SAN sur 10G ip™

Introduction

La croissance au sein des entreprises des informations numériques est fulgurante. Le taux moyen de stockage de données a triplé, voire quadruplé, au cours des cinq dernières années. Ajoutez à cela les milliers de sauvegardes de bases client et autres bases d'informations et vous comprendrez vite que la taille des bases de données augmente de façon exponentielle. Hormis les ressources humaines, les données sont devenues les actifs corporels et incorporels les plus précieux de l'entreprise. La façon de stocker efficacement les données vitales, d'y accéder, de les protéger et de les gérer est le nouveau défi que doivent relever les services informatiques. Un réseau SAN (Storage Area Network) confère aux environnements de stockage un nouveau modèle de fonctionnement en réseau dans les Data Center. Les réseaux SAN, en arrière plan des serveurs, offrent un chemin d'accès commun aux serveurs et périphériques de stockage. Contrairement aux solutions DAS (Directly Attached Storage) basées sur serveur et NAS (Network Attached Storage) orientées fichier, les réseaux SAN fournissent un accès au niveau du bloc ou du fichier de données partagées par les ressources informatiques et personnelles. La technologie SAN prédominante est une configuration FC (Fiber Channel), mais de nouvelles configurations se répandent. Compte tenu de la croissance des SAN et de la domination mondiale du protocole IP, l'utilisation des réseaux IP pour acheminer le trafic de stockage est à l'avant-garde du développement technique. Les réseaux IP offrent de plus en plus de simplicité d'administration, d'interopérabilité et de rentabilité. La convergence du stockage et des réseaux IP existants (LAN/MAN/WAN) offre des avantages immédiats en termes de consolidation, virtualisation, mise en miroir, sauvegarde et gestion du stockage. La convergence augmente également les capacités, la flexibilité, l'extensibilité et l'évolutivité. Les deux normes principales utilisant le protocole IP sont FCIP (Fiber Channel sur IP), également appelée iFCP, et iSCSI (ip Small Computer System Interface). Les deux acheminent des commandes Fiber Channel ou SCSI incorporées dans un datagramme IP. La différence est que la norme SCSI est compatible avec les appareils Ethernet existants, tandis que la norme FCIP ou iFCP, définie par Fiber Channel Tunneling, ne s'applique qu'aux composants Fiber Channel. Ces deux normes ont été élaborées par le groupe de travail IETF (Internet Engineering Task Force). Le tunneling est l'encapsulation des commandes Fiber Channel dans un paquet IP en vue de les transmettre sur un réseau IP. Aujourd'hui, l'Ethernet 10 Gbits devient de plus en plus courant dans les rocades des Data Center d'entreprises. Pour profiter pleinement du déploiement de l'Ethernet 10 Gigabits, l'entreprise a besoin d'une infrastructure informatique solide. Fruit des engagements de fiabilité et de qualité de Siemon, le 10G ip™ représente une base fiable pour les Data Center, ainsi que pour les composants de la rocade réseau et les réseaux SAN. Avec le 10G ip™, les utilisateurs disposent d'un système de câblage structuré, ouvert et basé sur des standards, apte à supporter de multiples applications convergentes sur une infrastructure de câblage unique.

Ce document examine les nouvelles technologies de stockage. Nous verrons quelles sont les normes déjà adoptées et quelles sont celles en développement dont on attend la publication.

L'évolution de la technologie de stockage

Les demandes en capacité de stockage des entreprises ont explosé avec l'avènement d'Internet, des intranets d'entreprise, de la messagerie électronique, du commerce électronique, du B2B (business-to-business), de l'ERP (Enterprise Resource Planning), du CRM (Customer Resource Management), de sauvegarde des données, des applications de CAO/FAO, du flux continu de contenu multimédia, de la convergence voix/vidéo/données et de nombreuses autres applications temps réel. Les données sont aussi décisives pour le bon fonctionnement d'une entreprise que son personnel et ses systèmes. La nécessité de protéger ces actifs stratégiques dépasse de loin les capacités de sauvegarde d'une bande magnétique. Les capacités des bandes magnétiques et leurs conditions d'accès ne suffisent tout simplement pas à résoudre les problèmes posés. L'augmentation des volumes de données nécessitait l'installation de bibliothèques de bandes. Toutefois, pour résoudre certains problèmes inhérents aux supports magnétiques, il devenait indispensable d'augmenter le stockage ou de remplacer purement et simplement les bandes par une autre solution.

Les délais d'indisponibilité préoccupent beaucoup les entreprises à l'heure actuelle. D'après une étude publiée récemment par Contingency Planning Research et Internetweek (3/4/2000), 77 % des sondés ont indiqué que les indisponibilités leur coûtaient en moyenne 20 333 dollars de l'heure. Pour 4 % des sondés, ce coût dépassait les 50 000 dollars de l'heure. Partant de ce constat, l'industrie du stockage s'est efforcée d'offrir des solutions redondantes, à haute disponibilité.

En outre, les réglementations fédérales pour les services financiers et la santé ont déjà créé une autre réglementation pour la sécurité et la haute disponibilité. Le plus grand avantage des protocoles IP est que la sécurité et le cryptage peuvent être intégrés aux communications, contrairement aux anciennes méthodes. Le développement de la technologie de réseau de stockage s'articule autour de trois configurations principales : Direct Attached Storage (DAS), Network Attached Storage (NAS) et Storage Area Networks (SAN). DAS est la méthode traditionnelle qui consiste à raccorder localement des appareils de stockage aux serveurs, via une voie de communication directe entre le serveur et les appareils de stockage.

Comme le montre la Figure 1, la connexion entre le serveur et les appareils de stockage emprunte un chemin dédié, séparé du réseau. L'accès est fourni via un contrôleur intelligent. Le stockage n'est possible qu'en passant par le serveur raccordé directement. Cette méthode a été développée au départ pour combler le manque de place disponible sur les serveurs informatiques hôtes. Lorsqu'un serveur nécessitait davantage d'espace disque, il suffisait d'y raccorder une unité de stockage. Cette méthode permettait également de dupliquer les serveurs (mise en miroir). Il est possible d'obtenir le même résultat en raccordant directement des interfaces serveur-serveur.

Note de bas de page : * les implémentations 10G 6 sont basées sur la capacité de canal théorique d'un câblage de Catégorie6/classe E amélioré.

Le stockage NAS (Network Attached Storage)

NAS est une architecture de stockage avec un accès au niveau fichier. Les équipements de stockage sont raccordés directement à un LAN. Il permet à des systèmes informatiques hétérogènes d'accéder aux fichiers. Contrairement aux autres systèmes de stockage, l'accès au stockage se fait directement par le réseau (voir Figure 2). Une couche supplémentaire est ajoutée pour traiter les fichiers de stockage partagés. Ce système utilise généralement le protocole NFS (Network File System) ou CIFS (Common Internet File System), tous deux étant des applications IP. Un ordinateur dédié sert généralement de contrôleur du trafic et de la sécurité d'accès au stockage. L'avantage de cette méthode réside dans le fait que plusieurs serveurs peuvent partager une même unité de stockage séparée. Contrairement au stockage DAS, chaque serveur n'a pas besoin de son propre stockage dédié, ce qui permet d'optimiser la capacité de stockage disponible. Les serveurs peuvent être des plates-formes différentes, du moment qu'ils utilisent tous le protocole IP.

Les réseaux SAN (Storage Area Networks)

A l'instar du stockage DAS, un réseau SAN est connecté en arrière plan des serveurs. Les réseaux SAN fournissent un accès au niveau bloc à l'unité de stockage de données partagée. L'accès au niveau bloc fait référence aux blocs de données spécifiques sur un appareil de stockage, par opposition à l'accès au niveau du fichier. Un fichier sera constitué de plusieurs blocs. Les réseaux SAN offrent de hauts niveaux de disponibilité et de stabilité dans les environnements de données sensibles. Les SAN possèdent généralement des architectures commutées utilisant Fiber Channel (FC) pour la connectivité. A la Figure 3, page 6, le terme architecture commutée " indique que toute unité de stockage est reliée à chaque serveur via plusieurs commutateurs, assurant la redondance des chemins en direction des unités de stockage. Cette configuration multiplie les routes pour les transmissions et supprime le risque du commutateur comme point de défaillance central.

D'après le rapport Worldwide Disk Storage Systems publié par l'IDC, les ventes de systèmes de stockage ont atteint 4,8 milliards de dollars au premier trimestre 2003. Le marché SAN mondial enregistre une croissance annuelle de près de 14 %, en termes de ventes et l'investissement dans les systèmes de stockage devrait atteindre 120 milliards de dollars dans le monde d'ici à 2005. Les réseaux SAN basés sur IP représentent une partie considérable des solutions de stockage actuelles. Des sondages effectués par CompTIA, en 2002, révèlent effectivement que près de 70 % des entreprises de moyenne taille envisageront de déployer tout ou partie d'un réseau SAN basé sur IP, dans les prochaines années. Ethernet possède de nombreux avantages similaires à ceux de Fiber Channel pour la prise en charge des réseaux SAN. Citons notamment le haut débit, la prise en charge d'une topologie architecture commutée, l'interopérabilité à grande échelle et un large panel d'outils de gestion. Le commutateur est l'élément clef d'un réseau de stockage. Les ports Ethernet connaissent un succès croissant, en particulier le Gigabit et le 10-Gigabit. Il est naturel de chercher à exploiter au mieux l'IP et l'Ethernet pour le stockage.

Réseau SAN sur IP

Le protocole IP a été développé comme un standard ouvert permettant une intéropérabilité complète des équipements. Les deux nouvelles technologies de réseau de stockage sur IP sont FC sur IP (FCIP ou iFCP, sous sa forme hybride) et SCSI sur IP (iSCSI). FCIP prend en charge les communications Fiber Channel sur un réseau IP standard, via le tunneling Fiber Channel ou le tunneling de stockage. Cette technologie présente l'avantage d'utiliser des unités de stockage distantes de plus de 10 km, lorsque la fibre optique est utilisée comme média. A l'intérieur du data center, les canaux Fiber Channel peuvent également fonctionner sur un câble coaxial ou un câblage à paire torsadée, mais à des distances beaucoup plus courtes. iFCP, la forme hybride transporte les commandes iSCSI sur Fiber Channel. iSCSI détecte les commandes SCSI, les données et l'état sur les réseaux Ethernet. Elle a l'avantage de fonctionner sur des réseaux géographiquement distants, sans devoir être reliée au maillage Fiber Channel, car elle utilise le réseau Ethernet existant. L'intégration de la norme IP dans ces systèmes de stockage est le gage de gains de performance : vitesse accrue, plus grande disponibilité, tolérance de panne et évolutivité. Correctement implémentées, ces solutions peuvent quasiment garantir 100% de disponibilité des données. Les protocoles de gestion basés IP fournissent également aux administrateurs réseau un nouvel ensemble d'outils, d'alertes et d'alarmes, jusqu'à présent propriétaires des technologies de stockage des générations précédentes. Les solutions de sécurité et de cryptage ont également été largement améliorées. Avec la popularité croissante du 10G et la disponibilité de nouveaux liens WAN plus rapides, ces solutions peuvent offrir un véritable stockage à la demande.

Fiber Channel sur IP (FCIP)

Présentation de Fiber Channel (FC)

L'interface FC traditionnelle est une technologie d'interconnexion de réseaux SAN, basée sur les standards, utilisée au sein des data center et entre data center distants. Il s'agit d'une interface série ouverte, à haut débit, utilisée pour relier des serveurs et des appareils de stockage (disques, bibliothèques de bandes, jukebox) ou des serveurs entre eux. FC possède de grandes capacités d'adressage. Tout comme pour SCSI, chaque équipement reçoit un numéro sur le canal. Aujourd'hui, il s'agit de l'interface de stockage réseau la plus répandue. Le canal Fiber Channel peut être intégralement maillé, offrant ainsi une redondance parfaite. FC peut fonctionner aux débits suivants : 133 Mbit/s, 266 Mbit/s, 530 Mbit/s, 1 Gbit/s, 2 Gbit/s, sachant que les débits les plus courants sont 1 Gbit/s et 2 Gbit/s. Les distances de transmission varient selon le débit et le média. Les nouveaux commutateurs Fiber Channel 10G sont déjà disponibles. Selon la norme IEEE 802.3ae, les câbles fibre optique monomode supportent ce protocole jusqu'à 10 kilomètres. La distance atteint 300 m avec la nouvelle fibre multimode 50 microns. La fibre optimisée laser (OM3) est nécessaire pour les transmissions à 10Gbit/s. Fiber Channel prend en charge trois topologies de connexion différentes : point à point, boucle arbitrée et architecture commutée. L'architecture commutée, comme son nom l'indique, est la meilleure solution car elle permet un maillage dans le Fiber Channel. Elle peut également être en îlots. Les îlots relient géographiquement plusieurs " maillages " Fiber Channel. Ces " maillages " peuvent être placés partout à portée du média, sans IP. Avec IP, le " maillage " peut atteindre de grandes distances lorsqu'il est relié par des routeurs et des liens. Ils peuvent également inclure différentes topologies (en cascade, anneau, maillé ou " core-to-edge "), mais nécessiter une connectivité supplémentaire pour l'accès aux données partagées, la consolidation des ressources, la sauvegarde des données, la duplication à distance ou la reprise après interruption.

La topologie FCIP

La Figure 3 illustre une configuration classique Fiber Channel sur IP natif. Le protocole de tunneling Fiber Channel sur IP (FCIP) a été développé pour abolir les limitations de distance du FC traditionnel. FCIP prend en charge la communication FC sur un réseau IP standard, permettant ainsi l'interconnexion des réseaux SAN FC, et la distribution à l'échelle de l'entreprise, quelles que soient les distances. Pour répliquer des systèmes de stockage sur un réseau étendu, FCIP fournit un mécanisme permettant d'inter-connecter les " islands " de réseaux SAN FC sur une infrastructure IP (LAN/MAN/WAN) pour former un seul " maillage " SAN FC unifié.

Les principaux composants et éléments

Le matériel Fiber Channel relie les équipements de stockage aux serveurs et forme le " maillage " Fiber Channel en interconnectant ce qui suit :

Périphérique d'interconnexion : commutateurs, éléments directeurs
Dispositifs d'adaptation : Adaptateurs bus hôte (HBA installés dans le serveur), adaptateurs, ponts, routeurs et passerelles
Appareils de stockage : matrices de disque RAID (Redundant Array of Independent Disks) ou non RAID, bibliothèques de bandes
Serveurs : Le serveur est l'initiateur du réseau SAN Fiber Channel et assure l'interface avec un réseau IP. Les serveurs interagissent avec le " maillage " Fibre Channel via l'adaptateur bus hôte.

Média/couche physique : Câbles coaxiaux, à paire torsadée et/ou fibres optiques Les commutateurs SAN FC sont classés dans le " maillage " comme commutateurs ou éléments directeurs. Un commutateur de " maillage " contient un nombre de ports moyen ou faible, tandis qu'un élément directeur contient un nombre élevé de ports (généralement supérieur à 64 ports). Les commutateurs Fiber Channel peuvent former un réseau pour créer des réseaux de stockage plus conséquents. L'adaptateur bus hôte (HBA) est plus complexe qu'une carte Ethernet traditionnelle. Il relie le réseau Fiber Channel au réseau IP.

Un pont peut être utilisé pour relier les appareils de stockage SCSI ou ESCON (Enterprise System Connection) opérationnels au réseau Fiber Channel. La combinaison des avantages de SCSI et des réseaux, iFCP, le successeur hybride de FCIP, permet aux équipements FC de communiquer sur les réseaux grâce aux commandes iSCSI et aux commutateurs Ethernet traditionne

SCSI (Small Computer Systems Interface) sur IP (ou iSCSI)

Le protocole iSCSI unifie stockage et réseau IP. iSCSI utilise les équipements Ethernet et le protocole IP existants pour acheminer et gérer les données stockées dans un réseau SAN SCSI. Il s'agit d'une solution de stockage simple, à haut débit et faible coût, fonctionnant sur de longues distances. L'un des principaux problèmes posés par les équipements reliés au travers du SCSI traditionnel était la limitation de distance. En utilisant les composants existants du réseau et en exploitant les avantages du réseau IP, tels que la gestion de réseau et d'autres outils pour les réseaux LAN, MAN et WAN, iSCSI prend de l'ampleur sur le marché du stockage et étend la connectivité SAN, sans limitation de distance. Cette solution est plus rentable car elle utilise les équipements et l'infrastructure existants. Avec la multiplication par 10 des débits découlant du passage de l'Ethernet 1 Gigabit au 10 Gigabit, elle s'imposera bientôt sur le marché des réseaux SAN. En utilisant l'Ethernet 10 Gigabit, les réseaux SAN atteignent les vitesses de transport de stockage les plus élevées de l'histoire.

Les principaux composants et éléments de l'iSCSI

Adaptateur bus hôte iSCSI (HBA) ou NIC (installé dans le serveur)
Matrices de disque d'appareils de stockage ou bibliothèques de bandes
Serveurs
Commutateurs et routeurs Ethernet/IP standard
Routeurs et commutateurs de stockage
Passerelles
Média/couche physique - Fibre, paire torsadée

Généralement, pour déployer un réseau de stockage iSCSI dans un data center, la connectivité est fournie via des adaptateurs de bus hôte (HBA) iSCSI ou une carte NIC de stockage, qui connecte les ressources de stockage au réseau Ethernet existant via les commutateurs Ethernet/IP ou les routeurs et commutateurs de stockage IP. Les commutateurs et routeurs IP de stockage spécifiés combinent des interfaces iSCSI et d'autres interfaces de stockage, telles que SCSI ou Fiber Channel. Ils offrent une connectivité multi protocole impossible avec les commutateurs Ethernet et IP conventionnels.

Lors de la connexion à des réseaux SAN FC, un commutateur ou un routeur de stockage IP est nécessaire pour convertir le protocole FC en iSCSI. Les commutateurs et routeurs de stockage IP augmentent la portée du SAN FC et relient les SAN FC aux SAN iSCSI. Par exemple, un commutateur de stockage IP permet aux utilisateurs de réaliser la commutation FC à FC, FC à iSCSI, ou encore FC à Ethernet, en complément de la commutation Ethernet à Ethernet.

Les réseaux de stockage à architectures mixtes

La flexibilité et la rentabilité sont les critères primordiaux pour implémenter une solution iSCSI, particulièrement pour le stockage longue distance. Qui plus est, sachant que les débits Ethernet sont en perpétuelle augmentation, il est raisonnable de penser que l'interface iSCSI basée sur Ethernet 10 Gigabits sera largement utilisée pour les réseaux SAN des data center. Bon nombre d'équipements, même iFCP, ont été développés pour communiquer avec l'ensemble des solutions de stockage FC traditionnelles installées. Afin de pérenniser les investissements réalisés par les entreprises dans la technologie de stockage, les installations SAN évolueront probablement d'un réseau de stockage spécifique unique vers une combinaison de produits Fiber Channel et SCSI.

En outre, on s'attend à une évolution des commutateurs Ethernet et Fiber Channel multilingues (combinaison), ainsi qu'à une convergence ou intégration du stockage NAS et des réseaux SAN. Le réseau SAN et NAS ainsi intégré sera évolutif et économique. Il prendra en charge de nombreux protocoles et interfaces. Selon une étude du Gartner Dataquest, plus de 20% des unités de stockage vendues en 2006 possèderont une combinaison d'adaptateurs iSCSI et Fiber Channel. Une telle intégration permettra aux clients d'optimiser leurs réseaux SAN Fiber Channel traditionnels, puisqu'elle offrira des connexions fiables, sur de longues distances, sur la base des équipements électroniques existants, grâce à la convergence entre les protocoles Fiber Channel et iSCSI.

Évolution des normes pour les réseaux SAN

Les normes FC sont développées par le sous-comité technique NCITS/T11 du NCITS (National Committee for Information Technology Standards). Les normes FC originales ont été approuvées par l'ANSI X.3230 en 1994. La première norme SCSI fut ratifiée par l'ANSI en 1986. Depuis, de multiples amendements ont été apportés au fur et à mesure que des modifications prennent effet au sein de l'industrie. L'IETF " Internet Engineering Task Force " développe ces normes grâce aux améliorations apportées par le protocole IP à l'interface existante et aux normes opérationnelles précitées. En février 2003, la spécification de l'iSCSI fut officiellement approuvée comme " proposition de norme " par l'IETF. De plus, la SNIA (Storage Networking Industry Association), la FCIA (Fibre Channel Industry Association) et d'autres groupes industriels travaillent également sur le développement et l'implémentation de la norme SAN.

Le data center est le coeur d'infrastructure vital d'une organisation. En plus des composants de SAN/NAS, un data center classique comprend de nombreux autres composants et connecteurs. Pour accompagner l'évolution des data center, le groupe TIA TR-42.1.1 travaille sur " la norme d'infrastructure de télécommunications pour data center qui paraîtra sous la référence ANSI/TIA/EIA-942 ". Cette norme couvrira la conception du système de câblage, les cheminements et les locaux.

Câblage et conception des réseaux SAN dans les data center

Si l'on trouve surtout les réseaux SAN dans les data center, ils possèdent également des applications vidéo, audio et autres applications convergées.

La base d'un réseau doit impérativement être solide. Dans un environnement de data center, les principales exigences de câblage sont :

Système ouvert basé sur des normes
Haute performance & large bande passante, qualité
Prise en charge de 10 Gigabits
Prise en charge de différents types de réseaux SAN / NAS et de protocoles
Prise en charge des demandes cumulées de bande passante pour les applications convergées
Haute fiabilité
Redondance
Flexibilité, évolutivité et mécanismes facilitant le déploiement des MAC

Pour satisfaire l'ensemble des conditions précitées, 10G ip™ est la solution idéal. Cette infrastructure solide est utilisée dans le monde entier pour les communications d'entreprise dans les data center. Elle s'aligne parfaitement sur la proposition de norme de data center de la TIA. Pour renforcer la fiabilité de l'infrastructure de communications, la redondance est le premier facteur à prendre en compte dans un data center. Cette redondance peut être obtenue en séparant physiquement les services, les zones et voies d'accès reliées, ou en configurant des équipements redondants en topologies " maillées ".

Remarque: Le système de câblage optique Siemon 10G ip XGLO^® peut être configuré en topologie distribuée ou centralisée. Pour plus d'informations sur le produit et la conception de la solution de câblage Siemon 10G ip, rendez-vous sur le site Web de Siemon (www.siemon.com) ou contactez Siemon directement.

Conclusion

Les réseaux SAN ne sont qu'un composant des applications convergentes qui transitent aujourd'hui au sein des réseaux. Les avantages de ces systèmes sont non seulement nombreux, mais parfaitement indispensables à une société. Fournir la bande passante requise par toutes les applications en réseau, avec une infrastructure à la pointe de la technologie, garantit la disponibilité des opérations de l'entreprise pour les années à venir. Adapter votre infrastructure après coup est très coûteux. Les experts de l'industrie estiment qu'une infrastructure de câblage devrait pouvoir transporter des données pendant au moins 10 ans. Or le système 10G ip™ de Siemon peut fournir à une entreprise la bande passante nécessaire et garantir ses investissements pendant 10 ans. Il ne s'agit pas seulement du câblage mais également de sa connectivité.

La société Siemon met tout en œuvre pour que ses utilisateurs finaux investissent dans la meilleure solution possible. Couvert par l'une des meilleures garanties de l'industrie, un réseau mondial d'installateurs certifiés et des composants de pointe, tout client de Siemon peut être certain que son système de câblage lui conférera valeur ajoutée et protégera le " retour sur investissement " des applications et équipements actifs qui l'utiliseront. Que vous choisissiez XGLO^®, TERA™ ou 10G 6™, votre investissement d'aujourd'hui perdurera demain. Il existe autant de systèmes de câblage que d'actifs, aussi est-il primordial de protéger vos actifs vitaux en adoptant la meilleure infrastructure possible.

Bibliographie: Per Hour Downtime Costs, Contingency Planning Research and Internetweek (3/4/2000); Worldwide Disk Storage Systems Report, IDC, www.idc.com; SAN for the Masses, Computing Technology Industry Association, http://www.comptia.org/research/files/summaries/sansforthemassessummary1-02.pdf; Storage Network Infrastructure, 2003 Forecast (Executive Summary), Dataquest of Gartner, www.gartner.com; ANSI, American National Standards Institute, www.ansi.org; TIA, Telecommunications Industry Association, www.tiaonline.org; EIA, Electronics Industry Alliance, www.eia.org; IETF, Internet Engineering Task Force, www.ietf.org; SNIA, Storage Networking Industry Association, www.snia.org; FCIA, Fibre Channel Industry Association, www.fibrechannel.org