NAS iSCSI: Uma unidade de armazenamento para servidores

Índice:

• O que é um NAS iSCSI?
• Como iSCSI funciona em redes Ethernet?
• Armazenamento em bloco versus arquivo
• Requisitos para uma infraestrutura iSCSI
• Principais aplicações para um NAS com iSCSI
• Otimizando o desempenho com iSER e RDMA
• Configurando LUNs em um storage QNAP
• Gerenciando a conectividade e a redundância
• Limitações e riscos do armazenamento iSCSI
• Centralizando o armazenamento para servidores

Muitas empresas enfrentam dificuldades para gerenciar o armazenamento em servidores individuais. Essa abordagem com armazenamento direto cria silos, dificulta backups e impede o compartilhamento eficiente dos recursos. Por isso, a capacidade ociosa em um servidor raramente beneficia outro que precisa de mais espaço.

As tecnologias para armazenamento em rede surgiram como uma resposta a esse problema. Elas centralizam os dados em um único local, mas operam com protocolos diferentes. Enquanto o compartilhamento por arquivos com SMB ou NFS é comum, o acesso em nível de bloco oferece outras vantagens para aplicações específicas.

Assim, o protocolo iSCSI se estabelece como uma alternativa poderosa. Ele transporta comandos SCSI sobre redes Ethernet padrão, por isso transforma um storage NAS em uma unidade de disco acessível para vários servidores simultaneamente.

O que é um NAS iSCSI?

Um NAS iSCSI é um servidor de armazenamento que utiliza o protocolo iSCSI sobre uma rede TCP/IP para oferecer volumes de armazenamento a outros servidores. Esses volumes, conhecidos como LUNs, aparecem para o sistema operacional do servidor como se fossem discos rígidos locais. Quase qualquer servidor consegue acessar esses discos remotos.

O funcionamento segue um modelo cliente-servidor. O servidor que precisa do armazenamento executa um software chamado iSCSI Initiator. O storage NAS atua como o iSCSI Target, ou seja, o dispositivo que fornece o espaço. Após a conexão, o servidor formata e gerencia o LUN, sem perceber que o disco está fisicamente em outro equipamento na rede.

Essa abordagem com acesso em nível de bloco é diferente do compartilhamento de arquivos tradicional. Em vez de acessar uma pasta na rede, o servidor obtém controle total sobre um volume bruto. Por isso, a tecnologia é ideal para aplicações que exigem um sistema de arquivos próprio, como bancos de dados e ambientes de virtualização.

Como iSCSI funciona em redes Ethernet?

O protocolo iSCSI encapsula os comandos SCSI, tradicionalmente usados para comunicação com discos locais, dentro de pacotes TCP/IP. Essa característica permite que ele opere sobre qualquer infraestrutura de rede Ethernet existente. Por isso, não há necessidade de investir em hardware especializado como placas ou switches Fibre Channel.

A arquitetura é bastante simples e envolve poucos componentes. O iSCSI Initiator é um software que geralmente já vem integrado aos principais sistemas operacionais, como Windows Server e Linux. O iSCSI Target é o serviço que roda no storage NAS. A rede Ethernet, com seus switches, cabos e placas de rede, completa a infraestrutura.

A grande vantagem do iSCSI frente ao Fibre Channel (FC) é justamente seu custo-benefício. Enquanto o FC exige uma rede totalmente separada e cara, o iSCSI aproveita a mesma tecnologia que conecta os computadores da empresa. Essa convergência simplifica o gerenciamento e reduz bastante os custos para implementação.

Armazenamento em bloco versus arquivo

O armazenamento em bloco, fornecido pelo iSCSI, entrega um volume de dados bruto ao servidor. O servidor iniciador fica responsável por particionar, formatar e gerenciar o sistema de arquivos nesse volume. Para o sistema operacional, o LUN iSCSI é indistinguível de um disco SATA ou SAS conectado diretamente na placa-mãe.

Por outro lado, o armazenamento em arquivo, através de protocolos como SMB e NFS, funciona de forma diferente. Nesse modelo, o próprio storage NAS gerencia o sistema de arquivos. Ele compartilha pastas e arquivos já prontos para uso. O servidor cliente apenas monta o compartilhamento e acessa os arquivos, sem qualquer controle sobre a formatação do volume.

A escolha entre os dois modelos depende inteiramente da aplicação. Para compartilhamento de documentos, planilhas e arquivos multimídia entre usuários, o acesso por arquivo é mais simples e direto. Para hospedar máquinas virtuais, bancos de dados ou aplicações que gerenciam seus próprios dados, o acesso em bloco quase sempre oferece melhor desempenho e compatibilidade.

Requisitos para uma infraestrutura iSCSI

Embora o iSCSI funcione em redes de 1 Gigabit, o desempenho para aplicações sérias exige mais. Uma rede dedicada ou, no mínimo, uma VLAN separada para o tráfego de armazenamento é uma recomendação quase obrigatória. Essa separação evita que o tráfego dos usuários concorra com o acesso aos dados, o que previne congestionamentos e latência.

A largura de banda é outro fator fundamental. Redes com 10GbE, 25GbE ou mais rápidas são o padrão para ambientes iSCSI em produção. Uma banda maior suporta mais conexões simultâneas e acelera operações intensivas, como backups ou migrações de máquinas virtuais. A ativação de Jumbo Frames também melhora a eficiência, pois reduz o número de pacotes na rede.

O hardware do storage NAS também precisa ser adequado. Um processador potente e uma quantidade generosa de memória RAM são necessários para gerenciar o protocolo iSCSI e as operações de entrada e saída. Para LUNs que exigem alto desempenho, o uso de SSDs ou pools de armazenamento híbridos é frequentemente a melhor escolha.

Principais aplicações para um NAS com iSCSI

A virtualização é, sem dúvida, a principal aplicação para o armazenamento iSCSI. Hypervisors como VMware vSphere e Microsoft Hyper-V utilizam LUNs iSCSI como datastores para armazenar os arquivos das máquinas virtuais. Isso centraliza o armazenamento e habilita recursos avançados, como a migração de VMs entre hosts físicos sem downtime.

Bancos de dados também se beneficiam muito com o acesso em bloco. Aplicações como Microsoft SQL Server, Oracle e PostgreSQL apresentam um desempenho superior quando seus arquivos de dados e logs residem em um LUN iSCSI. O controle direto sobre o volume permite otimizações que não são possíveis em um compartilhamento de arquivos convencional.

Outros cenários também aproveitam essa tecnologia. Clusters de alta disponibilidade para aplicações críticas, servidores de edição de vídeo que manipulam arquivos muito grandes e até o boot de servidores sem disco (boot from SAN) são alguns exemplos. Em todos esses casos, o sistema precisa ver o armazenamento como um recurso local e de alta performance.

Otimizando o desempenho com iSER e RDMA

O iSCSI padrão sobre TCP/IP possui uma sobrecarga inerente. O processamento da pilha TCP em cada pacote consome ciclos da CPU do servidor e do storage, o que adiciona latência. Em ambientes que exigem latência ultrabaixa, essa sobrecarga pode se tornar um gargalo, mesmo em redes muito rápidas.

A tecnologia RDMA (Remote Direct Memory Access) foi criada para resolver esse problema. Ela permite que a placa de rede de um computador acesse diretamente a memória de outro computador, sem envolver a CPU de nenhum deles. Essa comunicação direta reduz drasticamente a latência e libera o processador para outras tarefas.

O iSER (iSCSI Extensions for RDMA) é o protocolo que adapta o iSCSI para rodar sobre uma rede com RDMA. Muitos storages QNAP com interfaces de rede compatíveis suportam iSER. Ao utilizá-lo, a infraestrutura alcança um desempenho próximo ao de uma rede Fibre Channel, mas com o custo e a simplicidade de uma rede Ethernet.

Configurando LUNs em um storage QNAP

O sistema operacional QTS da QNAP simplifica bastante a criação de alvos e LUNs iSCSI. O primeiro passo é criar um pool de armazenamento com os discos disponíveis no equipamento, sejam eles HDDs ou SSDs. Esse pool agrega a capacidade de vários discos em um único espaço gerenciável e protegido por RAID.

Dentro do pool, o administrador provisiona um LUN, definindo seu tamanho. É possível escolher entre provisionamento "thick" (espesso), que aloca todo o espaço imediatamente, ou "thin" (fino), que aloca espaço sob demanda. O Thin Provisioning oferece mais flexibilidade, pois o LUN ocupa no pool apenas o espaço que está efetivamente em uso.

Com o LUN e o Target criados no NAS, o passo final ocorre no servidor. Utilizando o iSCSI Initiator do sistema operacional, o administrador se conecta ao Target do QNAP. O LUN então aparece no gerenciador de discos do servidor como um novo disco não formatado, pronto para ser inicializado e utilizado por qualquer aplicação.

Gerenciando a conectividade e a redundância

Uma única conexão de rede entre o servidor e o storage representa um ponto único de falha. Para ambientes críticos, o uso de MPIO (Multipath I/O) é essencial. Essa tecnologia estabelece múltiplos caminhos de rede simultâneos para o mesmo LUN. Por isso, a conexão se torna muito mais resiliente.

Se uma placa de rede, um cabo ou uma porta de switch falhar, o MPIO automaticamente redireciona o tráfego para os caminhos restantes. Essa transição ocorre sem interromper o acesso ao armazenamento, o que garante a continuidade das operações. A maioria dos sistemas operacionais de servidor possui suporte nativo para MPIO.

Além da redundância, o MPIO também pode ser configurado para balancear a carga entre os múltiplos caminhos. Essa configuração distribui as operações de leitura e escrita entre todas as conexões ativas, o que aumenta o throughput total. Para funcionar corretamente, o MPIO precisa ser habilitado e configurado tanto no servidor quanto no storage NAS.

Limitações e riscos do armazenamento iSCSI

A principal desvantagem do iSCSI é sua total dependência da rede. Qualquer problema na infraestrutura Ethernet, como um switch mal configurado, congestionamento excessivo ou um simples cabo defeituoso, pode degradar o desempenho ou até interromper o acesso ao armazenamento para todos os servidores conectados. Por isso, uma rede bem planejada é fundamental.

Embora seja mais simples que o Fibre Channel, o iSCSI ainda exige mais conhecimento técnico para configurar do que um simples compartilhamento SMB. Ajustes finos em MPIO, VLANs e Jumbo Frames requerem atenção aos detalhes para extrair o máximo de desempenho e estabilidade. Um erro na configuração pode gerar problemas difíceis de diagnosticar.

A segurança também é um ponto de atenção. Por padrão, o tráfego iSCSI não é criptografado. É altamente recomendável usar mecanismos de autenticação, como o CHAP, para garantir que apenas servidores autorizados possam se conectar aos targets. Políticas de segurança na rede, como listas de controle de acesso (ACLs) nos switches, adicionam uma camada extra de proteção.

Centralizando o armazenamento para servidores

Um NAS iSCSI, como um storage QNAP, resolve o problema dos silos de armazenamento em servidores. Em vez de gerenciar discos locais em dezenas de máquinas, o administrador passa a gerenciar um único repositório central. Essa centralização simplifica drasticamente a alocação de espaço, a execução de backups e a recuperação de desastres.

Com um armazenamento centralizado, é possível criar ou redimensionar volumes para os servidores dinamicamente, sem precisar intervir fisicamente nos equipamentos. Recursos como snapshots no nível do storage permitem criar pontos de recuperação instantâneos e com baixo impacto no desempenho, o que protege os dados contra falhas lógicas ou ataques.

A escolha e o dimensionamento corretos de uma solução de armazenamento iSCSI dependem de vários fatores, como a carga de trabalho das aplicações, os requisitos de desempenho e os planos de crescimento futuro. Uma arquitetura mal projetada pode criar novos gargalos em vez de resolver os antigos. Fale com um de nossos especialistas para desenhar uma solução que atenda às necessidades específicas do seu ambiente.