las cargas de la red no son predecibles, el aprovisionamiento excesivo puede eventualmente hacer que todo el ancho de banda se consuma por completo y que la latencia aumente significativamente, lo que resulta en una degradación del rendimiento de la SAN.

Virtualización de almacenamiento

La virtualización del almacenamiento es el proceso de abstraer el almacenamiento lógico del almacenamiento físico. Los recursos de almacenamiento físico se agregan en grupos de almacenamiento, a partir de los cuales se crea el almacenamiento lógico. Presenta al usuario un espacio lógico para el almacenamiento de datos y maneja de manera transparente el proceso de mapearlo a la ubicación física, un concepto llamado transparencia de ubicación. Esto se implementa en arreglos de discos modernos, a menudo utilizando tecnología patentada por el proveedor. Sin embargo, el objetivo de la virtualización del almacenamiento es agrupar varios arreglos de discos de diferentes proveedores, dispersos en una red, en un único dispositivo de almacenamiento. El único dispositivo de almacenamiento se puede administrar de manera uniforme.