Апаратні засоби технології Fibre Channel

Апаратні засоби Fibre Channel сполучають пристрої зберігання даних з серверами і формують Fibre Channel fabric. До складу fabric входять фізичний шар, пристрої з'єднання і пристрою трансляції. Фізичний шар складається з мідного і оптоволоконного кабелів, по яких передаються Fibre Channel сигнали між парами трансиверів. Пристрої з'єднання, такі, як концентратори, комутатори і директоры (directors) маршрутизують на гигабитных швидкостях кадри Fibre Channel. Пристрої трансляції (такі, як HBA-адаптеры, маршрутизатори, адаптери, шлюзи і мости) є проміжним середовищем між протоколами Fibre Channel і протоколами Fibre Channel (такими, як SCSI, FCP, FICON, Ethernet, АТМ і SONET). Пристрої зберігання даних на одному кінці fabric зберігають трильйони біт даних, в той час, як сервери на іншому кінці розподіляють дані "голодним по ним" користувачам. Апаратні засоби Fibre Channel зберігають і розподіляють дані по робочій групі і підприємству.

Фізичний шар

Fibre Channel Fabric з'єднується на фізичному рівні за допомогою фібра (fibre), терміну, введеного галуззю Fibre Channel для позначення оптоволоконного кабелю і мідних дротів. Фізичний шар і трансивери використовують ту ж саму кабельну інфраструктуру, вживану в інших мережах (таких, як локальні мережі і телекомунікаційні мережі). Таким чином, кабелі можуть бути інстальовані один раз і використовуватися для будь-якої з цих мереж.

Дистанція, на якій діє з'єднання Fibre Channel, залежить від типа використовуваного середовища і типа трансиверів, підключених до середовища. На мал.5 порівнюються різні типи фізичного середовища Fibre Channel. У кожному фізичному середовищі застосовується трансивер, оптимізований для даного середовища. Дальність з'єднання по мідному кабелю досягає лише 30 м, в той час, як дальність передачі по 1550 нм одномодовому оптоволоконному кабелю перевищує 50 км. (без репітерів). Мережа Fibre Channel може бути також приєднана до WDM-оборудованию, що дозволяє передавати сигнали по всіх оптичних мережах. Різноманітність типів фізичного середовища і трансиверів дозволяє використовувати оптимальні рішення для конкретного застосування.

Середовище Fibre Channel

Мал.5

Середовище Fibre Channel (відоме під назвою фібр), складається з чотирьох типів кабелів в об'єднанні з чотирма типами трансиверів. Мідний кабель використовується в додатках з дуже невеликою дальністю дії, тоді як дальність дії мультимодового оптоволоконного кабелю обмежена декількома сотнями метрів. Одномодовий оптоволоконний кабель зазвичай використовується в кампусных середовищах, проте 1550 нм трансивери можуть збільшити дистанцію функціонування більш, ніж 50 км. для додатків в міських мережах. Всі відстані помічені, як "більше, ніж", тому що з'єднання визначається для функціонування, принаймні, на специфікованій дистанції.

Швидкості функціонування Fibre Channel приведені в таблицю. 1. Більш всього в 2001 р. застосовувалася швидкість 1 Gigabit Fibre Channel (GFC). У додатках з високою пропускною спроможністю між комутаторами використовуватиметься швидкість 2 GFC. У високопродуктивні підсистеми зберігання даних буде вбудована швидкість 4 GFC. Швидкість 10 GFC гратиме в найближчому майбутньому велику роль в базових комутаторах для міських і глобальних мереж. Зростаючі швидкості Fibre Channel призначені для того, щоб відповідати неймовірному збільшенню ширини смуги пропускання і ємкості пристроїв зберігання даних.

Таблиця 1: Швидкості з'єднань Fibre Channel

• * Пропускна спроможність для дуплексних з'єднань
• ** Вбудовувані застосування

Таблиця 1: Хоча з'єднання Fibre Channel вже функціонують на швидкості більше 1 Гб/c, багатьом додаткам для кращої продуктивності потрібна вища швидкість. Швидкість 2 GFC з'явилася в дискових пристроях і HBA- адаптерах в кінці 1999 р., а в пристроях з'єднання - в 2001 р. Швидкість 10 GFC йтиме нарівні з іншими мережевими технологіями, що наближаються до швидкості 10 Гб/c.

Пристрої з'єднання

Fibre Channel сполучає пристрої, що складаються з концентраторів, комутуючих концентраторів, комутаторів і директорів (див. мал.6). Концентратори стали першими повсюдно розвертаними пристроями з'єднання Fibre Channel і мають єдину петлю з арбітражним доступом, що підтримує від 8 до 16 портів. У комутуючому концентраторі використовується декілька петлів для збільшення пропускної спроможності, але його не можна масштабувати до більш, ніж одного міжкомутаторного з'єднання. У комутаторі може бути безліч міжкомутаторних зв'язків для формування розширеної fabric. З допомогою комутаторів розвертається масштабована, комутована архітектура, тоді як за допомогою концентратора розгортається одна петлева розподілена архітектура. У комутаторі звичайні не більше 32 портів і підтримується вдосконалена функціональність в управлінні. У директорах число портів варіюється від 32 до 256 і забезпечуються висока надійність, готовність і зручність в експлуатації. Від простої петлі, що забезпечується концентратором, до надлишкової комутованої архітектури, що забезпечується директорами. Таким чином, Fibre Channel fabric можна адаптувати під потреби будь-якого застосування.

Мал.6

Пристрої з'єднання ранжируються по складності від концентратора з єдиною петлею з арбітражним доступом до директорів з більш, ніж 100 портами і стійкістю до збоїв (redundant failover capabilities). Cтрілки на концентраторі і комутуючому концентраторі показують внутрішні дороги даних в пристроях.

Пристрої зберігання даних

Пристрої зберігання даних випускаються в багатьох видах і поставляються в безлічі конфігурацій, таких, як дискові пристрої, JBOD-пристрої, RAID-масиви, підсистеми зберігання даних, стримери і стрічкові бібліотеки (див. мал.8 і 9). У даних пристроях зберігання даних зберігаються гігабайти на одному дисковому пристрої, терабайты - в підсистемі зберігання даних і петабайты - в стрічковій бібліотеці.

Дисковий пристрій є найбільш загальновживаним електронним пристроєм зберігання даних для додатків з динамічною пам'яттю. Дисковий пристрій конфігурується, як єдиний привід або як простий масив дисків, званий JBOD (Just а Bunch of Disks). При додаванні контролером можливості корекції помилок в масиві дисків він вважається вже RAID-масивом (Redundant Array of Independent Disks). RAID-контролер додає інтелектуальні можливості масиву дискових пристроїв, що підвищує його керованість, продуктивність, ємкість, надійність і готовність. Оскільки складність і можливості контролерів збільшилися для задоволення потреб підприємств, то з'явився пристрій зберігання даних, відомий під назвою підсистема зберігання даних або пристрій зберігання даних з прямим підключенням (Direct Access Storage Device - DASD). Підсистеми зберігання даних можуть збільшити ємкість пам'яті шляхом додавання JBOD-устройств до контролера. Електронні пристрої зберігання даних еволюціонували від єдиного диска до шаф, повних дисків, керованих надзвичайно складними апаратними і програмними засобами, що змагаються по інтелектуальності з супер комп'ютерами. Неймовірні можливості по доставці даних в цих пристроях є рушійною силою мереж зберігання даних.

Мал.7

Пристрої трансляції є інтерфейсом між Fibre Channel fabric і іншими мережами. Багатофункціональні пристрої трансляції об'єднують декілька таких інтерфейсів і стануть поширенішими у міру розвитку своїх можливостей.

Електронні пристрої зберігання даних

Мал.8

Електронні пристрої зберігання даних базуються на 3.5" дисковому приводі. Диски можуть бути згруповані до простих масивів дисків JBOD і розширені до RAID-массивов за допомогою контроллера. Для забезпечення неймовірної (в порівнянні з попередніми пристроями зберігання даних) продуктивності в підсистемах зберігання даних об'єднані вдосконалене ПО з надмірністю.

В той час, як дискові пристрої забезпечують високу пропускну спроможність і довільний доступ, магнітна стрічка є провідним носієм для резервування і архівації. Стрічки перемістилися із стриммеров у великі сховища стрічок. Стрічкові пристрої варіюються від одного приводу (завантажуваного уручну) до бібліотеки з багатьма пристроями з автоматичним завантаженням стрічки. На мал.9 продемонстрована різноманітність стрічкових пристроїв, що знаходяться сьогодні в центрі обробки даних. Стрічкові бібліотеки ідеальні для зберігання великих об'ємів даних впродовж десятків років.

Стрічкові пристрої

Мал.9

Стрічкові пристрої масштабуються від одного приводу до повністю автоматизованих і роботизованих стрічкових бібліотек. Стрічкові пристрої призначені для архівації і масштабуються до колосальних розмірів за допомогою безлічі сховищ стрічок (tape silos). C допомогою одного стрічкового пристрою можна резервувати автономний комп'ютер або комп'ютерну мережу. C допомогою стрічкових бібліотек можна резервувати корпоративні дані за десятиліття.

Сервери

Cервер є ініціатором в мережах зберігання даних Fibre Channel і служить інтерфейсом до IP-мереж. Сервери взаємодіють з Fibre Channel fabric через HBA-адаптер (див. мал. 10). Для виключення єдиних крапок збоївши мікропроцесори використовують по одній шині введення-виводу або по безлічі хост-шин введення-виводу. В серверів може бути безліч мікропроцесорів і хост-шин введення-виводу для того, щоб на них могли одночасно виконуватися декілька операційних систем відразу. На деяких серверах верхнього рівня використовується більше 50 мікропроцесорів і встановлено більше 10 операційних систем.

Архітектура сервера

Мал.10

Для забезпечення високої пропускної спроможності і надійних обчислень в серверах верхнього рівня застосовуються дубльовані хост-шини, HBA-адаптери, мережеві інтерфейсні карти (NIC) і процесори. У вдосконалених серверах використовується безліч хост-шин введення-виводу і процесорів, що дозволяє забезпечити одночасну роботу безлічі операційних систем.