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Tener servicios informáticos avanzados es importante, pero que estén disponibles aún lo es más

1. Alta Disponibilidad

1.1 Descripción

En la actualidad las organizaciones se miden, en ocasiones, por el servicio que proporcionan a sus clien-tes, y si en algún momento dicho servicio no está disponible, esa organización llega a perder grandes can-tidades de dinero por muy corto que sea el tiempo que dejó de dar ese servicio, incluso puede llegar a perder clientes, ya que éstos buscarían a alguien más que les pueda dar disponibilidad continua en el ser-vicio que requieren. Existen varias causas de fallas de los sistemas, que provocan interrupción en los servicios que proporcio-na una organización a sus clientes; las fallas más comunes se ilustran en la siguiente gráfica, publicada por Gartner Group:

Causes of System Failure

Para llegar a evitar que este tipo de fallas de los sistemas logren pérdidas en la organización, es recomen-dable contar con la tecnología de información, que soporta a los sistemas del negocio, con cierto grado de alta disponibilidad, dependiendo ésta de la criticidad de las aplicaciones de los negocios. Alta Disponibilidad se refiere a un sistema o componente que continuamente está en operación por un periodo de tiempo deseable, que está alineado con los objetivos de la organización. La disponibilidad pue-de ser medida en un porcentaje de operación, por ejemplo los “cinco nueves” (99.999%) de disponibilidad de una solución, la cual involucra Hardware, Software, consultoría, soporte y capacitación. En las solucio-nes de alta disponibilidad los tiempos fuera de operación son planeados para mantenimientos preventivos y/o actualizaciones, para cumplir con el porcentaje de disponibilidad que el negocio requiere para cumplir con sus objetivos y mantener a sus clientes. La alta disponibilidad se puede encontrar desde nivel componente, es decir, un equipo o servidor con componentes redundantes, tales como fuentes de poder, discos en espejo, duplicidad en tarjetas, etc., o

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llegar a contar con clusters de varios nodos, que pueden estar ubicados localmente en un site o en diferen-tes localidades. Por ejemplo:

• Cluster local: 2 o más nodos localizados en un mismo site.

• Cluster metropolitano: nodos localizados en 2 sites, los cuales están separados por una distancia hasta de 100Km.

• Cluster continental: nodos localizados en diferentes sites, los cuales se encuentran en diferentes ciudades, países o continentes.

Las soluciones de respaldo y replica entre sistemas de discos son también parte de las soluciones de alta disponibilidad, así mismo la consultoría y capacitación.

Un cluster de alta disponibilidad es un conjunto de dos o más máquinas que se caracterizan por compartir los discos de almacenamiento de datos y por estar constantemente monitorizándose entre sí. Podemos dividirlo en dos clases:

Alta disponibilidad de infraestructura: Si se produce un fallo de hardware en alguna de las máquinas del cluster, el software de alta disponibilidad es capaz de rearrancar automáticamente los servicios en cualquiera de las otras máquinas del cluster. Y cuando la máquina que ha fallado se recupera, los servicios son nuevamente migrados a la máquina original. Esta capacidad de recuperación automática de servicios nos garantiza la integridad de la

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información, ya que no hay pérdida de datos, y además evita molestias a los usuarios, que no tienen por qué notar que se ha producido un problema.

Alta disponibilidad de aplicación: Si se produce un fallo del hardware o de las aplicaciones de alguna de las má-quinas del cluster, el software de alta disponibilidad es capaz de rearrancar automáticamente los servicios que han fallado en cualquiera de las otras máquinas del cluster. Y cuando la máquina que ha fallado se recupera, los servi-cios son nuevamente migrados a la máquina original. Esta capacidad de recuperación automática de servicios nos ga-rantiza la integridad de la información, ya que no hay pérdida de datos, y además evita molestias a los usuarios, que no tienen por qué notar que se ha producido un problema.

No hay que confundir un cluster de alta disponibilidad con un cluster de alto rendimiento. El segundo es una configuración de equipos diseñado para proporcionar capacidades de cálculo mucho mayores que la que proporcionan los equipos individua-les (véanse por ejemplo los sistemas de tipo Cluster Beowulf), mientras que el primer tipo de cluster está diseñado para garantizar el funcionamiento ininterrumpido de ciertas aplicaciones.

2.2 Beneficios

Los beneficios que nos aporta implantar una solución de alta disponibilidad en la organización son las siguientes:

• Asegurar la continuidad de la operación, la integridad de los datos y la disponibilidad de los servi-cios.

• Porcentaje de disponibilidad requerido por los objetivos de la organización.

• Reducción en costos de administración y soporte de los sistemas de información

• Rápida recuperación de los sistemas críticos en casos de contingencias, para continuar proporcio-nando los servicios del negocio.

• Incrementar la productividad del personal

• Entrega oportuna de servicios

• Mejorar la imagen de servicio hacia clientes internos y externos

2.3 Metodología de aplicación

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2. Arquitectura SAN (Storage Area Network)

Una red de área de almacenamiento, en inglés SAN (Storage Area Network), es una red concebida para conectar servidores, matrices (arrays) de discos y librerías de respaldo principalmente, está basada en tecnología fibre channel y más reciente-mente en iSCSI. Su función es la de conectar de manera rápida, segura y confiable los distintos elementos que la conforman.

2.1 Definición de SAN

Una red SAN se distingue de otros modos de almacenamiento en red por el modo de acceso a bajo nivel. El tipo de tráfico en una SAN es muy similar al de los discos duros como ATA, SATA y SCSI. En otros métodos de almacenamiento, (como SMB o NFS), el servidor solicita un determinado fichero, p.ej."/home/usuario/rocks". En una SAN el servidor solicita "el bloque 6000 del disco 4". La mayoría de las SAN actuales usan el protocolo SCSI para acceder a los datos de la SAN, aunque no usen interfaces físicas SCSI.

2.2 Antecedentes

La mayoría de las SAN usan el protocolo SCSI para la comunicación entre los servidores y los dispositivos de almacenamiento, aunque no se haga uso del interfaz físico de bajo nivel. En su lugar se emplea una capa de mapeo, como el estándar FCP. Sin embargo, la poca flexibilidad que este provee, así como la distancia que puede existir entre los servidores y los dispositivos de almacenamiento, fueron los detonantes para crear un medio de conexión que permitiera compartir los recursos, y a la vez incrementar las distancias y capacidades de los dispositivos de almacenamiento. Dada la necesidad de compartir recursos, se hizo un primer esfuerzo con los primeros sistemas que compartían el almacena-miento a dos servidores, como el actual HP MSA500G2, pero la corta distancia y la capacidad máxima de 2 servidores, sugirió la necesidad de otra forma de conexión.

2.3 Comparativas

Una SAN se puede considerar una extensión de Direct Attached Storage (DAS). Donde en DAS hay un enlace punto a punto entre el servidor y su almacenamiento, una SAN permite a varios servidores acceder a varios dispositivos de almacena-miento en una red compartida. Tanto en SAN como en DAS, las aplicaciones y programas de usuarios hacen sus peticiones de datos al sistema de ficheros directamente. La diferencia reside en la manera en la que dicho sistema de ficheros obtiene los datos requeridos del almacenamiento. En DAS, el almacenamiento es local al sistema de ficheros, mientras que en SAN, el almacenamiento es remoto. SAN utiliza diferentes protocolos de acceso como Fibre Channel y Gigabit Ethernet. En el lado opuesto se encuentra la tecnología Network-Attached Storage (NAS), donde las aplicaciones hacen las peticiones de datos a los sistemas de ficheros de manera remota mediante protocolos CIFS y Network File System (NFS).

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SAN vs NAS vs DAS

2.4 Híbrido SAN-NAS

Aunque la necesidad de almacenamiento es evidente, no siempre está claro cuál es la solución adecuada en una determinada organización. Elegir la solución correcta puede ser una decisión con notables implicaciones, aunque no hay una respuesta correcta única, es necesario centrarse en las necesidades y objetivos finales específicos de cada usuario u organización. Por ejemplo, en el caso concreto de las empresas, el tamaño de la compañía es un parámetro a tener en cuenta. Para grandes volúmenes de información, una solución SAN sería más acertada. En cambio, pequeñas compañías utilizan una solución NAS. Sin embargo, ambas tecnologías no son excluyentes y pueden convivir en una misma solución. Como se muestra en el gráfico, hay una serie de resultados posibles que implican la utilización de tecnologías DAS, NAS y SAN en una misma solución.

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Posibles configuraciones

2.5 Características

Latencia - Una de las diferencias y principales características de las SAN es que son construidas para minimizar el tiempo de respuesta del medio de transmisión. Conectividad - Permite que múltiples servidores sean conectados al mismo grupo de discos o librerías de cintas, permitiendo que la utilización de los sistemas de almacenamiento y los respaldos sean óptimos. Distancia - Las SAN al ser construidas con fibra óptica heredan los beneficios de ésta, por ejemplo, las SAN pueden tener dispositivos con una separación de hasta 10 Km sin ruteadores. Velocidad - El rendimiento de cualquier sistema de computo dependerá de la velocidad de sus subsistemas, es por ello que las SAN han incrementado su velocidad de transferencia de información, desde 1 Gigabit, hasta actualmente 2 y 4 Gigabits por segundo. Disponibilidad - Una de las ventajas de las SAN es que al tener mayor conectividad, permiten que los servidores y dispositivos de almacenamiento se conecten más de una vez a la SAN, de esta forma, se pueden tener rutas redundantes que a su vez incrementaran la tolerancia a fallos. Seguridad - La seguridad en las SAN ha sido desde el principio un factor fundamental, desde su creación se notó la posibilidad de que un sistema accediera a un dispositivo que no le correspondiera o interfiriera con el flujo de información, es por ello que se ha implementado la tecnología de zonificación, la cual consiste en que un grupo de elementos se aíslen del resto para evitar estos problemas, la zonificación puede llevarse a cabo por hardware, software o ambas, siendo capaz de agrupar por puerto o por WWN (World Wide Name), una técnica adicional se implementa a nivel del dispositivo de almacenamiento que es la Presen-tación, consiste en hacer que una LUN (Logical Unit Number) sea accesible sólo por una lista predefinida de servidores o nodos (se implementa con los WWN)

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Componentes - Los componentes primarios de una SAN son: switches, directores, HBAs, Servidores, Ruteadores, Gateways, Matrices de discos y Librerías de cintas. Topología - Cada topología provee distintas capacidades y beneficios las topologías de SAN son: Cascada (cascade) Anillo (ring) Malla (meshed) Núcleo/borde (core/edge) ISL (Inter Switch Link, enlace entre conmutadores) - Actualmente las conexiones entre los switches de SAN se hacen mediente puertos tipo "E" y pueden agruparse para formar una troncal (trunk) que permita mayor flujo de información y tolerancia a fallos. Arquitectura - channel actuales funcionan bajo dos arquitecturas básicas, FC-AL (Fibre Channel Arbitrated Loop) y Switched Fabric, ambos esquemas pueden convivir y ampliar las posibilidades de las SAN. La arquitectura FC-AL puede conectar hasta 127 dispositivos, mientras que switched fabric hasta 16 millones teóricamente.

2.6 Ventajas

Compartir el almacenamiento simplifica la administración y añade flexibilidad, puesto que los cables y dispositivos de almace-namiento no necesitan moverse de un servidor a otro. Debemos darnos cuenta de que salvo en el modelo de SAN file sys-tem y en los cluster, el almacenamiento SAN tiene una relación de uno a uno con el servidor. Cada dispositivo (o Logical Unit Number LUN) de la SAN es "propiedad" de un solo ordenador o servidor. Como ejemplo contrario, NAS permite a varios ser-vidores compartir el mismo conjunto de ficheros en la red. Una SAN tiende a maximizar el aprovechamiento del almacenamien-to, puesto que varios servidores pueden utilizar el mismo espacio reservado para crecimiento. La implantación de una SAN permite:

• Una mejor utilización de la capacidad de almacenamiento, haciendo flexible y simple la asignación de capacidad.

• Reducción en los tiempos de respaldo al asegurar que el disco y la cinta están en la misma red y evitando el uso de la LAN.

• Simplificación de la administración al centralizarla.

• La replicación de datos a localidades alternas permite proteger la información ante cualquier contingencia de orden na-tural, accidental o intencional.

• Escalabilidad mejorada

• Mejor disponibilidad de sistemas y de la información

• Seguridad incrementada en el acceso y traspaso de datos

• Gestión simple y centralizada

• Reducción general de costes globales de TI

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2.7 Componentes

• Switches • Routers, bridges y gateways • Dispositivos de almacenamiento • Servidores • Cableado y conectores • Administrador de SAN

2.8 Consideraciones de diseño

• Diseño geográfico Tomar en cuenta la ubicación de edificio, campus, servidores, etc. para así determinar la conexiones. Los componen-tes de una SAN soportan conexiones a largas distancias y múltiples interconexiones con segmentos de cables.

• Disponibilidad de los datos Aplicar niveles de disponibilidad en una misma SAN en función del nivel de protección requerida por las aplicaciones y datos.

• Conectividad

Proporcionar suficientes puertos para conectar servidores, sistemas de almacenamiento, y componentes.

• Capacidad de almacenamiento Calcular la capacidad del almacenamiento total requerida y determinar el tipo y número de sistemas de almacena-mientos para requerimientos actuales y futuros.

• Sistemas operativos y plataformas heterogéneas

Personalizar la SAN especificando el hardware de la plataforma y el sistema operativo, ya que la interoperabilidad de componentes depende de las capacidades y limitaciones de cada plataforma.

• Escalabilidad y migración Elige un diseño que puede ampliarse gradualmente con el tiempo como las necesidades de almacenamiento y aumen-tar la conectividad. Rutas de migración para cada una de las topologías de proporcionar flexibilidad para expandir la red SAN.

• Recuperación y copias de seguridad Proporcionar una adecuada conectividad y ancho de banda para aumentar al máximo el rendimiento de copias de se-guridad basadas en una SAN.

• Tolerancia a desastres

Tenga como requerimiento la replicación remota de datos para garantizar la protección de fallos en sitio y la recupera-ción crítica de datos.

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• Switch and hop counts Minimizar el número de dispositivos que comunican regularmente la SAN.

• Oversubscription Para mejorar el rendimiento, reducir el potencial de sobresuscripción. Asegúrese de que el diseño de SAN proporciona un número adecuado de ISL’s (Interswitch link. Conexión del puerto de un switch a otro switch) entre conmutadores, y reducir al mínimo los casos en que muchos dispositivos comparten un solo interruptor ISL.

• Datos, rendimiento y trabajo de aplicaciones

Proporcionar un nivel adecuado de rendimiento de los datos y trabajo de las aplicaciones, optimizando rutas de servi-dores y sistemas de almacenamiento.

• Gestión

Mejorar la eficiencia gestionando el almacenamiento desde una ubicación centralizada.

• Seguridad de la SAN Combinar características de la SAN y realizar pruebas de gestión para garantizar la seguridad de los datos.

• Funcionalidad de enrutamiento (Fibre Channel) Aumentar la cantidad de dispositivos en la SAN mediante un canal de fibra.

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2.9 Topologías

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3. Arquitectura NAS (Network Attached Storage)

NAS (del inglés Network Attached Storage) es el nombre dado a una tecnología de almacenamiento dedicada a compartir la capacidad de almacenamiento de un computador (Servidor) con PCs o Servidores clientes a través de una red (normal-mente TCP/IP), haciendo uso de un Sistema Operativo optimizado para dar acceso con los protocolos CIFS, NFS, FTP o TFTP. Generalmente, los sistemas NAS son dispositivos de almacenamiento específicos a los que se accede desde los equipos a través de protocolos de red (normalmente TCP/IP). También se podría considerar que un servidor Windows que comparte sus unidades por red es un sistema NAS, pero la definición suele aplicarse a sistemas específicos. Los protocolos de comunicaciones NAS son basados en ficheros por lo que el cliente solicita el fichero completo al servidor y lo maneja localmente, están por ello orientados a información almacenada en ficheros de pequeño tamaño y gran cantidad. Los protocolos usados son protocolos de compartición de ficheros como NFS, Microsoft Common Internet File System (CIFS). Muchos sistemas NAS cuentan con uno o más dispositivos de almacenamiento para incrementar su capacidad total. Normal-mente, estos dispositivos están dispuestos en RAIDs (Redundant Arrays of Independent Disks) o contenedores de almacena-miento redundante.

3.1 NAS head

Un dispositivo hardware simple, llamado ‘NAS box’ o ‘NAS head’, actúa como interface entre el NAS y los clientes. Los clientes siempre se conectan al NAS head (mas que a los dispositivos individuales de almacenamiento) a través de una conexión Ether-net. NAS aparece en la LAN como un simple nodo que es la Dirección IP del dispositivo NAS head. Estos dispositivos NAS no requieren pantalla, ratón o teclado, sino que poseen interface Web.

3.2 Comparativas

El opuesto a NAS es la conexión DAS (Direct Attached Storage) mediante conexiones SCSI o la conexión SAN (Storage Area Network) por fibra óptica, en ambos casos con tarjetas de conexión especificas de conexión al almacenamiento. Estas conexiones directas (DAS) son por lo habitual dedicadas. En la tecnología NAS, las aplicaciones y programas de usuario hacen las peticiones de datos a los sistemas de ficheros de manera remota mediante protocolos CIFS y NFS, y el almacenamiento es local al sistema de ficheros. Sin embargo, DAS y SAN realizan las peticiones de datos directamente al sistema de ficheros. Las ventajas del NAS sobre la conexión directa (DAS) son la capacidad de compartir las unidades, un menor coste, la utilización de la misma infraestructura de red y una gestión más sencilla. Por el contrario, NAS tiene un menor rendimiento y menos fiabili-dad por el uso compartido de las comunicaciones.

A pesar de las diferencias, NAS y SAN no son excluyentes y pueden combinarse en una misma solución: Híbrido SAN-NAS

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3.3 Usos de NAS

NAS es muy útil para proveer de almacenamiento centralizado a ordenadores clientes en entornos con grandes cantidades de datos. NAS puede habilitar sistemas fácilmente y con bajo costo con balance de carga, tolerancia a fallos y servidor web para proveer servicios de almacenamiento. El crecimiento del mercado potencial para NAS es el mercado de consumo donde existen grandes cantidades de datos multimedia. El precio de las aplicaciones NAS ha bajado en los últimos años, ofreciendo redes de almacenamiento flexibles para el consu-midor doméstico con costos menores de lo normal, con discos externos USB o FireWire Algunas de estas soluciones para el mercado doméstico son desarrolladas para procesadores ARM, PowerPC o MIPS corriendo sistemas operativos Linux empotrado. Ejemplos de estos son Buffalo's TeraStation [1] y Linksys NSLU2 [2].

3.4 Ventajas

• Consolidación de almacenamiento a través de la red IP corporativa

• Compartición real de los datos por plataformas de proceso heterogéneas

• Mejora la disponibilidad, rendimiento y escalabilidad frente a servidores dedicados al servicio de ficheros

• Gestión centralizada del servicio de ficheros entre plataformas heterogéneas Facilita la implantación de proyectos de gestión de backup/restore centralizados y de disaster recovery

• Creciente colaboración Una sola copia de un archivo puede ser compartida por los usuarios desde cualquier computadora conectada a la red de modo que todos los usuarios tienen acceso a las últimas versiones. La información es también consolidada lo cual ahorra espacio de almacenaje. Asimismo, la seguridad puede mejorarse manteniendo todos los datos en una localización central.

• Recuperación de desastre y continuidad del negocio NAS puede proporcionar mayor confiabilidad implementando varias técnicas de ejecución de arsenal de discos inde-pendientes (RAID) para proteger los datos contra fallas del hardware.

• Mejor funcionamiento NAS proporciona mejor funcionamiento que Direct Attached Storage (DAS) porque no es responsable de hacer otro proceso y el software está optimizado para las tareas del almacenaje.

• Administración simplificada NAS proporciona un interfaz para manejar todos los accionamientos de disco. Con DAS cada servidor debe mane-jarse por sí mismo tale s así que una operación de reserva debe realizarse por separado en cada DAS.

• Facilidad de extensión de almacenaje Al aumentar las necesidades de almacenaje, la capacidad de almacenaje necesita ser agregada solamente en una localización, NAS, en vez de ser agregada en cada computadora.

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3.5 Componentes

• Sistema operativo • Replicación de datos

• Administración • Copias de seguridad y replicación

• Conectividad universal • Antivirus

• Shadow copy (copias instantáneas) • Aplicaciones para el almacenamiento de da-tos y soluciones de alta disponibilidad.

3.6 Sistemas Operativos NAS para usuarios de PC

Están disponibles distribuciones Software Libre orientadas a servicios NAS, Linux y FreeBSD, incluyendo FreeNAS, NASLite y Openfiler. Son configurables mediante interfaz web y pueden ejecutarse en ordenadores con recursos limitados. Existen distribuciones en LiveCD, en memorias USB o desde una de los discos duros montados en el sistema. Ejecutan Samba (programa), el demonio Network File System y demonios de FTP que están disponibles para dichos sistemas operativos.

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3. Fusión NAS/SAN Las empresas que requieren niveles críticos de rendimiento, escalabilidad y disponibilidad elegirán lógica-mente una red de almacenamiento SAN como un concepto de almacenamiento principal. Sin embargo, al integrar también NAS en un entorno SAN, disfrutará de las ventajas de ambos conceptos de almacena-miento. Las soluciones NAS combinan un rendimiento de almacenamiento optimizado con una administración sencilla. Proporciona almacenamiento de archivos en red a los que pueden acceder directamente todos los usuarios de la red de la empresa. Las soluciones SAN proporciona la mayor disponibilidad de capacidades de almacenamiento superiores combinando con administración integrada y eficacia optimizada. Se suele acceder al almacenamiento me-diante servidores de aplicaciones.

Integrar servidores de almacenamiento en una SAN con una fusión de NAS/SAN (Configuración HP)

Al igual que los servidores de aplicaciones pueden almacenar sus datos en una SAN, un servidor de almacenamiento puede configurarse como Gateway para clientes que puedan aprovechar las ventajas de una SAN: capacidad de almacenamiento reservada, administración central, alta disponibilidad, procedimientos de copia de seguridad y recuperación integrados. Esta fusión exclusiva elimina las islas de almacenamiento y reduce la complejidad y los costos generales de administración. En el ejemplo se muestra un servidor Exchange (línea roja) compartiendo la misma fuente de almacenamiento que sus clientes que lo utilizan como unidad personal (línea amarilla) o para compartir datos de los clientes (línea azul).

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