UA311X : Epreuve bibliographique tutorée

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1 UA311X : Epreuve bibliographique tutorée Master Réseau Informatique d Entreprise Dans une problématique client de stockage : quelles architectures et quelles technologies peuvent être mises en oeuvre dans le SAN (Storage Area Network). Présenté par Benjamin OBOUSSIER le 31 mars 2009 Examinateurs : F.MILLER Tuteur : C.SANCHEZ R.KOBYLANSKI C.GARNIER

2 Etude bibliographique II INPG / CUEFA

3 Date de rédaction : Mars 2009 Rédacteurs : Benjamin Oboussier (benjamin.oboussier@gmail.com) Révision : V0.10-Draft Licence et droits d utilisation : Ce document est publié sous licence Creative Commons CC BY-NC-SA 1 : CC : Creative Commons cf BY : Paternité. L auteur conserve la paternité de son oeuvre, et vous ne pouvez vous attribuer que vos propres contributions, NC : Pas d Utilisation Commerciale (Noncommercial). Ce travail ne peut faire l objet d une utilisation commerciale 2, SA : Partage des Conditions Initiales à l Identique (Share Alike). Toute altération, transformation, tout produit dérivé de ce travail doit être distribué sous une licence identique ou similaire. 1. Vous trouverez le contrat de licence complet à 2. Pour une compréhension des usages autorisés, voir le tableau pdf Etude bibliographique i INPG / CUEFA

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5 Remerciements Tout d abord, je tiens à remercier toutes les personnes de Bull StoreWay TM, pour m avoir présenté et expliqué les enjeux et les problématiques présentes et futures dans le domaine des réseaux de stockage, tout particulièrement Michel Lebugle ainsi que Gilbert Levon. Ensuite je remercie Cécilia Garnier pour les cours dispensés sur la manière de réaliser cette épreuve bibliographique, ainsi que les nombreux conseils prodigués tout au long de l épreuve. Enfin je remercie Chantal et Jean François pour la relecture de ce document ainsi que Benoît pour ses conseils express de dernière minute. iii

6 Remerciements Etude bibliographique iv INPG / CUEFA

7 Table des matières Remerciements Introduction iii vii 1 Présentation du réseau de stockage SAN Organisations régissant les réseaux de stockage [3] [4] Quels sont les bénéfices et services apportés dans un réseau tel que le SAN? [9] [7] Sur quelles types de technologies s appuient un réseau SAN? [1] [5] [6] Protocole FC [1] Protocole iscsi [1] IP SAN vs FC SAN [8] Typologie et architecture résultant de l évolution du SAN Quelles sont les typologies mises en oeuvre dans le SAN? [1] [10] Point à point La boucle arbitrée Les commutateurs Aller plus loin avec la Fabric [11] La convergence et l interconnexion des SAN Maturité des technologies Compatibilité matériel [12] La convergence des réseaux, une aubaine? [12] [13] Affrontement autours du Fibre Channel sur Ethernet [14] [12] Conclusion 19 Glossaire 25 Glossaire Références 26 v

8 TABLE DES MATIÈRES TABLE DES MATIÈRES Etude bibliographique vi INPG / CUEFA

9 Introduction Je suis apprenti chez Bull SAS dans la Business Unit Storway au Storage Excellence Center d Echirolles. Le service dans lequel j évolue a pour vocation l expertise des problèmes et des solutions à apporter aux problématiques de nos clients dans le domaine du stockage et de la pérennisation des données. En tant qu intégrateur de stockage, Bull conçoit et bâtit des solutions de stockages de bout en bout pour répondre aux défis propres et à l activité de chacun de ses clients. Ces solutions allient les technologies innovantes de sa gamme de produits StoreWay TM à celles de ses partenaires, principaux acteurs du marché. Dans ce contexte là, nous sommes amenés à proposer des solutions basées sur différentes technologies, et une des difficultés est de concevoir une architecture cohérente, adaptée au budget et aux besoins demandés tout en gardant la possibilité d une évolution future. Les entreprises gagnantes sont celles qui exploitent l information plus vite et plus efficacement que les autres. Mais comment faire face à une croissance exponentielle de l information qui peut atteindre 100% par an dans les réseaux d entreprise? Comment accéder à la messagerie et à des bases de données de plus en plus volumineuses avec des temps de réponse qui soient encore acceptables pour l utilisateur et ne nuisent pas à sa productivité? Comment caser les opérations de sauvegarde dans des fenêtres de temps de plus en plus réduites? Comment assurer l interopérabilité des données résidant sur des plates-formes hétérogènes? Les utilisateurs et l adoption des outils informatiques sont une source d accroissement de la masse de données à stocker. Afin de mieux percevoir la rapidité d adoption des technologies d aujourd hui, il suffit de se remémorer qu il a fallu quarante ans pour avoir cinquante millions de postes radio, moins de vingt ans pour avoir cinquante millions de postes TV et moins de cinq ans pour avoir cinquante millions de personnes connectées à internet dans le monde. Cette constatation renforce le défit auquel est confronté le stockage des données. Cette donnée si précieuse qui est constamment sollicitée, est en même temps la monnaie de l entreprise, elle doit être alors disponible sans délai et de façon sécurisée. Cet écrit introduit les concepts de réseaux dédiés au stockage, qui est considéré comme l ultime réponse à tous ces besoins. Pour traiter cette épreuve bibliographique, je commence par détailler ce que sont et représentent les réseaux de stockage SAN (Stockage Area Network), pour ensuite détailler les différents protocoles utilisés. Puis je fais une critique sur la typologie qui résulte de l évolution des infrastructures composant ces réseaux. Enfin je termine en faisant le point sur la maturité des technologies que l on peut trouver dans le SAN et je m interroge sur ce qu il pourrait devenir. vii

10 Introduction Etude bibliographique viii INPG / CUEFA

11 Chapitre 1 Présentation du réseau de stockage SAN Le SNIA 1 définit le SAN comme étant un réseau où la raison première est le transfert des données entre les éléments de type serveurs et les éléments de stockage. Celui-ci se compose d une infrastructure de communication composée de connexions physiques et d une couche de management, qui organise la communication entre les éléments de stockage et les ordinateurs afin que les données puissent transiter de façon fiable et sécurisée. De façon générale, le terme SAN est habituellement (mais pas nécessairement) associé aux transferts d entrées/sorties (ou I/O 2 ) de type blocs et non de type fichiers (dédié plutôt sur les réseaux de type LAN). [1] Dans cette optique là, on peut se poser la question sur ce que peut apporter le déploiement d un tel réseau dans une entité de travail. La réponse qui est apportée par Bull StoreWay TM est la suivante : «Aujourd hui il est primordial de gérer efficacement ces données en croissance constante, tout en réduisant les coûts d exploitation. Le SAN permet tout d abord une haute disponibilité des données, ainsi qu une gestion simple et centralisée, de même qu une optimisation des supports de stockage et bien évidement une évolutivité en ligne.» [2] 1.1 Organisations régissant les réseaux de stockage [3] [4] Dans le domaine du stockage deux organisations ont pour but la promotion des technologies, l éducation à celles-ci ainsi que la communication autour des standards définis entre autre par l ANSI 3 et l ISO 4. Ces organisations sont très importantes et ont un poids dans le discours qu elles communiquent, car elles sont reconnues par tous les acteurs du domaine et donc crédibles. Le SNIA a pour mission de mettre en avant les technologies et protocoles aboutis, que ce soient le Fibre Channel, l iscsi ou bien encore les protocoles des réseaux NAS 5. Il donne aussi la possibilité à ses membres de participer à des groupes de travail et de réflexions comme par exemple l IP Storage, le Green Storage ou bien encore le Long Term Retention. Depuis plus de dix ans cette association travaille à la reconnaissance des problèmes de stockages. En conséquence le SNIA adopte un rôle de catalyseur pour le développement des spécifications et des technologies des solutions de stockage, globalisant les standards et communiquant pour l éducation. 1. SINA pour Storage Network Industry Association 2. Le terme I/O est très communément utilisé dans le vocabulaire du SAN. Il est en effet associé aux blocs, aux commandes SCSI et aux données transitant sur le réseau. 3. ANSI pour American National Standards Institute, principal organisme de promotion et de développement de normes techniques au Etats Unis. 4. ISO pour International Organization for Standardization, organisme fédérant les organismes nationaux, s occupe d édicter des normes internationales 5. NAS pour Network Attached Storage : terme utilisé pour décrire les technologies de stockage sur réseau LAN et protocoles basés sur TCP/IP. 1

12 Présentation du réseau Quels de stockage sont les SAN bénéfices et services apportés dans un réseau tel que le SAN? [9] [7] Quant au FCIA 6 il a dans le fond la même raison d être que le SNIA en se concentrant uniquement sur les technologies Fibre Channel que ce soit dans le domaine du stockage de données, de la vidéo, etc. Toutes deux sont des organisations à but non lucratif regroupant des industriels, des constructeurs, des intégrateurs, des vendeurs, mais aussi de simples utilisateurs. A ce titre, Bull depuis 2007 a de nouveau un représentant actif au SNIA. Cependant, nous pouvons nous interroger suite au travail et à la promotion de ces organismes sur ce que peut apporter l investissement dans une société d un réseau dédié au stockage, tant sur les bénéfices que l on peut en tirer que sur le service que celui-ci apporte. 1.2 Quels sont les bénéfices et services apportés dans un réseau tel que le SAN? [9] [7] La mise en oeuvre d infrastructures dédiées au stockage apporte des avantages indiscutables. Pour bien le comprendre, il est important de se replonger dans le passé afin de se remémorer la façon dont est géré le stockage. Les serveurs d applications ont leur stockage et leurs sauvegardes sur bande en interne, le protocole de communication permettant le transport des données se nomme le SCSI. Le stockage étant interne aux serveurs, celui-ci ne permet pas une extension à volonté, de plus que la sécurité de type RAID est limitée. Pour résumer, dans une infrastructure ou le parc de serveurs est important, la gestion comme le montre la figure 1.1 n est pas optimisée et difficile à maintenir. Cette problématique est rencontrée par beaucoup d administrateurs de système d information qui cherchent le moyen de faciliter et d améliorer la gestion et l administration de leurs ressources. Figure 1.1 Problématique des ressources non consolidée La séparation des éléments serveurs et stockage, permet un choix plus ouvert en terme de cycle de vie, devenant indépendant entre les serveurs d un coté et le stockage de l autre. Ce qui apporte des fabricants différents, des évolutions séparées et des migrations simplifiées. Cela a un impact en termes aussi de modifications des salles machines avec les problématiques de climatisation et la gestion d énergies sans oublier la sécurité physique des données telle que je la décrivais en introduction (cf. ). Le stockage reposant sur des équipements spécialisés permet non seulement pour les serveurs de concentrer leurs ressources sur leur première priorité : la gestion d applications, mais surtout pour les baies de stockage : la gestion du stockage. Les bénéfices sont aussi notoires dans le domaine des performances avec des liens hauts débits, les contrôleurs de disques sont optimisés ainsi que les accès aux lecteurs de bandes haut débit aisés. La fiabilité en est, elle aussi accrue, car les systèmes de stockages embarquent des contrôleurs redondants (que l on nomme Storage processor), les caches mémoires peuvent être répliqués, et le plus important la donnée est persistante malgré les pannes de serveur, grâce une disponibilité de l information et à une reprise de 6. FCIA pour Fiber Channel Industrie Association Etude bibliographique 2 INPG / CUEFA

13 Présentation du réseau Quels de stockage sont les SAN bénéfices et services apportés dans un réseau tel que le SAN? [9] [7] l application sur d autres serveurs. La consolidation des équipements est également un argument mis en avant, tout autant que les points cités précédemment. La facilité de partager des équipements, le remplacement de multiples équipements (disques et bandes) peu capacitifs, le partages des coûts d équipement plus évolués (reprenant les performances, la fiabilité, et l évolutivité) de même que la réduction de l hétérogénéité et la simplification de l administration sont des arguments penchant pour le stockage en réseau. Cela débouche indéniablement sur un meilleur usage des ressources maintenant gérées dans un pool global comme le montre la figure 1.2, avec une extension de capacité non limitée par le packaging des serveurs, une flexibilité et une granularité de l allocation de ressources ainsi qu une simplicité de déploiement de nouveaux serveurs grandement facilitée. Le fait d avoir des éléments spécialisés simplifie de plus l administration, et le réseau de stockage se gère à partir d un point unique. Figure 1.2 Consolidation des ressources En plus des bénéfices évoqués précédemment, il peut être utile de réfléchir aux services apportés par le SAN. Les services de réplication entre éléments du réseau de stockage qui est détaillé dans la deuxième partie (cf. 2.2) sont couramment utilisés. Non seulement dans le but de disposer d une copie de la donnée sur un autre site physique pour parer à l éventualité d un problème sur le réseau (ou plus grave destruction d équipements ou du site) mais aussi dans le but de la continuité de service comme on pourrait le mettre en oeuvre dans un Plan de Reprise d Activité. La gestion des fenêtres de sauvegardes en est de même grandement réduite et permet de limiter voir d éliminer l impact sur les applications. Tous ces points s appuient sur un réseau physique reliant les différents éléments du réseau. Plusieurs technologies sont disponibles pour implémenter et mettre en oeuvre les services et les bénéfices que nous venons d évoquer. Quelles sont ces technologies et sur quoi s appuient-elles? Etude bibliographique 3 INPG / CUEFA

14 Présentation du réseau de stockage Sur SAN quelles types de technologies s appuient un réseau SAN? [1] [5] [6] 1.3 Sur quelles types de technologies s appuient un réseau SAN? [1] [5] [6] Le type de technologie le plus répandu à l heure actuelle est le Fibre Channel, suivit par l iscsi (fortement promu par Cisco cf. 3.3), le Gigabit Ethernet, et le Fibre Channel sur IP (FCIP). La technologie InfiniBand est quant à elle marginale et peut être considérée aujourd hui comme hors course pour les réseaux SAN mais a toujours un réel intérêt dans le HPC 7 que ce soit dans l interconnexion des clusters et/ou dans la mise en oeuvre de réseau IB. A ce jour les débits varient de 1Gb/s à 10 Gb/s, quelle que soit la couche physique : cuivre ou fibre optique. La figure 1.3 montre le plan d un réseau SAN multi-site, basé sur un réseau avec des zones Fibre Channel et des zones iscsi. L interconnexion entre sites se fait sur un lien IP sur lequel sont encapsulées les trames FC (FCIP). Figure 1.3 Exemple d infrastructure SAN multi-fabriques et multi-sites [6]. Il est important de souligner que dans les réseaux de stockage la base de la communication entre les différents éléments du réseau repose toujours sur des commandes SCSI (protocole bas niveau). Le SCSI autrefois s utilisait sur des bus internes aux serveurs et en attachement direct. Dans une architecture répartie celui ci est encapsulé dans des couches plus haut niveau afin d être véhiculé sur un média d un élément à un autre du réseau. La figure 3.2 fait d ailleurs le détail de l encapsulation et la synthèse de tous les protocoles utilisés dans un environnement SAN 7. HPC pour High-performance computing, est l utilisation de super-ordinateur en cluster ayant pour but la résolution de calculs complexes. Aujourd hui ces machines approchent des puissances de calculs proches des 100 teraflops. Etude bibliographique 4 INPG / CUEFA

15 Présentation du réseau de stockage SAN IP SAN vs FC SAN [8] Les problématiques et les contextes dans lesquels s invitent ces technologies étant énoncés, faisons une rapide description illustrée des deux protocoles dominants Protocole FC [1] Pourquoi ce protocole est-il présent et utilisé dans quatre-vingt pour-cent des réseaux en productions? Le Fibre Channel a l avantage d être très rapide, il atteint 8Gb/s, avec très peu d overhead. Il s apparente à une liaison série haute performance disposant de son propre protocole de communication. Le Fibre Channel est avant tout destiné au transfert rapide et intensif d une quantité très importante de données, c est pour cette raison que cette pile de protocoles c est retrouvé propulsée au coeur des réseaux de stockage. Le media de support est principalement la fibre optique. Prenons l exemple d une demande faite à Bull StoreWay TM par une grande entreprise de transport Parisienne. Sa problématique et ses besoins pour ces applications métier étaient de mettre en oeuvre un réseau de stockage performant, évolutif dans le temps qui puisse être administrable et supervisé de façon simple ; tout en ayant une redondance des données en temps réelle, disponible sur des sites distants. La technologie proposée par Bull a été Fibre Channel car ces caractéristiques ainsi que ces spécificités correspondaient au cahier des charges client. Au niveau trame protocolaire comme le montre la figure 1.4 le champs de donnée utile varie de 0 à 2ko au maximum, pour une trame. Figure 1.4 Décomposition d une trame Fibre Channel [1] Protocole iscsi [1] iscsi n est autre que l acronyme de SCSI over IP, que l on peut traduire par SCSI sur IP. Comme le montre la figure 1.5 les données SCSI sont transportées dans une trame IP avec pour maximum 1500 octets de données, ce qui peut se faire sur une infrastructure IP existante. L iscsi a des atouts face au Fibre Channel qui peuvent fortement jouer en sa faveur. L indépendance des distances facilite la réplication des données à distance et la mise en place de plan de reprise d activité après sinistre, il apporte des avantages économiques liés à l environnement Ethernet ce qui diminue le coût de l infrastructure, C est par exemple le protocole de communication qui a été retenu par Bull pour un de ses clients (grande surface de distribution) à Marjanne au Maroc où la problématique était de monter une infrastructure SAN avec de la réplication distante entre deux sites, via l opérateur local de téléphonie. 1.4 IP SAN vs FC SAN [8] Quand doit-on solliciter des réseaux SAN en iscsi ou en Fibre Channel? Sur un plan purement technique, comme le montre le tableau 1.1 le SAN sur IP est réservé tout d abord à des besoins conscients et un nombre de connexions "limité" de serveurs. Cette solution a l avantage d être près de 4 fois moins chère que le Fibre Channel ce qui la rend attractive dans les petites entités ou dans les entités n ayant pas un besoin de haute performance, ou pas les moyens d investir dans un SAN "haut de gamme". De plus il faut garder à l esprit que la mise en place d un SAN FC implique un Etude bibliographique 5 INPG / CUEFA

16 Présentation du réseau de stockage SAN IP SAN vs FC SAN [8] Figure 1.5 Format d une trame iscsi [1]. investissement humain non négligeable de même que le TCO 8 est plus important sur des infrastructures FC que iscsi (source : Gartener). IP SAN (iscsi) FC SAN Environnement ciblé de 10 à 50 serveurs avec des I/O modérés 100 serveurs avec des I/O applicatif intensif Performance iscsi 5 à 15% moins rapide que FC Fiabilité haute très haute Infrastructure local réutilisation des réseau de communications ethernet, nouvelle, technologie dédié en plus du LAN Interconnexion IP de bout en bout conversion requise entre site Coût iscsi environs 3,8 fois moins chère que FC. 100 serveurs coûtent 400K$, 100K$ pour iscsi (source FORESTER RE- SEARCH, 02/08) Table 1.1 Comparaison entre réseaux IP SAN et FC SAN. La mise en concurrence de ces deux protocoles comme je viens de le montrer peut aussi déboucher sur des architectures réseaux où les applications sur certaines parties du réseau ont besoin de performance et moins sur d autre. On voit donc des réseaux de stockage utiliser ces deux protocole parallèlement dans le but d optimiser l adéquation des trois "leviers" besoin / coût/ service rendu. On peut observer sur la figure 1.6, un réseau de production critique où les besoins et les contraintes étant forts s architecture autour de FC et un réseau iscsi mis en oeuvre à la fois dans un réseau de production (non critique) et dans une infrastructure applicative demandant moins de performances. Mais ces deux protocoles peuvent aussi être complémentaires, le réseau iscsi doublant le réseau FC dans le but d avoir une infrastructure de secours. Comme il l a été présenté dans cette première partie, les réseaux de stockage : SAN, prend en main les problématiques de stockages en déchargeant les serveurs de cette tache en en ne surchargeant pas les réseaux environnants tel que le LAN. 8. TCO pour Total cost of ownership Etude bibliographique 6 INPG / CUEFA

17 Présentation du réseau de stockage SAN IP SAN vs FC SAN [8] Figure 1.6 Architecture utilisant les protocoles Fibre Channel et iscsi dans un même réseau sur une très grosse infrastructure. Source SNIA. Nous sommes maintenant dans l attente de comprendre comment s architecture et se fait l interconnexion dans le SAN, entre d un côté les serveurs et de l autre les éléments de stockage. C est ce qui est présenté dans le chapitre suivant. Etude bibliographique 7 INPG / CUEFA

18 Présentation du réseau de stockage SAN IP SAN vs FC SAN [8] Etude bibliographique 8 INPG / CUEFA

19 Chapitre 2 Typologie et architecture résultant de l évolution du SAN La conception d une architecture réseau et plus précisément dans le cadre d un réseau dédié au stockage, repose sur des choix dictés par des problématiques clients et s appuie sur des typologies spécifiques. Ces problématiques peuvent être de nature différente mais en général elles sont pratiquement toujours orientées sur les trois axes suivants : financier, technique, et performance ; et pondérées aux besoins de chacun. 2.1 Quelles sont les typologies mises en oeuvre dans le SAN? [1] [10] Comme toutes les technologies de communication les typologies mises en oeuvre ne cessent d évoluer au fil du temps. Ces évolutions ont impacté la topologie des architectures déployées. L arrivée des commutateurs a largement contribué à bouleverser les architectures, ce qui a engendré également de grandes améliorations dans le domaine des performances. Aujourd hui il est possible de retrouver des architectures qui s apparentent à ce que l on peut retrouver dans les LAN, avec en plus des bandes passantes confortables (de 4 à 10 Gbits/seconde). Ces grandes vitesses sont surtout utilisées pour relier des sites distants entre eux ou bien encore pour bâtir des Backbone réseau. Cependant, ce bond en avant pour passer des connexions point à point vers des réseaux commutés a nécessité une étape. C est la boucle arbitrée, qui constitue en quelque sorte le trait d union entre les débuts du SAN, et le SAN moderne. Ces évolutions ont débouché sur trois architectures réseaux. Quelles sont-elles, qu ont-elles apporté, et que pouvons nous aujourd hui prendre comme recul sur celles-ci vis à vis de leurs utilisations? Point à point C est la typologie la plus simple mise en oeuvre, elle relie deux entités. Dans l exemple figure 2.1 on peut observer un serveur et son unité de disques. Les deux entités ainsi reliées disposent de l intégralité de la bande passante. Les configurations «point à point»sont les plus anciennes elles dérivent directement de ce qui se faisait avant l introduction du SAN : le DAS (Direct Atach Storage). Les configurations point à point ne sont plus utilisées de nos jours, et historiquement parlant elles ont laissé place aux architectures dites «boucle arbitrée». 9

20 Typologie et architecture résultant de l évolution Quelles sont dules SAN typologies mises en oeuvre dans le SAN? [1] [10] Figure 2.1 Topologie point à point La boucle arbitrée La boucle arbitrée est une topologie qui est moins limitée que la topologie "point à point" mais aussi moins onéreuse que la topologie "commutateurs". Les premières boucles sont réalisées comme le montre la figure 2.2. Le principal inconvénient qui peut être vue est que si un élément devient défaillant, c est l ensemble du réseau qui devient indisponible, de même que la bande passante est divisée entre tous les éléments du réseau. Figure 2.2 Topologie boucle arbitrée. Une variante basée sur des hubs réalise une topologie en étoile (figure 2.3) qui empêche lors d une panne la boucle de tomber. Elle permet la connexion de 126 périphériques au maximum. Les raisons qui ont poussé à abandonner cette topologie est la limitation du nombre d équipements ainsi que les performances bien moins bonnes que sur les structures à commutateurs Les commutateurs La topologie de commutation est également appelée «Fabric». C est la dernière topologie a avoir été mise en oeuvre, et c est la plus utilisée (100% des SAN installés aujourd hui qu ils soient petits, moyens ou grands reposent sur cette topologie) et la plus performante. Les commutateurs apportent les mêmes avantages au SAN qu aux réseaux LAN, en effet la bande passante entre deux points de connexion est dédiée. Cela permet donc d exploiter la bande passante au mieux et les fonctions avancées telles le zoning ou la QOS 1 assurent une plus grande sécurité. Comme il peut l être observé figure 2.4, des liaisons redondantes peuvent être mises en oeuvre ce qui assure l acheminement des données même dans le cas d une rupture de liens. La redondance pour une haute disponibilité se fait de même sur les parties vitales du matériel comme les alimentations, les ventilateurs... ce qui garantit une parfaite continuité de service. 1. QOS pour qualité de service Etude bibliographique 10 INPG / CUEFA

21 Typologie et architecture résultant de l évolution du SAN Aller plus loin avec la Fabric [11] Figure 2.3 Topologie en étoile. Les architectures en Fabric permettent au SAN de sortir de son confinement imposé par les connexions point à point et les boucles arbitrées, ce qui lui permet maintenant de s étendre à l échelle de l entreprise (multi-site). La dimension d un tel réseau est uniquement limitée par le nombre de points de connexions supportés par le système d adressage codé sur 224 bits. Cela représente environ 16 millions d adresses. Cependant quelle est la fonction première d un commutateur dans le SAN? La fonction première d un commutateur consiste à aiguiller les trames reçues par un émetteur vers le bon destinataire. Pour cela, le commutateur analyse l adresse de destination contenue dans la trame reçue puis lance une recherche dans sa matrice de commutation afin de trouver le bon chemin. De son côté, l émetteur se contente de créer une liaison point à point avec le commutateur, celui-ci assurant la création point à point avec le destinataire. Parallèlement, la Fabric introduit le zoning, qui est la création de zone «logique»(sous-réseau virtuel) interne au SAN, dans le but de simplifier l administration et d augmenter la sécurité. Il est basé sur les ports uniques de chaque élément du réseau le WWN (Word Wide Name). Dans une simple configuration comme le montre la figure 2.5 les serveurs ne voient que le ou les stockages qui leur sont dédiés. 2.2 Aller plus loin avec la Fabric [11] La typologie en commutation a ouvert la voie à de nouvelles fonctionnalités, elle a permis entre autre dans une même Fabric de faire des liaisons distantes en utilisant le protocole FCip. Ce qui revient à utiliser le SAN en point à point pour faire de la communication distante (télécom). Ce qui peut se traduire en terme de problématique client, à faire de la réplication distante (synchrone ou asynchrone). «Cette fonctionnalité implémentée de façon générale dans les baies de stockage elles mêmes, est quelque chose de très demandée par nos clients»explique Gilbert Levon responsable du pôle architecte Bull StoreWay TM. En effet elle permet de revenir à la problématique principale énoncée en début de document qui est l accessibilité et l intégrité de la donnée. Les ingénieurs de Bull StoreWay TM afin de montrer leurs connaissances, leur maîtrise et leur savoir faire du SAN, ont mis en oeuvre une expérience unique. Le but est de faire de la réplication longue distance (plus de 2500km) entre un site de production et un site réplication (backup) en connectant le SAN (FC) local de Bull Echirolles (France) avec le SAN (FC) de Bull Varsovie (Pologne). Ce test «aux limites»élaboré avec succès met le focus sur un point : le SAN remplit son rôle en matière de haute disponibilité et d intégrité de la donnée. Dans un cas client, il permet aussi de continuer la production avec la possibilité de répliquer en temps réel des informations et donc la mise en place de Plan de Reprise Etude bibliographique 11 INPG / CUEFA

22 Typologie et architecture résultant de l évolution du SAN La convergence et l interconnexion des SAN Figure 2.4 Topologie en commutation. d Activité performant. 2.3 La convergence et l interconnexion des SAN Le morose économique actuel favorise la fusion et le rapprochement d entreprises. Les systèmes d informations globaux s en voient restructurés, avec pour ambition la réduction des coûts. Les réseaux de stockages sont donc eux aussi amenés à se rapprocher et à fusionner dans cette optique là. Michel Lebugle architecte Bull StoreWay explique : «La fusion de SAN suite au rapprochement d entités est quelque chose de nouveau. Ce sont des questions sur lesquelles nous n avons pas été encore sollicités, mais nous devons nous y préparer car cela pose des problématiques d interopérabilité notamment entre les commutateurs s ils sont de marques différentes (je détaille cette problématique de compatibilité dans la partie 3.1), ainsi qu une migration complexe si les SAN sont de grande taille». Si le SAN possédait un protocole de communication qui à terme soit commun, cela permettrait de simplifier les architectures et plus globalement les réseaux d informations. Cela se fera peut être avec l introduction du protocole Fiber Channel over Ethernet (cf. 3.2). Cette deuxième partie permet d avoir une vision globale de l architecture qui peut être mise en oeuvre pour un réseau de stockage avec les bénéfices apportés. Ces architectures sont reconnues et utilisées par les clients Bull, qui sont par ailleurs satisfaits Cependant dans un domaine où les technologies évoluent très rapidement nous pouvons nous interroger sur l avenir et sur l évolution du SAN, nous chercherons donc à comprendre dans le chapitre suivant quelles pourraient être les technologies qui viendront remplacer FC et iscsi. Etude bibliographique 12 INPG / CUEFA

23 Typologie et architecture résultant de l évolution du SAN La convergence et l interconnexion des SAN Figure 2.5 Zoning basé sur le dispositif du WWN [1] Etude bibliographique 13 INPG / CUEFA

24 Typologie et architecture résultant de l évolution du SAN La convergence et l interconnexion des SAN Etude bibliographique 14 INPG / CUEFA

25 Chapitre 3 Maturité des technologies Comme il a été démontré dans les deux précédentes parties, les réseaux de stockage sont aujourd hui sûrs, performants et robustes pour la gestion de la donnée. Les technologies telles que le SAN FC et le SAN IP ont trouvé leurs publics, cependant des problèmes d interopérabilité subsistent, tout particulièrement dans les réseaux FC. Pourquoi? Et que pouvons nous faire pour contrer cela? De même que de nouvelles technologies semblent émerger, que pouvons nous en espérer et quels impacts en découleront? 3.1 Compatibilité matériel [12] Malgré la définition de standards par les organismes concernés (cf. 1.1), aujourd hui une des problématiques que l on peut soulever est la compatibilité du matériel, tout principalement au niveau des commutateurs. Ce marché est maintenant détenu pour plus de 90% exclusivement par deux constructeurs : Brocade et Cisco. Car, bien que le SNIA établisse et valide les différentes normes, les deux constructeurs pour se distinguer de l offre concurrente se permettent des écarts sur les standards établis, ce qui engendre des incompatibilités entre les différents éléments du réseau. Cela pose un réel problème sur l interopérabilité des chaînes de liaisons, et contraint dans l étude nouvelle ou dans une architecture existante une perpétuelle référence aux matrices d interopérabilité. Pour donner un exemple concret, nous participons dans Bull StoreWay à chaque introduction de produits à renseigner des documents (matrice d interopérabilité) fournis par notre partenaire EMC ; pour que celui-ci intègre l interopérabilité supportée par Bull dans les matrices de leurs baies de stockage. Malgré les recommandations des organisations définissants les standards, les enjeux étant tellement grands (sur un marché restreint), tant sur le point de vue d image et notoriété que sur le point de vue financier, qu il ne permet pas aujourd hui une intéropérabilité optimum. La conséquence de cette «stratégie»mise en place par les constructeurs de commutateurs est très simple : elle verrouille tout simplement l interconnexion ou l utilisation dans un même SAN de commutateurs de marques différentes. On retrouve néanmoins quelques exceptions comme le constructeur MacData qui est compatible avec Brocade. L image est à l inverse de se qui ce passe dans les réseaux LAN ou ce phénomène n existe pas et ou n importe quel équipement d un constructeur est compatible avec le concurrent. 3.2 La convergence des réseaux, une aubaine? [12] [13] La tendance actuelle est à la convergence et à la mutualisation des systèmes d information, et le stockage ne déroge pas à cette règle. Un nouveau protocole appelé Fiber Channel over Ethernet (FCoE) va peut être permettre de passer d un SAN multi-protocole à un SAN unifié sur FCoE. Quels peuvent être ses atouts par rapport au Fibre Channel classique? Sur le papier les avantages du FCoE sont multiples : il permet de transporter le protocole Fibre Channel 15

26 Maturité des technologies Affrontement autours du Fibre Channel sur Ethernet [14] [12] sur un réseau Ethernet, ainsi IP et Fibre Channel sont transportés sur un seul et même câble. Autre atout : un seul type de commutateur d accès permet de connecter à la fois un LAN et un SAN, ce qui constitue une première approche d un centre informatique unifié. Cela a un impact direct sur les serveurs en réduisant considérablement le nombre de cartes, mais également en simplifiant la topologie du réseau ce qui engendre une réduction en énergie et en refroidissement. Cependant FCoE ne sait pas fonctionner sur une infrastructure Ethernet existante. Il fonctionne sur du LossLess Ethernet (Ethernet sans perte de paquets). Coté serveurs, les cartes convergentes (ou CNA pour Converged Network Adapter) fonctionnent à la fois comme des cartes SAN FCoE et comme des adapteurs 10 Gigabit Ethernet standards. Elles sont vues par le système d exploitation à la fois comme un adaptateur Ethernet et comme une carte HBA Fibre Channel traditionnelle, à la différence près que le protocole FC est encapsulé dans les trames Ethernet comme le représente la figure 3.1. La figure 3.2 permet de comprendre comment se positionne et sur quoi s appuie le protocole FCoE par rapport au différents protocoles du SAN. Figure 3.1 Décomposition d une trame FCoE [1] A l heure actuelle ce protocole n est toujours pas standardisé (la norme est en draft avancé). Elle doit être validée dans les semaines qui viennent. Brocade dispose depuis quelques jours à son catalogue d un commutateur FC/FCoE et des cartes CNA 1 sont également disponibles chez Emulex et Qlogic. Cependant pour que ce protocole s implante de façon crédible, il faudra que les constructeurs de baies ainsi que les constructeurs de serveurs (et plus précisément de carte CNA) fassent la promotion ensemble de cette nouvelle technologie. Malgré le fort intérêt de ce nouveau protocole de communication, FCoE d après les dires d experts du marché ne devrait pas décoller avant Cela vient principalement du fait de la conjoncture économique actuelle où les investissements sont plutôt ramenés sur des petits projets de consolidation à cours terme alors que le déploiement d infrastructures réseau de stockage est plutôt vu sur du long terme. [12] 3.3 Affrontement autours du Fibre Channel sur Ethernet [14] [12] Le débat fait rage au sein des différents acteurs du marché sur ce nouveau protocole. Lors d une table ronde sur le stockage en octobre dernier à Francfort, où tous les acteurs du marché étaient présents, on a pu voir comment ceux ci ce positionnaient vis à vis du FCoE. En effet tous les constructeurs et intégrateurs du SAN sont d accord pour dire que le FCoE devrait être une révolution dans le domaine du stockage et devrait résoudre de nombreux problèmes, comme les saturations de bande passante dans les environnements virtualisés. 1. CNA pour Converged Network Adapter (carte PCI à destination des serveurs) Etude bibliographique 16 INPG / CUEFA

27 Maturité des technologies Affrontement autours du Fibre Channel sur Ethernet [14] [12] Figure 3.2 FCoE et les autres protocoles SAN [12] Cependant les positions de chacun sont bien établies, bien que le protocole ne soit pas encore un standard (cf. 3.2) et on peut d ors et déjà les classer en deux catégories : Les enthousiastes tel Emulex (constructeur de carte HBA 2 ) et Cisco (constructeur d infrastructure réseau) qui ont déjà développé et ont à leur catalogue des produits basés sur ce protocole. Netapp (constructeur de baies) fait aussi partie des constructeurs engagés en proposant une baie de stockage native en FCoE, mais semble moins pousser cette technologie. John Rollason (Product Marketing Manager chez Netapp) mentionne en ce qui les concerne que «NFS et iscsi couvrent aujourd hui 95% des besoin, et que les services offerts sur FCoE sont loin d égaler ceux proposés par FC». En outre étant donné que la première démonstration d interopérabilité a été réalisée en septembre 2008 par la FCIA, il est temps d en venir au déploiement argumente le directeur marketing produit Emulex. D autres plus réservés comme Brocade (leader des commutateur FC) et IBM (constructeur de baie de stockage et de serveurs) ont peur que le FCoE entre en concurrence avec leur offre Fiber Channel actuel (8, 10 et bientôt 16 Gb/seconde). Pour ce qui est de l implication de Bull, nous nous destinons pour l instant à faire de la veille technologique, donc à prendre connaissance des différents produits ou solutions que nos partenaires peuvent mettre à leurs catalogues et des problématiques qui vont pouvoir être levées. Dans tous les cas le buzz en train d être mis en place par Cisco, devrait rapidement et indéniablement être suivi par par leurs concurrents sous peine que ceux-ci se voit distancer aux yeux du publique d un point de vue image. Pourquoi Cisco pousse tant et aussi vite sur le FCOE? La réponse est simple Cisco est principalement un constructeur qui développe des produits pour le monde IP (les réseaux LAN) et il est d ailleurs leader et de loin dans ce domaine. Mais il a eu beaucoup de mal à s implanter comme il l aurait souhaité dans les réseaux SAN avec les technologies Fiber Channel et iscsi. Il compte donc beaucoup sur FCoE pour pouvoir prendre une très forte assise dans les réseaux de stockage. Cependant l histoire semble indéniablement se répéter (cf. 3.1). Le débat fait aussi rage sur la spécifica- 2. HBA pour Host Bus Adapter, est une carte d extension qui permet de connecter un système hôte à un bus externe réseau de stockage Etude bibliographique 17 INPG / CUEFA

28 Maturité des technologies Affrontement autours du Fibre Channel sur Ethernet [14] [12] tion de la nouvelle génération nécessaire au fonctionnement l Ethernet sans perte de paquet. Les spécifications CEE (Convergence Enhanced Ethernet), sur lequel Brocade et une quinzaine d autres constructeurs travaillent actuellement, sont rebaptisées par Cisco DCE (DataCenter Ethernet) pour ses propres produits, qui est une évolution d Ethernet dopée par une série d extensions, notamment TRILL (Transparent Interconnection of Lots of Links). Cette spécification apporte à la couche transport Ethernet des capacités de routage de type "plus court chemin" (Shortest Path) et un des objectifs de TRILL est de supprimer les problèmes introduits par le spaning tree. Néanmoins aucun test d interopérabilité n ayant été fait, TRILL fait encore l objet de débat. Malgré la ratification du protocoles FCOE dans les semaines à venir, le débat risque de se poursuivre en ce qui concerne CEE, ce qui ferait de DCE une implémentation propriétaire par Cisco qui devrait découler sur des incompatibilités avec ses concurrents. Etude bibliographique 18 INPG / CUEFA

29 Conclusion Comme il a pu être vu dans l ensemble de ce document le SAN apporte de nouveaux modes de fonctionnement dans la gestion de la donnée, ainsi que des opportunités d économies et de gain d efficacité. Il marque indiscutablement un tournant pour les architectures de stockage. Il existe donc maintenant une solution fédérant les équipements (sauvegarde, baie de disque, etc.) autour d un réseau unique dédié à l entreprise et commun aux différents serveurs d applications, ayant un rayon peu limité par la distance avec des débits conséquents. Le SAN assure donc l autonomie du stockage vis-à-vis des réseaux informatique en utilisant un réseau distinct et autonome, déchargeant de ce fait les réseaux locaux. L avenir appartient donc aux solutions de stockage en réseau. Et celles ci avec l arrivé du FCoE, donc de la convergence des réseaux, devraient fortement porter la tendance à la simplification des intrastructures. Nous sommes aujourd hui à un tournant dans les technologies utilisées. Cependant avec les événements économiques actuels, il est difficile de croire que les roadmaps des constructeurs soit tenues. Cela pourrait être un handicap pour le FCOE, car s il a du mal à percer et qu une autre technologie plus performante vient à apparaitre dans les années à venir, son avenir pourrait bien suivre celui de l Infini Bande et rester marginal à un secteur limité. Les réseaux de stockage ayant été présentés de façon générale, nous pouvons nous poser la question : Dans une problématique client de stockage, comment peut-on lui repondre en fonction de ces problématiques et de ces contraintes, qu elles soient applicatives, d infrastructure ou autres? Cela fera l objet de mon mémoire de fin d"étude. 19

30 Conclusion Etude bibliographique 20 INPG / CUEFA

31 Table des figures 1.1 Problématique des ressources non consolidée Consolidation des ressources Exemple d infrastructure SAN multi-fabriques et multi-sites [6] Décomposition d une trame Fibre Channel [1] Format d une trame iscsi [1] Architecture utilisant les protocoles Fibre Channel et iscsi dans un même réseau sur une très grosse infrastructure. Source SNIA Topologie point à point Topologie boucle arbitrée Topologie en étoile Topologie en commutation Zoning basé sur le dispositif du WWN [1] Décomposition d une trame FCoE [1] FCoE et les autres protocoles SAN [12]

32 TABLE DES FIGURES TABLE DES FIGURES Etude bibliographique 22 INPG / CUEFA

33 Liste des tableaux 1.1 Comparaison entre réseaux IP SAN et FC SAN

34 LISTE DES TABLEAUX LISTE DES TABLEAUX Etude bibliographique 24 INPG / CUEFA

35 Glossaire Glossaire FCIA pour Fibre Channel Industry Association. Association promouvant les technologies basées sur le Fibre Channel. 2 Fibre Channel protocole défini par la norme ANSI X3 T11 permettant une connexion haut débit entre un ordinateur et son système de stockage. Il a été conçu à l origine pour les superordinateurs, mais il est maintenant devenu le protocole standard des SAN. Le protocole Fibre Channel peut fonctionner sur de la paire torsadée ou de la fibre optique, l interconnexion entre les deux types de support étant réalisée par des modules standardisés dits "GLM" (Global Link Module).. 1 iscsi pour Internet Small Computer System Interface. L iscsi est un protocole qui permet le transfert de blocs de données sur des réseaux Ethernet via des adresses IP. iscsi s affranchit donc des limites des réseaux en cuivre ou en fibre optique. iscsi correspond à du SCSI encapsulé dans TCP/IP. 1 RAID à l origine pour Redundant Array of Inexpensive Disks aujourd hui pour Redundant Array of Independent Disks. Technologie permettant de stocker des données sur de multiples disques durs afin d améliorer, en fonction du type de RAID choisi, la tolérance aux pannes et/ou les performances de l ensemble. Différents types de RAID existent, le RAID0 ou les disque sont stripés 2 à 2 (pas de redondance), le RAID1 qui est du miroir de disque, le RAID3 ou les disques sont striper avec une parité fixe, le RAID5 ou les disques sont striper avec une parité tournante, et le RAID6 protection avec double parité.. 2 SAN de l acronyme anglais Storage Area Network, est un réseau dédié au stockage. Le SAN repose sur la fibre optique ou des câble cuivre, c est un réseau à part optimisé pour le transfert à haute vitesse de blocs de données vers et en provenance d un disque. Les baies de disques peuvent être connectées au SAN, n encombrant pas le réseau local (LAN) dédié aux utilisateurs. Plus généralement, ce type de réseau peut se composer de robots de sauvegarde, baies de disques, commutateurs sur lequel différent éléments du réseau se branchent. Chaque élément d un SAN est identifié par un World Wide Name (WWN).. v, 1 SCSI pour Small Computer Systems Interface. Standard informatique défini par l ANSI, définissant un bus informatique permettant de relier un ordinateur à des périphériques matériels (tel des disques durs, cd-rom ou bien encore sauvegarde sur bande magnétique) ou bien même à un autre ordinateur. Ce standard décrit les spécifications mécaniques, électriques et fonctionnelles du bus.. 2 SNIA pour Storage Networking Industry Association. Association de normalisation et de promotion des systèmes SAN, formée en 1997 et dont le but est normalement non lucratif. Elle est financée par les principaux acteurs du marché (plus de 77) de l industrie du stockage.. 1 WWN pour Wold Wide Name, identifiant unique distinguant de façon unique chaque élément du réseau SAN. Le WWN est un nombre unique codé sur 64 bits, il se présente sous la forme : XX :XX :XX :XX :XX :XX :XX :XX. En environnement Fibre Channel il est utilisé deux types de WWN : un Word Wide Node Name (WWNN) et un Word Wide Port Name (WWPN). Le WWPN est utilisé pour le zoning

36 Glossaire Glossaire Etude bibliographique 26 INPG / CUEFA

37 Bibliographie [1] J. Tate, F. Lucchese et R. Moore. Introduction to Storage Area Networks. International Business Machines Corporation (IBM), juillet [2] G. Levon. Les solutions de stockage StoreWay TM. Présentation interne Bull StoreWay TM dans le cadre des enjeux et des défis à relever pour mars [3] Presentation du SNIA. Site du SNIA, [4] Présentation du FCIA. Site du FCIA, [5] EMC Networked Storage. EMC Corporation, (Rev A26) novembre [6] M. Lippitt, E. Smith. Networked Storage Concepts and Protocols Solution Guide. EMC Corporation, (version 1) [7] k. Bahloud, S. Krawczyk Optimising Storage : Issues, Difficulties ans Winning Strategies of european companies. International Data Group (IDC), Avril [8] N. Dillon. IP Storage. Présentation dans le cadre des StoreWay University 2008, juillet [9] P. Reynier. Gcos7 et réseau de stockage : de nouvelles perspectives pour rationaliser et optimiser son exploitation. Présentation Bull dans le cadre d un séminaire Bull sur le stockage, octobre [10] X. Bouchet, H. Gillarès-Calliat. SAN et NAS, solution de stockage, sécurité, infrastructures. Dunod (isbn X), [11] Bull team. Inter Array Replication - SAN Long Distance - POC. Document strictement interne - Bull Alcatel, mars [12] F. Mazier. FCoE & CEE Protocol, Usage models and features. Présentation Brocade partenariat Bull, mars [13] Cisco Team. Converging SAN and LAN Infrastructure with Fibre Channel over Ethernet for Efficient, Cost-Effective Data Centers. Cisco, 2008 [14] K. Frascaria. Affrontements autour du Fibre Channel sur Ethernet. Article lu en février 2009 sur le site reseaux-telecoms.net. Lien : lire-affrontements-autour-du-fibre-channel-sur-ethernet page-1.html, 27 novembre