¿Qué hace que una red de área de almacenamiento (SAN) sea esencial para los centros de datos modernos?

Una SAN (red de área de almacenamiento) es una red o subred dedicada que interconecta grupos compartidos de almacenamiento con varios servidores.

La accesibilidad y la disponibilidad del almacenamiento son aspectos fundamentales para las tareas informáticas. El enfoque estándar de implementación de discos conectados directamente funciona perfectamente para muchas empresas debido a su simplicidad, pero estas quedan vinculadas al servidor físico a través de SAS. Aquellas empresas que busquen mayor control y flexibilidad deberían orientarse hacia las SAN.

La tecnología SAN cubre las necesidades de muchas grandes empresas que desean acceder a entornos más escalables y dedicados, en los que varios servidores puedan conectarse fácilmente a los dispositivos de almacenamiento. La organización puede realizarse por niveles o en grupos. La SAN es un enfoque más centralizado en el que los usuarios pueden optimizar la capacidad de almacenamiento y la resiliencia, además de contar con un buen nivel de protección.

Casos de uso habituales de las redes de área de almacenamiento

Si simplificamos este término, una SAN es una red de discos a la que pueden acceder los servidores. Este enfoque ayuda a consolidar el almacenamiento. Por ejemplo, cuando se habla de un centro de datos con muchos servidores, normalmente se utilizan discos físicos ubicados en servidores individuales, y resulta mucho más eficaz utilizar el almacenamiento en un subsistema dedicado, ya que es mucho más fácil proteger y gestionar todos los datos.

Las SAN también resultan extremadamente eficaces para garantizar la disponibilidad del sistema de almacenamiento. Esta tecnología funciona conectando varios dispositivos y ordenadores, por lo que, ante cualquier tipo de interrupción, es posible utilizar una ruta alternativa en lugar de depender por completo de un único dispositivo de almacenamiento. Ante cualquier problema técnico, el sistema seguirá funcionando gracias a la accesibilidad a otros dispositivos de almacenamiento y a las rutas de acceso a los mismos. El enfoque centralizado simplifica enormemente el proceso de administración y las tareas de gestión.

Todos estos factores influyen positivamente en la continuidad del negocio y la recuperación ante desastres, por lo que puede suponer una gran ventaja para muchas organizaciones. Para comprender una peculiaridad de la SAN, intentemos compararla con el DAS tradicional.  

La tecnología DAS funciona conectando los discos directamente al ordenador a través de interfaces SAS/SATA. Los discos suelen almacenar la información necesaria para un servidor concreto. Por supuesto, se puede acceder a la información de un dispositivo DAS desde otros servidores, pero la conexión se realiza a través de una red IP estándar. Trasladar grandes volúmenes de información a través de una red IP puede llevar mucho tiempo y afectar directamente al rendimiento del sistema.

La SAN funciona de una manera totalmente diferente: todos los discos están conectados a una red de almacenamiento dedicada. Cualquier servidor de la red puede acceder fácilmente al almacenamiento, sin necesidad de pasar por la LAN. Esto significa que la resiliencia y el rendimiento del sistema pueden mejorarse considerablemente en comparación con el enfoque estándar.

Una SAN puede admitir tantos dispositivos de almacenamiento como sea necesario y puede escalarse fácilmente hasta albergar más de mil discos. Además, cualquier servidor con una interfaz SAN específica puede acceder al sistema. En cuanto a las principales interfaces de red, hay dos:

• Fibre Channel se considera una red de alta velocidad muy singular debido a su latencia mínima y su elevado rendimiento. Este enfoque permite ubicar los bloques de almacenamiento en una ubicación específica, mientras que el servidor puede encontrarse al otro lado de la ciudad o en el campus. Tradicionalmente, este enfoque también podía aplicarse a situaciones en las que los servidores y el almacenamiento se encontraban en el mismo lugar, a una distancia máxima de 10 metros. Este enfoque se aplica mediante la implementación de adaptadores HBA en cada servidor, dispositivo de almacenamiento, conmutador de red u otros dispositivos de la red. Cada adaptador HBA incluye uno o varios puertos para el intercambio de datos, que pueden ser físicos o virtuales.
• iSCSI es otro tipo de red que funciona conectando el almacenamiento compartido con los sistemas informáticos. FC ofrece acceso a un diseño de red exclusivo, mientras que iSCSI combina bloques de datos tradicionales, paquetes de comandos y la tecnología de red Ethernet. Gracias a ello, el almacenamiento iSCSI puede utilizar los mismos adaptadores, cableado, conmutadores y otros componentes de red de la red Ethernet. Cada servidor que funciona en el sistema detecta el almacenamiento iSCSI como otro disco conectado. Este enfoque se basa en conceptos como «destinos» e «iniciadores», donde los iniciadores pueden ser matrices de almacenamiento o sistemas operativos, mientras que el destino es un disco duro conectado a la red.

Los principios de funcionamiento de una SAN

La SAN es una red importante necesaria para la conexión del servidor al almacenamiento. El objetivo principal de este enfoque es ubicar el almacenamiento de forma independiente, de modo que resulte más fácil proteger y gestionar numerosos procesos. Esto puede lograrse físicamente mediante el uso de matrices de almacenamiento o a través de software como vSAN o VMware.

Al conectar los servidores y el almacenamiento a través de una red específica, es posible mejorar las características de rendimiento, ya que no es necesario competir por el ancho de banda de la LAN. Una SAN se puede dividir en tres capas distintas: la capa de almacenamiento, la capa de host y la capa de estructura; veamos cada componente por separado.

1. Capa de host. Esta capa funciona a partir de los servidores en los que se ejecuta toda la carga de trabajo. Por lo general, los servidores utilizan componentes de LAN/Ethernet para comunicarse con otros servidores y usuarios. Sin embargo, también incluye un adaptador de red para el acceso dedicado a la SAN. Estos adaptadores se denominan HBA y utilizan firmware y un controlador de dispositivo. Esta configuración es necesaria para que los comandos de almacenamiento se comuniquen con la SAN y su sistema de almacenamiento. Existen numerosas tecnologías SAN entre las que las organizaciones pueden elegir, como FC, iSCSI e InfiniBand. La elección de la tecnología necesaria depende totalmente de las necesidades de la empresa en cuestión y de los costes.

2. La capa de estructura (fabric) se refiere a todos los dispositivos de red y al cableado que conectan el almacenamiento y los hosts. Estos dispositivos de red suelen ser los siguientes: pasarelas, conmutadores, puentes de protocolo y enrutadores. Los dispositivos de la estructura SAN pueden utilizar conexiones de fibra óptica o cables de cobre para la red local. Durante la construcción de la estructura SAN, se utilizan varias conexiones para garantizar la disponibilidad de distintas rutas. Así, en caso de que surjan problemas, seguirá existiendo la posibilidad de mantener la comunicación a través de las rutas disponibles.

3. Capa de almacenamiento. Esta capa incluye numerosos dispositivos de almacenamiento agrupados en niveles y grupos. Los dispositivos de almacenamiento pueden ser de diversos tipos, como discos duros (HDD), unidades SSD, unidades de CD/DVD e incluso unidades de cinta. La mayoría de estos dispositivos pueden organizarse en un grupo RAID o en particiones de disco, a las que se les asigna un LUN que coincide con las letras de las unidades de disco. Esto significa que el host puede acceder a los LUN necesarios, lo que permite gestionar todos los recursos de almacenamiento de forma más eficaz. Existen dos opciones de permisos: la zonificación y el enmascaramiento de LUN.

La tecnología SAN también implementa el uso de algunos protocolos necesarios para la preparación del almacenamiento de datos y para la comunicación. El más popular es el protocolo FCP, pero también existen el protocolo iSCSI, ATA, FCoE, iFCP y algunos otros. Esta tecnología suele admitir varios protocolos para garantizar una comunicación adecuada entre todas las capas.

Cómo configurar una red de área de almacenamiento

Para empezar, la empresa debe tener en cuenta los requisitos de compatibilidad del software y el hardware.

• Almacenamiento (lista de parches, firmware y más)
• Adaptadores de bus de host (versión del controlador, versión del firmware y más)
• Conmutadores

Para la configuración de la SAN, siga los siguientes pasos:

1. Conecte todos los componentes de hardware necesarios e instale el software requerido. Esto implica que debe comprobar las versiones y configurar el HBA y la matriz de almacenamiento.

2. Modifica algunos parámetros de configuración si es necesario.

3. Comprueba todo lo relacionado con los procesos operativos.

4. Establezca los parámetros básicos de rendimiento para cada componente.

5. Documente los procedimientos operativos.

Arquitectura y funcionalidad de la estructura SAN

Los fundamentos de la estructura SAN están relacionados con la conectividad entre servidores y dispositivos de almacenamiento, el alto rendimiento y la escalabilidad de la red. En el escenario más sencillo posible, una SAN FC se puede conectar fácilmente a los puertos HBA directamente con los puertos necesarios de las matrices de almacenamiento SAN, a menudo mediante el uso de cables ópticos.

La estructura SAN es tan especial por su capacidad para minimizar los puntos de fallo, lo que puede resultar extremadamente beneficioso. El objetivo principal es crear al menos dos conexiones entre los elementos de la SAN. De este modo, ante cualquier incidencia, habrá al menos una ruta operativa disponible.

Profundicemos en algunos factores que influyen en el funcionamiento del sistema. El servidor anfitrión genera una solicitud para acceder al dispositivo de almacenamiento. Los comandos SCSI tradicionales deben encapsularse en paquetes, y estos se estructuran según las reglas del protocolo. Estos paquetes se envían al HBA, donde se transmiten a través de los cables. A continuación, se transmiten a la SAN, y la solicitud llega a los conmutadores. A continuación, un conmutador específico enviará la solicitud al dispositivo de almacenamiento. Para llevar a cabo este proceso, el procesador de almacenamiento interactuará con el dispositivo necesario.

Análisis detallado de los conmutadores SAN

Los conmutadores SAN se consideran el elemento principal de la SAN. Al igual que cualquier otro tipo de conmutador, estos funcionan recibiendo paquetes de datos, determinando su destino y dirigiendo los paquetes hacia él. La estructura de la SAN cuenta con varios tipos de conmutadores posibles, como los de borde, los modulares y los de columna vertebral. Dependiendo del tamaño de la SAN, el número de conmutadores puede variar. En el caso de una SAN más pequeña, puede haber entre 16 y 32 puertos, mientras que una más grande puede llegar a tener incluso 128 puertos.

Para una mayor resiliencia del almacenamiento, la estructura no es suficiente; deben incluirse algunas tecnologías internas, como RAID. Dicho sistema también incorporará otras tecnologías relacionadas con la compresión de datos, la clonación de almacenamiento, el aprovisionamiento ligero y otras. Un sistema bien diseñado permite que cualquier host se conecte a cualquier dispositivo de almacenamiento. Sin embargo, para una mayor seguridad, pueden utilizarse tecnologías de enmascaramiento de LUN y de zonificación.

Diferentes enfoques para la implementación de una SAN

• SAN virtual. La virtualización se adapta perfectamente a las SAN y contribuye a aumentar la escalabilidad y la flexibilidad. VSAN o SAN virtual es una forma de aislamiento similar a la SAN, que utiliza la virtualización para agrupar varios segmentos junto con una SAN física. VSAN puede utilizarse para mejorar la seguridad y para la gestión del tráfico de red. El proceso funciona de tal manera que VSAN puede ayudar a prevenir algunos problemas en un segmento que puedan afectar a otras partes, y el segmento se puede modificar sin tocar ningún componente físico. VMware ofrece la tecnología vSAN y da acceso a funciones avanzadas como el traslado de almacenamiento, la organización por niveles, la agrupación de almacenamiento y otras. Además, VMware vSAN proporciona funciones como la gestión del ciclo de vida de los datos y el traslado automático de datos entre niveles.
• SAN unificada. Por lo general, los objetos, archivos y otros tipos de almacenamiento requieren un sistema de almacenamiento independiente, como un NAS. El almacenamiento unificado gestiona diversos tipos de almacenamiento gracias a varios protocolos utilizados, como NFS y SMB, entre otros. Con el uso de un sistema SAN unificado, los usuarios tienen acceso a potentes funciones, como la replicación de datos, el cifrado de datos, la organización por niveles de almacenamiento y la deduplicación de datos.
• SAN convergente. Una gran desventaja de la SAN FC tradicional es su precio; para superar este inconveniente, es posible utilizar redes Ethernet. FCoE es compatible con la SAN convergente, que puede funcionar con componentes Ethernet y contribuye a crear una red de bajo coste.
• Infraestructura hiperconvergente. Con la ayuda de la HCI, es posible combinar recursos de almacenamiento y computación en nodos según sea necesario y gestionar todos los procesos a través de una sencilla utilidad. Esta tecnología utiliza la virtualización y su objetivo principal es simplificar la implementación de hardware con una rápida escalabilidad. La HCI puede utilizarse en lugar de una SAN o junto con una SAN empresarial.  

Ventajas del uso de una SAN

• Escalabilidad excepcional. Es posible dar soporte a miles de hosts y dispositivos SAN para el almacenamiento, por lo que cualquier organización puede satisfacer sus necesidades.
• Alto rendimiento. Para las tareas de almacenamiento se utiliza una red independiente y, para obtener el mejor rendimiento posible, se recomienda el FC. Además, también hay disponibles redes convergentes e iSCSI.
• Disponibilidad de más funciones de gestión. Esto se refiere a opciones como la deduplicación de datos, el cifrado de datos, las variantes de autorreparación y mucho más. Las funciones están centralizadas y pueden aplicarse fácilmente a todos los recursos.
• Alta disponibilidad. Los puntos de fallo se minimizan al máximo o quedan prácticamente excluidos gracias a la diversidad de rutas alternativas.  

Posibles inconvenientes de los sistemas SAN

• Gestión. Funciones como la zonificación y la asignación de LUN no son las más sencillas para organizaciones con muchas otras tareas no técnicas. Para alcanzar el nivel de seguridad necesario, no se pueden descartar algunos procesos que requieren mucho tiempo.
• Complejidad. Se considera que las SAN tradicionales son realmente complejas, y las organizaciones deben contar con expertos profesionales en TI y presupuestos más elevados para hacer frente a este inconveniente.
• Escalabilidad. Las SAN son extremadamente eficaces para entornos de gran tamaño con gran cantidad de almacenamiento y servidores. Por supuesto, es posible utilizarlas a menor escala, pero eso requiere una mayor inversión. Por eso, las empresas más pequeñas deberían plantearse el uso de una SAN convergente, la implementación de HCI y otras alternativas.

Comparación entre soluciones SAN y NAS

El NAS, o almacenamiento conectado a la red, es una variante alternativa basada en un protocolo de archivos. Esta tecnología se basa en un servidor de archivos dedicado que se encuentra entre el almacenamiento y los servidores.

Ambos enfoques son necesarios para el almacenamiento de datos. La SAN es adecuada para el almacenamiento basado en bloques, que se refiere a información más estructurada. Por su parte, el NAS es más adecuado para los datos no estructurados: imágenes, vídeos, documentos, correos electrónicos y otros.

El NAS conlleva menores costes y utiliza una red común. En cuanto a la SAN, es mucho más escalable y presenta unas características de rendimiento mucho mejores.

Principales proveedores y soluciones de SAN

A la hora de planificar una SAN, es importante tener en cuenta la red, los hosts y los sistemas de almacenamiento.

Empecemos por los hosts. Casi cualquier host puede funcionar en una SAN; lo importante es elegir la interfaz de acceso a la estructura. La opción más adecuada es adquirir servidores con un HBA FC multipuerto. Si no es así, se puede añadir un HBA al servidor, pero este debe disponer de una ranura PCIe. Las tarjetas HBA son fabricadas por QLogic, ATTO, Agilent, Brocade y Broadcom. Estas tarjetas las comercializan numerosos proveedores.

El siguiente punto es el cableado de red, los conmutadores y otros componentes importantes. A continuación se presentan algunas opciones entre las que elegir:

• Conmutadores QLogic SANbox serie 5xxx
• Conmutadores Cisco serie MDS
• ATTO Technology 8308, 8316 y 8324
• Los proveedores de almacenamiento son los siguientes:
• NetApp
• Huawei
• Hewlett-Packard Enterprise
• Dell
• Hitachi Data Systems

Estándares clave en la tecnología SAN

El desarrollo de los estándares está relacionado con algunos grupos del sector. El primero que cabe mencionar es SMI-S. Este estándar se encarga de la gestión de los dispositivos de almacenamiento. Otro estándar en SAN es Channel Physical Interface.

Buenas prácticas en la gestión de SAN

Para un rendimiento adecuado, es muy importante seguir las siguientes prácticas. Empieza por la elaboración de informes y la supervisión adecuados. A continuación se indican algunos indicadores y métricas importantes a tener en cuenta:

• Indicadores clave de rendimiento (KPI) relacionados con el rendimiento de escritura/lectura de cada matriz;
• Capacidad de LUN/SAN: comprueba si hay escasez y las tendencias habituales;
• Comprueba el rendimiento operativo de la E/S del servidor anfitrión
• Métricas relacionadas con la estructura SAN.

Mediante el seguimiento de las métricas principales, es posible tomar medidas proactivas para la mayoría de los posibles problemas.