Відмінності між версіями «МЕРЕЖІ Fibre Channel»

Версія за 08:30, 27 жовтня 2009 (переглянути вихідний код) Лукьяненко Антон (обговорення • внесок) (→‎Апаратні засоби технології Fibre Channel) ← Попереднє редагування		Поточна версія на 10:14, 27 листопада 2009 (переглянути вихідний код) Лукьяненко Антон (обговорення • внесок)
(не показано 5 проміжних версій цього учасника)
Рядок 10:		Рядок 10:
		+
		+	== ''[[Питання до теми Fibre Channel]]'' ==
	== ''Вступ'' ==		== ''Вступ'' ==
Рядок 208:		Рядок 210:
	[[Файл:Fibre_Channel_13.JPG]]		[[Файл:Fibre_Channel_13.JPG]]
−	Конектор Fibre Channel-LC зліва і SC з права	+	Конектор Fibre Channel-LC зліва і SC зправа
		+
		+
		+	== ''Інфраструктура Fibre Channel'' ==
		+
		+	Комутатори Fibre Channel розділяються на два класи. Ці класи не є стандартом, комутатор класифікується виробником у кожному конкретному випадку.
		+	*Директори володіють великою кількістю фізичних портів на основі слотів в модульному шасі високодоступної архітектури.
		+	*Комутатори зазвичай менше за розміром, володіють фіксованою кількістю фізичних портів, менш відмовостійкі.
		+
		+	Brocade, Cisco і QLogic поставляють і директоры і комутатори.
		+
		+
		+	== ''Логічні елементи потоку даних'' ==
		+	При передачі даних виділяють наступні логічні послідовності:
		+
		+
		+	'''Впорядковані набори (Ordered Sets)'''
		+	Чотиибайтні слова (Transmission Words), що містять дані і спеціальні символи. Розбиття потоку даних на впорядковані набори дозволяє зберігати синхронізацію між передавачем і ресівером на рівні бітів і слів. Впорядковані набори завжди починаються з символу K28.5. Основні типи наборів визначаються сигнальним протоколом.
		+
		+
		+	'''Роздільники кадрів'''
		+	Роздільники кадрів використовуються для відділення одного кадру від іншого. Існує два таких набору:
		+	*Початок кадру (Start Of Frame, SOF)
		+	*Кінець кадру (End Of Frame, EOF)
		+
		+
		+	'''Базові сигнали'''
		+	*Сигнал бездіяльності (Idle). Передається для позначення готовності приймати і відправляти кадри.
		+	*Сигнал готовності ресівера (Receiver Ready, R_RDY). Використовується при управлінні потоком даних (див. Класи Обслуговування) для індикації наявності місця в буфері ресівера.
		+	*Базові послідовності. Передаються для сповіщення про нестандартний стан порту. При здобутті такої послідовності у відповідь посилається відповідна послідовність або сигнал бездіяльності. Стандарт підтримує чотири послідовності:
		+	1. Offline (OLS)
		+	2. Not Operational (NOS)
		+	3. Link Reset (LR)
		+	4. Link Reset Response (LRR)
		+
		+	[[Файл:Fibre_Channel_14.JPG]]
		+
		+
		+	== ''Класи обслуговування (COS)'' ==
		+
		+
		+	Fiber Channel підтримує наступні класи обслуговування (Classes of service, COS).
		+
		+	Стандарт FC-PH визначає Класи 1-3, Клас 4 визначений в стандарті FC-PH-2, Клас 5 запропонований для ізохронного режиму, але недостатньо стандартизований, Клас 6 визначений в стандарті FC-PH-3, Клас F - в стандартах FC-SW і FC-SW2.
		+	*'''Клас 1''' - Acknowledged Connection Service (виділені канали з підтвердженням). Між двома пристроями через комутатор або фабрику встановлюється виділене з'єднання. Приймаючий пристрій відправляє на передавальний пристрій підтвердження прийому кожного кадру. З'єднання залишається відкритим до тих пір, поки передача даних не буде завершена. Час встановлення з'єднання складає декілька мікросекунд. Канал, що надається, зазвичай дуплексний, хоча з потреби можлива організація симплексного (наприклад, якщо необхідно одночасно передавати дані одному вузлу і приймати від іншого). Пристроям доступна вся його пропускна спроможність. Використовується крізне управління потоком. Гарантується висока швидкість обміну і правильний порядок прийому кадрів. Ідеально личить для додатків, що працюють з великими об'ємами даних, - наприклад, системи моделювання або обробки відео. Якщо пропускна спроможність не використовується повністю даним застосуванням, вона все одно недоступна для інших застосувань, поки з'єднання не буде закрито, оскільки спроби з'єднання з таким портом відкидатимуться з видачею сигналу «зайнято». Нераціональне використання пропускної спроможності може бути обумовлене не лише малим потоком даних, що генеруються додатком, але і різною швидкістю роботи портів (при використанні що надається першим класом можливості обміну через буфер). В зв'язку з цим цікава можливість комутатора відстежувати зайнятий порт і ставити його в чергу на з'єднання: як тільки порт звільниться, комутатор відразу ж встановить з ним наступне з'єднання (Camp on).
		+	*'''Клас 2''' - Acknowledged Connectionless Service (передачі без організації з'єднання з підтвердженням). Кожен кадр комутується незалежно від останніх, кінцевий порт може одночасно передавати і приймати дані від декількох вузлів, при цьому канал між двома взаємодіють не виділяється (по суті, відбувається мультиплексування комутатором трафіку). Кожен кадр підтверджується приймаючим пристроєм. Кадри можуть доставлятися по різних маршрутах, тобто впорядкована доставка кадрів в даному класі не гарантована, впорядковування послідовності кадрів здійснюється протоколами вищерозміщених рівнів. Утилізація доступної смуги пропускання значно вища, ніж в Класі 1, що корисно для передачі нерівномірного (bursty) трафіку.
		+	*'''Клас 3''' - Unacknowledged Connectionless Service, інколи називається Datagram Connectionless Service (передачі без організації з'єднання і без підтвердження). Аналогічний класу 2 за винятком того, що використовується міжбуферне (BB Credit) управління потоком, а отже, немає справжнього підтвердження доставки. За рахунок цього удається досягти вищої пропускної спроможності, але гарантій доставки немає, впорядкована доставка кадрів не гарантована. Впорядковування послідовності кадрів і запит на повторну передачу втрачених кадрів здійснюється протоколами вищерозміщених рівнів. Використовується для організації багатоадресних і широкомовних розсилок, застосовується також в системах масової пам'яті. Найбільш поширений клас комутованих FC-мереж.
		+	*'''Клас 4''' - Fractional Bandwidth Connection-oriented Service (з'єднання з дробовою смугою пропускання) між N_Ports. Схожий з Класом 1, оскільки теж передбачає встановлення з'єднання, підтвердження доставки, фіксовану затримку, дотримання порядку кадрів. З'єднання між портами встановлюється у вигляді віртуального каналу із смугою пропускання, достатньою для надання послуг з передбаченою якістю (QOS, що включає гарантовані смугу пропускання і максимальну затримку). Такий віртуальний двонаправлений канал полягає двох однонаправлених віртуальних з'єднань (Virtual Circuit, VC), причому на кожному VC можуть забезпечуватися різні QOS. Кожен N_port може встановлювати декілька таких з'єднань (до 254). Використовується для критичних до часу доставки даних - наприклад, видео- і аудіопотоків.
		+	*'''Клас 5''' - Isochronous Service (ізохронне з'єднання). Не стандартизован. Призначений для додатків, що вимагають негайної доставки даних без проміжної буферизації.
		+	*'''Клас 6''' - Unidirectional Connection Service (однонаправлене з'єднання). Аналогічний Класу 1, але є виключно однонаправленим. Використовується для широкомовних і багатоадресних розсилок через відповідний сервер. N_port може зажадати з'єднання Класу 6 на одне або декілька пристроїв (портів). Встановлене з'єднання існує, поки ініціатор в явному вигляді не закриє його. Розроблений для доставки трафіку реального часу (наприклад, аудіо і відео).
		+	Змішаний клас - Intermix - є підвидом класу 1. Дозволяє передавати кадри класу 2 або 3 в ті моменти, коли додаток першого класу не займає канал, причому кадри класів 2 або 3 необов'язково мають бути адресовані тому ж одержувачеві, що і в класу 1. Був спеціально розроблений з метою частково усунути блокування фабрики передачами першого класу.
		+	*Клас F - використовується комутаторами для управління і передачі службової інформації, передача йде без встановлення з'єднання по Inter Switch Links (ISL) між E_ports.
		+
		+
		+	== ''Сфери вживання Fibre Channel'' ==
		+
		+
		+	Fibre Channel широко застосовується для створення Мереж Зберігання Даних (Storage Area Networks). Завдяки високій швидкості передачі даних, малій затримці і розширюваності практично не має аналогів в цій області. Проте, останніми роками, сфера його застосування поступово переміщається в сегмент високопродуктивних систем і рішень, а бюджетний сегмент з успіхом освоюється недорогими рішеннями на базі iSCSI на базі Gigabit Ethernet і 10G Ethernet. Намітилася також тенденція до перенесення транспортного рівня протоколу FC в той же Gigabit і 10G Ethernet за допомогою протоколів FCoE і FCIP.
		+
		+	[[Файл:Fibre_Channel_15.JPG]]
		+
		+	SAN-Світч Qlogic з підключенням до нього FC (оптичними) коннекторами.

---

Поточна версія на 10:14, 27 листопада 2009

Fibre Channel або FC - високошвидкісний інтерфейс передачі даних, використовуваний для взаємодії робочих станцій, мейнфреймів, суперкомп'ютерів і систем зберігання даних.

Порти пристроїв можуть бути підключені безпосередньо один до одного (point-to-point), бути включені в керовану петлю (arbitrated loop) або в комутовану мережу, звану «тканиною» (англ. fabric).

Fibre Channel Protocol (FCP) - транспортний протокол (як TCP в IP-сетях), який, як правило, доставляє команди SCSI по мережах Fibre Channel. Може використовуватися як несучим і для інших протоколів - наприклад, АТМ, IP, HIPPI і інших.

Підтримується як оптичне, так і електричне середовище (вита пара, коаксіальний або твинаксиальний кабелі, а також багатомодове або одномодове волокно), із швидкістю передачі даних від 133 мегабіт/с до 10 гігабіт/с на відстані до 50 кілометрів.

Дану інформацію було взято з FibreChannel.ru и Wikipedia.org.

Питання до теми Fibre Channel

Вступ

Переваги мереж зберігання даних Fibre Channel

Переваги мереж зберігання даних прямо відносяться до збільшення доступності і керованості даних, що реалізовуються за рахунок використання архітектури Fibre Channel. Дані стають доступнішими, коли мережа Fibre Channel fabric масштабується таким чином, що включає сотні пристроїв зберігання даних і серверів. Готовність даних також стає вищою, коли безліч паралельних транзакцій можуть здійснюватися з використанням комутованої архітектури Fibre Channel. Технологія Fibre Channel також перевершує всі дистанційні обмеження, оскільки її з'єднання покривають сотні кілометрів або дані передаються через глобальну мережу (wide area network - WAN). Технологія Fibre Channel дозволяє поліпшити управління терабайтами даних. Технологія Fibre Channel успішно відповідає запитам центрів обробки даних, зростаючих по експоненті.

На мал. 1 продемонстровано, як мережі зберігання даних дозволяють безлічі серверів діставати доступ до безлічі пристроїв зберігання даних, в той час, як доступ до SCSI (Small Computer Systems Interface) – пам’яті мають лише сервери, прямо сполучені з SCSI-шиною..

Мал. 1

У традиційних відкритих мережах зберігання даних, побудованих на базі архітектури SCSI, обмежені масштабованість, міра готовності і дальність дії. У мережах зберігання даних на базі комутованої послідовної архітектури Fibre Channel здолане кожне з цих обмежень і запропоновані удосконалення в управлінні і забезпеченні безпеки.

Топології Fibre Channe

Крапка-крапка (FC-P2P)

Використовується для зв'язку між двома пристроями - передавач першого сполучений з ресівером другого і навпаки. Всі відправлені кадри призначені для другого пристрою - тобто відсутня адресація.

Керована петля (FC-AL)

Пристрої об'єднані в петлю - передавач кожного пристрою сполучений з ресівером наступного. Кожен пристрій має унікальну для петлі Фізичну Адресу Керованої Петлі (Arbitrated Loop Physical Address, AL PA). Природне таке підключення не є надійним - при збої будь-якого члена петлі порушується її робота, тому часто використовуються повторювачі (Hub), що є багатопортовими пристроями і замикаючі FC-AL ланцюг при збої компонента.

Комутована зв'язна архітектура (FC-SW)

Заснована на вживанні комутаторів (fabric switches). Дозволяє підключати величезну кількість пристроїв, легко розширюється (принципами роботи схожа на таких в Ethernet).

Мал. 2

Мережа збереження даних

Технологія Fibre Channel порівняно з технологією SCSI (Мал.3)

Мал.3

У традиційних мережах застосовувалася SCSI-память для кожного сервера. Оскільки кількість додатків і серверів зростає, то малі проблеми даної архітектури перетворюються на великі проблеми. Мережі зберігання даних Fibre Channel пропонують масштабоване рішення, в якому будь-який сервер може дістати доступ до будь-якого пристрою зберігання даних. Незалежність один від одного серверів і пам'яті робить можливим оптимальне використання пристроїв зберігання даних і підвищує продуктивність на великих відстанях.

У архітектурі зберігання даних з прямим підключенням існують два основні обмеження. По-перше, унаслідок того, що лише один зі всіх серверів має доступ до пам'яті з прямим підключенням, то до невикористаної сервером пам'яті не можуть дістати доступ інші сервери. По-друге, якщо додаток перенавантажує один сервер, то інший сервер не зможе надати цьому застосуванню допомогу, оскільки у нього не буде доступу до даних цього застосування. Для вирішення проблеми переобтяжених або таких, що знаходяться в оффлайне серверів має бути доданий інший сервер з додатковою залежною (dependent) пам'яттю. Залежна пам'ять сервера, відома також під назвою SCSI-памяти з прямим підключенням, є причиною цих проблем.

Комутована послідовна архітектура технології Fibre Channel

У шинній архітектурі існує явище, зване skew (буквально переводиться, як "скошування"), в результаті дії якого так звана дистанція функціонування шини (working distance) зменшується при збільшенні швидкості передачі даних. Коли швидкість передачі даних в шині подвоюється, то її дистанція функціонування зазвичай зменшується в 2 рази. Максимальна довжина кабелю будь-якої шини SCSI складає лише 25 м, а дуже часто - і 12 м. Ця дистанційна межа обмежує вживаність шини SCSI усередині будівлі, а дуже часто - і усередині однієї кімнати.

Технологія Fibre Channel заснована на послідовній архітектурі, в якій виключені skew-проблемы і використовується фибероптика. Фібероптіка розширює діапазон додатків Fibre Channel, а новий стандарт Fibre Channel збільшує дальність з'єднань Fibre Channel до більш, ніж 50 км. Для збільшення дистанції функціонування з'єднань Fibre Channel до більш, ніж 100 км. також використовується WDM-оборудование (мультиплексування з розділенням по довжині хвилі - Wavelength Division Multiplexing). Фібероптіка дозволяє з успіхом застосовувати Gigabit Ethernet Fiber Channel в міських мережах (Metropolitan Area Networks).

У шинній архітектурі існує ще одне обмеження при додаванні великого числа пристроїв до шини. Оскільки всі пристрої спільно використовують одну і ту ж шину, то відповідна ширина смуги пропускання (виділена для пристрою на шині) зменшується кожного разу при додаванні нового пристрою. SCSI обмежує масштабованість шини, і в ній можуть бути адресовані лише 4, 8 або 16 пристроїв. З іншого боку, в Fibre Channel можуть бути адресовані мільйони пристроїв. При використанні комутованої архітектури Fibre Channel кожен пристрій може функціонувати на своїй повній смузі пропускання.

Міра готовності SCSI-устройств обмежена, тому що лише в одного контроллера є послідовний доступ до пристроїв. В разі виникнення черги до третього SCSI-устройству під час запису даних на сьомий пристрій, третій пристрій відхилює використання шини. Лише одне SCSI-устройство на шині SCSI готовий до роботи у будь-який момент часу. У комутованій мережі Fibre Channel, що не блокується, fabric використання якого-небудь пристрою не вплине на готовність інших пристроїв.

Профілі Fibre Channel

Мал.4

Профілі - це технічні звіти, интероперабельность, що підвищують, між пристроями. Профілі застосовні для специфічних аспектів мереж зберігання даних Fibre Channel, що дозволяє швидко розгортати рішення. FC-MI - це перший профіль, що охоплює все топології Fibre Channel.

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.

Мережева модель

Мережева модель Fibre Channel складається з п'яти рівнів:

• FC-0 Фізичний Описує середовище передачі, трансивери, коннектори і типів використовуваних кабелів. Включає визначення електричних і оптичних характеристик, швидкостей передачі даних і інших фізичних компонентів.
• FC-1 Канальний Описує процес 8b/10b Кодування (кожні 8 біт даних кодуються в 10-бітовий символ (Transmission Character)), спеціальні символи і контроль помилок.
• FC-2 Мережевою Описує сигнальні протоколи. На цьому рівні відбувається визначення слів, розбиття потоку даних на кадри. Визначає правила передачі даних між двома портами, класи обслуговування).
• FC-3 Загальних служб Визначає такі особливості, як: розщеплювання потоку даних (striping) (Можливість передачі потоку даних через декілька з'єднань (маршрутів), відображення безлічі портів на один пристрій.
• FC-4 Відображення протоколів Надає можливість перенесення інших протоколів (SCSI, АТМ, IP, HIPPI FDDI, Token Ring, AV, VI, IBM SBCCS і багато інших.)

Логічні типи портів

Залежно від підтримуваної топології і типа пристрою порти розділяються на декілька типів:

Порти вузлів:

• N_Port (Node port), порт пристрою з підтримкою топології FC-P2P («Крапка-крапка») або FC-SW (з комутатором).
• NL_Port (Node Loop port), порт пристрою з підтримкою топології FC-AL (arbitrated loop - керована петля).

Порти комутатора/маршрутизатора (лише для топології FC-SW):

• F_Port (Fabric port), порт фабрики. Використовується для підключення портів типа N_Port до комутатора. Не підтримує топологію петлі.
• FL_Port (Fabric Loop port), порт фабрики з підтримкою петлі. Використовується для підключення портів типа NL_Port до комутатора.
• E_Port (Expansion port), порт розширення. Використовується для з'єднання комутаторів. Може бути сполучений лише з портом типа E_Port.
• EX_port порт для з'єднання FC-маршрутизатора і FC-коммутатора. З боку комутатора він виглядає як звичайний E_port, а з боку маршрутизатора це EX_port.
• TE_port (Trunking Expansion port (E_port)) внесений до Fibre Channel компанією CISCO, зараз прийнятий як стандарт. Це розширений ISL або EISL. TE_port надає окрім стандартних можливостей *E_port маршрутизацію множинних VSANs (Virtual SANs). Це реалізовано вживанням нестандартного кадру Fibre Channel (vsan тегування).

Загальний випадок:

• L_Port (Loop port), будь-який порт пристрою з підтримкою топології «Петля» - NL_port або FL_port.
• G_port (Generic port), порт з автовизначенням. Автоматично може визначатися як порт типа E_Port, N_Port, NL_Port.

Фізичні типи портів

Конектор Fibre Channel-LC зліва і SC зправа

Інфраструктура Fibre Channel

Комутатори Fibre Channel розділяються на два класи. Ці класи не є стандартом, комутатор класифікується виробником у кожному конкретному випадку.

• Директори володіють великою кількістю фізичних портів на основі слотів в модульному шасі високодоступної архітектури.
• Комутатори зазвичай менше за розміром, володіють фіксованою кількістю фізичних портів, менш відмовостійкі.

Brocade, Cisco і QLogic поставляють і директоры і комутатори.

Логічні елементи потоку даних

При передачі даних виділяють наступні логічні послідовності:

Впорядковані набори (Ordered Sets) Чотиибайтні слова (Transmission Words), що містять дані і спеціальні символи. Розбиття потоку даних на впорядковані набори дозволяє зберігати синхронізацію між передавачем і ресівером на рівні бітів і слів. Впорядковані набори завжди починаються з символу K28.5. Основні типи наборів визначаються сигнальним протоколом.

Роздільники кадрів Роздільники кадрів використовуються для відділення одного кадру від іншого. Існує два таких набору:

• Початок кадру (Start Of Frame, SOF)
• Кінець кадру (End Of Frame, EOF)

Базові сигнали

• Сигнал бездіяльності (Idle). Передається для позначення готовності приймати і відправляти кадри.
• Сигнал готовності ресівера (Receiver Ready, R_RDY). Використовується при управлінні потоком даних (див. Класи Обслуговування) для індикації наявності місця в буфері ресівера.
• Базові послідовності. Передаються для сповіщення про нестандартний стан порту. При здобутті такої послідовності у відповідь посилається відповідна послідовність або сигнал бездіяльності. Стандарт підтримує чотири послідовності:

1. Offline (OLS) 2. Not Operational (NOS) 3. Link Reset (LR) 4. Link Reset Response (LRR)

Класи обслуговування (COS)

Fiber Channel підтримує наступні класи обслуговування (Classes of service, COS).

Стандарт FC-PH визначає Класи 1-3, Клас 4 визначений в стандарті FC-PH-2, Клас 5 запропонований для ізохронного режиму, але недостатньо стандартизований, Клас 6 визначений в стандарті FC-PH-3, Клас F - в стандартах FC-SW і FC-SW2.

• Клас 1 - Acknowledged Connection Service (виділені канали з підтвердженням). Між двома пристроями через комутатор або фабрику встановлюється виділене з'єднання. Приймаючий пристрій відправляє на передавальний пристрій підтвердження прийому кожного кадру. З'єднання залишається відкритим до тих пір, поки передача даних не буде завершена. Час встановлення з'єднання складає декілька мікросекунд. Канал, що надається, зазвичай дуплексний, хоча з потреби можлива організація симплексного (наприклад, якщо необхідно одночасно передавати дані одному вузлу і приймати від іншого). Пристроям доступна вся його пропускна спроможність. Використовується крізне управління потоком. Гарантується висока швидкість обміну і правильний порядок прийому кадрів. Ідеально личить для додатків, що працюють з великими об'ємами даних, - наприклад, системи моделювання або обробки відео. Якщо пропускна спроможність не використовується повністю даним застосуванням, вона все одно недоступна для інших застосувань, поки з'єднання не буде закрито, оскільки спроби з'єднання з таким портом відкидатимуться з видачею сигналу «зайнято». Нераціональне використання пропускної спроможності може бути обумовлене не лише малим потоком даних, що генеруються додатком, але і різною швидкістю роботи портів (при використанні що надається першим класом можливості обміну через буфер). В зв'язку з цим цікава можливість комутатора відстежувати зайнятий порт і ставити його в чергу на з'єднання: як тільки порт звільниться, комутатор відразу ж встановить з ним наступне з'єднання (Camp on).
• Клас 2 - Acknowledged Connectionless Service (передачі без організації з'єднання з підтвердженням). Кожен кадр комутується незалежно від останніх, кінцевий порт може одночасно передавати і приймати дані від декількох вузлів, при цьому канал між двома взаємодіють не виділяється (по суті, відбувається мультиплексування комутатором трафіку). Кожен кадр підтверджується приймаючим пристроєм. Кадри можуть доставлятися по різних маршрутах, тобто впорядкована доставка кадрів в даному класі не гарантована, впорядковування послідовності кадрів здійснюється протоколами вищерозміщених рівнів. Утилізація доступної смуги пропускання значно вища, ніж в Класі 1, що корисно для передачі нерівномірного (bursty) трафіку.
• Клас 3 - Unacknowledged Connectionless Service, інколи називається Datagram Connectionless Service (передачі без організації з'єднання і без підтвердження). Аналогічний класу 2 за винятком того, що використовується міжбуферне (BB Credit) управління потоком, а отже, немає справжнього підтвердження доставки. За рахунок цього удається досягти вищої пропускної спроможності, але гарантій доставки немає, впорядкована доставка кадрів не гарантована. Впорядковування послідовності кадрів і запит на повторну передачу втрачених кадрів здійснюється протоколами вищерозміщених рівнів. Використовується для організації багатоадресних і широкомовних розсилок, застосовується також в системах масової пам'яті. Найбільш поширений клас комутованих FC-мереж.
• Клас 4 - Fractional Bandwidth Connection-oriented Service (з'єднання з дробовою смугою пропускання) між N_Ports. Схожий з Класом 1, оскільки теж передбачає встановлення з'єднання, підтвердження доставки, фіксовану затримку, дотримання порядку кадрів. З'єднання між портами встановлюється у вигляді віртуального каналу із смугою пропускання, достатньою для надання послуг з передбаченою якістю (QOS, що включає гарантовані смугу пропускання і максимальну затримку). Такий віртуальний двонаправлений канал полягає двох однонаправлених віртуальних з'єднань (Virtual Circuit, VC), причому на кожному VC можуть забезпечуватися різні QOS. Кожен N_port може встановлювати декілька таких з'єднань (до 254). Використовується для критичних до часу доставки даних - наприклад, видео- і аудіопотоків.
• Клас 5 - Isochronous Service (ізохронне з'єднання). Не стандартизован. Призначений для додатків, що вимагають негайної доставки даних без проміжної буферизації.
• Клас 6 - Unidirectional Connection Service (однонаправлене з'єднання). Аналогічний Класу 1, але є виключно однонаправленим. Використовується для широкомовних і багатоадресних розсилок через відповідний сервер. N_port може зажадати з'єднання Класу 6 на одне або декілька пристроїв (портів). Встановлене з'єднання існує, поки ініціатор в явному вигляді не закриє його. Розроблений для доставки трафіку реального часу (наприклад, аудіо і відео).

Змішаний клас - Intermix - є підвидом класу 1. Дозволяє передавати кадри класу 2 або 3 в ті моменти, коли додаток першого класу не займає канал, причому кадри класів 2 або 3 необов'язково мають бути адресовані тому ж одержувачеві, що і в класу 1. Був спеціально розроблений з метою частково усунути блокування фабрики передачами першого класу.

• Клас F - використовується комутаторами для управління і передачі службової інформації, передача йде без встановлення з'єднання по Inter Switch Links (ISL) між E_ports.

Сфери вживання Fibre Channel

Fibre Channel широко застосовується для створення Мереж Зберігання Даних (Storage Area Networks). Завдяки високій швидкості передачі даних, малій затримці і розширюваності практично не має аналогів в цій області. Проте, останніми роками, сфера його застосування поступово переміщається в сегмент високопродуктивних систем і рішень, а бюджетний сегмент з успіхом освоюється недорогими рішеннями на базі iSCSI на базі Gigabit Ethernet і 10G Ethernet. Намітилася також тенденція до перенесення транспортного рівня протоколу FC в той же Gigabit і 10G Ethernet за допомогою протоколів FCoE і FCIP.

SAN-Світч Qlogic з підключенням до нього FC (оптичними) коннекторами.