Sistema de Almacenamiento de Información Electrónica Empresarial

Introducción al Problema

La mayoría de las empresas, sin importar su tamaño, utilizan sistemas informáticos en todos los aspectos de su modelo de negocio. La disponibilidad de tal información es esencial para garantizar la operación de la empresa. La implementación de sistemas de almacenamiento está escasamente diseñado según las necesidades del cliente, este debe adaptarse a las características que el sistema ofrece. Estos sistemas no poseen o no ofrecen —en sus versiones base— mecanismos de respaldo y tolerancia a fallos o, si lo hacen, incrementan su costo final enormemente.

Puntos Críticos del Problema

Los sistemas de almacenamiento “Empresariales” implican una altísima inversión inicial para el presupuesto IT del que disponen la mayoría de las PYMES.

Los componentes de Hardware son propietarios, de alto costo y de difícil adquisición.

Las características o servicios ofrecidos son limitados.

Al tratarse de sistemas propietarios, su administración o mantenimiento dependen exclusivamente del proveedor.

Lineamiento de la Solución

Implementar un sistema que permita:

√ Tolerancia a fallos y alta disponibilidad.

√ Bajo costo de hardware, software y mantenimiento.

√ Administración y operación sencillas.

√ Conexión a múltiples plataformas.

√ Escalabilidad en función de la necesidad de la empresa.

√ Bajo acoplamiento de los datos de usuario y el hardware que los soporta.

Análisis, diseño e implementación de cómo Sistema de Almacenamiento de Información

Electrónica Empresarial

Solución Propuesta

FreeNAS = Networking Servicios Administración de

Unidades Monitoreo

+

x x x

Software RAID

ZFS

Email Alert

RAID-Z

S.M.A.R.T.

RAID-Z2

ZFS ZFS

ZFS

UFS UFS UFS

RAID-0 RAID-1 RAID-3

RAID-0 RAID-1

FileSystems

Syslog

Remote Syslog

Web Interface Web Shell Interface

Requerimientos Mínimos

•Solo UFS

•2GB de Espacio en Disco

•4GB de Memoria RAM

Requerimientos Recomendados

•Todo ZFS

•4GB de Espacio en Disco

•6GB+ de Memoria RAM

Características Destacadas

Zettabyte File System

ZFS permite crear unidades RAID por software denominadas RAID-Z. Un RAID-Z

escribe un bloque de paridad igual que un RAID-5, mientras que un RAID-Z2 escribe dos bloques de paridad igual que un RAID-6. FreeNAS permite ambas y, aún más complejas configuraciones de paridad.

Es posible configurar HDDs en modo “Hot Spare”, de forma que, si alguno de los discos falla, es automáticamente reemplazado por el HDD de respaldo o “Spare Disk”.

Todos los datos son verificados confirmando su integridad y, en caso de existir errores, los bloques de paridad son utilizados para reparar los datos corruptos.

ZFS permite efectuar “instantáneas” del sistema de archivos, preservando todos los archivos del sistema, hasta el momento de la captura. Las “instantáneas” pueden efectuarse manual o automáticamente y utilizarse como “puntos de recuperación”, en caso de ocurrir un borrado accidental de datos críticos.

Las “instantáneas” permiten, además, efectuar backups del sistema de archivos de forma incremental y hacia otro sistema de archivos remoto.

Algunos Limites Teóricos de ZFS

248 - Número de “instantáneas” en cualquier sistema de ficheros (2 × 1014).

248 - Número de ficheros en un sistema de ficheros (2 × 1014).

16 exabytes - Tamaño máximo de un sistema de ficheros.

16 exabytes - Tamaño máximo de un fichero.

16 exabytes - Tamaño máximo de cualquier atributo.

3 × 1023 petabytes - Tamaño máximo de un ZPOOL.

256 - Número de atributos de un fichero (realmente limitado a 248 que es el número de ficheros que puede contener un sistema de ficheros ZFS).

256 - Número de ficheros en un directorio (limitado a 248 — cantidad de ficheros que puede contener un sistema de ficheros ZFS—).

264 - Número de dispositivos en cualquier ZPOOL.

264 - Número de ZPOOL en un sistema.

264 - Número de sistemas de ficheros en un ZPOOL.

¿Qué significan estos números?

El tráfico anual de Internet se estima entre 5 y 9 exabytes. La mitad de la capacidad total de un sistema de archivos

ZFS.

El tamaño de Internet (entendido como almacenamiento digital global) se estima en alrededor de 500 exabytes.

Todo el contenido de Internet podría ser alojado en 31,25 sistemas de archivos ZFS.

Como ejemplo de las capacidades expresadas por estos números, si un usuario crease 1000 ficheros por segundo, tardaría unos 9000 años en alcanzar el límite impuesto por el número de ficheros.

Respecto de la capacidad del sistema, Jeff Bonwick, el arquitecto jefe de SUN para ZFS, dijo "Llenar un sistema de archivos de 128 bits excedería los límites cuánticos de almacenamiento de la Tierra. No puedes rellenarlo sin hervir los océanos“.

Thin Provisioning

ZFS permite agregar cuotas a los datasets o volúmenes-z, a fin de evitar que los usuarios utilicen más espacio del que se les ha asignado; o por el contrario, estas cuotas pueden utilizarse para “aprovisionar finamente”, o alojar más capacidad de la disponible.

Optimiza la capacidad disponible, en el caso que, varios usuarios no utilicen todo el espacio que se les ha asignado.

Esta característica planifica futuras expansiones, al reemplazar los discos por otros de mayor capacidad o agregando RAID-Z pools adicionales al volumen.

Backup y Restore

Las "Instantáneas" ZFS son más que backups locales, pueden emplearse para efectuar backups remotos y un duplicado exacto del sistema de archivos de origen.

"Instantáneas" adicionales del mismo sistema de archivos pueden crearse incrementalmente y luego enviarse, reduciendo así el tamaño de cada backup al enviar solo los cambios ocurridos entre cada "Instantánea“.

En el caso de una falla catastrófica del sistema de archivos ZFS local, (como la falla de más discos de los protegidos por paridad), cualquier "Instantánea“ de backup puede ser enviada a un nuevo sistema de archivos ZFS preservando toda la información hasta el momento del backup.

Soporta “Windows Shadow Copy”, “Apple Time Machine”, “Amanda (plug-in)” y “PC-BSD Life Preserver” como servicios de backup.

*Instantánea = snapshot

Interfaz de Linea de Comandos

La CLI* de FreeNAS permite ejecutar varias tareas y configuraciones de red y conexión de forma simple, permitiendo obtener la interfaz web funcional y operativa rápidamente sin tener que recurrir al shell.

Adicionalmente, la contraseña de la interfaz web puede ser reiniciada desde la CLI. Como último recurso, en caso de una “pésimamente“ configurada instalación, la configuración de FreeNAS —carpetas compartidas, servicios, etc.— pueden reinicializarse a los valores estándar.

La interfaz de shell propia de FreeBSD también está disponible desde la CLI, lo cual permite, a los administradores de sistemas, resolver problemas y ejecutar tareas complejas.

*CLI = Command Line Interface

Soporte de Drivers

Debido al excelente soporte de hardware de FreeBSD 8.2, FreeNAS es ideal para construir un sistema de almacenamiento de datos —NAS— con cualquier clase de componentes de hardware, ya sean éstas de uso profesional u hogareño.

FreeNAS también funciona en varios dispositivos NAS comerciales como HP Microserver. Soporta una gran variedad de dispositivos x86 y x86_64.

Para sistemas de alto rendimiento, FreeNAS incluye una variedad de drivers 10 Gigabit Ethernet, incluyendo Intel y Chelsio.

FreeNAS puede utilizar discos externos USB 3.0.

Snapshots o “Instantáneas”

Una de las características especiales de ZFS es la capacidad de crear y preservar "Instantáneas" del sistema de archivos completo en cualquier punto en el tiempo. Esto impide la eliminación permanente de datos del sistema de archivos, hasta tanto expire la última "Instantánea" en la que se encuentren.

Las "Instantáneas" pueden crearse manualmente o de forma programada a través de un cron job configurado en la interfaz web. En cualquier momento, el sistema de archivos completo puede ser restaurado a la "Instantánea" más reciente.

Las "Instantáneas" más antiguas pueden ser clonadas y accedidas para recuperar los datos de esa versión o momento específico del sistema de archivos.

La interfaz web muestra cuánto espacio del volumen ocupa una "Instantánea" particular y permite eliminar, clonar o restaurar —según se requiera— cualquier "Instantánea" individual.

Interfaz de Usuario Web Después de su instalación inicial, FreeNAS 8 es íntegramente administrado mediante un navegador

a través de su interfaz web. Todos los servicios y sus configuraciones pueden ser administrados desde esta interfaz gráfica.

Volúmenes Toda configuración de FreeNAS comienza en la pantalla de volúmenes. Allí se seleccionan qué discos y en

qué configuración se utilizarán. Una vez creado cada volumen, se presentan opciones adicionales acordes a su tipo.

Usuarios

La pantalla de usuarios y grupos simplifica la creación y configuración de ambos. Todas las opciones subyacentes de FreeBSD están disponibles, así como los usuarios y grupos estándar necesarios para ejecutar distintos servicios.

Servicios

FreeNAS ofrece un gran número de características de compartición, administración de usuarios y red, que pueden ser activadas desde una sola página. Cada selección incluye un botón que despliega las opciones de configuración especificas para cada servicio.

Unidades Compartidas

Las unidades compartidas para todos los protocolos son administradas desde sus respectivas secciones en la página de unidades compartidas. Aquí, pueden añadirse unidades compartidas individuales, pero las configuraciones de protocolo deben modificarse desde la página del servicio.

Compartición de Archivos

Compartir archivos es lo que FreeNAS mejor hace, soporta: √ SMB/CIFS (archivos compartidos de Windows) √ NFS (archivos compartidos de UNIX) √ AFP (archivos compartidos de Apple), √ FTP (protocolo de transferencia de archivos) √ iSCSI y otros métodos de compartición de datos sobre una red.

FreeNAS puede compartir archivos con equipos Windows y otros SOs capaces de emplear

SMB/CIFS.

La gran mayoría de los SOs, incluidos Windows, Mac OS X, numerosas distribuciones de Linux y PC-BSD soportan la conexión a unidades compartidas SMB con ninguna o escasa configuración adicional necesaria.

NFS, comúnmente utilizado en sistemas tipo UNIX como protocolo de intercambio de archivos con escrituras sincrónicas, también se encuentra disponible en FreeNAS. La mayoría de los sistemas tipo UNIX soportan la conexión a unidades NFS de forma nativa, aún así, existe una amplia variedad de clientes gratuitos.

AFP, disponible en FreeNAS, es principalmente utilizado por Mac OS X, y constituye la opción más adecuada en entornos de red a los cuales se conectan solo clientes Macintosh. Además, FreeNAS puede utilizarse para efectuar backups Apple Time Machine con ajustes menores en el sistema a respaldar.

Plugins

FreeNAS ofrece todas las características básicas de un dispositivo NAS. Sin embargo, numerosos usuarios necesitan incrementar la funcionalidad de sus dispositivos NAS mediante terceras piezas de software, tales como clientes de Bittorrent.

A efectos de adaptarse a cada necesidad particular y, a su vez, permitir una instalación base de pequeño tamaño, FreeNAS ofrece un sistema de plugins opcionales basado en Jails de FreeBSD y PBIs de PC-BSD. El sistema de plugins mantiene tal software aislado a través de Jails, pero provee puntos de montaje para acceder a los pools de almacenamiento de FreeNAS así como una interfaz de configuración de estos plugins también accesible desde la interfaz web de usuario de FreeNAS.

El proyecto FreeNAS, actualmente, provee plugins de muestra o ejemplo, como Transmission (cliente Bittorrent), MiniDLNA y Firefly Media Server.

Cualquier usuario puede construir sus propios plugins con las indicaciones disponibles en doc.freenas.org

Alta Disponibilidad y Tolerancia a Fallos

FreeNAS permite emplear varias interfaces de red como si fuesen una sola utilizando distintos protocolos de clustering de interfaces, incrementando así, tanto el ancho de banda disponible, como la tolerancia a fallas:

√ Failover Las TX y RX se realizan por una sola placa maestra, y si ésta falla, se utiliza otra placa disponible.

√ FEC Cisco EtherChannel.

√ LACP Conocido como estándar IEEE 802.3ad , Link Aggregation Control Protocol (LACP) y Marker Protocol. LACP negociará con el switch un conjunto de vínculos agregables en grupos de uno o más vínculos agregados. La TX y RX se distribuirán balanceadamente entre todas las placas del LAG disponibles a la mayor velocidad posible.

√ Loadbalance Balancea las TX entre las placas activas mediante un protocolo de hashing de la información de los encabezados y acepta las RX de cualquier placa activa. No negocia agregado de vínculos con el switch ni intercambia tramas para monitorear el vínculo.

√ Round Robin Distribuye la TX entre todas las placas activas a través de un planificador round-robin y acepta RX de cualquiera de ellas.

Y Mucho Mas...

Autenticación de Usuarios remota desde Active Directory o LDAP.

Administración de UPS desde la interfaz gráfica web.

Monitoreo S.M.A.R.T de HDDs desde la interfaz gráfica web.

Soporte de idiomas.

Envío de notificaciones del sistema por email al usuario administrador.

Soporte de USB 3.0.

El procedimiento de actualización salva el SO actual en una partición inactiva permitiendo retornar

al sistema anterior en caso de una falla.

Soporte de ACLs de Windows y permisos de sistema de archivos UNIX.

Soporta exportado de archivos o extensiones de dispositivos vía iSCSI.

Permite múltiples IPs por portal iSCSI.

Las “Instantaneas” ZFS son visibles en Windows como copias shadow.

Soporte de VLANs.

Binnaris IT Consulting S.A.

(+54-11) 4571.0605 Aizpurúa 2630 1º P

Buenos Aires, Argentina info@binnaris.com

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