Especializao em Segurana da Informao Segurana no Armazenamento

Especialização em Segurança da Informação Segurança no Armazenamento 1. Introdução Márcio Aurélio Ribeiro Moreira marcio. moreira@pitagoras. com. br http: //www. teraits. com/pitagoras/marcio/

Objetivos da unidade Ø Explicitar a necessidade de armazenamento Ø Avaliar as alternativas de solução Ø Revisar os principais conceitos de armazenamento Ø Explorar os tipos de RAID Ø Mostrar as alternativas de redes de armazenamento Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 2 Segurança no Armazenamento de Informações

O armazenamento não está resolvido? Ø O número total de livros produzidos desde o começo da imprensa não passa de 1 bilhão: l Se cada livro tiver em média 500 páginas com 2000 caracteres cada. Logo, 1 MB é suficiente para armazenar cada livro sem compressão Ø Para armazenar todos os livros precisamos de 1 bilhão de MB ou 1 Peta. Byte (PB) Ø Considerando Us$20 / GB, 1 PB pode ser comprado por Us$20 milhões Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 3 Segurança no Armazenamento de Informações

O armazenamento nas organizações Ø Banco da Índia (2007): l 14. 000 filiais em todo o país l 11. 000 escritórios conectados ao Data Center l Mais de 20 milhões de clientes l ≈ 100 TB armazenados v. Crescimento exponencial l Questões de segurança: v. Compressão / Cifragem v. Antivírus v. Firewall e IDS Fonte: Ramakrishnan Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 4 Segurança no Armazenamento de Informações

Demanda de performance e espaço Demanda Espaço 8 X Demanda Performance 300% 7 X 253% 250% 6 X Demanda anual de 50% de espaço e performance 4 X 2 X Márcio Moreira 169% 113 % 3 X 1 X 200% 75% 1 X 50% 1. 5 X 2. 3 X Hoje 1 Ano 2 anos 1. Introdução – Slide 5 7. 6 X 100% 5. 1 X 3. 4 X 3 anos 150% 4 anos 5 anos Fonte: Ramakrishnan 5 X Segurança no Armazenamento de Informações

Alternativas para a demanda Ø Podemos resolver com RAMs? l Caras e voláteis só para processamento Ø Podemos utilizar fitas? l Baratas e lentas por serem seqüenciais backups Ø Podemos resolver com CDs e DVDs? l Baratos e aleatórios. Mas, lentos distribuição Ø Podemos resolver com HDs? l Preço justo, aleatórios e rápidos muitos HDs l Onde colocar tantos HDs? Fora do gabinete Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 6 Segurança no Armazenamento de Informações

Camadas de dados Computadores Notebooks Camada web Camada Aplicações Camada de Banco de Dados Pessoas e Coisas Dispositivos Fonte: Ramakrishnan Márcio Moreira Camada de Storage 1. Introdução – Slide 7 Segurança no Armazenamento de Informações

1º dispositivo magnético Ø A superfície do disco (ou fita) é coberta com uma substância magnética Ø Movimento mecânico posiciona cabeça do dispositivo para: Ø Gravação: definir a polarização. Leitura: testar a polarização Ø Por ser magnética, a polarização é mantida mesmo sem energia Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 8 Segurança no Armazenamento de Informações

Armazenamento em discos Ø Organiza os dados em áreas endereçáveis Ø Devem ser formatados para serem endereçáveis pelos sistemas operacionais Ø O acesso direto provê performance adequada para acessos seqüencial ou randômico Ø O desempenho do disco é impactado pelo tempo de posicionamento da cabeça para o acesso Ø Os discos são conectados fisicamente ao sistema: l É inviável movê-los para um novo local ou novo sistema l Como conectar vários discos num mesmo sistema? Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 9 Segurança no Armazenamento de Informações

Vamos olhar os discos de perto Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 10 Segurança no Armazenamento de Informações

Formatação para acesso direto Trilha Cada prato do disco é segmentado em vários anéis concêntricos chamados trilhas Cilindr o Um cilindro é o conjunto formato por uma trilha específica em todos os pratos juntas Setor Fonte: EMC Márcio Moreira Um setor é a menor parte endereçável de uma trilha O endereço único de uma área em um drive de disco é composto de: Cilindro, Cabeça e Setor. 1. Introdução – Slide 11 Segurança no Armazenamento de Informações

Tempo de acesso ao drive de disco Ø Seek Time: l Tempo de busca l Média de tempo gasto para mover o braço do atuador para a posição de leitura ou gravação da cabeça na trilha l Normalmente, informado em milissegundos (ms) Fonte: EMC Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 12 Segurança no Armazenamento de Informações

Tempo de acesso ao drive de disco Ø Latency: l Tempo de Latência ou tempo de espera racional l Média de tempo gasto para esperar o disco girar e o setor desejado chegar o início da posição de acesso l Tempo de meia volta: v 50% * 1 / RPM / 60 * 1000 Fonte: EMC Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 13 Segurança no Armazenamento de Informações

Tempo de acesso ao drive de disco Ø Transfer Rate: l Taxa de Transferência l Média de tempo gasto para ler (ou escrever) e enviar (ou receber) os dados do setor para o drive de disco (MB) l Tempo de Transferência: v. Kbytes / (taxa * 1024) * 1000 (ms) Fonte: EMC Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 14 Segurança no Armazenamento de Informações

Variáveis da performance de discos Ø Tempo de Busca (TB) Ø Tempo de Latência (TL): l Velocidade rotação RPM v RPM Tempo de Latência v RPM tem menor impacto na Taxa de Transferência v TL = 50% * 1 / RPM / 60 * 1000 (ms) Ø Taxa de Transferência (TT): l Ultra SCSI: 40 MB/sec l Canal de fibra: 100 MB/sec l TT = Kb / (taxa * 1024) * 1000 (ms) Ø Tempo de Resposta (TR): l Fonte: EMC Márcio Moreira TR = TB + TL + TT 1. Introdução – Slide 15 Segurança no Armazenamento de Informações

Evolução da tecnologia de discos Ø A capacidade continua aumentando muito com o aumento da densidade dos dados Ø A performance aumenta marginalmente com: l Aumento da velocidade de rotação (RPM) l Aumento do uso da memória e cache no nível de drive Ø As interfaces são dirigidas por padrões da indústria: l ATA (Advanced Technology Attachment) l Ultra SCSI (Small Computer System Interface) l Canal de Fibra Ø Desafios da indústria: l Aumentar a capacidade por disco reduzindo custo. Mas, … l Reduzir o número de atuadores mantendo a capacidade Fonte: EMC Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 16 Segurança no Armazenamento de Informações

Necessidades de armazenamento 100% High-End Us$40/GB Alta Performance Tempo Crítico 99. 999% Midrange Us$20/GB 99. 9% SATA Us$5/GB Longo Prazo Tape Us$0. 5/GB Demanda do negócio Custo Crítico Alta Capacidade Fonte: Ramakrishnan Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 17 Segurança no Armazenamento de Informações

Tecnologia RAID Ø Como obter performance e confiabilidade? l RAID: v. Redundant Array of Independent Disks v. Um conjunto de HDs é visto pelo SO como uma única unidade de disco l Vantagens: v. Grande capacidade de armazenamento v. Acesso paralelo melhor performance v. Permite o espelhamento de dados l Desvantagens: v. Custo: requer hardware ou software especial v. Se espelhado: requer o dobro de espaço Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 18 Segurança no Armazenamento de Informações

Conexões físicas dos discos Ø Variáveis para conexões físicas: l Tipos de cabos l Número de vias l Conectores físicos Ø Regras para conexões lógicas: Ø Formato do drive: l Esquema de endereçamento HB A l Identificar os comandos (de leitura e gravação) e os dados System Bus Ø Sistema ROM controlador ou (Read Only Memory) CPU placa de circuito: l ESCON para mainframe l Host Bus Adapter (placas para fibra ótica) para sistemas abertos l Placas proprietárias para o AS/400 Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 19 MAIN MEMORY (RAM) Fonte: EMC Segurança no Armazenamento de Informações

Como a operação de I/O ocorre HB A Ø Iniciando uma requisição de leitura: System Bus ROM (Read Only Memory) CPU MAIN MEMORY (RAM) Fonte: EMC Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 20 Segurança no Armazenamento de Informações

Como a operação de I/O ocorre HB A Ø Completando a requisição de leitura: System Bus ROM (Read Only Memory) CPU MAIN MEMORY (RAM) Fonte: EMC Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 21 Segurança no Armazenamento de Informações

Usando melhor a CPU e a memória l Acessamos o cliente 1 l Depois o cliente 2 l Qual será o próximo? l Presumo o cliente 3 Ø Técnica: HB A Ø “Vamos ver”: Customer 1 Meter Reading Customer 2 Meter Reading Customer 3 Meter System Bus Reading ROM (Read Only Memory) CPU Customer 1 Meter Reading Customer 3 Meter Reading Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 22 MAIN MEMORY (RAM) CACHE l Cache l Read ahead Customer 2 Meter Reading Fonte: EMC Segurança no Armazenamento de Informações

Melhorando ainda mais Ø Usar controladora no RAID: Customer 1 Meter Reading CPU Customer 2 Meter Reading Customer 3 Meter System Bus Reading CACHE HB A l Libera processamento l Libera memória RAM Customer 3 Meter Reading ROM (Read Only Memory) CPU Customer 1 Meter Reading MAIN MEMORY (RAM) Customer 2 Meter Reading Fonte: EMC Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 23 Segurança no Armazenamento de Informações

Como a operação de I/O ocorre HB A Ø Iniciando um comando de escrita: System Bus ROM (Read Only Memory) CPU MAIN MEMORY (RAM) Fonte: EMC Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 24 Segurança no Armazenamento de Informações

Como a operação de I/O ocorre HB A Ø Completando o comando de escrita: System Bus ROM (Read Only Memory) CPU MAIN MEMORY (RAM) Fonte: EMC Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 25 Segurança no Armazenamento de Informações

Melhor uso da CPU e memória Customer 1 Meter Reading CPU Customer 2 Meter Reading Customer 3 Meter System Bus Reading CACHE HB A A confirmação de escrita é emitida assim que os dados e o comando de gravação estão seguros dentro de uma área completamente tolerante à falha Comando de escrita: “Grave a conta mensal do cliente no disco”. ROM (Read Only Memory) CPU MAIN MEMORY (RAM) Fonte: EMC Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 26 Segurança no Armazenamento de Informações

Por dentro dos Disk Arrays Host Interface Fault Tolerant Cache Memory Gaveta do sistema operacional Array Controller Disk Directors Gavetas de discos Fonte: EMC Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 27 Segurança no Armazenamento de Informações

RAID 0 - Striping ou Fracionamento Ø Os dados são divididos em segmentos e estes são colocados nos HDs Ø Não há redundância Sem RAID: 3 HDs num mesmo host. Cada HD contem um volume Com RAID 0: Os volumes são divididos em blocos e movidos para balancear a carga de atividades. Fonte: EMC Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 28 Volume 1 Beginning Volume 2 Beginning Volume 3 Beginning Volume 1 Middle Volume 2 Middle Volume 3 Middle Volume 1 End Volume 2 End Volume 3 End Volume 1 Beginning Volume 2 Beginning Volume 3 Beginning Volume 2 Middle Volume 3 Middle Volume 1 Middle Volume 3 End Volume 1 End Volume 2 End Segurança no Armazenamento de Informações

RAID 1 - Mirroring ou Espelhamento Ø Os dados de um HD são espelhados em outro gerando redundância Sem RAID: 3 HDs num mesmo host. Com RAID 1: Um espelho de cada HD é criado gerando um para de HDs. Volume 1 Beginning Volume 2 Beginning Volume 3 Beginning Volume 1 Middle Volume 2 Middle Volume 3 Middle Volume 1 End Volume 2 End Volume 3 End Fonte: EMC Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 29 Segurança no Armazenamento de Informações

RAID 1+0 - Performance e Redundância Ø Os HDs (volumes físicos) são espelhados e os volumes lógicos divididos Sem RAID: 3 HDs num mesmo host. Com RAID 1+0: HDs espelhados. Volumes lógicos fracionados Fonte: EMC para Márcio Moreira balancear Volume 1 Beginning Volume 2 Beginning Volume 3 Beginning Volume 1 Middle Volume 2 Middle Volume 3 Middle Volume 1 End Volume 2 End Volume 3 End Volume 1 Beginning Volume 2 Beginning Volume 3 Beginning Volume 2 Middle Volume 3 Middle Volume 1 Middle Volume 3 End Volume 1 End Volume 2 End 1. Introdução – Slide 30 Segurança no Armazenamento de Informações

Paridade de dados Ø A paridade é utilizada para tentar recuperar dados perdidos Group 1 Group 2 Group 3 0 1 1 Parity for 1 st Group = 0 Parity for 2 nd Group = 1 0 1 Parity for 3 rd Group = 1 LOST DATA 1 DATA + DATA = Parity Fonte: EMC Márcio Moreira Group 1 0 + 1 = 0 Group 2 0 + 1 + 0 = 1 Group 3 1 + ? = 1 1. Introdução – Slide 31 Segurança no Armazenamento de Informações

RAID 5 - Fracionamento e paridade Ø Divide os dados no nível de bloco e acrescenta um bloco de paridade Ø Requer no mínimo 3 discos Sem RAID: 3 HDs num mesmo host. Fonte: EMC Márcio Moreira Com RAID 5: Um grupo de drives são agrupados como um volume físico. Volume 1 Beginning Volume 2 Beginning Volume 3 Beginning Volume 1 Middle Volume 2 Middle Volume 3 Middle Volume 1 End Volume 2 End Volume 3 End Volume 1 Beginning Volume 2 Beginning Volume 3 Beginning Parity for 3 rd Group Parity for 2 nd Group Volume 3 Middle Volume 2 Middle Volume 1 Middle Volume 3 End Volume 1 End Parity for 1 st Group Volume 2 End 1. Introdução – Slide 32 Segurança no Armazenamento de Informações

Níveis de RAID Nível Mínimo Discos Técnica Aplicação Comentários 0 Fracionamento em blocos 2 Alta performance Sem redundância 1 Espelhamento 2 Alta disponibilidade e performance Implantação simples 2 Fracionamento em bits Monitoramento em RAM 2 Alta performance e disponibilidade Nenhum uso comercial 3 Fracionamento em bytes Disco de paridade 3 Alta performance e disponibilidade Menor custo 4 Fracionamento em blocos (Múltiplos I/O) Disco de paridade 3 Processamento de transações Alta disponibilidade Alta taxa de leitura Baixo uso comercial 5 Fracionamento em blocos (Múltiplos I/O) Discos de paridade independentes 3 Processamento de transações Alta disponibilidade Alta taxa de leitura 6 Fracionamento em blocos (Múltiplos I/O) Múltiplos discos de paridade independentes 4 Processamento de transações Alta disponibilidade Alta taxa de leitura Baixo uso comercial Ø Níveis mais usados comercialmente: 0, 1, 3, 5 e 10 (1+0): Ø Múltiplos I/O Independência de leitura e gravação (acesso múltiplo). Ø Custo comparado para níveis que oferecem mesmos benefícios. Fonte: EMC, IBM, Wikipedia e experiência. Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 33 Segurança no Armazenamento de Informações

Arquiteturas típicas de storage Ø DAS: l Direct Attached Storage Ø NAS: Netware Windows NT/2 K Linux/Unix Direct Attached Storage (DAS) l Network Attached Storage Netware Ø SAN: l Storage Area Network Windows NT/2 K Network Attached Storage (NAS) Linux/Unix NAS Storage Windows NT/2 K FC Switch Netware Linux/Unix Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 34 Storage Area Network (SAN) Segurança no Armazenamento de Informações

Conexões típicas System Bus HB A Network Tape Drive Device Router NI C HB A Storage Array HB A SAN Switch ROM (Read Only Memory) CPU MAIN MEMORY (RAM) Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 35 Segurança no Armazenamento de Informações

Produtos de Storage da EMC Symmetrix CLARii. ON CX 700 NS 700/G Centera DL 700 ADIC Scalar Series CX 500 CX 300 DMX 3000 -M 2 DMX 3000 DMX 2000 -M 2 DMX 2000 DMX 1000 -M 2 DMX 1000 DMX 800 Celerra CNS Netwin 110 SAN / NAS / Backupto-Disk SAN / NAS Márcio Moreira AX 100 1. Introdução – Slide 36 CAS Tape & Tape Emulation Segurança no Armazenamento de Informações

Referências Ø EMC. Storage Basics. EMC. Jun-2006. Ø S. Ramakrishnan. Management of large scale Terabyte Store information servers. IACITS 2007. Jul-2007. Ø Khattar, Murphy, Tarella e Nystrom. Introduction to Storage Area Network, SAN. IBM. Redbooks. SG 24 -5470 -00. 1999. Márcio Moreira 1. Introdução – Slide 37 Segurança no Armazenamento de Informações