El apoyo de Microsoft a las redes de almacenamiento basadas en el protocolo iSCSI, auténtico refrendo a esta tecnología

En un mundo en el que el Protocolo de Internet (IP) domina las redes de área local (LAN) y las redes de área amplia (WAN), y en el que las exigencias de almacenamiento de datos crecen de forma incesante, parece inevitable que estas dos fuerzas acaben convergiendo. El protocolo Internet Small Computer Systems Interface (iSCSI) une las redes de almacenamiento y las redes IP. iSCSI permite el transporte de un tráfico de almacenamiento a nivel de bloques sobre redes IP. Se basa en dos tecnologías ampliamente usadas: los comandos SCSI para almacenamiento y los protocolos IP para redes.

iSCSI es un protocolo punto a punto para el transporte de bloques de datos E/S de almacenamiento sobre una red IP. El protocolo se usa en servidores (iniciadores), dispositivos de almacenamiento (destinos) y dispositivos de puertas de acceso de transferencia de protocolo. iSCSI utiliza conmutadores y routers Ethernet estándar para trasladar los datos del servidor al almacenamiento. También permite utilizar la infraestructura IP y Ethernet para expandir el acceso al almacenamiento SAN, así como para extender la conectividad SAN a cualquier distancia.

Este artículo pretende ofrecer una visión general de iSCSI, resumiendo su introducción, detalles del protocolo, beneficios para el usuario y diferentes escenarios y aplicaciones típicas.

Factores que posibilitan el almacenamiento IP
Hasta hoy, los despliegues SAN han estado dirigidos por una demanda insaciable de almacenamiento y por los beneficios que las redes de almacenamiento ofrecen al usuario. Estas ventajas incluyen un uso eficiente del almacenamiento mediante la consolidación del almacenamiento, la capacidad de manejar más capacidad de almacenamiento, un rápido despliegue de nuevo almacenamiento, una mayor disponibilidad, y unas operaciones más rápidas de copia de seguridad y de restauración de la información. En la Figura 1, podemos ver un esquema de los factores de posibilitan el almacenamiento IP.

Con el reciente desarrollo del protocolo iSCSI y de los motores de descarga TCP/IP basados en silicio, ahora son posibles las SAN basadas en redes IP. La infraestructura de redes IP incluye redes multi-gigabit, sofisticadas herramientas de asignación de ancho de banda y gestión de redes y el alcance ubicuo que proporcionan Ethernet e IP. Estos factores, juntos, permiten nuevas soluciones de almacenamiento IP utilizando el protocolo iSCSI.

Lo mejor del almacenamiento y de las redes
iSCSI se basa en los dos protocolos de uso más extendido en el mundo del almacenamiento y de las redes. En el ámbito del almacenamiento, iSCSI utiliza el conjunto de comandos SCSI, que son los principales comandos de almacenamiento, utilizado en todas las configuraciones de almacenamiento. En el ámbito de las redes, iSCSI usa IP y Ethernet, que son la base de la mayoría de redes corporativas y que también se utilizan cada vez más en redes de área metropolitana (MAN) y en redes de amplio alcance. Con casi 30 años de investigación, desarrollo e integración a su favor, las redes IP ofrecen la mejor manejabilidad, interoperatividad y eficiencia en costes.

La Figura 3 muestra una versión simplificada del conjunto de protocolos que incluye a iSCSI. El uso del conjunto de comandos estándar SCSI facilita la interoperatibilidad con los sistemas operativos y las aplicaciones existentes instaladas sobre ese estrato. Además, el uso de redes TCP/IP estándar proporciona un alcance universal a la infraestructura IP global.

Elementos de las redes de almacenamiento IP
Las redes de almacenamiento IP hacen referencia a los sistemas informáticos y elementos de almacenamiento conectados mediante Internet Protocol. También se refiere a la infraestructura IP que transporta flujo de almacenamiento entre esos destinos.
La Figura 4 muestra los diferentes elementos de una red de almacenamiento IP.

El primer elemento, el dispositivo E/S, se refiere a los sistemas informáticos y a los recursos de almacenamiento que tienen interfaces IP nativas. Esto puede incluir servidores, bahías de discos o librerías de cinta con un adaptador o una controladora iSCSI. Estas interfaces suelen ser Ethernet, e incluyen el procesado del protocolo, como los motores de descarga TCP/IP, con el objetivo de reducir las cargas de procesado en los dispositivos huésped.

El segundo elemento de una red de área de almacenamiento (SAN) IP es la arquitectura de los conmutadores. La ventaja de una estructura basada en IP es que los usuarios pueden crear una SAN utilizando conmutadores y routers Ethernet estándar para transportar datos en la estructura SAN. Esta arquitectura también puede incluir routers y conmutadores de almacenamiento que tengan una combinación de interfaces iSCSI y otras interfaces de almacenamiento como SCSI o Fibre Channel. Los conmutadores y routers de almacenamiento ofrecen conectividad multi-protocolo que no está disponible en los conmutadores IP y Ethernet convencionales. También ofrecen funcionalidad específica para almacenamiento, como en los comandos de copia punto a punto.

El tercer elemento de las redes de almacenamiento IP es la interconexión SAN. Puesto que iSCSI es un protocolo nativo basado en IP, la interconexión SAN no requiere una funcionalidad específica para el almacenamiento y se puede utilizar tanto una red IP/Ethernet compartida como una especializada.

Las piezas del sistema
• Tarjetas de interfaz de redes (NICs)
Las NICs tradicionales (adaptadores Ethernet en servidores y PCs) están diseñadas para transferir paquetes de datos a nivel de archivos entre PCs, servidores y sistemas de almacenamiento como los dispositivos NAS. Sin embargo, tradicionalmente las NIC no transmiten datos en bloques, que son manejados por un adaptador de bus huésped de almacenamiento, como el Fibre Channel o SCSI paralelo. Para que una NIC pueda procesar bloques de datos, los datos tienen que ser introducidos en un paquete TCP/IP antes de enviarlos por una red IP. Mediante el uso de controladores iSCSI en el huésped o en el servidor, una NIC puede transmitir paquetes de bloques de datos sobre una red IP. Cuando se usa una NIC, el servidor gestiona la creación de paquetes de datos y lleva a cabo todo el procesado TCP/IP. Esta tarea es muy intensiva para la CPU y disminuye el rendimiento general del servidor. El cuello de botella en el rendimiento del procesado TCP/IP ha sido la fuerza que ha impulsado el desarrollo de los motores de descarga TCP/IP (TOE) en las tarjetas adaptadoras. Un TOE traslada el procesado TCP/IP desde la CPU huésped al adaptador de bus huésped (HBA), en el cual se completa el procesado TCP/IP y la creación de paquetes. De este modo, una NIC de almacenamiento de descarga TCP/IP funciona más como un HBA de almacenamiento que como una NIC estándar.

• Adaptadores de bus huésped (HBAs) de almacenamiento
A diferencia de las NIC, los HBAs de almacenamiento están diseñados para transferir bloques de datos a y desde las aplicaciones de almacenamiento. Una referencia del bloque entero se transmite desde la aplicación al adaptador, obviando la necesidad de descomponer el bloque en partes más pequeñas. Sin embargo, debido a esto, el HBA debe asumir la tarea de segmentar el bloque en cuadros, un proceso que tiene lugar mediante una serie de chips especializados que permiten al HBA utilizar los recursos del sistema para aligerar los recursos informáticos de la CPU en este proceso. Cuando esta labor está completada, el HBA reenvía los cuadros.

• Adaptadores iSCSI
Los adaptadores iSCSI combinan las funciones de las NIC con las de un HBA de almacenamiento. Estos adaptadores cogen los datos en forma de bloques, gestionan la segmentación y el procesado en la tarjeta adaptadora con motores de procesado TCP/IP, y luego envían los paquetes IP a través de una red IP. La implementación de estas funciones permite a los usuarios crear una IP basada en SAN sin reducir el rendimiento del servidor. Como adelant de la introducción de los adaptadores iSCSI, algunos fabricantes han presentado versiones de software de estos adaptadores. Estos adaptadores basados en software aceptan datos a nivel de bloques de las aplicaciones, pero aún requieren ciclos de la CPU para el procesado TCP/IP. Las ventajas de este tipo de adaptadores son que pueden trabajar sobre las NIC Ethernet existentes. El principal inconveniente es que exigen un uso intenso de la CPU para el procesado de TCP/IP.

El despliegue de una red iSCSI
Desde el punto de vista de un centro de datos, una SAN iSCSI es la elección perfecta para el usuario interesado en evolucionar hacia el almacenamiento en red. Al utilizar los mismos comandos SCSI de nivel de bloques que el almacenamiento directo, iSCSI ofrece compatibilidad con aplicaciones del usuario como sistemas de archivos, bases de datos y servidores web. Del mismo modo, como iSCSI opera sobre las familiares y ubicuas redes IP, no hay necesidad de aprender una nueva infraestructura de redes para comprender las ventajas de la SAN. Para construir una red de almacenamiento iSCSI en un centro de datos, los adaptadores de bus huésped iSCSI pueden ser utilizados en servidores junto a dispositivos de almacenamiento y una combinación de conmutadores IP y Ethernet. Los routers y conmutadores de almacenamiento se pueden usar si es preciso. La Figura 6 muestra una red de almacenamiento iSCSI de un centro de datos primario conectando con ubicaciones remotas.

Redes iSCSI en entornos WAN
La rápida adopción y expansión de los datos IP en Internet ha demostrado la viabilidad del uso de IP entre redes de áreas amplias a largas distancias. Aunque se espera que el despliegue inicial de iSCSI emplee redes privadas, con el uso de infraestructura de seguridad IP (como IPSec y SSL para proporcionar autentificación y privacidad) también será posible el uso de redes públicas para el tráfico de almacenamiento iSCSI en áreas amplias.

Ventajas de una red iSCSI
Con una red de almacenamiento iSCSI nativa, los clientes pueden beneficiarse de las siguientes aplicaciones en el centro de datos:

• Consolidación del servidor y el almacenamiento: Con una infraestructura de almacenamiento en red, los clientes pueden vincular múltiples dispositivos de almacenamiento a múltiples servidores, permitiendo una mejor utilización de los recursos, facilidad de manejo del almacenamiento y una expansión mas simple de la infraestructura de almacenamiento.

• Operaciones aceleradas de copia de seguridad: Las operaciones de copia de seguridad que antes se limitaban a redes IP LAN tradicionales a nivel de archivos, se pueden realizar ahora a través de redes de almacenamiento IP a nivel de bloques. Este cambio permite tiempos más rápidos de copia de seguridad, y ofrece a los clientes la flexibilidad de usar redes IP compartidas o dedicadas en operaciones de almacenamiento.

• Acceso integrado a sitios remotos y externalización del almacenamiento: Con una red de almacenamiento basada en IP, los clientes pueden habilitar fácilmente el acceso remoto a ubicaciones secundarios a lo largo de áreas de redes IP de IP metropolitanas o amplias. Las ubicaciones remotas se pueden usar para hacer copia de seguridad fuera del enclave central, mirroring/replicación, o clustering. Además, los clientes pueden escoger conectarse a proveedores de servicios para la aplicaciones de externalización del almacenamiento como el almacenamiento según demanda.

Conectar redes SAN con iSCSI
El protocolo iSCSI es ideal para conectar redes SAN en entornos MAN y WAN, ya que utiliza TCP/IP como transporte. Esto incluye la extensión de redes SAN nativas iSCSI y Fibre Channel (FC) a través de la red de área amplia. Las redes SAN iSCSI se pueden conectar sobre una red de área amplia con equipos Ethernet estándar. Cuando conectamos a redes SAN Fibre Channel, se necesita un conmutador de almacenamiento IP para poder convertir el protocolo FC a iSCSI.

Los routers de almacenamiento IP pueden conectar FC con iSCSI, mientras que los conmutadores de almacenamiento IP conectan de FC a iSCSI y ofrecen funcionalidad de conmutación adicional. Esta funcionalidad, incorporada en un interruptor de almacenamiento IP, permite a los usuarios efectuar cambios de FC a FC, de FC a iSCSI, así como de FC a Gigabit Ethernet y de Gigabit Ethernet a Gigabit Ethernet. Tanto los routers como los conmutadores de almacenamiento IP permiten a los usuarios extender el alcance de las SAN FC y pasar SAN FC a SAN iSCSI. La Figura 7 muestra un ejemplo de configuración basado en routers y conmutadores de almacenamiento IP.

Aplicaciones para vincular iSCSI a Fibre Channel
• Acceso IP al almacenamiento / consolidación de almacenamiento: Utilizando los adaptadores iSCSI en los servidores, ahora los clientes pueden proporcionar acceso a recursos de almacenamiento FC a través de una red IP. Esto amplía extraordinariamente la flexibilidad de acceso al almacenamiento y permite a los usuarios consolidar el almacenamiento FC sin limitar el acceso a los servidores. Por ejemplo, se puede acceder a información de bases de datos directamente desde servidores situados en una red IP.

• Copia de seguridad remota para usuarios empresariales: Con la capacidad de usar redes IP, la combinación de routers o conmutadores iSCSI permite la copia de seguridad remota para usuarios empresariales. Las ubicaciones remotas pueden operar de forma independiente, y aún así beneficiarse de los recursos de almacenamiento empresariales en servidores iSCSI para recuperación y almacenamiento de copia de seguridad FC. Esta aplicación permite a los administradores de centros de datos centralizar recursos de datos corporativos en una sola ubicación, proporcionando al mismo tiempo una gestión de almacenamiento empresarial sofisticada a varios clientes remotos en sitios diferentes.

Conclusión
iSCSI expandirá el mercado de las redes de almacenamiento, dando a los administradores TI otra alternativa al almacenamiento directo que ofrece las ventajas del almacenamiento en red. Las redes de almacenamiento IP aprovechan los conocimientos en redes IP de los departamentos TI, y usan la gestión y las herramientas de redes que existen actualmente para redes LAN, MAN y WAN. Al aprovechar la ola del desarrollo tecnológico de IP y mejoras como la introducción de Ethernet a 10 gigabits, iSCSI ofrece una senda de desarrollo de infraestructuras lógica y unificada tanto para empresas y corporaciones como para proveedores de servicios.

Acerca del autor
PATRICK PHILIPE es ingeniero de Adaptec y responsable del soporte de las soluciones de Adaptec (iSCSI, RAID, almacenamiento externo...) en España, Portugal, Francia, Italia, Benelux e Israel.