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9. Sauvegarde sur bande et stockage réseau

9.1. Types de lecteurs de bande magnétique - 9.2. Sauvegarde DAT - 9.3.  AIT et SAIT - 9.4. Cartouches 8 mm - 9.5. DLT - 9.6. S-DLT - 9.7. LTO et Ultrinium - 9.8. Librairies de bandes - 9.9. REV Iomega - 9.10. Sauvegarde sur disque dur (NAS - SAN et iSCSI) - 9.11. Stratégie de backup

Ce chapitre reprend les méthodes de sauvegarde des données (backup) des serveurs informatiques. Obsolètes pour les ordinateurs bureautiques, les lecteurs de bande sont la principale méthode en serveurs réseaux. La technologie passe par des vitesses de transfert pour le LTO jusqu'à 540 MB/s avec des capacités dépassant plusieurs Tetra (1000 GB).

Les disques durs serveurs en RAID donnent un semblant de sauvegarde, ou plutôt un faux sentiment de sécurité: les données en cas d'un crash de disque disque peuvent être récupérés sous certaines conditions (RAID 1, RAID 5) mais pas en cas de corruptions de données, effacement de fichiers accidentel (ou non), .... Si la sécurité des donnée est importante sur une station professionnelle, le problème est nettement plus important dans le cas de serveurs réseaux. Premièrement, les utilisateurs font entière confiance au réseau (et surtout à son administrateur) pour les données: les sauvegardes sont normalement quotidiennes sur les serveurs. Deuxièmement, les applications réseaux sont souvent trop grosses pour être sauvegardées individuellement (place, droits d'accès et privilèges, ...)

Les utilisateurs doivent se déconnecter du réseau lorsqu'ils quittent le travail. Si un fichier est utilisé par une application, il ne sera pas enregistré par le backup. Avec le RAID 1, nous pouvons par exemple déconnecter un disques dur des utilisateurs (même si cette possibilité n'est réellement accessible que sur les serveurs réseaux de haut de gamme). Un disque est donc accessible en pour les utilisateurs tandis que le deuxième est réservé au backup. Lorsque la sauvegarde est terminée, les 2 disques Raid sont resynchronisés pour reprendre le fonctionnement normal.

9.1. Type de lecteurs sur bandes magnétiques.

En première année, nous avons déjà vu la sauvegarde sur bande pour les stations de travail. Dans le cas d'une station, les choix sont multiples: disquettes (?), graveurs, DVD-Rom, Zipp, ... et les bandes sont ... peu utilisées. Par contre, les lecteurs de bandes permettent de faire les sauvegardes sans interventions de l'utilisateur à des jours et heures bien précis. Cette possibilité, complétée par le prix de revient d'une bande au MB, la rend pratiquement incontournable comme solution pour les serveurs. En couplant des bandes dans des "chargeurs" appelés librairies, on augmente encore la capacité. La connexion est systématiquement en SCSI, soit avec des appareils externes, soit internes (les vitesses sont identiques).

9.2. Sauvegarde DAT

Le DAT est départ développé pour remplacer les cassettes audio analogiques par un standard audio digital, avec une qualité audio CD. Avec le standard DDS (Digital Data Storage), Hewlett Packard et Sony le transpose en technologie informatique en 1989. Le DAT utilise des cassettes de 4 mm de large. L'écriture / lecture se fait de manière elliptique (l'écriture n'est pas perpendiculaire à la bande mais décalée comme pour les cassettes vidéo. Cette méthode est plus lente que le modèle linéaire mais permet d'augmenter la capacités de données.

L'écriture se fait par groupes de 128 KB, correction d'erreur comprise. Lors de la lecture, la bande récupère l'entièreté des données groupe (correction comprise) avant de restaurer les données sur le disque dur.

En DAT, deux méthodes d'inscriptions sont utilisées, le DDS (le plus courant) et le DataDAT (obsolète et plutôt réservé au multimédia). Le mécanisme des lecteurs est identiques mais pas l'encodage des données. Les deux sont incompatibles.

DDS5 (aussi appelé DAT72) peut utiliser les bandes DdS3 et DDS4. Les dernières technologies sont principalement développées par Hewlett PAckard.

9.3. AIT et SAIT

Développés par Sony depuis 1996, les capacités des lecteurs de bandes AIT varient de 35, 50, 100, 150, 200 GB ou 400 GB en mode non-compressé. Une version 800 GB (non compressé) est en cours de développement (2007). Pour le petit modèle, il est directement en concurrence avec le DAT (plus lents) ou les DLT.

Ces appareils de sauvegarde peuvent être interfacés suivant les versions en USB, Firewire et SCSI pour les modèles externes, Sérial ATA, Parallèle ATA, SCSI pour les modèles internes.

Six modèles sont développés suivant la capacité de sauvegarde et la vitesse de transfert. Chaque modèle peut être fourni en mode standard ou en mode turbo (augmentation de la vitesse de transfert).

Ces lecteurs de bandes sont reconnus par la majorités des logiciels de back-up sur le marché. Les AIT une une compatibilité ascendante. Chacun peut lire utiliser (lecture / écriture) les modèles inférieurs. A partir de la version 4, ils sont compatible avec la méthode WORM (Write Only / read Many) qui permet une seule écriture, utilisée dans la conservation des documents officiels en industrie.

La technologie SAIT découle du AIT avec une plus grande capacité, mais ne permet pas d'utiliser les bandes AIT.

(*) le taux de compression utilisé est 2,6:1, les appareils concurrents annoncent généralement une compression 2:1 plus réaliste.

9.4. Cartouches 8 mm.

Les cartouches 8 mm ont été développées au début pour les vidéos: transfert d'images en haute qualité couleur sur bande pour sauvegarde. Similaire au DAT, mais généralement de plus grosse capacité, les 8mm utilise également la technologie hélicoïdale.

Deux standards sont utilisés suivant le système de compression: Exabyte Corporation et son standard 8 mm et le mammoth développé par Exabyte et Sony. Ces modèles ne sont plus livrés (2007).

Pour rappel, le MTBF est le Mean Times between Fealures, le temps moyen entre deux pannes.

9.5. Le DLT

Développé dans les années 1980 par DEC (Digital, racheté par Compaq) pour ses micro-ordinateurs VAX, la technologie DLT est réellement apparue en 1989. Cette technologie a été rachetée en 1994 par Quantum. D'autres fabricants utilisent cette technologie en OEM. 

Les lecteurs DLT utilisent une cartouche plus petite que les bandes 8 mm. La bande est découpée en pistes parallèles sur toute la longueur. Chaque écriture utilise deux pistes (données et correction). Lorsque la fin de la piste est rencontrée (fin de la bande), les têtes sont repositionnées sur une nouvelle paire de pistes et la sauvegarde continue en revenant par l'arrière) jusqu'à ce que la bande soit complète (par aller - retour). Les bandes courantes incluent 128 ou 208 pistes.

La technologie DLT est unique dans l'implantation des têtes. L'implantation des 6 guides assure un déroulement de la bande hélicoïdal (au même titre que les technologies ci-dessus), assure un excellent contact bande / tête. Ceci est associé à 2 guides qui ne font que le nettoyage de la bande et ne sont pas motorisés. Ceci assure une durée de vie des têtes de 30.000 heures, pour 2000 dans le cas des DAT

Seuls les 4 derniers sont encore commercialisés (2006).

9.6. Super DLT

Les tapes Super DLT sont également fournies par Quantum, d'autres fabricant les fabriquent sous licence. Ces bandes augmentent la capacité des bandes DLT. Dans ce cas, les têtes de lecture /écriture sont contrôlées par faisceau laser (Technologie LGMR - Laser Guided Magnetic Recording). En lecture, ces bandes de sauvegardes acceptent généralement les média inférieurs.

9.7. LTO (Linear Tape Open), Ultrium

La technologie LTO a été développée conjointement par IBM, HP et Quantum. L'implantation de cette norme est appelée Ultrium. Les différentes normes sont gérés par un groupement, le LTO-Technology qui s'occupe de la normalisation et de l'octroie des licences. Six génération sont développées, même si la 5 et la 6 sont plus à l'état de projet qu'en cours de normalisation.

C'est actuellement la technologie de sauvegarde la plus performante, tant en capacité qu'en vitesse de transfert.

La bande est divisée en 4 zone sur l'ensemble de sa longueur, numérotées de 0 à 3. Chaque piste est entourée de deux bandes servozones permettant d'aligner la tête, y compris en cas de légère usure de la bande. L'écriture utilise d'abord la piste 0 sur l'ensemble de la bande. Une fois arrivée à la fin, elle reprend en sens inverse sur la piste 1, et ainsi de suite.

La dernière version LTO-4 peut lire et écrire sur les bandes LTO-3, seulement lire les LTO-2.

9.8. Chargeurs de bandes

Les librairies sont des regroupements de lecteurs qui permettent d'utiliser plusieurs bandes simultanément dans un chargeur externe. 

S'ils peuvent être utilisés comme solution standard, la principale utilisation est de conserver des données qui ne sont pas trop (ou pas souvent) utilisées mais doivent rester accessibles aux utilisateurs. Les fichiers sont reconnu comme sur un disque dur mais sont physiquement enregistrés sur des bandes. A la demande, le fichier est retransféré sur le disque dur. Le programme d'auto archivage transfère périodiquement tous les fichiers qui ne sont plus utilisés depuis un certain (généralement, l'auto archivage se fait tous les jours).

9.9. REV Iomega

Destiné à concurrencer les bandes de sauvegarde DAT et remplaçant les lecteurs Jazz, le REV d'Iomega a de nombreux avantages. Le lecteur REV utilise des cartouches amovibles de 35 GB (90 B en compressé), soit la capacité des plus gros lecteurs DAT. Internes, ils sont interfacés en IDE, SATA, SCSI. Dans tous les cas, la vitesse de transfert est maximum de 25 MB / seconde. Les REV sont également disponibles en version externe (interface SCSI, Firewire (Mac) ou USB). Le logiciel de sauvegarde associé permet une utilisation tout à fait identique aux bandes de backup.

Le gros avantage vient du prix de l'appareil, dans les 400 € pour près du double pour un lecteur DAT, même si interfacés en SCSI 160, ceux-ci sont théoriquement plus rapides. C'est la solution idéale actuelle pour le backup de petits serveurs de fichiers, même si le prix des cartouches (50 € environ) sont plus chères que le prix d'une simple bande DAT. Comme le SATA et l'IDE sont implantés en standard dans les PC courants, cette solution peut également être utilisée dans les stations de travail.

9.10. San, NAS et iSCSI

Le stockage des fichiers sur le disque dur d'un serveur ne fait finalement que de la distribution de fichiers mais implique des licences utilisateurs plutôt chères. Les deux solutions suivantes vont annuler ces licences.

9.10.1. NAS (Network Attached Storage).

Un NAS est constitué d'un ou plusieurs disque(s) dur(s) en Sata, PATA ou plus rarement en SCSI (RAID ou non), d'une connexion Ethernet, d'un microcontrôleur et d'un système d'exploitation Linux (pas de licences utilisateurs). L'administration se fait directement via une interface Web et se réduit aux droits d'accès des utilisateurs, au paramétrage TCP/IP de la carte réseau, éventuellement du serveur DHCP. C'est point fort de ces équipements, la facilité de mise en route le prix (pas de licence Windows).

En option pour les appareils de haut de gamme, disques durs Hot Plug (extractibles à chaud), RAID, synchronisation des droits d'accès avec les privilèges utilisateurs du serveur Windows, ... Un exemple de configuration NAS.

9.10.2. SAN (Storage attached Network).

Si un NAS est directement attaché au réseau, le SAN se positionne comme mémoire de masse supplémentaire pour un ou plusieurs serveurs. Dans cette configuration, disques et bibliothèques de bande sont directement connectés à ces serveurs par une connexion en Fibre optique. Normalement, tous les disques et bibliothèques de bande sont visibles par tous les processeurs. La fonctionnalité de Zoning permet d'isoler des ensembles de disques et bibliothèques des autres ensembles. Les disques sont donc accessibles depuis plusieurs serveurs simultanément.

Le protocole de communication entre les serveurs et le SAN utilise le fibre Channel, c'est un protocole de communication qui permet d'envoyer des commandes à des disques SCSI encapsulées dans un protocole réseau. Cette méthode permet des transferts rapides. Pourtant, la difficulté à mettre en place ce type de stockage le réserve uniquement aux grandes entreprises.

La différence entre un NAS et un SAN est juste au niveau des accès, directement via le réseau pour un N?AS, par l'intermédiaire des serveurs (y compris privilèges utilisateurs pour un SAN.

9.10.3. ISCSI

La mise en place de SAN basés sur le Fibre Channel est complexe et demande des compétences spécifiques. IBM et Cisco ont développé une autre approche du stockage réseau en utilisant le TCP/IP comme protocole réseau et en encapsulant des commandes SCSI dessus. Cette méthode est normalisée depuis 2004. L'avantage est principalement lié aux coûts, déjà l'implantation mais aussi l'utilisation de disques durs SATA moins chères que les SCSI.

Ces baies de stockages se connectent simplement sur le réseau de l'entreprise comme un simple NAS dans les cas les plus simples (mais déconseillé)) ou via un réseau Ethernet séparé. Comme un NAS, l'ISCSI permet de stocker de simples documents mais permet également le partage de bases de données(SQL, Exchange, ...), toujours en permettant le partage entre différents serveurs. C'est donc un mélange de NAS et de SAN.

La majorité des constructeurs utilisent Windows Storage Server de Microsoft, une version particulière de Windows server 2003 comme gestionnaire de NAS. Au niveau des serveurs, Windows 2003 (pas SBS) et 2008 intègrent directement le pilote (iSCSI Software Target), à installer dans les outils d'administration si ce n'est pas fait par défaut, il est également disponible sous Linux.

Si des cartes réseaux spécifiques ISCSI sont développées, les cartes Ethernet Giga actuelles implantées sur les serveurs sont toutes compatibles TOE (TCP/IP Offload Engine). Qu'est que le TOE?

Une carte réseau standard ne fait que de vérifier le checksum et réassembler les données, c'est le processeur qui fait tout le reste du travail. Une carte TOS va également récupérer les informations du protocole réseau TCP et IP (donc jusqu'au niveau 4 du modèle OSI). Ceci réduit nettement la charge du processeur qui ne reçoit plus que les données.

Différents routeurs spécifiques sont également fabriqués.

9.11. Stratégies de backup.

Pourquoi sauvegarder les données, même avec le RAID?

1. virus ou intrusion sur le réseau par Internet (hacker)
2. modification de la configuration logicielle directement sur le serveur en production (largement utilisée dans la pratique) pour ajouter des fonctionnalités, modification de paramètres de logiciels et ... mauvais fonctionnement. En pratique, obligez les programmeurs à faire une copie complète du dossier de l'application et de la base de donnée sur un disque dur. Cette solution est plus rapide pour la récupération.
3. effacement accidentel ou autre de fichiers et dossiers, erreur dans la table des matières du disque dur (FAT), fichier corrompu, ...

9.11.1. En première, nous avions vu les trois types de sauvegarde:

Backup complet : sauve tous les dossiers et fichiers du disque dur. C'est la méthode la plus sûre, mais la longue puisqu'elle permet de reprendre tous le contenu des dossiers en une seule fois. De toute façon, en cas de crash disque complet, vous devrez d'abord réinstaller Windows avant de récupérer les données.

Backup incrémental: uniquement les fichiers modifiés depuis la dernière sauvegarde. Pour une restauration complète d'un dossier, vous devez d'abord utiliser une restauration complète, ensuite reprendre à la suite des autres toutes les sauvegardes incrémentales. C'est la plus rapide en sauvegarde mais aussi la plus longue en récupération.

Backup différentiel: copie tous les fichiers depuis le dernier backup complet ou incrémental mais ne modifie pas le bit d’archive des fichiers comme dans les deux autres techniques. Le défaut est lié aux temps de sauvegarde puisqu'il reprend des fichiers et dossiers déjà sauvés les jours précédents (même non modifiés depuis). Une sauvegarde complète ou incrémentale est nécessaire avant.

Chaque technique a ses qualités et ses défauts. Une bonne stratégie doit tenir compte du temps d'écriture et du temps de récupération en cas de panne.

Mélangeons les méthodes de sauvegardes avec l'utilisation des données sur le serveur.

Une stratégie intéressante utilise une sauvegarde complète régulière suivie d'une sauvegarde différentielle journalière. Le problème est la périodicité d'une sauvegarde complète. Plus le délai entre deux est long, plus le différentiel prendra du temps.

Une deuxième méthode consiste à faire un backup complet par mois, suivi d'un backup incrémental par semaine et un différentiel par semaine. Cette stratégie est souple, mais nécessite l'emploi de beaucoup de jeux de bandes différentes.

Une dernière chose concernant l'utilisation des bandes, elles doivent être changées tous les jours et dédoublées en séries paires et impaires: si une bande de lundi est défectueuse, celle du précédant lundi ne le sera pas. Le jeux de bandes ne doit pas se trouver dans la même pièce (et si possible dans un bâtiment différent) que le serveur. Pensez aux risques d'incendie ou de vol.

9.11.2. Exemple de stratégie de sauvegarde bureautique

Voici un exemple de stratégie de backup dans un système bureautique, sans utilisateurs de nuit.

Ici, le backup du vendredi est un différentiel. Il peut remplacer celui du samedi s'il n'y a pas d'activités le samedi. Ceci évite un déplacement du personnel pour ... changer les bandes.

9.11.3. Exemple de stratégie backup industriel

Si l'application ne s'arrête pas, juste un ralentissement dimanche matin par exemple (maintenance des machines). Le problème dans ce cas reste les utilisateurs.

Le deuxième problème dans ce cas est la charge sur le serveur durant le backup. En sauvegardant, vous ralentissez le serveur. L'heure des sauvegardes doit être choisie avec le moins d'utilisateurs possibles, pas à 8 heures du matin quand les bureaux démarrent. La stratégie se fait sur 4 semaines, une sauvegarde complète du système par mois (4 semaines), tous dossiers confondus.

La stratégie ressemble à celle bureautique. Le dimanche reprend soit une sauvegarde complète, soit une incrémentale. Ceci dépend également de l'incidence du backup sur le fonctionnement de l'entreprise. Par contre, le premier dimanche du mois est une sauvegarde complète sur 2 jeux de bandes à part.

La suite du cours Hardware 2 > Chapitre 10: Connexion à distance, partage et sécurité