Redes de área de almacenamiento (SAN) aproveche las arquitecturas de red de estilo bus para acelerar y descentralizar el acceso al almacenamiento empresarial. Por lo tanto, acelerar el acceso al almacenamiento incluye acelerar el rendimiento de la SAN, así como los propios medios de almacenamiento, por lo que es fundamental equipar el Laboratorio de pruebas de StorageReview Enterprise con una variedad de opciones de interconexión en las tres familias de protocolos de red clave: Ethernet, InfiniBand y Fibre Channel. Estas opciones de interconexión brindan los medios para realizar evaluaciones comparativas integrales basadas en condiciones comparables a las que los administradores de SAN realmente experimentan en el campo.
Redes de área de almacenamiento (SAN) aproveche las arquitecturas de red de estilo bus para acelerar y descentralizar el acceso al almacenamiento empresarial. Por lo tanto, acelerar el acceso al almacenamiento incluye acelerar el rendimiento de la SAN, así como los propios medios de almacenamiento, por lo que es fundamental equipar el Laboratorio de pruebas de StorageReview Enterprise con una variedad de opciones de interconexión en las tres familias de protocolos de red clave: Ethernet, InfiniBand y Fibre Channel. Estas opciones de interconexión brindan los medios para realizar evaluaciones comparativas integrales basadas en condiciones comparables a las que los administradores de SAN realmente experimentan en el campo.
Los arreglos de almacenamiento all-flash y los arreglos híbridos son las tecnologías de almacenamiento que han estado impulsando el desarrollo de interconexiones más rápidas, pero los administradores de grandes grupos de discos duros también se benefician al prestar mucha atención al rendimiento y la confiabilidad de SAN. Hoy en día, el acceso a las plataformas de interconexión de infraestructura convergente puede ayudar a evitar quedar atrapado en un protocolo o capa de enlace físico, pero las opciones de interconexión realizadas durante la arquitectura de las redes de almacenamiento pueden afectar las capacidades y el rendimiento de SAN en los años venideros.
Una amplia variedad de opciones para la implementación de SAN, incluidas las opciones de cableado y conector, puede dificultar saber a primera vista qué combinaciones y configuraciones de interconexión son las más adecuadas para un dispositivo o aplicación en particular. Esta descripción general del equipo de redes de Enterprise Test Lab comenzará con una discusión de cada uno de los tres protocolos de interconexión más comunes (Ethernet, InfiniBand y Fibre Channel) como una descripción general de las opciones para los arquitectos y técnicos de SAN. Luego desglosaremos e ilustraremos las opciones clave de la capa de enlace físico disponibles para los puntos de referencia empresariales de StorageReview.
Ethernet
El laboratorio de StorageReview está equipado con hardware de conmutación Ethernet de Netgear y Mellanox que nos permite implementar opciones de conectividad de 1 GbE a 40 GbE. Para los puntos de referencia de 1 GbE, usamos conmutadores de prosumidor Netgear ProSafe. Nuestra conectividad de 10 GbE está alimentada por un Netgear ProSafe Plus XS708E utilizando conectores 8P8C y un Mellanox SX1036 10/40Gb, con cables de distribución que separan cuatro puertos SFP+ Ethernet de un solo puerto QSFP.
Aunque el término Ethernet a menudo se usa como sinónimo de cableado de cobre de par trenzado que cuenta con un conector 8P8C (comúnmente conocido como conector RJ45), Ethernet se refiere a un estándar de comunicaciones de red que se puede emplear tanto en enlaces físicos de cobre como de fibra óptica. Para tiradas relativamente cortas, los cables de cobre a menudo ofrecen un atractivo estándar de precio-rendimiento para aplicaciones Ethernet, pero a medida que aumentan las velocidades de transmisión de datos requeridas y las distancias de transmisión, el cable de fibra óptica comienza a ofrecer una ventaja competitiva sobre el cobre.
Vemos nuevos equipos con Ethernet en tres niveles:
- 1GBE – Actualmente, en 2013, la mayoría de los equipos domésticos y de prosumidores están diseñados con 1000BASE-T gigabit Ethernet integrado, junto con equipos para estaciones de trabajo empresariales, SMB NAS/SAN e interfaces LAN de servidores integrados. Estamos empezando a ver más y más estándar de envío de Ethernet de par trenzado 10GBASE-T en servidores y hardware de almacenamiento, pero por ahora las velocidades de gigabit son el estándar mínimo de facto para la conectividad de red cableada.
- 10GBE – En la primera década de la década de 2000, las velocidades de 10 gigabits requerían fibra óptica o Twinax de corta duración a través de conectores estilo SPF. El cobre y el conector 8P8C ahora están incursionando en las arquitecturas SAN debido a la creciente disponibilidad de hardware de red 10GBASE-T, que permite velocidades de diez gigabits sobre cat6 y cat7. 10GbE sobre cobre de par trenzado ha convertido a 10GBASE-T en una nueva opción asequible para la interconexión de almacenamiento de alta velocidad, aunque la fibra óptica aún domina el mercado. Nuestro Conmutador Netgear M7100 cuenta con veinticuatro puertos 10GBase-T y 4 puertos SFP+, mientras que nuestro Netgear ProSafe Plus XS708E cuenta con ocho puertos 10GbE y un puerto SFP+ de fibra 10G compartido.
- 40GBE – A través de QSFP+, que consolida cuatro carriles SFP+ en un solo conector, podemos lograr la conectividad de 40 GbE que suele ser necesaria para los arreglos de almacenamiento modernos más rápidos. Hardware de infraestructura convergente, como el Mellanox SX6036 que usamos en el laboratorio, ofrece opciones para InfiniBand de 40 GbE o 56 Gb/s según la configuración. A Conmutador Ethernet Mellanox SX1036 de 10/40 Gb sirve como la columna vertebral de la red del laboratorio.
InfiniBand
InfiniBand estuvo ampliamente disponible a principios de la década de 2000 con los fabricantes de interruptores Mellanox y QLogic impulsando el estándar. InfiniBand ofrece cinco niveles de rendimiento de enlace: velocidad de datos única (SDR) a 2.5 Gb/s por carril, velocidad de datos doble (DDR) a 5 Gb/s, velocidad de datos cuádruple (QDR) a 10 Gb/s, velocidad de datos catorce (FDR) a 14 Gb/s y velocidad de datos mejorada (EDR) a 26 Gb/s por carril unidireccional.
InfiniBand se puede utilizar con cableado de cobre o fibra óptica según el rendimiento requerido y la distancia requerida para la interconexión. Hoy en día, los conectores SFF-8470, a menudo llamados simplemente conectores InfiniBand, comúnmente terminan los cables junto con conectores de estilo SFP. El laboratorio de pruebas de StorageReview Enterprise alberga una estructura Mellanox InfiniBand de 56 Gb/s que se utiliza para evaluar comparativamente el dispositivo de almacenamiento flash, incluido nuestro Base de datos MarkLogic NoSQL punto de referencia.
El punto de referencia MarkLogic NoSQL compara el rendimiento del almacenamiento en una variedad de dispositivos, incluidos los aceleradores de aplicaciones PCIe, grupos de SSD y grandes arreglos de HDD. Usamos un tejido Mellanox InfiniBand alimentado por nuestro Mellanox SX6036 para proporcionar las interconexiones para estos puntos de referencia debido a su rendimiento de red de 56 Gb/s, así como compatibilidad con los protocolos iSER (iSCSI-RDMA) y SRP (SCSI RDMA). iSER y SRP reemplazan la pila iSCSI TCP con Remote Direct Memory Access (RDMA), que permite una mayor eficiencia en un entorno agrupado al permitir que el tráfico de red pase por alto las CPU de los sistemas y permite que los datos se copien de la memoria de los sistemas de envío directamente a la la memoria de los sistemas receptores. Estas funciones también se trasladan a Ethernet con el protocolo iSCSI sobre RDMA (iSER).
Tener este tejido InfiniBand en su lugar, junto con un Servidor de cuatro nodos EchoStreams GridStreams y un conjunto estandarizado de puntos de referencia MarkLogic NoSQL, nos permite impulsar nuevos dispositivos de almacenamiento de alto rendimiento como el Acelerador de aplicaciones PCIe Micron P320h de 2.5″ para ver cómo se comparan las especificaciones del fabricante con el rendimiento en condiciones reales. Más adelante este año agregaremos un nuevo punto de referencia de VMware que también aprovecha InfiniBand SAN de StorageReview.
Protocolo de canal de fibra
A fines de la década de 1990, Fibre Channel era el protocolo de interconexión dominante para la computación de alta velocidad y las redes de área de almacenamiento (SAN). Creando cierta confusión, Fibre Channel se usa como abreviatura de Fibre Channel Protocol, un protocolo de comunicación basado en canales en serie que a menudo se implementa en cables de cobre y de fibra óptica. La capa de enlace físico de Fibre Channel permite enrutar una sola ruta de comunicación a través de más de un tipo de tecnología de enlace, incluida la combinación de segmentos de cobre y fibra óptica, para llegar a su destino.
El laboratorio StorageReview incorpora conectividad FC de 8 Gb/s y 16 Gb/s a través de un Canal de fibra QLogic SB5800V de 8 Gb interruptor y un Brocade 6510 FC de 16 Gb cambiar. Para las aplicaciones de infraestructura convergente, utilizamos HBA de doble puerto QLogic de 16 Gb y, en otras situaciones, también utilizamos HBA de canal de fibra Emulex de 16 Gb de puerto único. Una diferencia clave entre el equipo Fibre Channel y otra infraestructura SAN es el precio y la concesión de licencias. Mientras que los conmutadores Ethernet generalmente están disponibles con una cantidad determinada de puertos (comúnmente 12, 24 o 48) que están todos activos al momento de la compra, es común que los fabricantes de FC usen un modelo de licencia por puerto, donde un conmutador Fibre Channel puede presentar 48 puertos físicos, pero solo incluye licencias agrupadas para 12 o 24 de estos con la compra inicial. Se habilitan puertos adicionales y, a veces, otras funciones según sea necesario mediante la compra de licencias adicionales.
Fibre Channel es el primer protocolo SAN compatible con Tecnología Mt. Rainier de QLogic, que combina QLogic SAN HBA con software y almacenamiento flash basado en servidor para proporcionar almacenamiento en caché independiente del sistema operativo a través de una tarjeta PCIe instalada en los servidores. Mt. Rainier se centra en una tarjeta adaptadora basada en QLogic PCIe HBA para la gestión de lógica y caché, así como el almacenamiento en sí, que luego se conecta al nivel flash. El resultado neto es una memoria caché local para el servidor informático a través de una tarjeta de interfaz que habría sido necesaria para la conectividad SAN Fibre Channel independientemente. Para las aplicaciones que se ejecutan en un servidor o un clúster, el caché se parece al almacenamiento SAN, pero es más rápido acceder a él.
Este enfoque, que aprovecha la infraestructura SAN para proporcionar almacenamiento en caché local y en todo el clúster, demuestra el importante espacio para la innovación en la generación actual de tecnología Fibre Channel. La instalación de más de uno de los adaptadores FabricCache de QLogic en un clúster permite compartir la memoria caché; la integración con la estructura Fibre Channel permite aprovechar la memoria caché en la tarjeta tanto a escala local como de clúster.
Componentes físicos
Cable de cobre de par trenzado (Cables Cat)
El cable de cobre de par trenzado es la interconexión más utilizada fuera de las redes de almacenamiento de alta velocidad, aunque con la llegada de las interconexiones de cobre de gigabits y 10 gigabits, el par trenzado ha podido obtener ventajas frente al cable de fibra óptica para aplicaciones SAN de alta velocidad. La familia de cables de par trenzado “cat” (categoría) tiene las ventajas de un bajo costo, facilidad de fabricación y un tipo de conector que se ha mantenido relativamente sin cambios a lo largo de varias generaciones de tecnologías de red.
El cable de cobre de par trenzado está clasificado por un número de generación que refleja su tasa de transmisión de datos máxima y la distancia de enlace nominal máxima. A partir de la década de 1990, una sucesión de generaciones "cat" trajo conectividad de 100 Mb/s (cat5), 1 Gb/s (cat5e), 10 Gb/s (cat6) y una mayor distancia máxima de enlace (cat7).
doblex
Utilizado originalmente en los primeros sistemas de microcomputadoras, el cableado twinaxial (Twinax) ha encontrado un uso continuado como capa física para las interconexiones de 10 GbE en el siglo XXI. Debido a su construcción simple, Twinax ofrece ventajas de costos sobre los cables de fibra óptica para tramos cortos, pero no obstante es más costoso que 21 GbE a través de par trenzado cat10 o cat6. Si el cable de par trenzado continúa ganando terreno en las aplicaciones de interconexión SAN, Twinax puede volver a quedar relegado a aplicaciones heredadas y de nicho.
Cable de Fibra Óptica
Los cables de fibra óptica ofrecen una serie de ventajas técnicas sobre el cobre para la transmisión de datos, aunque su costo mucho mayor y la falta de medios prácticos de los técnicos para crear sus propios cables en el centro de datos han llevado a muchas empresas y centros de datos a reconsiderar el cobre para las interconexiones. Entre las ventajas de la fibra óptica se encuentran las longitudes máximas de transmisión más largas y la falta de vulnerabilidad al "ruido" electromagnético de equipos cercanos o una instalación incorrecta.
La fibra óptica se encuentra en dos variedades: monomodo y multimodo. El modo único presenta una hebra interna y es capaz de mayores velocidades máximas de datos y distancias entre segmentos de red. Sin embargo, requiere el uso de láseres más costosos que pueden aumentar el costo de los dispositivos de red. El multimodo es tolerante con materiales de cable menos costosos y puede ser impulsado por luces LED más simples y menos costosas en lugar de láseres.
En la actualidad, el cable óptico sigue siendo el cable universal para la implementación de SAN empresarial. Las interconexiones de fibra óptica modernas generalmente cuentan con subconectores estándar de la industria, lo que hace que las actualizaciones y los cambios de protocolo sean una cuestión de intercambiar transceptores para usar el mismo enlace para Ethernet, Fibre Channel o InfiniBand. Los costos iniciales para la instalación de fibra óptica son altos, pero el cable de calidad tiene una larga vida útil, ya que las actualizaciones de ancho de banda a menudo solo requieren actualizar los transceptores y el hardware del conmutador.
Transceptores/conectores estilo SFP
Durante los últimos 10 años, SFP y los sucesores de SFP han dominado un segmento creciente del mercado de interconexión debido a la flexibilidad del factor de forma. La mayor parte de lo que vemos en 2013 incluye SFP+ o QSFP, aunque hay otras variantes.
- SFP: conectable de factor de forma pequeño, diseñado para velocidades de hasta 1 Gb/s
- SFP+: Enchufable de factor de forma pequeño mejorado, diseñado para velocidades de hasta 10 Gb/s y compatible con versiones anteriores de SFP
- QSFP: Quad Small Form-Factor Pluggable, diseñado para admitir 40 Gb/s y conexiones más rápidas, este factor de forma combina cuatro interfaces en un transceptor
Mirando hacia el futuro
Con el apoyo de Brocade, Emulex, HP, Intel, Mellanox, Netgear, QLogic y otros, el laboratorio de StorageReview está equipado para cualquier necesidad de interconexión que pueda surgir. En un entorno heterogéneo como este, la flexibilidad es clave, no se sabe cuándo será necesario aprovisionar una parte de la red troncal de fibra para un nuevo arreglo o cuándo veremos un NAS pequeño estándar que admita la agregación de enlaces Ethernet cuádruples. Por supuesto, no todos los entornos empresariales o SMB necesitarán ser tan flexibles y, con ese fin, algunos proveedores de almacenamiento están hablando más de modularidad que de encerrar a los compradores en requisitos de interconexión específicos. NetApp, por ejemplo, tiene tarjetas intercambiables de fibra y 10 GbE para facilitar la inserción de sus arreglos en entornos que pueden haberse estandarizado en uno u otro.
Los muchachos de interconexión también están haciendo algo similar, ahora hay disponibles conmutadores SFP+ que facilitan a los técnicos cambiar entre protocolos y medios de enlace sin tener que desmontarlos y reconstruirlos. Los adaptadores de bus de host (HBA) convergentes de QLogic admiten el cambio de puertos entre Ethernet y Fibre Channel intercambiando transceptores y cables, así como cambiando una configuración en el BIOS de la tarjeta. Mellanox ha sido uno de los primeros líderes en tarjetas de red que utilizan interconexiones virtuales, lo que permite que la misma NIC opere a través de InfiniBand o Ethernet conectando un cable diferente y cargando un controlador diferente.
El impulso hacia la infraestructura convergente corre paralelo a la tendencia hacia la virtualización. Las implicaciones de las generaciones más recientes de SAN y la tecnología de virtualización apuntan a un movimiento constante para desacoplar la infraestructura física no solo de los servidores y las aplicaciones que se ejecutan en ellos, sino también de la capa de red que conecta la infraestructura misma. En lugar de ver plataformas de interconexión competidoras que se mueven hacia silos y competencia entre tecnologías, el mercado se dirige hacia la intercompatibilidad y las infraestructuras heterogéneas y convergentes.