Réseaux de Stockage à Haut Débit Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

Déroulement de la présentation Le présent La technologie du SAN Le marché, les acteurs et les produits Un exemple Le futur Nous allons présenter le Réseau de Stockage Haut Débit ou SAN pour Stockage Area Network. Nous parlerons des solutions de stockage mises en place par les entreprises actuellement, notamment des problèmes posés. Puis nous définirons ce qu’est le SAN en détaillant les composantes qui forment ce réseau. Nous continuerons par exposer les aspects économiques, stratégiques de cette technologie en parlant des acteurs et des produits qu’ils proposent. Nous relaterons un exemple d’implantation du SAN, solution adoptée par Airbus Industrie. Nous verrons pourquoi cette entreprise a fait ce choix et que lui apporte cette solution. Nous terminerons par les prévisions sur le futur en matière de stockage. Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

Le présent Aujourd’hui : 2 types d’architectures utilisées : Serveurs de fichiers, Baies de stockage. Le problème : Volume de données sans cesse croissant (60 % par an) Surcharge de traitement au niveau des serveurs, Saturation du réseau local. Une solution : séparation du trafic traditionnel de celui lié à la sauvegarde. Pour stocker leurs données, les entreprises ont eu le choix entre 2 types d’architecture : Stocker leurs données sur le serveur, ainsi chaque machine dispose de son propre sous-système de stockage et les requêtes des utilisateurs voulant accéder à ces données transitent par ce serveur. Installer sur les serveurs des logiciels de sauvegarde, ainsi les données sont transmises à un serveur dédié qui lui-même oriente ces données vers des baies de stockage. Mais, selon IDC*, le volume des données gérées par les entreprises croit de 60 % par an. L’origine de cette croissance est : Le downsizing :migrer les applications AS/400 vers des serveurs NT triple le volume de données à stocker, Le datawarehouse, le datamining, Le développement des intranets et extranets, Le trafic Internet et le multimédia, Le déploiement des progiciels de gestion, La prolifération des architectures client-serveur. Ces 2 types d’architecture posent alors les problèmes suivants : Surcharge de traitement au niveau des serveurs d’application, Saturation du réseau local de l’entreprise, Consommation non négligeable de la bande passante des utilisateurs. Pour pallier à ces problèmes, la solution est de centraliser les ressources de stockage et de les gérer d’une manière indépendante, le tout étant une infrastructure standardisée. International Data Corporation (www.idc.fr) ou IDC est "le premier cabinet mondial de conseil et d'études sur les marchés des nouvelles technologies. L'objectif d' IDC est d'informer les directions générales, marketing, communication, commerciales et informatiques sur l'état, l'évolution et les opportunités des marchés des technologies de l'information" (sic). Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

La technologie du SAN C’est quoi ? SAN = Stockage Area Network Principe Centraliser les ressources de stockage et les fédérer par un réseau en fibre optique à l’interface Fibre Channel. Objectifs Gestion simple, intelligente et autonome des unités de stockage sans passer par un système hôte. Intérêt Faciliter l’administration des données en simplifiant les sauvegardes Définition Architecture de réseau de stockage à haut débit qui repose sur la technologie Fibre Channel et qui autorise le transfert de données entre périphériques sans surcharger les serveurs. Pourquoi un SAN ? Les serveurs avec leur propre sous-système de stockage et de sauvegarde engendrent un éparpillement des ressources et une administration assez complexe. Les données sont de plus en plus souvent conservées dans des modes souvent indépendants des applications. Nous obtenons ainsi une division de l’informatique sur 3 étages : client-serveur-stockage Ce qui favorise l’arrivée de réseaux de stockage. Ils permettent donc aux serveurs et aux stations clientes d’accéder directement aux données à des vitesses de dix à deux cents fois plus élevées que les réseaux Ethernet classiques. Le SAN est une technologie basée sur l’interface Fibre Channel avec un réseau en fibre optique. C'est un réseau qui interconnecte des serveurs et des sous-systèmes de stockage. Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

La technologie du SAN Les Composantes Fibre Channel, colonne vertébrale du SAN L’agent intelligent Les équipements d'interconnexion Les périphériques de stockage Le(s) serveur(s) d’un LAN Un SAN est généralement composé de : L’interface série à haut débit : Fibre Channel, D’un ou plusieurs agents intelligents, D'équipements d'interconnexion (routeurs, commutateurs…) Des périphériques de stockage (disques, stockage sur bande…), D'un ou plusieurs serveurs d’application du LAN. Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

SAN LAN La technologie du SAN Les Composantes Stockage Serveurs Parallel SCSI C'est grâce à Fibre Channel, technologie de communication série à haut débit, que l'interconnexion des composantes constituant un réseau SAN est possible. Le réseau LAN peut être : Gigabit Ethernet, ATM, FDDI, Token Ring, Ethernet Commuté Ethernet Etc… Le réseau SAN adopte une des topologie de fibre Channel : la topologie en boucle appelée FC-AL pour Fibre Channel Arbitrated Loop. Des fonctionnalités comme la tolérance aux pannes, la haute disponibilité et l'administration fournissent au SAN des moyens pour satisfaire les besoins des applications qui manipulent d'importantes masses de données. La facilité d'intégration, la flexibilité modulaire, la bande passante sont d'autres caractéristiques constituant les avantages apportés par les environnements SAN. Stockage Serveurs Clients Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

La technologie du SAN Fibre Channel Élément essentiel du SAN, le Fibre Channel y joue le même rôle qu’Ethernet dans le LAN, à savoir celui de mécanisme de transport de base. 100 Mb/s 200 Mb/s 400 Mb/s 800 Mb/s Débits >> FC-0 Encodage / Décodage des informations (8B/10B) Protocole d'échange de trames / Contrôle de flux FC1 FC-2 Services de transmission HIPPI FC-3 FC-4 FC-PH IBM SCSI 802.x IP FDDI ATM Physique Liaison de Données Canaux Réseaux Le standard Fibre Channel est organisé suivant une architecture à 5 couches : FC-0 : spécifie les caractéristiques physiques des supports : Les différents câbles et connecteurs, Les paramètres optiques et électriques pour une variété de débits de données (100, 200, 400 et 800 Mbits/s, on parle de 2 Gb/s) et de médias physiques. FC-1 : définit le protocole de transmission (optimisation de la bande passante) : L'encodage, le décodage (codage par bloc de type 8B/10B (10 bits pour coder 256 symboles), Les méthodes de synchronisation, Le contrôle d'erreur (détection et correction). FC-2 : définit les protocoles de signalisation (mécanismes de transport) : Structure de trames, Contrôle de flux, Négociation des classes de service de commutation de circuits et de paquets. Fibre Channel définit 3 classes de services: Classe1 : connexion matérielle de commutation de circuits (chemin physique, connexion dédiée), Classe2 : commutation de trames,mode non connecté + transfert garanti & acquittement(multiplexage), Classe3 : service en mode non connecté sans acquittement (mode datagramme). FC-3 : contient un ensemble de services qui sont communs à travers de nombreux ports d'un nœud. Fibre Channel offre 3 types de services : Multiplication de la bande passante en utilisant plusieurs ports en parallèle pour transmettre une information via plusieurs liaisons Assignation à un groupe de ports la même adresse (alias address), Multicast. FC-4 : définit les relations entre les couches plus basses du Fibre Channel et les couches supérieures (trames IP, commandes SCSI par exemple) : c'est une interface applicative de raccordement. Les couches FC-0, FC-1 et FC-2 sont normalisées sous le nom FC_PH (couches physiques). La couche FC-3 est en cours de normalisation. Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

Unité de stockage de masse sur bande Fibre Channel La technologie du SAN C’est un ensemble de standards définissant l’interface série à haut débit. Topologies : Liaison point à point, Fabrique (Commutateur Fibre Channel) Anneau (FC-AL) Caractéristiques : Débit de plusieurs centaines de Mo/s (vers les 2Go/s ?) Connexion jusqu’à 127 périphériques Distance de plusieurs dizaines de kilomètres Fibre Channel menace-t-il le bus SCSI ? Unité de disque Serveur Unité de stockage de masse sur bande Fibre Channel est un protocole de transport. Dans le Fibre Channel, le terme " fibre" désigne les câbles en général et pas seulement les fibres optiques. Le protocole Fibre Channel offre un large panel de possibilités d'implémentation, du moindre coût vers un maximum de performances. Le médium a été isolé du protocole de contrôle pour permettre une implémentation optimale en adéquation avec un environnement donné. Fibre Channel supporte 3 topologies : La liaison point à point (exemple : une station de travail accédant à une unité de disque), La fabrique : commutateur fibre Channel (débits différents simultanément), La boucle arbitrée (Arbitrated Loop) ou topologie en anneau. C'est cette dernière topologie qui est implémentée pour le SAN. C'est un anneau sur lequel peuvent être connectés jusqu'à 127 L_ports (Loop-port) qui se partageront la bande passante. Chaque requête effectuée par un L_port utilise la boucle pour communiquer avec un autre L_port. Si la boucle est libre, le port source établit une connexion bidirectionnelle avec le port destination. Seule une paire de L_ports peut communiquer à la fois. L'arbitrage consiste à assigner un degré de priorité aux L_ports pour accéder à la boucle. Fibre Channel utilise le plan d'adressage sur 48 bits de l'IEEE. Les adresses sont utilisées pour identifier un L_port. Le L_port qui a l'adresse la plus basse est le L_port le plus prioritaire. Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

126 équipements par boucle FC-AL/SAN & SCSI La technologie du SAN Ultra SCSI FC-AL / SAN Transmission de données Half Duplex Full Duplex Bande passante efficace 40 Mo/s 200 Mo/s Protocoles transportés SCSI SCSI, IP, ATM, etc… Capacité d'interconnexion 15 équipements par bus 126 équipements par boucle Longueur max. des liaisons 25 m 10 km Capacité de stockage 136 Go 9 172 Go L'ultra SCSI peut supporter des clusters de disques mais chacun des disques du cluster se voit assigner un ID (parmi les 15 disponibles) contrairement à FC-AL qui associe l'équivalent d'un ID (parmi les 126 disponibles) à tout le cluster et non individuellement à l'unité de disque. Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

La technologie du SAN L’agent intelligent Le SAN doit pouvoir sauvegarder des données sans passer par un serveur L’intelligence est la partie logicielle du SAN Assure l’administration centralisée du réseau de stockage dédié, Est composée d’un ensemble intégré d’applications gérant la sauvegarde, l’archivage, la protection et la restauration des données. Une des étapes du SAN consiste à embarquer des agents intelligents dans les sous-systèmes de stockage. Ils prennent en charge des opérations telles que la sauvegarde des données, directement sans passer par un système hôte, par exemple entre une baie de disques et une bibliothèque à bandes Le développement de ces équipements intelligents permet de séparer la fonction de stockage des serveurs. Cette gestion centralisée simplifie l'administration des sous-systèmes de stockage, offre de meilleures performances et une plus grande disponibilité. Les fonctions logicielles assurent donc la gestion globale du SAN et l'interopérabilité des équipements. Par exemple, EMC, entreprise spécialisée dans les sous-systèmes de stockage, propose un logiciel de gestion de réseaux de stockage, appelé Logix Volume. Sun a développé l'interface Store X, en langage Java, qui fonctionnera sur toute plate-forme et pour toute ressource de stockage hétérogène. Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

La technologie du SAN Les périphériques Les équipements d’interconnexion Concentrateurs (hubs), Routeurs. Les éléments de stockage Disques, Bibliothèques. Les éléments de stockage sont des équipements classiques qui sont munis par contre d'un connecteur Fibre Channel. Un hub Fibre Channel est un équipement qui fournit les fonctions suivantes: Insertion automatique des équipements opérationnels sans altérer la configuration FC-AL existante, Retrait automatique des équipements défectueux sans altération de la configuration FC-AL existante, Configuration centralisée (en étoile), maintenance et surveillance à partir d'un point.  Fibre Channel supporte une gamme étendue de supports physiques incluant :  la fibre monomode,  la fibre multimode 50 et 62,5 µm,  le câble coaxial,  la paire torsadée blindée (STP).  Fibre Channel ne supporte pas la paire torsadée non blindée (UTP). Les systèmes de câblage envisagés pour relier des postes de travail appartenant à un même étage d’immeubles sont le câble coaxial et la paire torsadée blindée (STP) tandis que la fibre optique sert pour les interconnexions inter-étages et inter-bâtiments. Comme il n’y a aucun changement de protocole entre le cuivre et la fibre, des "boîtes noires" acceptant du cuivre en entrée et de la fibre en sortie ne représentent pas des obstacles techniques. Pour les connexions optiques, Fibre Channel utilise un double connecteur SC (ce connecteur ressemble au BNC). Pour les connexions en cuivre, Fibre Channel utilise un connecteur récepteur TNC (connecteur fixé par vissage) et un transmetteur BNC. Pour les connexions via paires torsadées blindées (STP), Fibre Channel utilise un connecteur 9 broches de type D (DB-9). Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

Serveur d’application Schéma général La technologie du SAN Baie de stockage AGENT INTELLIGENT Serveur de stockage Clients FIBRE CHANNEL Serveur d’application Bibliothèques à bandes SAN : Capacité d’interconnecter des serveurs mais également des équipements de stockage. Fonctionnalités des SAN et Bénéfices Possibilité d'interconnexion avec les LAN existants optimisation des investissements existants Environnement complètement administré réduit les coûts de maintenance Tolérance aux pannes intégrée empêche les arrêts intempestifs de l'infrastructure (sauf en cas de panne critique) Ressources distribuées Flexibilité modulaire Permet de faire évoluer les ressources efficacement Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

La technologie du SAN Les services D'après le responsable marketing produits de Storage Tek, "Les SAN offrent le débit de l'interface Fibre Channel mais leur intérêt essentiel réside dans leur souplesse d'utilisation". L'objectif est de faciliter et d'optimiser l'accès aux applications. Les SAN apportent par exemple : La mutualisation : elle permet de réserver, à la demande, un espace de stockage en puisant dans le pool de disques (ou de bandes) L'automatisation des transferts : elle permet alors la réplication et la sauvegarde des données Un SAN ne représentera pas un doublon car il n'a pas pour objectif d'interconnecter toutes les ressources du réseau. Seules sont interconnectées les ressources qui restent en fait invisibles à l'utilisateur final. C'est donc un réseau d'arrière-plan et permet à un "réseau local de retrouver sa vocation première, qui consiste à offrir aux utilisateurs l'accès aux applications" (selon le responsable marketing SAN chez IBM). Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

Le marché Le stockage représente en 2000 25 milliards de $ L’unité est le téraoctet Il pourrait représenter en 2002, 52 milliards de $ L’unité est le pétaoctet Répartition du marché mondial du stockage en 2000 Le stockage devrait représenter 65% du budget informatique en 2001. Le volume des données ne cesse d'augmenter : 1975-1980 : kilo-octet 1980-1985 : Méga-octet 1985-1995 : Giga-octet 1995-2000 : Téra-octet 2000 et + : Péta-octet, Exa-octet etc. Cette croissance des volumes, due notamment au multimedia, est accentuée par le phénomène Internet. Les systèmes existants n'étant plus suffisants pour assimiler ces flux de données, les entreprises doivent repenser leurs stratégie de stockage (sauvegarde, archive, etc…) et réfléchir à des solutions appropriées. NAS (Network Attached Storage) ou stockage en réseau : Serveurs de fichiers accessibles via un réseau local Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

Le marché Étude 1999 État du déploiement des SAN Ventes mondiales de systèmes de stockage Fibre Channel Le SAN est une réponse adoptée de plus en plus par les entreprises. Besoins pour la gestion de stockage et solutions apportées par le SAN Temps nécessaire pour effectuer la sauvegarde du système d'information Efficacité de la bande passante et du protocole accélère la sauvegarde Impossibilité de sauvegarder et de restaurer à distance et de manière sécurisée (mirroring) le système d'information Des liaisons pouvant atteindre jusqu'à 10 km et supportant les opérations à distance Utilisation de connexions LAN qui consomment les ressources du réseau pour effectuer des opérations de sauvegarde Séparation du trafic en 2 : Les connexions LAN d'une part, Les connexions SAN d'autre part. Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

Les acteurs Organismes promoteurs du SAN La FCIA (Fibre Channel Industry Association) Organisation internationale (de normalisation , plus de 150 membres) IBM, Sun, Compaq, Seagate, Hitachi, Adaptec… Promotion la technologie Fibre Channel Antenne européenne : FCIA Europe (www.fiberchannel.com) Le laboratoire Vista de Storagetek Vixel, Legato, Veritas software… Élaboration de solutions SAN, certification La SNIA (Storage Networking Industry Association) Forum international (environ 95 membres) Développeurs, intégrateurs, industriels Déploiement sur le marché des solutions valides et complètes à travers des architectures ouvertes et de standard www.snia.org ANSI (American National Standards Institute) Est à l'origine de la technologie FC-AL Le développement des SAN exige l'interopérabilité des composants pour permettre l'échange à haut débit de n'importe quel serveur à n'importe quel système de stockage. Une normalisation est donc nécessaire pour proposer des solutions de stockage en réseau non propriétaires. Si éditeurs et constructeurs se sont entendus sur la connectique, ils ont encore besoin d'établir un protocole commun qui permettra d'administrer de manière centralisée des éléments matériels et logiciels hétérogènes. Au delà des enjeux techniques, il y a des enjeux commerciaux gigantesques. En effet, celui qui imposera un protocole détiendra la clé : il pourra vendre tout ce qu'il veut. D'après un article paru le 24/09/99 dans le monde informatique, "il faudra encore au moins 2 à 4 ans avant de pouvoir acheter les différents éléments de son SAN chez plusieurs fournisseurs". Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

Les produits Exemples IBM : Shark Dell : Dell SAN SUN, HP, EMC Baie de stockage de 420 Go à 11,2 To, deux serveurs quadriprocesseurs symétriques (RISC), mémoire cache de 6 Go et mémoire volatile sécurisée par batterie ; connectiques diverses : Fibre Channel, Ultra SCSI… le tout connecté par un pont IBM SAN Data Gateway 420 Go : 1.6 million de francs 10 To : 6 millions de francs Dell : Dell SAN sous-système de stockage, bibliothèque de bandes, 2 lecteurs, 1 commutateur Fibre Channel, un pont et un logiciel : 1 150 000 F HT SUN, HP, EMC EMC, un des principaux fournisseurs de sous-systèmes de stockage, présente lui aussi une solution SAN complète. HP présente une offre SAN supportant les environnements HP-UX, solaris et NT. Toutes les offres SAN sont composées généralement de : Sous-système de stockage (baie de disques, bibliothèques de cartouches, de bandes, …), Concentrateur Fibre Channel (ex : FC-Switch de EMC : 16 ports commutés : 1,6 million de Francs), Solution logicielle. Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

Airbus Industrie Revendique l’un des 1ers SAN opérationnels en Europe Appel d’offres lancé fin 1998 Près de 100 applications en environnement Unix, NT et VMS généraient un volume de plus d’un téraoctet 3 logiciels d’administration (un pour chaque plate-forme) Immobilisation du LAN pendant les sauvegardes / restauration Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

Airbus Industrie Choix SAN, parce que : Apports il fédère les ressources et l'administration du stockage, il décharge le réseau local du trafic généré par la sauvegarde Apports Moins de 20h pour restaurer 600Gbits de données (au lieu de 50h) 1 seul logiciel d’administration (au lieu de 3) Sécurité accrue : SAN est totalement séparé du LAN Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

Le futur Prototype en test : disque dur Cheetah de Seagate + adaptateur Fibre Channel Tachyon XL2 d'Agilent (filiale de HP) = débit de stockage SAN de 2 Gbits/s. Les constructeurs sont conscients de la coexistence nécessaire entre UltraSCSI et Fibre Channel pendant quelques années encore. Article du 3 novembre 1999 : 2 Gbits/s pour le SAN Le tandem associant le disque dur Cheetah de Seagate, et l'adaptateur Fibre Channel Tachyon XL2 d'Agilent permettra d'atteindre des débits de stockage SAN (Storage Area Network) de 2 Gbits/s. Les deux industriels ont commencé à livrer des prototypes à certains clients, qui devraient les tester dans des applications transactionnelles et de distribution de vidéo. Filiale de Hewlett-Packard, Agilent regroupe toutes les activités de composants, d'instrumentation et d'équipements d'analyse de l'industriel. L'entreprise devrait voler de ses propres ailes l'année prochaine, après son introduction en bourse.  Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000

Merci pour votre attention. Fin de la présentation Merci pour votre attention. Arnaud DEGAVRE & Gihed MEFTAH DESS Réseaux - 1999 / 2000