Unificación almacenamiento de datos en un CPD: Data Center Bridging (DCB)
Durante los últimos años se han realizado bastantes avances en el mundo de los CPDs (Centros de Proceso de Datos). Como hemos podido ver en posts anteriores, los puntos clave en CPDs actuales son la alta disponibilidad y la eficiencia energética. Pero no podemos dejar de lado la tendencia de unificación de la red de datos y almacenamiento, sobre la cual existía tal interés que ha motivado la introducción de nuevas arquitecturas como DCB (Data Center Bridging).
Para llegar a DCB, primero debemos analizar la evolución del almacenamiento y qué aspectos marcan la necesidad de definir una arquitectura diferente para la unificación de datos y almacenamiento.
Primero, encontramos NAS (Network Attached Storage), un subsistema de almacenamiento de datos formado por un dispositivo dedicado operando en modo cliente-servidor que se conecta directamente a la red LAN. Como ventaja aporta la no limitación en distancia pero, no cumple los requerimientos de rendimiento de los CPDs actuales respecto a latencia (dependemos de la LAN) y los protocolos utilizados en la comunicación con el NAS, NFS y CIFS, son inherentemente inseguros.
Mediante implementaciones SAN (Storage Area Network), se consiguen altas velocidades entre servidores y almacenamiento utilizando redes especializadas implementadas con tecnología FC (Fiber Channel). Separando el almacenamiento de datos (SAN) de toda la gestión del sistema de archivos (servidores) se consigue una gran capacidad de almacenamiento, disponibilidad y escalabilidad además de poder compartir este almacenamiento entre diversos servidores (aunque no con accesos simultáneos).
Algunos puntos en contra de la implementación de SAN mediante FC son:
- Necesidad de una infraestructura totalmente separada
- Implementación mediante tecnología que no forma parte del stack TCP/IP
- Necesidad de tarjetas adicionales FC (HBA, Host Bus Adapters), cables y nuevos dispositivos para la gestión de la red
- FC no es enrutable
Dados los inconvenientes mencionados, surgen implementaciones de redes SAN compatibles con entornos Ethernet y FC mediante tecnologías iSCSI o FCIP. Si comparamos estas implementaciones con las de una SAN FC, vemos que conseguimos:
- Consolidar el almacenamiento de datos compartiendo éstos con datos de usuario
- Más escalabilidad
- Extensión sobre WAN (tráfico enrutable entre CPDs)
- Tolerancia a desastres mediante una mejora en la implementación de recuperación de datos y backup
- Fácil migración
- Coste menor para el propietario
Además, al operar en plataformas conocidas y empleadas de manera universal, basadas en estándares, el equipo de soporte IT disponible se puede encargar de gestionar fácilmente la parte de almacenamiento. Sin embargo, existen algunos aspectos negativos de este tipo de almacenamiento que aprovecha la infraestructura LAN:
- El funcionamiento de TCP impacta en la latencia y el througput de las operaciones I/O
- Algoritmo window adaptable de TCP puede causar retransmisiones considerables en periodos de fuerte congestión
- Retransmisiones pueden afectar a aplicaciones que dependan del tiempo de ejecución de las peticiones
- Existe una integración difícil con otros tipos de SAN ya existentes
Dada la no compatibilidad con redes SAN ya existentes e inversiones realizadas, surge la implementación de FCoE en el entorno SAN. Esta tecnología permite:
- Aprovechar el rendimiento de 10G Ethernet (y adaptarse a mayores velocidades)
- Compatibilidad con FC, utiliza el modelo de seguridad y gestión existente de FC con extensiones menores para el gateway FCoE (dispositivo que conecta SAN FCoE con SAN FC heredada)
- Acceso transparente a los dispositivos de almacenamiento destino utilizados y gestionados en SAN FC nativa a través de dicho gateway FCoE
De todas maneras, cualquier tecnología tiene sus limitaciones y retos. En el caso de FCoE:
- Ethernet no dispone de mecanismos de control de flujo incorporados como en TCP pero es posible crear un entorno sin pérdidas usando mecanismos 802.3x Ethernet Flow Control
- Diversos tipos de tráfico implican que la escalabilidad y el rendimiento pueden verse afectados por mecanismos de QoS existentes
- FCoE es no enrutable y solo se puede utilizar dentro del CPD
- Es necesaria la definición de una nueva arquitectura que contemple CNAs (Converged Network Adapters) y nuevo HW Ethernet entre servidores y dispositivos de almacenamiento (Fabric nuevo para incluir Ethernet y FC)
Esta nueva arquitectura, Data Center Bridging o DCB, contempla las necesidades mencionadas y está formada por diversas tecnologías (drafts por el momento):
A destacar:
- Priority-based Flow Control (PFC), 802.1Qbb – Control de flujo que discrimina entre clases de tráfico y puede pausar selectivamente algún tipo de tráfico
- Enhanced Transmission Selection (ETS), 802.1Qaz – Formaliza la planificación del comportamiento de múltiples clases de tráfico incluyendo prioridad estricta y mínima capacidad de BW garantizada
- Quantized Congestion Notification (QCN), 802.1Qau – Soporta control de flujo end-to-end en infraestructura LAN conmutada y ayuda a eliminar congestiones persistentes
- Data Center Bridging Exchange Protocol (DCBX), 8021Qaz – Soporta descubrimiento y configuración de dispositivos de red que trabajan con PFC, ETS y QCN
Finalmente, cabe destacar que la implementación de una u otra arquitectura para el almacenamiento de datos dependerá sobretodo de las necesidades de la organización propietaria del CPD. Para PyMEs, la solución más viable es una SAN implementada mediante iSCSI debido a las mejoras en el soporte de diversos tipos de tráfico y el soporte 10G Ethernet (últimos avances de iSCSI). Por otro lado, existe un gran número de organizaciones de mayor envergadura que poseen diseños de almacenamiento de datos en los CPDs basados en FC. Para estas organizaciones, puede resultar más producente utilizar FCoE aplicando la arquitectura DCB (aunque le falte algo de madurez respecto a definición de estándares a utilizar).