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Lleve el almacenamiento en disco al siguiente nivel con SAS

En los próximos años, se espera que la interconexión SCSI (SAS) de conexión en serie sustituya a Fibre Channel (FC) como la principal interconexión de unidad de almacenamiento primario de alto rendimiento en sistemas de almacenamiento empresarial.

NetApp empezó a comercializar unidades SAS como opción de la gama FAS2000 hace unos años y ha anunciado recientemente su primer compartimento de almacenamiento basado en tecnologías SAS: DS4243. Esta nueva bandeja de discos ofrece la densidad, flexibilidad y fiabilidad necesarias para la empresa, junto con arrays de gran resistencia.

Tech OnTap pidió a Chris Lueth, de marketing técnico, que se reuniese con Doug Coatney, del equipo de ingeniería de almacenamiento de sistemas principales, para descubrir más sobre el tema. Hemos dividido esa sesión de preguntas y respuestas en tres temas principales:

  • Tecnología SAS frente a Fibre Channel
  • Nueva tecnología de bandeja de discos
  • Funcionalidades de gestión fuera de banda

Tecnología SAS


Chris Lueth: ¿Por qué NetApp está cambiando sus infraestructuras de almacenamiento de FC a SAS?

Doug Coatney: Como debe saber la mayoría de los lectores de Tech OnTap,el sector del almacenamiento ya se encuentra en la transición de Fibre Channel a la tecnología SAS para suplir las necesidades de almacenamiento de alto rendimiento. En 2008, se comercializaron el doble de discos SAS que de discos FC. En 2013, se espera que los envíos de SAS supongan casi un 60% del mercado de unidades de disco duro (HDD), mientras que la previsión de envíos de FC es que se detengan completamente.

Envíos reales de HDD (2008) y pronóstico de envíos (2013)

Figura 1) Envíos reales de HDD (2008) y pronóstico de envíos (2013). SAS básicamente absorbe todo el mercado de Fibre Channel y de disco paralelo SCSI, mientras que ATA se mantiene relativamente estable.

Chris: ¿SAS ofrece tales ventajas tecnológicas para provocar esta transición?

Doug: Sí, hay tres factores principales en favor de SAS:

  • Aislamiento punto a punto
  • Aumento del ancho de banda
  • Conectividad ampliamente mejorada

Estas funcionalidades ofrecen ventajas significativas para aquellos que instalen SAS.

FC frente a la topología SAS

Figura 2) FC frente a la topología SAS.

Punto a punto. SAS utiliza un método punto a punto con nonblocking switches (expanders) parecidos a un switch Ethernet. Estos expanders proporcionan un aislamiento total para todos los dispositivos conectados, por lo que se eliminan la mayor parte de los problemas que pueden afectar a la resistencia de las topologías basadas en bucles, como Bucle arbitrado de Fibre Channel (FC-AL, el protocolo utilizado para la conexión con discos FC). Los expanders SAS proporcionan conmutación de rutas, arbitraje y gestión central, además de servir de supervisores del tráfico para asegurar que todos los dispositivos comparten ancho de banda de forma igualitaria.

Ancho de banda. El ancho de banda actual de los discos FC es de 4 Gb/s por puerto. Contamos con adaptadores PCIe con cuatro puertos, por lo que el ancho de banda añadido de FC-AL por ranura PCIe es de 16 Gb/s.

El producto DS4243 de NetApp® es compatible con los enlaces SAS de 3 Gb/s. Si observamos la misma ranura PCIe, un adaptador cuádruple SAS tiene cuatro puertos con 12 Gb/s de ancho de banda agregado cada uno, un total de 48 Gb/s.  

Las conexiones de una controladora de almacenamiento a un subsistema de disco se realizan a través de un "puerto ancho"(wide port) SAS. Un puerto ancho estándar es un conjunto de cuatro vías SAS combinadas para proporcionar el máximo rendimiento. Con el ancho de banda de SAS de 3 Gb/s, la combinación de cuatro puertos genera un ancho de banda máximo de 12 Gb/s. Esto proporciona un amplio canal para que los sistemas de almacenamiento puedan mover datos desde otros subsistemas de disco o hacia estos. Estos canales proporcionan mayor ancho de banda tanto para controladoras de almacenamiento como para compartimentos de disco, además de equilibrio de ancho de banda, redundancia de rutas y una mejora en la recuperación de errores, con lo que es posible escalar de forma segura una conexión SAS a un gran número de unidades de disco.

Conectividad. Con FC-AL, el número máximo de unidades que en teoría se admiten en un bucle es de 126.

En el caso de SAS, el número de unidades que pueden conectarse a un único puerto SAS está limitado por factores de rendimiento. En un dominio SAS, el uso de expanders permite utilizar hasta 16.384 dispositivos. Un expander de distribución ramificada puede conectarse a 128 expanders periféricos, cada uno capaz de conectarse a 128 unidades de disco: 128 x 128 = 16.384. (Se trata de máximos teóricos. Consulte la siguiente sección para conocer el número de unidades que admite DS4243.)

Chris: ¿Cuál es la diferencia entre un disco FC y un disco SAS?

Doug: La principal diferencia entre un disco SAS y un disco FC equivalente se encuentra en la electrónica de la interfaz. Las unidades de disco SAS no introducen nuevos riesgos tecnológicos, ya que son mecánicamente equivalentes a las unidades de disco FC existentes, utilizan el mismo conjunto de órdenes SCSI y tienen las mismas características de rendimiento y fiabilidad. Las unidades de disco SAS simplemente utilizan un protocolo de comunicación de serie diferente.

La bandeja de discos DS4243 de NetApp

Vista frontal y trasera de DS4243

Figura 3) Vista frontal y trasera de DS4243.

Chris: ¿Puede proporcionar una descripción general a nuestros lectores de las funcionalidades de la nueva bandeja de discos de NetApp?

Doug: El aspecto clave que los usuarios deben conocer sobre la bandeja de ampliación de unidades de disco DS4243 de NetApp es que ha sido diseñada por NetApp y está optimizada para su uso con los sistemas de almacenamiento NetApp. La nueva bandeja utiliza SAS de 3 Gb/s; los puertos anchos SAS (cuatro canales a 3 Gb/s cada uno) se utilizan para conectar la controladora de almacenamiento a la bandeja. Se admite hasta un total de 24 unidades de disco (todas SAS o SATA) en un chasis de montaje en rack de 4 U de altura, de modo que la densidad mejora un 22% respecto al anterior subsistema de disco. Esta bandeja utiliza la tecnología SAS (entre la bandeja de discos y la controladora, además de en la misma bandeja) e incluye una nueva funcionalidad de gestión fuera de banda, llamada ruta de control alternativa (ACP: más información en la sección final).

La alimentación de la bandeja es completamente redundante: se necesitan cuatro sistemas de alimentación para una bandeja de disco con unidades SAS activas y dos sistemas para una bandeja de disco con SATA. La bandeja también contiene cuatro bahías de 1 U para módulos electrónicos. Dos están ocupadas por módulos I/O de SAS (IOM3). Las dos unidades restantes no se utilizan actualmente.

El diseño mecánico y eléctrico está basado en la especificación estándar del sector Storage Bridge Bay (SBB). SSB proporciona flexibilidad y estandarización de las interfaces de compartimento para ayudar a optimizar las transiciones tecnológicas. Por ejemplo, los componentes actuales de DS4243 podrán reutilizarse en las tecnologías de almacenamiento futuras basadas en SAS.

Chris: ¿Qué es una "pila" SAS?

Doug: NetApp utiliza el término "pila"(stack) para referirse a un conjunto de bandejas y adaptadores SAS conectados e interconectados correctamente. Se admiten hasta 10 bandejas por pila, un total de 240 unidades, excepto FAS2040 y FA2050, que solamente admiten 4 bandejas por pila. Las unidades SAS y SATA pueden combinarse en la misma pila pero no en la misma bandeja.

Chris: ¿Cómo se adaptan las unidades de disco SATA a la nueva bandeja?

Doug: Otra ventaja potencial de SAS respecto a FC es que el primero proporciona soporte nativo para unidades SATA gracias a la canalización en serie. Cualquier subsistema de disco SAS admite fácilmente tanto SAS como SATA. Sin embargo, la canalización en serie no admite más de una ruta para los discos SATA, haciendo imposibles las configuraciones de alta disponibilidad (HA).

Para superar esta limitación, los portadores de unidades SATA utilizados en las bandejas DS4243 contienen un puente de SATA a SAS. Esto implica que se utiliza el protocolo de SAS nativo (con funcionalidad para varias rutas) entre la controladora de almacenamiento y todos los discos, sin importar el tipo.

Chris: ¿Qué necesito para poder utilizar la nueva bandeja de discos?

Doug: Todo lo que necesita es un sistema de almacenamiento NetApp con una ranura PCI Express (PCIe) disponible, un adaptador SAS, la versión correcta de Data ONTAP® y el hardware y cableado de la bandeja de discos.

DS4243 es compatible con todos los sistemas de almacenamiento NetApp FAS, V-Series y SA actuales, excepto FAS 2020. Si quiere instalar la nueva bandeja en un sistema de almacenamiento existente, necesita al menos una ranura PCIe disponible (para adaptar un HBA SAS) o también puede utilizar el puerto SAS integrado en FAS2040. Además, necesitará Data ONTAP 7.3.2 o posterior. Las unidades de disco de la gama de productos DS14 y la línea FAS2000 no pueden utilizarse en DS4243, ya que la configuración del portador de unidades es distinta.

Chris: ¿Las funcionalidades mejoradas de resistencia están integradas en la nueva bandeja de discos?

Doug: DS4243 está diseñado para proporcionar mayor resistencia, aislamiento de fallos y recuperación respecto a los anteriores subsistemas de disco de NetApp. Además de las funcionalidades SAS ya mencionadas, incluye componentes y buses redundantes, registros de eventos no volátiles y actualizaciones de firmware sin interrupciones. Todas las configuraciones compatibles proporcionan conexiones tanto de doble vía como multivía (MPHA), excepto FAS2040, que tiene puertos SAS limitados. Además, DS4243 incluye funcionalidades de gestión fuera de banda que proporcionan arrays de gran resistencia, por primera vez en un compartimento de almacenamiento modular. Estas características complementan las funcionalidades de resistencia en banda del protocolo de SAS. (Consulte la siguiente sección para obtener detalles.)

Gestión fuera de banda con ACP


Chris: ¿Puede extenderse un poco más sobre las funcionalidades de gestión fuera de banda que NetApp ha añadido a DS4243?

Doug: Para la gestión fuera de banda en DS4243, NetApp ha creado la tecnología de Ruta de control alternativa (ACP). ACP proporciona una puerta trasera a las bandejas de discos. Está completamente separada de la ruta de datos de SAS y proporciona nuevas opciones para la recuperación sin interrupciones de módulos de bandejas, incluida la capacidad de restablecer o apagar y encender la alimentación de un módulo I/O individual (IOM) o de la totalidad de un dominio (es decir, todos los IOM del dominio A). También hemos diseñado la posibilidad de apagar y encender la alimentación de toda la bandeja. Cada IOM contiene una ACP y cada bandeja contiene dos IOM. La nueva tecnología ACP mejora la capacidad de Data ONTAP para restablecer automáticamente un componente que no funcione correctamente y que vuelva a estar completamente operativo sin interrupciones.

ACP no es necesario, aunque NetApp lo recomienda. Dado que ACP está completamente separado de la ruta de datos, esta continúa funcionando aunque ACP no esté conectado o no funcione.

Chris: ¿Qué tipo de red utiliza ACP?

Doug: ACP utiliza una red Ethernet dedicada. Las bandejas de almacenamiento están conectadas mediante una topología de cadena de margarita con una conexión flyback para mayor resistencia. Data ONTAP asigna automáticamente las direcciones IP. (Los rangos predeterminados pueden modificarse.)

Chris: ¿Qué ventajas tiene la configuración de ACP?

Doug: ACP mejora la disponibilidad de datos haciendo que un controlador de almacenamiento pueda restablecer un canal de almacenamiento sin que tenga que comunicarse por ese canal. Si hay un canal que no funciona o no lo hace correctamente, un restablecimiento rápido puede volver a colocarlo en línea sin intervención externa. ACP permite que los sistemas de almacenamiento puedan recuperarse de fallos que, de otro modo, obligarían a reiniciarlos y eso es una gran ventaja. Otros proveedores proporcionan este nivel de funcionalidad sólo en su gama más alta de almacenamiento, mientras que NetApp ofrece esta característica sin importar la plataforma de almacenamiento o el nivel.

Conclusión

Con el lanzamiento de la bandeja de discos DS4243, NetApp ha dado otro paso adelante en la simplificación del entorno de almacenamiento. Con DS4243, sólo necesita un tipo de bandeja de disco para adaptar cualquier nivel de almacenamiento. Puede escoger discos SAS optimizados para el rendimiento o SATA optimizados para la capacidad (o ambos), y la arquitectura basada en el estándar del sector Storage Bridge Bay proporciona flexibilidad para expansiones futuras.

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Doug Coatney

Doug Coatney
Ingeniero principal de software de almacenamiento
NetApp

Doug cuenta con 23 años de experiencia en el sector del almacenamiento; los últimos 10, en NetApp. Ha desempeñado papeles clave en el desarrollo de todos los subsistemas de disco que NetApp ha lanzado durante ese período. NetApp cuenta con más de doce patentes basadas en el trabajo de Doug.

Chris Lueth

Chris Lueth
Ingeniero técnico de marketing
NetApp

Chris cuenta con más de 17 años de experiencia en el sector. Desde que se unió a NetApp hace más de 6 años, ha ampliado sus conocimientos técnicos de manera increíble, incluido el trabajo en las implementaciones de NearStore®, RAID-DP®, SnapLock®, en plataformas de entrada, de gama media y de primer nivel y en la resistencia de almacenamiento. Anteriormente trabajaba como ingeniero de diseño de chips y estuvo implicado en el primer conjunto de chips de placa base de multiprocesador antes de pasar a la administración del sistema UNIX® y, finalmente, al almacenamiento.

 
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