ANSI в 1988 году. В настоящее время Fibre Channel конкурирует как с Ethernet , так и с SCSI . (См. http://www.prz.tu-berlin.de/docs/html/EANTC/INFOSYS/fibrechannel/detail , http://www.fibrechannel.com/technology/physical.htm и http://www.ancor.com , http://www.iol.unh.edu/training/fc/fc_tutorial.html .) Он легко стыкуется с протоколами локальных и региональных сетей. Fibre Channel имеет уникальную систему физического интерфейса и форматы кадров, которые позволяют этому стандарту обеспечить простую стыковку с канальными протоколами IPI ( Intelligent Peripheral Interface ), SCSI , HIPPI , ATM , IP и 802.2. Это позволяет, например, организовать скоростной канал между ЭВМ и дисковой накопительной системой RAID . Быстродействие сетей Fibre Channel составляет n x 100Мбайт/с при длинах канала 10 км и более. Предусмотрена работа и на меньших скоростях (например, 12,5 Мбайт/c). Максимальная скорость передачи сегодня составляет 4,25 Гбод. В качестве транспортной среды может использоваться одномодовое или мультимодовое оптическое волокно. Допускается применение медного коаксиального кабеля и скрученных пар (при скоростях до 200 Мбайт/с). Fibre Channel имеет шесть независимых классов услуг (каждый класс представляет определенную стратегию обмена информацией), которые облегчают решение широкого диапазона прикладных задач ( таблица 14.11 .). Таблица 14.11.

Класс 1	Соединение с коммутацией каналов по схеме "точка-точка" между портами типа n_port. Класс удобен для аудио- и видеоприложений, например видеоконференций. После установления соединения используется вся доступная полоса пропускания канала. При этом гарантируется, что кадры будут получены в том же порядке, в каком они были посланы
Класс 2	Обмен без установления соединения с коммутацией пакетов, гарантирующий доставку данных. Так как соединение не устанавливается, порт может взаимодействовать одновременно с любым числом портов типа n_port, получая и передавая кадры. Здесь не может быть гарантии того, что кадры будут доставлены в том же порядке, в каком были переданы (за исключением случаев соединения "точка-точка" или "арбитражное кольцо"). В этом классе допустимы схемы управления потоком "буфер-буфер" и "точка-точка". Этот класс характерен для локальных сетей, где время доставки данных не является критическим
Класс 3	Обмен дейтограммами без установления соединения и без гарантии доставки. Схема управления потоком "буфер-буфер". Применяется для каналов scsi
Класс 4	Обеспечивает выделение определенной доли пропускной способности канала с заданным значением качества обслуживания (QoS). Работает только с топологией fabric, где соединяются два порта типа n_port. При этом формируется два виртуальных соединения, обслуживающих встречные потоки данных. Пропускная способность этих соединений может быть различной. Как и в классе 1, здесь гарантируется порядок доставки кадров. Допускается одновременное соединение более чем с одним портом типа n_port. Используется схема управления потоком "буфер-буфер". Каждое виртуальное соединение управляется независимо с помощью сигнала-примитива fc_rdy
Класс 5	Предполагает изохронное обслуживание
Класс 6	Предусматривает мультикастинг-обслуживание в рамках топологии типа fabric. При этом используется стандартный адрес 0xfffff5. n_port становится членом мультикаст-группы путем регистрации по адресу 0xfffff8

Fibre Channel использует пакеты переменной длины (до 2148 байт ), содержащие до 2112 байт данных. Такая длина пакета заметно снижает издержки, связанные с пересылкой заголовков (эффективность 98%). С этой точки зрения в наихудшем положении оказывается ATM (83% эффективность 48 байт данных при 53-байтном пакете). Только FDDI превосходит Fibre Channel по этому параметру (99%). В отличие от других локальных сетей, использующих 6-октетные адреса, fibre channel работает с 3-байтовыми адресами, распределяемыми динамически в процессе выполнения операции login . Адрес 0xffffff зарезервирован для широковещательной адресации. Адреса же в диапазоне 0xfffff0-0xfffffe выделены для обращения к структуре fabric , мультикастинг-серверу и серверу псевдонимов (alias-server). n_port передает кадры от своего source_id (s_id) к destination_id (d_id). До выполнения операции fabric login s_id порта не определен. В случае арбитражного кольца применяются 3-октетные адреса al_pa, задаваемые при инициализации кольца. Для однозначной идентификации узлов используются 64-битовые имена-идентификаторы.

Формат пакетов в сетях Fibre Channel показан на рис. 14.7 . Здесь используются 24-битовые адреса, что позволяет адресовать до 16 миллионов объектов. Сеть может строить соединения по схеме " точка-точка ", допускается и кольцевая архитектура с возможностью арбитража (FC-al) и другие схемы (например fabric , допускающие большое число независимых обменов одновременно). Схема кольцевого соединения показана на рис. 14.8 . К кольцу может быть подключено до 128 узлов. Протокол Fibre Channel предусматривает 5 уровней, которые определяют физическую среду, скорости передачи, схему кодирования, форматы пакетов, управление потоком и различные виды услуг. На физическом уровне ( FC-ph , 1993 год) предусмотрены три подуровня. FC использует оптические волокна диаметром 62,5, 50 мкм и одномодовые. Для обеспечения безопасности предусмотрен опционный контроль подключенности оптического разъема ( OFC ). Для этого передатчик время от времени посылает короткие световые импульсы приемнику. Если приемник получает такой импульс, процесс обмена продолжается ( таблица 14.12 .).

Таблица 14.12.

FC-0	Определяет физические характеристики интерфейса и среды, включая кабели, разъемы, драйверы ( ECL , LED , лазеры), передатчики и приемники. Вместе с FC-1 этот уровень образует физический слой
FC-1	Определяет метод кодирования/декодирования (8B/10B) и протокол передачи, где объединяется пересылка данных и синхронизирующей информации
FC-2	Определяет правила сигнального протокола, классы услуг, топологию, методику сегментации, задает формат кадра и описывает передачу информационных кадров
FC-3	Определяет работу нескольких портов на одном узле и обеспечивает общие виды сервиса
FC-4	Обеспечивает реализацию набора прикладных команд и протоколов вышележащего уровня (например, для SCSI, IPI , IEEE 802, SBCCS, HIPPI , IP, ATM и т.д.)

Рис. 14.7.

FC-0 и FC-1 образуют физический уровень , соответствующий стандартной модели ISO .

Стандарт FC допускает соединение типа " точка-точка ", "арбитражное кольцо" и "структура" (верх, середина и низ рисунка 14.8). Кольцевая архитектура обеспечивает самое дешевое подключение. Система арбитража допускает обмен только между двумя узлами одновременно. Следует учесть, что кольцевая структура не предполагает применения маркерной схемы доступа . Когда подключенное к сети устройство готово передать данные, оно передает сигнал-примитив ARBX, где X - физический адрес устройства в кольце арбитража (al_pa). Если устройство получит свой собственный сигнал-примитив ARBX, оно получает контроль над кольцом и может начать передачу. Инициатор обмена посылает сигнал-примитив open (OPN) и устанавливает связь с адресатом. Время удержания контроля над кольцом не лимитируется. Если контроль над кольцом одновременно пытаются захватить два устройства, сравниваются значения X сигналов ARB. Устройство с меньшим al_pa получает преимущество, прибор с большим al_pa блокируется.

Прежде чем использовать кольцо, его нужно инициализировать (процедура LIP ), так чтобы каждый порт получил свой физический адрес (al_pa - один октет , что и определяет максимальное число портов в кольце арбитража). Процедура инициализации начинается сразу после включения питания посылкой сигнала -примитива LIP через порт l_port. Затем осуществляется выбор устройства, которое будет управлять процессом выбора al_pa.

Перед передачей октеты преобразуются в 10-битовые кодовые последовательности, называемые символами передачи ( кодировка IBM 8B/10B ). Логической единице соответствует больший уровень световой энергии.

Рис. 14.8.

В Fibre Channel предусмотрено два режима обмена: "буфер-буфер" и " точка-точка ". Передача данных осуществляется, только когда принимающая сторона готова к этому. Прежде чем что-либо посылать, стороны должны выполнить операцию login . В ходе выполнения операции login определяется верхний предел объема пересылаемых данных (credit). Значение параметра credit задает число кадров, которые могут быть приняты. После передачи очередного кадра значение credit уменьшается на единицу. Когда значение этой переменной достигает нуля, дальнейшая передача блокируется до тех пор, пока получатель не обработает один или более кадров и не будет готов продолжить прием. Здесь очевидна довольно тесная аналогия с окнами в протоколе TCP . Режим обмена "буфер-буфер" предполагает установление связи между портами N_Port и F_Port или между двумя N_Port. При установлении соединения каждая из сторон сообщает партнеру, сколько кадров она готова принять ( значение переменной BB_Credit). Режим " точка-точка " реализуется между портами типа N_Port. Предельное число кадров, которые сторона может принять, задается переменной EE_Credit. Эта переменная устанавливается равной нулю при инициализации, увеличивается на единицу при передаче кадра и уменьшается при получении кадра ACK Link Control . Кадр ACK может указывать на то, что порт получил и обработал один кадр , N кадров или всю последовательность кадров. (См. также Definitions of Managed Objects for the Fabric Element in Fibre Channel Standard . K. Teow. May 2000, RFC-2837.)

14.2. Параллельный сетевой интерфейс HIPPI

Все рассматриваемые до сих пор системы передачи информации использовали исключительно последовательный код. На разных этапах эволюции телекоммуникаций предпочтение отдавалось и параллельному, и последовательному методам обмена данными. В данный момент параллельный интерфейс сохранился только для подключения принтеров. Главным преимуществом последовательных схем передачи информации является экономия на кабелях. Ниже описан еще один стандарт, где применен параллельный интерфейс (начало разработки относится к 1987 году). HIPPI (High Performance Parallel Interface , см. ftp://ftp.network.com ; http://www.cern.ch/hsi/hippi/spec/introduc.htm ; RFC-2067, IP over HIPPI , J. Renwick; RFC-1374, IP and ARP on HIPPI , J. Renwick, ANSI x3t9.3/90-043, 1990 и X3t9.3/91-005) представляет собой быстродействующий параллельный интерфейс , рассчитанный на пропускную способность 800 Мбит/с (но возможны версии со 100, 200 400 и 1600 Мбит/с). Разработка интерфейса выполнена в Лос-Аламосе. Позднее на базе этого интерфейса была подготовлена идеология сети.

Длина кода, передаваемого за один такт в HIPPI , составляет 32 разряда (версия HIPPI , рассчитанная на скорость 1600 Мбит/с, имеет длину кода 64 бита). Все пересылки являются симплексными. Существует стандарт Superhippi (HIPPI -6400, 6,4 Гбайт/с), который описывает систему передачи данных, в 8 раз более быстродействующую, чем HIPPI . Разработана версия последовательного HIPPI на скорость обмена 1,2 Гбод для коаксиального и оптоволоконного кабеля (до 10 км; версия HIPPI -FC - fiber channel ). Максимальное расстояние между станцией и переключателем составляет 25 м. Максимальное расстояние между станциями ("станция- переключатель -станция") равно 50 м. Предельное число станций зависит от типа используемых переключателей. Переключатели могут взаимодействовать друг с другом (HIPPI -SC), обеспечивая информационный обмен между станциями. Пример топологии сети HIPPI представлен на

Примером FC SAN является даже прямое соединение между сервером и СХД т.к. на сервере используется FC HBA (подробнее в разделе Комоненты) внутри сервера. Недостаток direct – невозможно без остановки сервера подключить доп. СХД к серверу. Single-switch/dual-switch – подключение серверов к СХД через FC-коммутаторы, dual-switch, понятно, для отказоустойчивости/балансинга.

Преимущества FC SAN

Производительность (FC до 16гб/с), централизованное/гибкое управление, динамическая утилизация ресурсов, трафик не грузит LAN, масштабируемость, совместимость с SCSI устройствами хранения (особенно важно было при старте FC, не потребовало ничего менять на серверах).

Fibre Channel

Fibre Channel (FC) – стек протоколов типа TCP/IP. Правильно писать именно Fibre channel, а не Fiber. Есть теория, что так, потому что стандарт, в теории, поддерживает медные кабеля, помимо по факту везде используемых оптических.

FC описан в ряде стандартов, внизу скрин со стандартами в зависимости от уровня имплементации.

В стеке FC 5 уровней с похожей на TCP/IP схемой энкапсуляции:

• FC-0 – физика и сигнализация
• FC-1 – кодирование и декодирование
• FC-2 – соглашения по структуре данных
• FC-3 – сервисы – мало используется
• FC-4 – взаимодействие FC с другими высокоуровневыми протоколами – SCSI-3 (в основном) или IP, ATM. То есть FC может транспортировать IP-пакеты, а не только IP может FC-кадры переносить (iSCSI, подробнее в статье ).

Пример энкапсулиции SCSI команд в стек FC.

Адресация

Каждое устройство в сети Fiber Channel имеет уникальный номер WWN. WNN бывает двух видов, под оба выделено 64 бита, со своей частью под Vendor ID:

WWNN (World Wide Node Name) – идентификация хоста в FC сети.

WWPN (World Wide Port Name) – идентификация конкретного порта на конкретном хосте в FC сети. Применение похоже на применение MAC-адреса в сети Ethernet.

Не проверенная инфа из вебинара: при подключении устройства к сети FC на основе WWNN делается 24-битный адрес устройства WWPN из-за ограничения поля адреса в FC в 24 бита. Сопоставлением имен WWNN и WWPN занимаются FC-коммутаторы.

Логические топологии

В сетях FC бывают три варианта топологий:

• Point-to-point – прямое подключение двух устройств
• Arbitrated loop – кольцо FC через FC-хабы с возможностью подключения до 27 устройств. Старая схема, проблемы со скоростью и доступом к среде, малое количество устройств. В текущий момент не используется.
• Switched fabric – коммутируемая среда через FC-коммутаторы, вытеснило loop. До 16 миллионов устройств и 239 коммутаторов в одной FC сети.

Типы портов

Типы портов в FC-сетях:

• N_Port (Node Port) – порт оконечного устройства в сторону фабрики (свича)
• F_Port (Fabric Port) – порт фабрики (свича) в сторону оконечного устройства
• E_Port (Expansion Port) – порт в сторону другого FC-коммутатора
• G_Port (General Port) – универсальный порт. В зависимости от подключенного к нему устройства работает как F_Port или E_Port.
• NL_Port (NodeLoop Port) – порт оконечного устройства в сторону хаба в топологии arbitrated loop (Fabric)
• FL_Port (FabricLoop Port) – порт хаба в сторону оконечного устройства в топологии arbitrated loop (Node) или порт фабрики (свича) в сторону хаба и наборот

Компоненты сети хранения FC

• Storage device – устройство хранения (СХД, ленточные библиотеки)
• FC коммутаторы – промежуточные устройства (судя по вебинару есть так же FC роутеры), часто на них поднят iSNS сервер для работы (см. в статье )
• HBA (Host Bus Adapter) – по сути NIC сервера в FC SAN. Обычно HBA подключаются в PCI-e интерфейс на сервере/контроллере СХД. В FC используется оптика, поэтому HBA, помимо прочего, выполняет функцию преобразования электрических сигналов в оптические (и наоборот).
• Optical fiber – среда передачи

Подключение устройств Storage device () к сети FC делается через специальные FC порты на FC платах СХД. Это могут быть обычные FC платы или платы FCoe, с возможностью передачи FC-кадров через Ethernet (энкапсуляция FC в Ethernet).

FC коммутаторы имеют порты под SFP FC (или gbic/xfp). Только в редких случаях порты бывают не SFP, а с жесткой заточкой под определенный тип FC.

FC коммутаторы имеют поддержку Zoning – зонирование сети FC, что-то типо VLAN на Ethernet коммутаторах. Позволяет делить сеть FC на отдельные участки. Используется для упрощения администрирования, улучшения безопасности, увеличения производительности. Одно устройство может входить сразу в несколько зон.

Есть два основных режима зонирования :

• зонирование по портам или жесткое зонирование (port zoning/hard zoning) – порты закрепляются за зонами. Сопоставление port-zone настраивается на FC коммутаторе. Прямые операции по адресу между устройств разных зон запрещаются.
• зонирование по имени или мягкое зонирование (WWN zoning/soft zoning) – на основе WWNN серверу назначается зона. Сопоставление WWN-zone настраивается на FC коммутаторе. Прямые операции между устройств разных зон не запрещаются. Удобно использовать при частых подключениях устройств в разные порты. alias zoning – простой в настройке подвид soft zoning, WWNN для удобства сопоставляется придуманный тобой alias.

HBA бывают SCSI, FB. Имеют часто возможность вставления SFP. Бывают многопортовые HBA. Наиболее популярные вендоры: Brocade, Emulex, Qlogic.

Скорость и расстояние в технологии FC в зависимости от используемой Optical fiber. Расстояние от 0.5 метра до 50км (без использования промежуточных FC свичей). Лимит на минимальное сделан во избежание слишком мощного сигнала, в противном случае нужно ставить аттенюаторы. Скорость до 16Gbit/s. Внутри ЦОД чаще всего используют многомод. На многомоде расстояние до 500м, причем уменьшение скорости пропорционально увеличению расстояния.

Типичная отказоустойчивая схема подключения компонентов FC SAN : подключение СХД (два контроллера) к серверу (два HBA) через FC-свичи. Два коммутатора не только для отказоустойчивости/балансинга, но и потому, что “desing of Fibre channel SAN’s demands it. An FC SAN must consist of two separate networks called fabrics”. Можно и больше коммутаторов, подключенных как угодно (кольцо, звезда, full/partial mesh).

Multipath

При наличии нескольких портов на NIC/HBA на уровне отдельного софта или операционной системы может быть реализован функционал типа LAG. В терминологии сетей хранения это называется Multipath . В случае использования отдельного софта, софт должен быть совместим с текущей ОС. Если ОС не поддерживает Multipath нативно или софт который этот функционал предоставляет не поддерживает работы в этой ОС – один LUN может быть виден каждым портом хоста как отдельный LUN, а не единый.

Сравнение FC SAN с IP SAN и Конвергенция FC SAN и IP SAN

Вопросы

Posted on Author

В корпоративном сегменте для подключения СХД применяются четыре основных интерфейса, предоставляющих блочный доступ: SAS, iSCSI, FC и FCoE. Каждый их них обладает своими преимуществами и недостатками, и рекомендуется к использованию в определенных сценариях.

SAS (Serial Attached SCSI)

Текущая реализация в СХД: 4 канала по 12Gbps, разъем SFF-8644.

Плюсы:

• Цена . Совокупная стоимость решения на базе СХД с интерфейсом SAS, включая контроллеры для серверов и SAS кабели, является невысокой, а в случае высоконагруженных инсталляций — самой дешевой среди всех интерфейсов.
• Высокая скорость . В каждом кабеле проходят четыре независимых линии по 12Gbps, что дает общую пропускную способность в 48Gbps при четырех и более одновременных потоках.
• Низкая латентность . Среди всех интерфейсов именно SAS демонстрирует наименьшие задержки.

Минусы:

• Ограничение по количеству хостов . Современные СХД с интерфейсом SAS позволяют подключить не более 8 серверов (не более 4 с дублированием путей доступа).
• Ограничение по расстоянию . Типовые SAS кабели имеют длину 2-5 м (в исключительных случаях можно найти дорогостоящие кабели длиной максимум до 10-15 м), что заставляет размещать серверы и СХД в пределах одной или соседних стоек.
• Отсутствие коммутаторов . Направление SAS коммутации не развивается уже несколько лет, существующие на рынке коммутаторы не совместимы с современным оборудованием и ПО, и мы крайне не рекомендуем их рассматривать для новых инсталляций.

В качестве первой СХД с интерфейсом SAS идеальны для компаний, в которых планируется подключать 2-3 сервера и можно спрогнозировать расширяемость на ближайшие 3-5 лет (рекомендуемый срок жизни СХД) до суммарно не более 8 серверов. В случае значительного расширения ИТ-инфраструктуры можно будет приобрести еще одну СХД или провести апгрейд с заменой интерфейсных контроллеров.

SAS также востребован в небольших кластерах отказоустойчивости.

iSCSI (Internet Small Computer System Interface)

Текущая реализация в СХД: 1/10GBase-T (в медной среде) и 10GbE SFP+ (в оптической среде).

Плюсы медного 1/10GBase-T:

• Цена . Самая низкая стоимость базового решения - в любом сервере есть гигабитный Ethernet, не нужно никаких особых адаптеров и кабелей; простейшие коммутаторы обычно уже есть в компании.
• Простота внедрения . Знакомая для любого администратора архитектура, не требующая специфических знаний и навыков, зачастую является решающим фактором при выборе первой СХД.

Минусы медного iSCSI 1/10GBase-T:

• Высокая латентность . Медленный интерфейс с самыми большими задержками.
• Низкая скорость интерфейса 1GBase-T . Скорость интерфейса в 1Gbps не удовлетворяет требованиям большинства сегодняшних нагрузок.

Плюсы оптического iSCSI:

• Простота внедрения . Во многих компаниях уже существует инфраструктура под оптический Ethernet. Техническим специалистам не требуется дополнительно вникать в эту среду, высокая степень совместимости с уже имеющимся оборудованием делает данный вариант очень популярным.
• Удобство подключения . СХД с 10-гигабитной оптикой также хорошо себя показывает при прямом подключении. В этом случае получаем приемлемую латентность, достаточную производительность.
• Большие расстояния . Оптические интерфейсы позволяют строить территориально распределенные решения на расстоянии до нескольких километров.

Минусы оптического iSCSI:

• Высокая стоимость решения на большое количество подключений . При большом количестве подключений (более 8-10) с высокой нагрузкой (БД, VDI и др.) средние коммутаторы перестают справляться и появляется проблема узкого горлышка. В этом случае потребуется приобретать высокопроизводительный коммутатор (при отказоустойчивом подключении - два), который сможет обеспечить работу СХД. Стоимость каждого будет сопоставима с ценой СХД, что нивелирует все начальные преимущества кажущейся дешевизны.

СХД с оптическим 10GbE является удобным решением для большинства задач. Однако, следует закладывать достаточный бюджет на сопутствующую инфраструктуру.

FC (Fibre Channel)

Текущая реализация в СХД: 16Gbps, разъем SFP+.

Плюсы:

• Удобство использования . Все оборудование FC совместимо между собой, доставка пакетов гарантируется стандартом, латентность минимальная. Администрирование FC коммутации в большинстве случаев удобнее, чем IP-инсталляций аналогичных размеров.
• Высокая скорость . Все подключенные каналы линейно агрегируются, за счет чего всегда можно увеличить линейную скорость.
• Большие расстояния . Протокол FC позволяет строить решения на больших расстояниях.
• Построение решений на большое количество подключений. При количестве подключений к СХД более 8-10, решения на базе FC выигрывают по цене и производительности у других протоколов.

Минусы:

• Незнакомая архитектура . Fibre Channel может отпугивать тех, кто ранее не сталкивался с данным протоколом.
• Порог вхождения . Цена начального приобретения решения на базе протокола FC несколько выше, чем на iSCSI.

Прокол Fibre Channel был специально разработан для сетей хранения данных, является оптимальным по совокупности параметров цена/удобство/скорость и рекомендуется для подключения блочных СХД для любых задач, особенно требующих высоких скоростей (биллинг, базы данных и пр.)

При стремительном росте ИТ-инфраструктуры является оптимальным выбором, т.к. позволяет разделить сеть хранения и локальную сеть для лучшего управления настройками безопасности.

FC является самым надежным, наименее проблемным и хорошо зарекомендовавшим себя протоколом, поэтому является рекомендуемым в корпоративном и банковском секторе.

FCoE (Fibre Channel over Ethernet)

Текущая реализация в СХД: 10Gbps, разъем SFP+.

Плюсы:

• Удобство управления и надежность . FCoE, являясь конвергентным протоколом, сочетает в себе все преимущества удобства управления от протокола iSCSI и при правильной сетевой инфраструктуре надежность протокола FC.
• Универсальность . Позволяет через единый порт одновременно передавать пакеты FC и Ethernet, что позволяет универсализировать доступ к сетевым устройствам.

Минусы:

• Цена . Коммутаторы, интерфейсные карты и в целом решения на базе FCoE являются самыми дорогими.
• Сложность внедрения . Для того, чтобы воспользоваться преимуществами данного протокола, необходимо правильно настроить сетевые параметры, что немного сложнее, чем в стандартных Ethernet сетях с IP роутингом.

Интерфейс FCoE может быть интересен только для больших инсталляций (например, с блейд-серверами) и, несмотря на множество положительных отзывов, мало распространен.

Большинство вендоров поддерживают мультипротокольное подключение к дисковым массивам, позволяя одновременно подключаться по нескольким интерфейсам сразу. Приобретение такой системы обходится немного дороже, зато избавляет от дальнейших расходов в случае изменения требований, решаемых задач или архитектуры доступа к данным.

В 2017 году ожидаются поставки СХД со следующими поколениями интерфейсов: FC 32Gbps SFP+, iSCSI/FCoE 25Gbps SFP+/40Gbps QSFP+. Использование обновленных версий протоколов сохранит баланс текущих плюсов и минусов.

¦ Конверторы интерфейса Gigabit (Gigabit interface converters – GBIC) поддерживают последовательную и параллельную трансляцию передаваемых данных. Конверторы GBIC предоставляют возможность «горячего» подключения, т.е. включение/выключение GBIC не влияет на работу других портов. Конверторами используется 20-битовый параллельный интерфейс.

Модули линий Gigabit (Gigabit link modules – GLM) предоставляют функции, аналогичные GBIC, но для своей установки требуют отключения устройства. С другой стороны, они несколько дешевле, чем GBIC.

Адаптеры интерфейса носителя (Media Interface Adapters) используются для преобразования сигналов между медным и оптическим носителем и наоборот. Адаптеры интерфейса носителя обычно используются в адаптерах шины, но могут применяться и на коммутаторах и концентраторах.

Адаптеры малого формфйктора (Small Form Factor Adapters – SFF) позволяют размещать большее количество разъемов различных интерфейсов на плате определенного размера.

4.7.4 Устройства взаимодействия

Устройства взаимодействия соединяют между собой компоненты сетей хранения данных. К ним относятся различные устройства, начиная от дешевых концентраторов Fibre Channel и заканчивая дорогими, высокопроизводительными и управляемыми коммутаторами связной архитектуры. Эти устройства рассматриваются в разделах 4.7.4.1–4.7.4.3.

4.7.4.1 Концентраторы кольца Fibre Channel с разделением доступа

Концентраторы FC-AL представляют собой бюджетный вариант для подключения нескольких узлов Fibre Channel (устройств хранения данных, серверов, компьютерных систем, других концентраторов и коммутаторов) в кольцевую конфигурацию. Обычно в концентраторах предоставляется от 8 до 16 портов. Концентратор может поддерживать различные среды передачи, например медные или оптические.

Концентраторы Fibre Channel – это пассивные устройства, т.е. любое другое устройство в кольце не может обнаружить их присутствия. Концентраторы обеспечивают следующие возможности:

внутренние соединения, которые позволяют любому порту подключаться к любому другому порту;

возможность обхода порта, к которому подключено неправильно работающее устройство.

Самая большая проблема в работе портов связана с тем, что в текущий момент времени они могут поддерживать только одно подключение Fibre Channel. На рис. 4.7 показано, что, если порт 1 получил управление для установки сеанса с портом 8, ни один другой порт не сможет передавать данные, пока установленный сеанс не завершится.

Концентраторы могут быть подключены к коммутаторам связной архитектуры Fibre Channel (они рассматриваются в разделе 4.7.4.3) без модификации. Кроме того, можно создавать каскад концентраторов, соединив два концентратора кабелем.

Концентраторы FC-AL занимают лидирующее положение на рынке Fibre Channel, но в процессе снижения стоимости коммутаторы связной архитектуры Fibre Channel становятся все более популярными.

Концентраторы FC-AL создаются такими компаниями, как Gadzoox Networks, Emulex и Brocade.

4.7.4.2 Коммутаторы кольца Fibre Channel с разделением доступа

Самое значительное преимущество коммутаторов FC-AL

перед концентраторами состоит в одновременной поддержке нескольких подключений, тогда как концентраторы поддерживают только одно подключение в текущий момент времени (рис. 4.8).

Рис. 4.7. Концентратор Fibre Channel

Рис. 4.8. Коммутатор Fibre Channel

Возможность одновременной поддержки нескольких подключений связана с определенными сложностями. Устройства, подключенные к коммутатору кольца, даже не «подозревают» о своей роли. Коммутаторы кольца участвуют как в передаче данных, так и в адресации кольца. Ниже приводится дополнительная информация по этому вопросу, а также рассматривается роль коммутаторов в сетях хранения данных и методы, с помощью которых поставщики добавляют новые функции к своим продуктам.

Коммутаторы кольца и передача данных

Сервер, который намерен получить доступ к устройству хранения данных, должен отправить арбитражный запрос на управление кольцом. В нормальном кольце FC-AL на базе концентратора каждое устройство получает

арбитражный пакет до его возвращения адаптеру шины сервера, благодаря чему сервер получает контроль над кольцом. Коммутатор кольца отправит ответ об успешном получении управления немедленно, не отправляя запросы другим узлам. На этом этапе адаптер шины отправит базовый пакет Open, предназначенный для порта устройства хранения, который будет передан коммутатором кольца. Если порт в это время не выполняет передачи данных, особых проблем не должно возникнуть. В противном случае возможно появление конфликтных ситуаций. Для решения этой проблемы коммутатор кольца должен предоставить буфера для временного хранения кадров, предназначенных для порта 7. Некоторые поставщики коммутаторов предоставляют для этих целей 32 буфера на каждый порт.

Коммутаторы кольца и адресация FC-AL

Концентраторы FC-AL не играют роли в назначении адресов устройствам, а только передают базовые кадры адресов по кольцу. То же можно сказать и о большинстве коммутаторов. Однако некоторые устройства могут настаивать на получении определенного адреса. Некоторые концентраторы имеют возможность управлять порядком инициализации портов, что позволяет определенному порту инициализироваться первому, после чего устройство будет подключено к требующемуся порту.

Коммутаторы и инициализация кольца

Протокол FC-AL требует повторной инициализации кольца при подключении, отключении или повторной инициализации устройства. Такая инициализация кольца может привести к нарушению существующей связи между другими двумя устройствами. Некоторые производители коммутаторов предоставляют возможность выборочно экранировать и передавать пакеты LIP (Loop Initialization Primitives). Эта операция предназначена для минимизации проблем, сокращения времени повторной инициализации кольца и по возможности сохранения существующих сеансов передачи данных. В то же время необходимо обеспечить уникальность адресов устройств.

Если все устройства принимают участие в повторной инициализации кольца, дублирования адресов не происходит, так как устройства «защищают» свои адреса. Но, если некоторые устройства не принимают участия в повторной инициализации кольца, необходимо предотвратить назначение уже распределенных адресов устройствам, принимающим участие в повторной инициализации кольца. Уникальность адресов обеспечивается дополнительной логикой коммутатора кольца. При добавлении устройства хранения пакет LIP должен быть отправлен на сервер, однако LIP не требуется передавать устройствам хранения, которые никогда не устанавливают связь с другими устройствами хранения данных.

Некоторые устройства хранения могут устанавливать связь непосредственно с другими устройствами хранения, что используется для резервного копирования данных. Дополнительная информация об операциях копирования приводится в главе 5.

Коммутаторы кольца и связная архитектура

Если все устройства в кольце «знают» о связной архитектуре, коммутатор кольца передает обычным образом необходимые кадры, например кадры Fabric Login. Если устройства в кольце не поддерживают связную архитектуру, коммутатор кольца должен самостоятельно выполнять достаточно большой объем работы.

Коммутаторы кольца некоторых поставщиков не поддерживают каскадирование. Кроме того, некоторым коммутаторам кольца требуется обновление прошивки перед подключением к коммутаторам связной архитектуры. Ряд коммутаторов следует модернизировать для полной поддержки связной архитектуры перед их подключением к SAN.

Коммутаторы FC-AL производятся такими компаниями, как Brocade, McDATA, Gadzoox Networks, Vixel и QLogic.

4.7.4.3 Коммутаторы связной архитектуры Fibre Channel

Коммутаторы связной архитектуры Fibre Channel (Fibre Channel Fabric Switches – FC-SW) обеспечивают несколько выскоскоростных сеансов связи одновременно со всеми устройствами. На данный момент основные коммутаторы поддерживают быстродействие порядка 1 Гбит/с, в то время как скорость в 2 Гбит/с также перестает быть диковинкой. В основном коммутаторы связной архитектуры в пересчете на один порт стоят дороже, чем концентраторы и коммутаторы FC-AL, но они предоставляют намного больше функциональных возможностей.

Коммутаторы связной архитектуры более эффективны в сравнении с концентраторами и коммутаторами FC-AL. Например, коммутаторы предоставляют специальные службы, описанные выше, обеспечивают управление потоком с помощью базовых пакетов управления, а также, что гораздо важнее, некоторые коммутаторы способны эмулировать функции FC-AL для обеспечения обратной совместимости с более старыми устройствами.

Некоторые коммутаторы связной архитектуры поддерживают маршрутизацию без буферизации. Суть ее в том, что при получении заголовка кадра коммутатор быстро находит заголовок точки назначения, пока кадр все еще принимается. Преимущество такого подхода – снижение задержек при доставке кадра и отсутствие необходимости хранения содержимого кадра в памяти буфера. А недостаток заключается в немедленной передаче всех кадров, включая поврежденные.

Коммутаторы связной архитектуры играют важную роль в безопасности сетей хранения данных на основе Fibre Channel, что описывается более подробно в главе 7.

4.7.4.4 Сравнение трех устройств подключения

В табл. 4.5 приведены функциональные возможности и различия между тремя типами устройств Fibre Channel.

4.7.4.5 Мосты и маршрутизаторы

Как в этой главе, так и во всей книге термины мосты (bridges) и маршрутизаторы (routers) не относятся к традиционным мостам Ethernet и маршрутизаторам IP. В данном случае под мостами и маршрутизаторами подразумеваются устройства для Fibre Channel, а не для сетевых протоколов 2-го и 3-го уровней.

Мосты –¦ это устройства, обеспечивающие взаимодействие между Fibre Channel и устаревшими протоколами, например SCSI. Мосты Fibre Channel- SCSI позволяют сохранить существующие инвестиции в устройства хранения SCSI. Такие мосты поддерживают интерфейсы SCSI и Fibre Channel и преобразуют данные двух протоколов. Таким образом, новый сервер с установленным адаптером шины Fibre Channel может получить доступ к существующим устройствам хранения SCSI. Мосты предоставляют интерфейс между параллельной шиной SCSI и интерфейсом Fibre Channel. Маршрутизаторы обладают аналогичными возможностями, но для нескольких шин SCSI и интерфейсов Fibre Channel. Маршрутизаторы систем хранения данных, или «интеллектуальные» мосты, предоставляют такие дополнительные возможности, как маскировка и отображение LUN, а также поддерживают команды SCSI Extended Сору. В качестве устройств, передающих данные, маршрутизаторы применяют команды Extended Сору для использования библиотеками хранения, что позволяет копировать данные между указанным целевым устройством и подключенной библиотекой. Эта функция также называется независимым резервным копированием (без сервера).

В качестве примера производителей маршрутизаторов и мостов можно привести такие компании, как Crossroads Systems, Chaparral Network Storage, Advanced Digital Information Corporation (ADIC после приобретения Path- light) и MTI.

4.8 Методы управления Fibre Channel

В предыдущих разделах рассматривались аппаратные элементы, формирующие сети хранения данных. В работе SAN также участвует немало различных программ, в основном предназначенных для управления, обеспечения безопасности, резервного копирования и восстановления данных. В разделах 4.8.1 и 4.8.2 рассматривается ряд концепций, необходимых для управления SAN и обеспечения безопасности данных. По сути, эти концепции предоставляют собой «сердце» SAN.

В ситуации, когда одна сеть содержит несколько компьютеров и единиц хранения данных, желательно ограничить влияние некоторых компьютеров (в терминологии Fibre Channel они называются узлами) до определенных подсистем хранения и некоторых единиц в рамках этих подсистем. Это имеет особый смысл в том случае, когда узел работает под управлением Windows NT, которая требует монтирования каждого обнаруженного устройства. С другой стороны, у UNIX есть таблица монтирования, благодаря чему монтируются только устройства, непосредственно указанные в таблице. Даже при использовании узлов под управлением UNIX желательно ограничить доступ из соображений обеспечения безопасности и для снижения вероятности повреждения данных. Доступ может быть ограничен тремя различными типами функций отображения и зонирования.

Базовая функция, реализованная в рамках узла; возможно, средствами программного драйвера адаптера шины.

Функция коммутатора.

Функция на уровне подсистемы хранения данных.

4.8.1 Зонирование

Термин зонирование связан с коммутаторами. Зонирование позволяет одним портам коммутатора подключаться только к заранее определенным портам. В некоторых случаях зонирование может ограничивать распространение управляющих кадров Fibre Channel; например, при появлении в кольце нового устройства хранения можно ограничить распространение кадра LIP среди других устройств.

С функциональной точки зрения зонирование дает возможность некоему компьютеру непосредственно подключаться к определенной подсистеме хранения данных. Недостаток такого подхода состоит в предоставлении всех ресурсов SAN для одного компьютера, который обычно не в состоянии полностью их использовать. В частности, зонирование не позволяет совместно загружать канал доступа сети или применять ресурсы подсистемы хранения данных.

Рис. 4.9. Зонирование SAN

Зонирование можно воспринимать в качестве аналога конфигурирования порта IP для маршрутизатора с поддержкой брандмауэра. Еще одним примером может быть настройка виртуальных локальных сетей (VLAN) в существующей физической локальной сети. В виртуальной локальной сети только некоторые устройства «видят» друг друга, даже если в той же физической локальной сети находятся и другие устройства. Точно так же зонирование ограничивает возможности компонентов SAN (особенно инициаторов), предоставляя ограниченные данные об определенных единицах хранения и возможность доступа к ним, даже если в этой же физической сети хранения данных размещены и другие устройства хранения.

На рис. 4.9 демонстрируется концепция зонирования. Сеть хранения данных имеет три сервера и три единицы хранения. Различными оттенками указываются разные зоны.

Имена LUN могут совместно использоваться программным обеспечением файловой системы SAN. В этом программном обеспечении один или несколько серверов работают как серверы метаданных. Программное обеспечение устанавливается на клиентском компьютере (на компьютере, который желает получить доступ к файлам в сети хранения данных) и на сервере метаданных. Метаданные предоставляют клиентскому компьютеру информацию для отображения логического смещения в файле на физический номер блока указанного устройства. Это позволяет клиентскому компьютеру непосредственно получать доступ к файлу через SAN, без переноса данных через сервер. При достаточно грамотной организации обычные разрешения для файлов на

клиентском компьютере будут относиться и к файлам, хранящимся удаленно, что не требует от администратора дополнительных действий по настройке разрешений на совместный доступ к файлам.

Можно определить несколько зон, причем один узел имеет возможность входить в несколько зон одновременно; таким образом, некоторые зоны будут перекрываться. Зонирование выполняется несколькими способами.

Зонирование по номеру порта. Преимущество такого подхода – эффективность. Если устройство, подключенное к порту, заменено другим устройством, повторная настройка не потребуется.

Зонирование по имени WWN. Осуществляется путем указания имен WWN, которые входят в одну зону. Некоторые WWN могут быть указаны в нескольких зонах. Преимущество состоит в безопасности, которая, однако, достигается за счет эффективности. Изменения в конфигурации могут потребовать перезагрузки сервера.

Программное зонирование. Проводится средствами сервера имен (программного обеспечения), который выполняется на коммутаторе. Для программного зонирования могут использоваться номера портов, WWN или комбинация этих параметров. Сервер имен содержит базу данных, в которой хранятся WWN, номера портов и идентификаторы зон.

Аппаратное зонирование. Осуществляется с помощью таблицы маршрутизации, которая хранится на коммутаторе. Аппаратное зонирование выполняется на основе WWN и не принимает во внимание номера портов.

4.8.2 Маскировка LUN

Ресурсы хранения могут быть «разделены» на несколько вложенных единиц (субъединиц), которые называются номером логического устройства (logical unit number – LUN). Стандарт SCSI-2 поддерживает до 64 LUN на одно устройство.

С функциональной точки зрения маскировка LUN позволяет определенному компьютеру получить доступ к конкретной субъединице на некой системе хранения данных. Однако гораздо важнее то, что с помощью этого способа можно запретить доступ к определенным LUN для некоторых компьютеров или серверов. Маскировка LUN дает возможность совместно использовать ресурсы хранилищ данных и (неявно) пропускную способность сети, однако непосредственно LUN совместно использоваться не может. Для совместного использования одного LUN несколькими компьютерами необходима файловая система с дополнительными возможностями, которая описана в главе 6.

Маскировка LUN необходима для гарантирования целостности данных в среде SAN. Обратите внимание: маскировка LUN – это средство обеспечения безопасности на уровне дисков, но не обязательно на уровне файлов. В последнем случае (на уровне файлов) потребуется дополнительное программное обеспечение.

Маскировка LUN предоставляет дополнительные возможности, в частности номера LUN могут быть переназначены другим компьютерам. Существует несколько способов обеспечения маскировки LUN. Каждый способ обладает своими достоинствами и недостатками. Обычно, маскировка выполняется средствами:

аппаратного обеспечения адаптера шины;

аппаратного обеспечения коммутатора Fibre Channel;

аппаратного обеспечения устройства хранения Fibre Channel;

программного обеспечения узла.

Эти варианты рассматриваются в разделах 4.8.2.1–4.8.2.4.

4.8.2.1 Маскировка LUN средствами BIOS адаптера шины

В BIOS адаптера шины осуществляется маскировка всех LUN, которые не отображены в таблице BIOS адаптера шины. Таким образом, узел (с установленным адаптером шины) попросту не «замечает» существования LUN, которые он и не должен «видеть».

Недостаток такого метода состоит в необходимости проведения корректной настройки; кроме того, метод не обязателен к применению. Все системы, адаптеры шины которых настроены неправильно или не поддерживают описываемую функцию, могут получить доступ к тем LUN, к которым доступ на самом деле нежелателен. Еще одна проблема заключается в сложности динамического управления и перенастройки подобных систем.

4.8.2.2 Маскировка LUN коммутаторами Fibre Channel

Коммутаторами Fibre Channel зонирование проводится достаточно просто. Входящий пакет передается или не передается дальше, что зависит от адресов исходного порта и порта назначения. Маскировка LUN возлагает дополнительную нагрузку на коммутаторы Fibre Channel, поскольку коммутатору приходится проверять первые 64 байта каждого пакета данных. Это приводит к снижению производительности большинства коммутаторов Fibre Channel, поэтому описываемая функция обычно не реализуется.

4.8.2.3 Маскировка LUN контроллерами подсистем хранения данных Fibre Channel и маршрутизаторами

Этот метод маскировки LUN является принудительным для подключенных узлов или требует от узла минимального участия. Маскировка LUN реализуется контроллером подсистемы хранения данных или маршрутизатором (с помощью соответствующей прошивки). Эти устройства настроены на поддержку таблицы имен WWN адаптера шины, отображённых на номера LUN, к которым им (контроллеру или маршрутизатору) разрешен доступ. Значительное преимущество такого подхода заключается в формировании конфигурации, независимой от промежуточных коммутаторов или концентраторов.

Недостаток метода заключается в закрытой реализации этой технологии каждым поставщиком и сложности создания единой консоли управления для перенастройки или даже получения информации о текущих параметрах, хотя каждый поставщик предоставляет интерфейсы для управления связками WWN-LUN.

К поставщикам систем, поддерживающим эту технологию, относятся Crossroads Systems, EMC, Dot Hill и HP (в продуктах Storage Works). Поставщики присваивают реализации технологии собственные названия; например, компания Crossroads называет это Access Controls, а компания HP в продуктах StorageWorks выбрала название Selective Storage Presentation.

4.8.2.4 Маскировка LUN программным обеспечением узла

Маскировка LUN выполняется. программным обеспечением узла, в частности кодом драйвера устройства. Код должен работать в режиме ядра, так как основная идея заключается в том, чтобы предотвратить доступ операционной системы к LUN, а операционная система сделает"это еще до запуска первого приложения пользовательского режима.

Такая маскировка может выполняться в виде функции операционной системы или вне системы. За неимением конкретного решения от Microsoft некоторые поставщики добавили необходимый код в драйвер адаптеров шины. Обычно драйвер выдает команду Report LUNs каждому устройству, подключенному к шине, и перед предоставлением списка LUN системе Windows NT драйвер «вырезает» LUN из списка на основе дополнительно запрошенных данных (например, информации системного реестра Windows NT), таким образом «скрывая» некоторые LUN от Windows.

Основная проблема такого метода – необязательная настройка, а следовательно, необходимость частичного участия узла в процессе маскировки LUN. Это означает, что компьютеры, не имеющие модифицированного драйвера адаптера шины, не принимают участия в маскировке LUN. Кроме того, присутствуют и проблемы масштабирования, так как в особенно больших сетях хранения данных сложно настроить каждый сервер и каждый адаптер шины сервера. Что касается преимуществ, то LUN может эффективно использоваться несколькими серверами.

Описываемая функция реализуется в продуктах компаний Emulex, Dell и JNI.

4.8.2.5 Маскировка LUN и будущее Windows NT

На данный момент существует информация, что Microsoft работает над реализацией возможностей маскировки LUN в драйвере порта. Тем не менее такая возможность отсутствует в Windows Server 2003. Преимущество использования драйвера порта состоит в постоянном присутствии драйвера. порта в памяти, поэтому время, в течение которого компьютер не будет принимать участие в маскировке LUN, существенно снижается. Вероятность загрузки неправильного драйвера порта намного ниже, чем вероятность загрузки неправильного драйвера порта и мини-порта. Судя по предварительным прогнозам, если описываемая функция будет реализована в Windows, администратор получит возможность самостоятельно определять и изменять список LUN, видимых для сервера; при этом список может быть изменен временно. В последнем случае изменения не будут сохраняться после перезагрузки сервера.

4.9 Обеспечение взаимодействия устройств Fibre Channel

Призыв «Покупатель, берегись!» хорошо описывает состояние взаимодействия устройств в мире Fibre Channel.

Можно сказать, что большинство проблем во взаимодействии конфигураций FC-AL связаны с устройствами хранения, адаптерами шины, коммутаторами FC-AL и поставщиками маршрутизаторов. Поставщики устройств проводят серьезное тестирование своих продуктов, но, хотя теоретически взаимодействие с другими устройствам и должно быть гарантировано, на практике для получения результата требуется немало дополнительного тестирования и настроек различных параметров. Рекомендуется использовать конфигурации, которые были протестированы поставщиком или продавцом готовых решений SAN.

Наибольшая проблема состоит в отсутствии гарантированного соответствия промышленным стандартам. Более того, даже соответствие стандартам также не обеспечивает 100%-ного взаимодействия.

Поставщики готовых решений, такие, как IBM, HP и EMC» создают лаборатории для тестирования взаимодействия различных устройств и проводят собственную сертификацию. До определенной степени другие поставщики поступают аналогично. Рекомендуется использовать именно такие сертифицированные решения, что позволяет избежать проблем, часто возникающих при добавлении новых, не сертифицированных поставщиком устройств.

Хотя немало сетей хранения данных на основе Fibre Channel обеспечивают быстродействие 1 Гбит/с, в последнее время в продаже появились устройства, поддерживающие скорость 2 Гбит/с. Новые устройства – новые проблемы. В стандартах, которым следуют производители, поддерживается скорость 2 Гбит/с, однако устройства автоматически переходят на скорость 1 Гбит/с, если на этой скорости работают другие устройства в сети. Дело в том, что сети хранения данных на базе Fibre ^ Channel должны работать на скорости самого медленного устройства в сети. Таким образом, даже единственное устройство, работающее на скорости 1 Гбит/с, заставит всю сеть хранения данных работать на этом уровне быстродействия.

4.10 Сложности практической реализации

Сети хранения данных на основе Fibre Channel эмулируют прямое подключение устройства хранения данных к серверу, даже если устройство на самом деле подключено через коммутатор. Таким образом, в контексте Windows доступ к устройствам Fibre Channel осуществляется с помощью драйверов SCSIPort или Storport, описанных в главе 2. Таким образом, особенности работы с хранилищем, подключенным непосредственно к серверу (DAS), имеют отношение и к SAN.

Новая модель драйверов Storport предоставляет массу функциональных возможностей, включая оптимизацию ввода-вывода и управление пропускной способностью сети, однако системные администраторы и ответственные лица в информационных отделах компаний должны обратить внимание на тот факт, что модель драйверов Storport поддерживается исключительно в Windows Server 2003. Принявшим решение об использовании платформы Windows стоит изучить планы поставщика устройств хранения данных относительно перехода на модель Storport. В то же время необходимо обратить внимание на реализацию поддержки этих устройств на базе платформы Windows 2000, включая подробности реализации драйвера устройства. Это особенно важно для определения адекватности пропускной способности устаревающей модели драйверов SCSIPort, если поставщик будет продолжать ее применение. Кроме того, необходимо узнать, предоставляет ли поставщик собственную архитектуру SAN, без модели драйверов SCSIPort, а также сертифицировано ли это решение и поддерживается ли оно всеми заинтересованными сторонами. Наконец, обратите внимание на планы поставщика по переходу на модель драйверов Storport для Windows Server 2003.

Маскировка LUN на данный момент не поддерживается в продаваемых версиях Windows, причем выпуск Windows Server 2003 не изменил ситуации. Прежде чем приобретать новое программное и аппаратное обеспечение, выясните, какую технологию использует поставщик для реализации маскировки LUN и насколько она подходит для работы в среде Windows.

4.11 Резюме

Сети хранения данных Fibre Channel составляют существенную часть корпоративных подсистем хранения данных. Технология Fibre Channel может внедряться в виде недорогих конфигураций на основе кольца или на базе набирающей популярность топологии коммутируемой связной архитектуры.

Операционная система Windows Server 2003 поддерживает устройства Fibre Channel с помощью драйвера Storport, предоставляемого поставщиком аппаратного обеспечения. Поставщик вместо этого может предоставить ми- ни-драйвер порта SCSI, но в таком случае преимущества драйвера Storport (например, повышенная производительность и обработка ошибок) окажутся недоступными для пользователей. Операционная система Windows 2000 и предыдущие ее версии поддерживают устройства Fibre Channel посредством мини-драйвера SCSIPort, предоставляемого поставщиками аппаратного обеспечения.

Несмотря на то что Windows NT поддерживает технологию маскировки LUN и зонирования, базовая поддержка маскировки LUN в Windows NT отсутствует. Маскировка LUN в Windows NT может быть реализована в драйвере от поставщика аппаратного обеспечения.

Примечания:

ISO - International Organization for Standardization (Международная организация по стандартизации);

OSI - Open System Interconnection (взаимодействие открытых систем).

В настоящий момент существует несколько различных физических стандартов, и тот факт, что используется лишь три базовых типа кабелей (медные, одно- и многомодовые), не означает наличия трех типов физических разъемов. Кроме того, эти типы применяются и в других интерфейсах, например Gigabit Ethernet.

Дмитрий Ганьжа
ответственный редактор LAN

Краткий общий обзор технологии Fibre Channel.

Если говорить кратко, Fibre Channel представляет собой сверхвысокоскоростную (до 1 Гбит/с и выше) схему полнодуплексной передачи данных с малой задержкой (10-30 мкс) на расстояния до 10 км. Она в равной мере может использоваться и как технология ввода/вывода, и как технология локальной сети.

В названии технологии ("волоконный канал", как можно было бы перевести Fibre Channel на русский язык) оба слова не вполне соответствуют действительности. Физической средой передачи может быть не только оптическое волокно, но и коаксиал, и витая пара, а архитектура представляет собой смесь канальной и сетевой топологии!

УРОВНЕВАЯ МОДЕЛЬ

По сути, Fibre Channel составляет целый комплекс стандартов, многие из которых разрабатываются независимо. Они представляются в виде пятиуровневой модели (см. Рисунок 1), причем каждый из этих уровней, по мысли разработчиков, должен реализовываться в виде отдельных аппаратных компонентов. Эта модель не имеет прямого соответствия с эталонной моделью OSI. Однако, как мы увидим ниже, первый и второй уровни (точнее, нулевой и первый - FC-0 и FC-1) Fibre Channel соответствуют физическому уровню OSI, а третий (второй - FC-2) уровень - подуровню MAC канального уровня OSI.

Уровень FC-0 описывает физические характеристики и возможные типы интерфейсов и среды передачи, в том числе кабели, соединители, излучатели, передатчики и приемники. FC-1 определяет схему кодирования и декодирования сигнала 8B/10B. FC-2 выполняет основные функции Fibre Channel, в том числе сигнализацию, т. е. установление соединения между отправителем и получателем; сегментацию, сборку и упорядочивание передаваемых кадров; контроль потоков с помощью схемы скользящего окна, обнаружение и исправление ошибок; реализацию сервисных классов. Все вместе эти три уровня образуют так называемый физический уровень Fibre Channel (Fibre Channel Physical, FC-PH).

FC-3 описывает общие процедуры (хотя, наверно, их было бы правильнее назвать специальными) для таких особых ситуаций, как запись данных с чередованием на дисковый массив или многоадресная рассылка через видеосервер. FC-4 обеспечивает преобразование различных сетевых протоколов и приложений для их реализации поверх Fibre Channel. Как можно видеть из Рисунка 1, Fibre Channel способен поддерживать самые разные по своей природе сетевые протоколы, интерфейсы ввода/вывода и приложения.

ТОПОЛОГИЯ

Fibre Channel определяет три топологии (см. Рисунок 2), а именно "точка-точка" (Point-to-Point), "арбитражная петля" (Arbitrated Loop) и "коммутирующая структура" (Fabric).

Простейшей топологией является, очевидно, "точка-точка". Она состоит из двух устройств Fibre Channel и прямого соединения между ними. Одно волокно связывает приемник на одном устройстве с передатчиком на другом устройстве, а второе - передатчик с приемником. (В этой статье под волокном мы будем подразумевать как оптическое волокно, так и отдельную витую пару и жилу коаксиального кабеля.) Оба устройства могут, естественно, использовать всю пропускную способность соединения, но при этом они должны работать на одной скорости.

Наиболее распространенной и вместе с тем наиболее сложной топологией является арбитражная петля. Она позволяет подключить по кольцу до 127 портов без использования коммутатора. Однако, в отличие от двух других топологий, пропускная способность является разделяемой, т. е. в один конкретный момент времени только два устройства могут взаимодействовать друг с другом. В случае конкуренции за доступ к среде передачи между несколькими устройствами арбитраж выигрывает устройство с наименьшим адресом. Все устройства в петле должны функционировать на одной скорости. Петля может подключаться к порту коммутатора, но только к одному.

За неимением лучшего русскоязычного термина мы будем называть топологию Fabric коммутирующей структурой. Коммутируемая топология предусматривает использование коммутатора(-ов), но позволяет за счет этого подключить свыше 16 млн устройств. К коммутатору могут подключаться устройства с разными скоростями передачи и по разным физическим средам.

ТИПЫ ПОРТОВ

В зависимости от типа устройства, своего назначения и поддерживаемой топологии порты делятся на несколько типов. Порт Fibre Channel на конечном устройстве (сервере, дисковом массиве, принтере и т. п.) называется "узловой порт" (Node Port, N_Port). Порт на коммутаторе, к которому подключается узловой порт, называется "коммутирующий порт" (Fabric Port, F_Port). Если же эти порты могут подключаться к арбитражной петле, то они маркируются дополнительно буквой L от английского loop, т. е. "петля". Таким образом, соответствующие порты на узле и коммутаторе будут обозначаться как NL_Port и FL_Port.

Помимо F_Port коммутатор может иметь еще и порт расширения (Expansion Port, E_Port). Этот порт предназначен для подключения одного коммутатора к другому. Если к порту расширения может быть подключен не только другой коммутатор, но и узел, то такой порт именуется универсальным портом (Generic Port, G_Port). При условии, что он поддерживает арбитражную петлю, универсальный порт может маркироваться как GL_Port.

РАЗНОВИДНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ

Помимо разделения пропускной способности арбитражная петля имеет и другие недостатки. В частности, при отказе адаптера на каком-либо устройстве или разрыве в соединяющем кабеле петля оказывается полностью неработоспособной. Кроме того, при добавлении нового устройства вся петля должна быть инициализирована заново (чтобы подключенное устройство могло получить адрес), причем эта процедура может занимать достаточно много времени.

Эти проблемы можно решить за счет использования концентраторов Fibre Channel. Кроме того, физическая топология "звезда" (хотя логически это по-прежнему кольцо), как правило, гораздо удобнее с точки зрения подключения узлов, чем кольцо. Обычно концентраторы имеют не более 10 портов. Однако это ограничение легко преодолеть за счет каскадного подключения концентраторов. Правда, как показывает практика, оптимально арбитражная петля функционирует, когда число узлов не превышает 30.

Отказоустойчивость концентраторов к разрывам петли достигается за счет применения схемы обхода портов (Port Bypass Circuit, PBC). PBC позволяет автоматически обнаружить наличие узла и включить его в петлю. Аналогично PBC обнаруживает отказ узла и исключает его из петли (PBC также может быть реализована на уровне внутренней шины дискового массива). Наиболее продвинутые концентраторы поддерживают удаленное управление и другие развитые функции.

Как и в случае других сетевых технологий, коммутаторы Fibre Channel являются существенно более дорогими устройствами, чем концентраторы Fibre Channel. В отличие от концентраторов, они позволяют предоставить узлу выделенную пропускную способность и, как уже упоминалось, создавать топологии с несравнимо большим числом узлов (224). Кроме того, коммутаторы могут иметь порты с поддержкой разных скоростей и сред передачи.

Коммутатор Fibre Channel, по сути, объединяет два типа коммутаторов в одном устройстве, так как поддерживает коммутацию как с установлением соединения, так и без оного (условно говоря, он обладает чертами как телефонного коммутатора каналов, так и локально-сетевого коммутатора кадров). Некоторые производимые коммутаторы осуществляют только коммутацию каналов (как первый появившийся на рынке коммутатор компании Ancor Communications), другие же - только коммутацию кадров.

Коммутаторы Fibre Channel просты в установке и использовании благодаря самоконфигурации и самоуправлению. При подключении узла к коммутатору он регистрируется на коммутаторе и согласует с ним взаимоприемлемые параметры. При подключении коммутатора к коммутатору они определяют конфигурацию и адреса. Все операции осуществляются автоматически. В случае универсального порта (GL_Port) коммутатор также сам устанавливает, к чему он подключен - к другому коммутатору, к петле или к узлу.

Однако для организации взаимодействия между устройствами в нескольких петлях дешевле использовать не коммутатор, а коммутирующий (или гибридный) концентратор. Наиболее редко встречающимся устройством является маршрутизатор Fibre Channel (хотя, возможно, более правильно было бы называть его мостом). Он позволяет подключить сеть Fibre Channel к другой среде передачи, например к SCSI или Ethernet.

До сих пор мы говорили о, так сказать, структурообразующих устройствах Fibre Channel. Однако самыми распространенными устройствами являются, естественно, адаптеры Fibre Channel. Без них никакой узел не смог бы взаимодействовать с коммутирующей структурой Fibre Channel. Одни и те же адаптеры могут служить для соединения как с локальной сетью (другими узлами), так и с периферией. Это позволяет, в частности, сократить число необходимых слотов ввода/вывода. Большинство адаптеров выпускается для шины PCI. Часто вместе с адаптерами используются "гигабитные переходники" (GigaBit Interface Converter). Они служат для преобразования оптических сигналов в электрические и обратно.

КЛАССЫ СЕРВИСА

Коммутаторы и узлы могут поддерживать один или более видов сервиса. Никакой ручной настройки не требуется, так как общие поддерживаемые коммутаторами и узлами сервисы определяются во время процедуры регистрации. Благодаря сервисам Fibre Channel может поддерживать множество различных приложений. Сервисы делятся на классы. Основными являются Классы 1, 2 и 3. Всего же Fibre Channel имеет 6 или 7 разных видов сервиса (такая неопределенность связана с тем, что Класс 5, видимо, так и не будет определен, а Класс Intermix не имеет собственного номера и часто не рассматривается как отдельный вид сервиса).

Класс 1 соответствует сервису с установлением соединения и гарантированной доставкой. Соединение через коммутирующую структуру (совокупность коммутаторов) устанавливается за несколько микросекунд. Соединение является выделенным, так что никакое иное устройство не может связаться с портами получателя и отправителя, пока соединение не будет закрыто. Гарантированная доставка обеспечивается за счет подтверждения получения. Наилучшим образом этот класс сервиса подходит для обмена большими объемами данных, в частности для резервного копирования, графических приложений и взаимодействия между суперкомпьютерами.

Класс 2 представляет сервис без установления соединения, но с гарантированной доставкой (как и в предыдущем случае, с помощью подтверждений). Каждый поступающий кадр коммутируется независимо от остальных, а конечные порты могут передавать или получать кадры от нескольких других узлов. По сути, коммутатор мультиплексирует трафик от узловых портов, поэтому этот класс сервиса иногда называют мультиплексным. Кадры могут доставляться не в том порядке, в каком они были отправлены. Наилучшим образом этот класс сервиса подходит для передачи нерегулярного (пакетного) или интерактивного трафика по типу трафика локальных сетей.

Класс 3 аналогичен Классу 2, за исключением того, что он не гарантирует доставку кадров (подтверждения получения). Он позволяет добиться несколько большей реальной пропускной способности за счет отсутствия подтверждений. По сути, он является аналогом передачи дейтаграмм. Наилучшим образом этот класс сервиса подходит для многоадресной и широковещательной рассылки.

Остальные классы часто не выделяются в самостоятельные, а считаются подвидами перечисленных. Класс Intermix представляет собой комбинацию Класса 1 и Класса 2 (3). Он позволяет передавать кадры Класса 2 или 3, когда кадры Класса 1 не передаются, причем кадры Классов 2 или 3 вовсе не обязательно должны быть адресованы тому же получателю, что и кадры Класса 1.

Как и Класс 1, Класс 4 предполагает установление соединения, гарантию доставки, фиксированную задержку, соблюдение исходного порядка кадров. Однако он требует резервирования лишь части пропускной способности, т. е. узловой порт может иметь и другие соединения. Узел может зарезервировать до 256 соединений Класса 4 одновременно, причем каждое из них может иметь свои параметры QoS. Иногда этот класс сервиса называется изохронным. Наилучшим образом он подходит для передачи цифрового видео и аудио.

Как Intermix и Класс 4, Класс 6 представляет собой разновидность Класса 1. Он используется, когда узлу необходимо передать кадры сразу нескольким узлам одновременно, т. е. в случае многоадресной рассылки. Для этого узел устанавливает выделенное соединение с сервером многоадресной рассылки, адрес которого фиксирован (FFFFF5 в шестнадцатеричном формате), а тот уже берет на себя задачу тиражирования и пересылки кадров всем получателям в многоадресной группе.

ХАРАКТЕРИСТИКИ FIBRE CHANNEL

Завершая описание Fibre Channel, нельзя не упомянуть основные характеристики этой технологии. Fibre Channel позволяет поддерживать самые разные скорости - от 133 Кбит/с до 4,252 Мбит/с и даже более. Одна из целей разработки Fibre Channel состояла, в частности, в поддержке HIPPI на 100 Мбайт/с. Поэтому основной скоростью передачи данных - так называемой полной скоростью - является 100 Мбайт/с (остальные скорости указываются часто в долях от основной скорости - одна восьмая, четвертая, вторая, двойная, учетверенная). Однако, с учетом накладных расходов на кодирование 8B/10B, заголовки кадров и т. д., скорость передачи собственно битов составляет 1,063 Мбит/с. Таким образом, производители приводят, как правило, две скорости - "полезную", в байтах за секунду, и "чистую", в битах за секунду.

Поддерживаемые расстояния и скорости передачи зависят от типа используемой среды передачи и генераторов сигнала. Как уже упоминалось, Fibre Channel может функционировать как по оптической, так и по медной среде передачи, при этом одно волокно предназначено для передачи сигнала, а другое - для приема. В случае оптики это может быть многомодовое волокно 50/125 мкм и 62,5/125 мкм и одномодовое волокно с соединителями SC. В случае меди это может быть коаксиальный кабель, в частности видеокабель с соединителями TNC (приемник) и BNC (передатчик), а также экранированная витая пара с соединителями DB-9.

Наибольшие скорости (до 4 Гбит/с) и расстояния (до 10 км) достигаются в случае применения одномодового оптического волокна и низкочастотных лазеров. Многомодовое волокно способно поддерживать такие же скорости, но на гораздо меньших расстояниях, в частности 100 Мбайт/с на расстояниях до 500 м в случае многомодового волокна 50/125 мкм с высокочастотным лазером. Медная среда передачи позволяет поддерживать скорости не выше основной на небольших расстояниях (100 м и менее).

ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ФИНИШ

Хотя и не настолько сложная как ATM, технология Fibre Channel описывается несколькими стандартами (некоторые даже считают, что расширение ее возможностей и, как следствие, ее усложнение - может отрицательно сказаться на ее перспективах). Очевидно, что в одной небольшой ознакомительной статье можно дать только общее описание технологии, что мы и постарались сделать. Однако многие важные подробности пришлось опустить, в частности, как осуществляется арбитраж и управление потоками, что собой представляют кадры Fibre Channel и кодирование 8B/10B и т. д. Поэтому мы намерены продолжить рассмотрение этой темы в следующем номере.