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Introducción a la conectividad de las redes de área de almacenamiento

Cada conmutador y cada sistema de almacenamiento de la red de área de almacenamiento (SAN) deben estar interconectados -- generalmente a través de un cableado de fibra óptica o de cobre -- y las interconexiones físicas deben soportar unos niveles de ancho de banda que permitan gestionar adecuadamente los picos de transferencia de datos que se generen. Esta visión general hace hincapie en el papel que desempeña la conectividad del Canal de Fibra (FC), de la Ethernet y del iSCSI en la SAN.

Una red de área de almacenamiento (SAN, Storage Area Network) integra una amplia gama de dispositivos de almacenamiento a través de un único sistema cuyo suministro, asignación y gestión pueden llevarse a cabo de forma centralizada en toda la empresa. Aunque, a menudo, son aspectos como la capacidad de almacenamiento, el rendimiento y la gestión los que mayor interés despiertan, el factor de la conectividad entre cada dispositivo SAN desempeña un papel crucial para que la implantación de estas redes de área de almacenamiento tenga éxito. Todos los conmutadores y sistemas de almacenamiento de una SAN deben estar interconectados (normalmente, mediante fibra óptica o cable de cobre), y los enlaces físicos deben permitir anchos de banda suficientes para hacer frente a los picos de flujo de datos que se produzcan. En esta introducción analizamos las características de la conectividad de los estándares de Canal de Fibra, Ethernet e iSCSI (Small Computer Storage Interface, interfaz de almacenamiento para equipos pequeños en Internet) en las redes SAN.

El Canal de Fibra constituye el tipo de interconexión por excelencia de las SAN, y la práctica totalidad de los conmutadores y las plataformas de almacenamiento presentan puertos de Canal de Fibra. Los puertos múltiples de Canal de Fibra permiten el tráfico simultáneo de varios flujos de datos, aunque es frecuente que se recurra a añadir grupos de puertos individuales que multiplican la efectividad del ancho de banda. A modo de ejemplo, la guía de investigación nos informa de que el servidor de almacenamiento InServ E800 que ofrece 3PAR Data Inc. tiene capacidad para albergar hasta 128 puertos de Canal de Fibra, mientras que el TagmaStore AMS1000, desarrollado por Hitachi Data Systems Inc. (HDS), proporciona hasta ocho puertos de Canal de Fibra. Los servidores y otro tipo de dispositivos pueden conectarse a los adaptadores de canal del host del Canal de Fibra para crear una interfaz de Canal de Fibra.

Dado que se trata de una interfaz en serie, el ancho de banda del Canal de Fibra se expresa en Gbps. Los primeros desarrollos del Canal de Fibra ofrecían una velocidad de 1 Gbps por puerto, que después ascendió a 2 Gbps, y, finalmente, alcanzó los 4 Gbps. Ya ha comenzado a emplearse una nueva versión de 8 Gbps, pero su adopción generalizada no está prevista hasta mediados o finales de 2009. Por otra parte, la de 10 Gbps se emplea en los enlaces interconmutados destinados a conectar los conmutadores del Canal de Fibra entre sí. La tecnología de Canal de Fibra trabaja con numerosos protocolos, en especial con SAS e IP.

Por otro lado, esta tecnología puede desarrollarse a través de distintos medios físicos. El cable de par trenzado se emplea para cubrir, a una velocidad reducida, distancias relativamente cortas entre dispositivos del Canal de Fibra. El cable coaxial suele ofrecer un mejor aislamiento contra las interferencias y puede abarcar distancias algo mayores. La fibra óptica se emplea, habitualmente, para transmitir las señales más rápidas entre puntos que presentan hasta 10 kilómetros de separación.

Ethernet

Pese a que el uso de la conectividad Ethernet en las más amplias redes de área local (LAN, Local Area Network) se ha generalizado, su aplicación a las redes de área de almacenamiento se ha visto frenada a causa de la relativa lentitud de su ancho de banda. Los puertos de Ethernet convencionales alcanzan unos 10/100 Mbps, velocidad muy inferior a la que proporciona el Canal de Fibra. Esta circunstancia ha provocado que el uso de Ethernet en las SAN se limite a tareas de gestión primarias. Por ejemplo, un dispositivo o conmutador de almacenamiento puede incluir un único puerto de Ethernet que permite conectar dicho sistema a la LAN para que un administrador pueda gestionarlo a través de ella. La red Ethernet suele trabajar con dos protocolos: TCP (Transmission Control Protocol, Protocolo de Control de Transmisión), responsable de la organización de datos en paquetes, e IP (Internet Protocol, Protocolo de Internet), que controla la manera como se transmiten esos paquetes de datos. De hecho, los términos “Ethernet� y “TCP/IP� tienden a emplearse de forma indiferenciada.

El ancho de banda de Ethernet está aumentando en la actualidad, y, en la mayor parte de los centros de datos, está disponible el estándar 10 Gigabit Ethernet (10 GigE), que mejora la eficacia de las LAN y acabará logrando que el uso de Ethernet para la transmisión de datos en las SAN se vuelva más útil. Muchos servidores y conmutadores presentan ya el estándar 1 Gigabit Ethernet, y la posible implantación de 10 GigE vaticina que Ethernet se situará al mismo nivel que la tecnología de Canal de Fibra de 10 gigabits.

La implantación convencional de las LAN de Ethernet solía realizarse mediante cable coaxial, pero el cableado de par trenzado (esto es, cables de Ethernet de categoría 5 o categoría 6) es el más empleado en las redes de área local. En el caso de 10 GigE, suele recurrirse a la fibra óptica para cubrir distancias de transmisión de hasta 40 kilómetros, lo que encarece sobremanera esta tecnología y hace que su uso quede restringido a las redes troncales. A medida que el cable de cobre vaya implantándose en 10 GigE, los centros de datos y las redes de área de almacenamiento irán haciendo un uso mucho más profundo de esta tecnología.

Los estándares ISCSI y FCIP

Las SAN de Canal de Fibra han tenido que hacer frente, durante mucho tiempo, a unos gastos de implantación considerables y a un sistema de gestión complejo, que a menudo ha imposibilitado su adopción por parte de las pequeñas organizaciones de tecnología de la información. La aparición del estándar iSCSI contribuye a superar estos escollos mediante el encapsulado de los comandos del protocolo SCSI en paquetes IP, que permite su transmisión a través de una conexión de Ethernet, en detrimento de una conexión de Canal de Fibra. Gracias a este planteamiento del iSCSI, que prescinde del Canal de Fibra para apostar por Ethernet, pueden transferirse datos a través de las LAN, de las WAN (Wide Area Network,) o de Internet, y llevarse a cabo una gestión de almacenamiento a grandes distancias.

En la práctica, los usuarios o aplicaciones hacen que el sistema operativo genere los comandos de almacenamiento SCSI (Small Computer Storage Interface, interfaz de almacenamiento para equipos pequeños) correspondientes. Posteriormente, estos comandos y datos SCSI se encapsulan, y se les asignan cabeceras IP para realizar el empaquetamiento. Tras esta fase, los paquetes pueden enviarse ya a través de una conexión Ethernet normal. El extremo remoto de la conexión iSCSI descodifica el contenido encapsulado y transfiere los comandos SCSI al controlador SCSI y al dispositivo de almacenamiento. Este proceso también puede invertirse, es decir, es posible reenviar al usuario o a la aplicación cualquier dato o respuesta a través de la conexión Ethernet.

Aun cuando su gestión resulta más sencilla que la del Canal de Fibra, el sistema iSCSI no deja de plantear dos inconvenientes con relación al almacenamiento. Por un lado, bajo 1 GigE, no proporciona la misma velocidad que el Canal de Fibra. Y, por otra parte, en situaciones de colapso de la red, en Ethernet pueden peDRerse algunos paquetes. La incidencia de estos problemas se verá reducida pronto gracias a la adopción de 10 GigE y de Data Center Ethernet, un estándar que aún se encuentra en fase de desarrollo, y cuyo objetivo es aumentar los niveles de la calidad de servicio (Quality of Service) de Ethernet, dotar a esta tecnología de trayectos múltiples eficaces y reducir sus tiempos de espera, a la par que evitar las péDRidas de paquetes. Otra alternativa es la que representa el estándar FCIP (Fibre Channel over IP, Canal de Fibra sobre IP). El FCIP transforma los comandos y datos del Canal de Fibra en paquetes IP, que pueden intercambiarse a distancia entre redes SAN de Canal de Fibra. Cabe destacar que el estándar FCIP sólo permite la conexión de redes SAN de Canal de Fibra, mientras que el ISCSI funciona a través de cualquier red de Ethernet.

Actualmente, los proveedores de soluciones de almacenamiento están trabajando en un estándar de Canal de Fibra sobre Ethernet (FCoE, Fibre Channel over Ethernet) que permita una convergencia de las redes SAN y LAN. La nueva especificación FCoE reduciría el cableado valiéndose de adaptadores de redes combinadas, en lugar de los sistemas HBA de Canal de Fibra (Host Bust Adapter, adaptador de bus del host) o de las tarjetas de red (NIC, Network Interface CaDR). No obstante, la implantación del FCoE está suboDRinada a la disponibilidad del estándar Data Center Ethernet, cuya adopción generalizada no está prevista hasta finales de 2009. A diferencia del iSCSI, el FCoE no admite direccionamiento, y se halla supeditado a los límites espaciales que presenta el Canal de Fibra.

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