Einführung in Storage Area Networks (SAN)

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1 IBM PSC Berlin German UNIX Users Group Einführung in Storage Area Networks (SAN) Jürgen Schwarz Technical Consultant PSC Berlin

2 IBM Backup Storage Agenda Was ist ein SAN? Komponenten eines Storage Area Networks Fibre Channel Protokoll Kabel HBAs SAN-Switche Logische Struktur und Verwaltung eines SANs Zoning Redundanz / Multipathing Switch Management Storage Partitioning an praktischen Beispielen Storagesysteme Grundlagen IBM Entry Storage IBM Midrange Storage IBM Highend Storage SAN für Fortgeschrittene 2

4 Was ist ein SAN? Evolution von Storage. Externe HDDs Integrierte HDDs Server JBOD Server SCSI / SAS etc. File Server Network Attached Storage Server Ethernet NFS / CIFS SAN Storage Subsystem (direct attached) Server SAS / iscsi / FibreChannel Storage Subsystem 4

5 Was ist ein SAN? Evolution von Storage II. 5

6 Was ist ein SAN? Und wozu ist es gut? Storage Area Network separates Netzwerk, von Datennetzwerk getrennt Block Storage, logisch vergleichbar zu lokalen Platten (/dev/sdx) SCSI-Abkömmling Verschiedene Protokolle möglich iscsi IP-basiert SAS serial attached SCSI FC - Fibre Channel Fibre Channel Abkömmlinge Switche zwischen Servern (Initiator) und Storage (Target) Direct Attachment möglich, aber unüblich (außer SAS) Höhere Verfügbarkeit: Höhere Performance: Cache HDD-Zahl Flexible Erweiterbarkeit : 6 LUNs (Volumes) Arrays / Pools Expansion Units Redundante Komponenten Remote Mirroring Shared Storage für Cluster & Virtualisierung Einfache Verwaltung 1 SAN statt Dutzende RAID Controller

8 Fibre Channel Protocol Layer 0 - Physical 3 Topologien Arbitrated Loop (FC-AL) Point-to-Point (FC-P2P) Switched (FC-SW) Port-Typen N-Port Node-Port (HBA) F-Port Fabric-Port (Switch) E-Port verbindet Switche (ISL) Abwärtskompatibilität mindestens 2 Generationen Verkabelungstypen Optisch Multimode - billiger, kleine Reichweiten Single Mode - teurer, mehrere Kilometer Anpassbar mit SFP / SFP+ (Small Formfactor Plug) Kupfer-basiert z.b. Midplane in BladeCenter 8

9 Kabeltypen Multimode (Short Range SFPs) Kabellängen in Metern: LC-Stecker SC-Stecker 10 (und 20) Gb sind unüblich, auch nicht abwärtskompatibel zu 8/4 Gb heute nur noch LC-Stecker im Einsatz Single Mode bis zu 10 km, abhängig von Kabeltypen und Long Range (LR) SFPs 9

10 Fibre Channel Host Bus Adapters Verfügbar für Intel- und POWER-basierte Server und Blade-Systeme Single Port oder Dual Port (Blade immer Dual Port) OEM-Hersteller der IBM Qlogic Emulex (für Intel und POWER) Brocade Standard 8Gb mit PCI Express 2.0 x8 und Multimode SR SFP+ Modulen 16Gb kommt! Announcement vom : Brocade 16Gb HBA Emulex 8Gb 10 Mehr als IOPS pro Port Brocade 8Gb IOPS pro Port Qlogic 8Gb IOPS pro Port

11 SAN Switche SAN Switche nur logisch erweiterbar typisch < 100 Ports full fabric : mehrere Switche zusammenschaltbar kleine Installationen Edge -Komponenten SAN32B-E4 mit FC-Encryption Brocade SAN Switche b -Type BladeCenter SAN Switche SAN Directoren Cisco SAN Directoren Große SAN Switche Qlogic SAN Directoren physikalisch über Blades erweiterbar Core -Komponenten typisch > 100 Ports 11 BladeCenter SAN Switche TIP: Switchhersteller möglichst nicht mischen!

13 Logische Struktur und Verwaltung eines SANs: Zoning Zone: Virtuelles Kabel mit (möglicherweise) mehreren Enden Zoning-Regeln: Zoning bzw. eine Zone Kein Zoning wird im Switch angelegt Zugriff über LUN Masking am Mehrere Switche im Fabric Storage gesteuert zusammengeschlossen: Full Fabric Zoning auf Basis des Betriebssystems oder des HBA-Herstellers Zoning auf Basis von Anwendungen oder Systemclustern konsistente Namensgebung nur im Switch-Managementtool sichtbar Übergreifende Managementtools z.b. IBM Data Center Fabric Manager für große Umgebungen sinnvoll Aliase für Geräteports auf WWPNBasis vergeben Zone verbindet 2 oder mehrere Aliase Zoneset verbindet mehrere Zonen Nur ein Zoneset ist aktiv Switchport basiertes Zoning Möglichst 2 voneinander völlig getrennte Netze 13 World Wide Node / Port Name basiertes Zoning mit 2-3 Endpunkten pro Zone

14 Redundanz / Multipathing im SAN Redundante Komponenten und Pfade sind ein Muß! Redundante Komponenten bewirken multiple Pfade Multipathing-Treiber fassen Pfade zusammen SDD Physikalischer Aufbau mit redundanten HBAs und Controllern MPIO Native MP Abhängig von Storagehersteller Betriebssystem RHEL 5/6 native vsphere native MP-Treiber nicht kombinierbar Getrennte HBAs Getrennte Systeme Switch Server Storage mit LUN Switch Logische Sichtweise: Server Pfadanzahl Früher 2 Heute meist 4 14

15 Switch Management Beispiel Brocade Brocade Web Tools im SAN Switch enthalten Lizenzfrei admin / password WWNN WWPN 15

16 Was ist Storage Partitioning? Logische Einheit aus einem oder mehreren Volumes, die von einem Host oder einer Host Group gesehen werden Host A Host B Logical partition A Logical partition B Host Group C Feste Zuordnung der LUN (Logical Unit Number) für jedes Volume Maskierung von LUNs ggü. Server, falls kein Zugriff zugelassen ist - LUN-Masking Storagecontroller (nicht SAN) kontrolliert Zugriff auf Partition anhand Server-WWPN oder IQN (iscsi) IBM DS3500: Standardmäßig 4 Partitionen 8, 16, 32, 64 Partitionen als Premium Feature LUN 0 LUN 1 LUN 2 LUN 0 Backupserver 4 Partitionen notwendig - 2 für die 2 W2K3 Bootplatten - 1 für die 2 Clusterlaufwerke - keine für den Backupserver - 1 für die 2 AIX-LUNs LUN LUN LUN LUN LUN IBM V7000 und andere: Keine lizenzmäßige Beschränkung W2K3 Server 2 LUN LUN Partitionen ~ Anzahl der Server mit Zugriff (gaanz grob) W2K3 Server 1 Logical partition C unmapped volumes AIX-Server LUN 0 LUN 1

17 Storage Partitioning in der Praxis: IBM DS3500 DS3500 und Familie: Hosts Groups und Hosts Schneller Überblick Einfache Strukturen erzwungen 17

18 Storage Partitioning in der Praxis: IBM Storwize V7000 IBM Storwize V7000 Keine Lizenzen erforderlich, keine Partitions -Zählerei Jedes Volume individuell an 1 oder mehrere Server gemappt ++ Komplexere Architekturen möglich - - Übersichtlichkeit eingeschränkt 18

20 Allgemeines zu Storage-Subsystemen Was unterscheidet verschiedene Plattensysteme? Performance: I/O-Performance Plattenzahl: ca. 200 IOPS pro 15K HDD Controller-Leistungsfähigkeit Cache-Größe & Schnelligkeit RAID-Level (RAID 10) Tiering effizientes Ausnutzen von SSDs Kapazität Plattengrößen und anzahl RAID-Level (RAID5/6) RAID-übergreifende LUNs Thin Provisioning 20 Features: Ease Of Management Schnittstellen FC, iscsi, SAS Port-Anzahl, Bandbreite LUN / Volume-Flexibilität Vergrößern, Umpositionieren RAID-Level-Änderungen Lokale Funktionen Snapshots, Internes Mirroring Remote Funktionen Metro Mirror, Global Mirror Consistency Groups

21 IBM DS3500: Drei Interface-Optionen in einer Box DS3500 DS3500 DS oder 8 x 6-Gbps SAS 8 x 1-GbE iscsi 8 x 8-Gbps Fibre Direct-attach oder 4 * 10Gb iscsi und 4 x 6-Gbps SAS BladeCenter SAN und 4 x 6-Gbps SAS Direct-attach oder SAN 12 oder 24 Laufwerke pro Platteneinheit, bis zu 192 Laufwerke SAS, SAS Nearline, Self Encrypting SAS, SSD mischbar Erweiterung über EXP3512 oder EXP3524 Dual Power Supplies, dual active RAID Controller Kontroller SAS Drives FlashCopy, Volumecopy Dynamische Volumeerweiterung Remote Mirroring Online Administration und RAID Level Migration uvm. Stromzufuhr / Kühlung

22 Das neue IBM Midrange Disk System - IBM Storwize V7000 S t o r w i z e 2U Neue Advanced Software Funktionen Bewährte IBM Software Funktionalität Neue GUI (easy-to-use, web basierend) Easy Tier (dynamic HDD/SSD management) Integration in den IBM Systems Director RAID 0, 1, 5, 6, 10 Verbesserungen bei Tivoli Productivity Center, FlashCopy Manager und Tivoli Storage Manager Unterstützung Storage Virtualization (lokale & externe disks) Dual-active, hot-swappable controllers mit 8GB cache pro controller 16GB total Acht 8 Gbps FC oder vier 1 Gbps iscsi ports 22 Unterbrechungsfreie Data Migration Spiegelung mit Global & Metro Mirror Mit FlashCopy bis zu 256 Kopien pro Volume Thin Provisioning

23 IBM SAN Disk + NAS Portfolio 2012 SAN System x Storage DS3000 Entry-level V7000 XIV DS8000 Enterprise Midrange V7000 Unified NAS Gateway N DS5000 Entry-level Midrange N6000 N7000 Enterprise SONAS Ultrascalable

25 Konvergenz der Netzwerke beginnt heute! Bisher: LAN Separate Netzwerke LAN, SAN, IPC (Inter processor communication) SAN Jeweils eigene Infrastruktur Adapter in Servern Netzwerkswitche Kabel IPC Separates Management Teuer und kompliziert Zukünftig: LAN, SAN und IPC Datenverkehr laufen über ein Ethernet-Netz! DCB Reduzierte Hardware-, Strom-, Kühlungs- und Managementkosten CEE/FCoE Ein neuer I/O-Adapter wird benötigt: Converged Networking Adapter (CNA) 25 25

26 Converged Network Adapter Modes 10 Gb pnic vnic / vflink / NPAR 2 Physical Ports heute 8 Virtual Ports/Physical Port High Performance Single Root IOV SRIOV: ++ mehr Upgradeable auf vnic Mix n Match mit iscsi or FCoE (DCB) Upgradeable auf iscsi FCOE iscsi Reduziert HW- & Kabelkosten FCoE pnic - Full iscsi hardware offload Configurable with vnic Reduziert CPU load DCB FC-Protocol vnic DCB iscsi-protocol Beruht auf DCB 10Gb Ethernet Höhere Performance dank 10Gb DCB Fibre Channel over Ethernet

27 SAN-Virtualisierung: IBM SAN Volume Controller SVC Enge Server - Speicher Beziehung führt zu Insellösungen Schlechte Ressourceausbeute Hohe Beschaffungskosten für Speicher Hoher Wartungsaufwand AF Nicht unterstützt! Cache AF Cache Cache AF AF Cache Cache 27

28 Storage-Virtualisierung: IBM SAN Volume Controller SVC Wirkungsgrade verbessern Speicher effizienter nutzen Mehr Kapazität aus vorhandenen Speicher gewinnen, Nutzung um 30% verbessern Beschaffungskosten für Speicher reduzieren Günstiger Speicherbausteine für Kapazitätsaufbau Keine boxbezogene Kosten für Funktionen und Cache SAN Infrastruktur vereinfachen Server Speicherbeziehung entkoppeln Vereinfacht Planung und Ausbau Weniger Einzelsystem bezogene Aufgaben Weniger Einschränkungen durch Inkompatibilitäten 28

29 Storage Virtualisierung: IBM SAN Volume Controller SVC Entkopplung Server zu Speicher Jetzt Any to Any Beziehungen SAN Volume Controller AF + Cache Ressourceausbeute optimiert Geschützte Investitionen AF Cache AF Cache Cache Wartungsfreundlich Hochverfügbarer Speicher AF AF Cache Cache 29

30 Storage Virtualisierung: Ein Storage-Subsystem, verteilt auf 2 Räume! Virtual Disk Mirror Interner Datenspiegel SVC SVC Schützt vor Ausfall eines Speichersystems Transparenter Failover für Server Stretched Cluster Anwendung No Single Point of Failure Konzept Stretched Cluster Transparenter Failover beim Ausfall einer Site Transparentes Verschieben der Disks auf allen Ebenen (Server, SVC s, Speicher) Anwendung: VMWare und VMotion, Hyper-V, Citrix Windows Applikationen 30 Transparentes Verschieben (Motion) auf allen Ebenen

31 Vielen Dank für Ihr Interesse! 31

32 Legal Information and Trademarks The following terms are trademarks of International Business Machines Corporation in the United States, other countries, or both: IBM, IBM Logo, on demand business logo, Enterprise Storage Server, xseries, BladeCenter, eserver, ServeRAID and FlashCopy, System Storage, Tivoli, Easy Tier The following are trademarks or registered trademarks of other companies. Intel is a trademark of the Intel Corporation in the United States and other countries. Java and all Java-related trademarks and logos are trademarks or registered trademarks of Sun Microsystems, Inc., in the United States and other countries. Lotus, Notes, and Domino are trademarks or registered trademarks of Lotus Development Corporation. Linux is a registered trademark of Linus Torvalds. Microsoft, Windows and Windows NT are registered trademarks of Microsoft Corporation. SET and Secure Electronic Transaction are trademarks owned by SET Secure Electronic Transaction LLC. UNIX is a registered trademark of The Open Group in the United States and other countries. Storwize is a trademark of Storwize Inc., an IBM company, and used under license by IBM. * All other products may be trademarks or registered trademarks of their respective companies. Notes: Performance is in Internal Throughput Rate (ITR) ratio based on measurements and projections using standard IBM benchmarks in a controlled environment. The actual throughput that any user will experience will vary depending upon considerations such as the amount of multiprogramming in the user's job stream, the I/O configuration, the storage configuration, and the workload processed. Therefore, no assurance can be given that an individual user will achieve throughput improvements equivalent to the performance ratios stated here. IBM hardware products are manufactured from new parts, or new and serviceable used parts. Regardless, our warranty terms apply. All customer examples cited or described in this presentation are presented as illustrations of the manner in which some customers have used IBM products and the results they may have achieved. Actual environmental costs and performance characteristics will vary depending on individual customer configurations and conditions. This publication was produced in the United States. IBM may not offer the products, services or features discussed in this document in other countries, and the information may be subject to change without notice. Consult your local IBM business contact for information on the product or services available in your area. All statements regarding IBM's future direction and intent are subject to change or withdrawal without notice, and represent goals and objectives only. Information about non-ibm products is obtained from the manufacturers of those products or their published announcements. IBM has not tested those products and cannot confirm the performance, compatibility, or any other claims related to non-ibm products. Questions on the capabilities of non-ibm products should be addressed to the suppliers of those products. Prices subject to change without notice. Contact your IBM representative or Business Partner for the most current pricing in your geography. This presentation and the claims outlined in it were reviewed for compliance with US law. Adaptations of these claims for use in other geographies must be reviewed by the local country counsel for compliance with local laws

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