Статья опубликована в №4 (декабрь) 2013
Разделы: Информационные технологии
Размещена 12.12.2013. Последняя правка: 11.12.2013.
Просмотров - 3665

Топологии Fibre Channel

Павлов Дмитрий Геннадьевич

Бакалавр техники и технологии

NVision Group, НГТУ

Инженер-стажер

УДК 004.75

Любая сложная структура, состоящая из множества однотипных или разнотипных объектов, для согласованного взаимодействия всех компонентов непременно должна иметь определённую логику построения. В случае  сетевой структуры подобную логику построения называют топологией. Иными словами, топология сети представляет собой схему расположения и соединения устройств, а также характер связей между ними.

Зачастую топология сети для конкретной организации является уникальной структурой, которая учитывает специфику работы, особенности бизнес-процессов и географическое расположение пользователей. Это  также справедливо и для сетей хранения данных (SAN). А поскольку технология Fibre Channel (FC) активно используется для построения таких сетей, то в первую очередь рассматриваются её возможности.
Всё многообразие конфигураций топологий Fibre Channel делят на 3 основных вида:

• топология «точка-точка» (point-to-point);
• топология «управляемая петля» (arbitrated loop);
• топология «коммутируемая связная архитектура» (switched fabric).

Рассмотрим подробнее каждый из них и приведём их достоинства и недостатки.

Топология «точка-точка» имеет самую простую  структуру, основанную на последовательном полнодуплексном соединении двух портов с взаимоприемлемыми параметрами физического соединения и одинаковыми классами сервиса. Для её реализации требуется наличие минимального количества оборудования: сервер с адаптером FC и устройство хранения с интерфейсом FC.

Неоспоримым достоинством данной топологии является большая скорость передачи данных и простота организации, но тем не менее она уступает место другим, более ориентированным на сетевое применение топологиям, позволяющим соединить несколько устройств в сеть или объединить их в структуру.

Широко применяемой, но постепенно устаревающей является топология «управляемая петля». Данная структура представляет собой логическую петлю, включающую в себя до 126 устройств Fibre Channel, которые оспаривают между собой право на передачу данных. Такая петля обычно реализуется с использованием концентратора FC для кабельного управления, в результате чего образуется физическая звездообразная топология. Все устройства такой петли совместно используют доступную полосу пропускания. Например, дисковые накопители Fibre Channel обычно объединяются в небольшие конкурентные петли в подсистемах дисковых накопителей большего размера. Важными аспектами топологии «управляемая петля» являются:  инициализация петли и разделение доступа.

Инициализация, или подготовка к работе, подразумевает комплекс мер необходимых для настройки петли таким образом, чтобы она стабильно функционировала. Поэтому инициализацию выполняют в таких случаях как:

• первая установка и запуск кольца;
• подключение нового устройства;
• отключение и/или запуск существующего устройства.

 

Процесс подготовки контролируется с помощью управляющих кадров, распространяющихся по петле, которые в свою очередь делегируют выбором хозяина петли. В его задачи входит назначение адресов различным портам, чтобы разрешать конфликтные ситуации, когда несколько устройств пытаются одновременно осуществлять передачу. Тем самым реализуется разделение доступа в петле. Порт, выигравший  управление петлёй, отправляет специальный кадр OPN primitive тому порту,  для которого предназначена передача. Дальше кадр передаётся промежуточными портами, пока не достигнет назначения. При этом, порт отвечает кадром ARB primitive, после получения которого инициализируется процесс передачи данных. После окончания отправки данных порт-инициатор посылает кадр CLS primitive. Однако целевой порт может не останавливать отправку кадров для завершения сеанса передачи данных, а порт-инициатор должен быть в постоянной готовности получить эти кадры даже после отправки CLS primitive. После окончания отправки кадров целевой порт может ответить на кадр CLS primitive собственным кадром CLS primitive, после чего кольцо готово к новому процессу передачи данных.

Кроме того, петли делят между собой на открытые и закрытые. Закрытая петля представляет собой изолированную петлю Fibre Channel с разделением доступа, а открытая - петля с разделением доступа, подключенная к связной архитектуре посредством коммутатора.

Преимуществом управляемой петли является возможность соединения между собой множества устройств. Недостатком же является тот факт, что все устройства совместно используют доступную полосу пропускания, что отрицательно сказывается на производительности.

При подключении по принципу топологии «коммутируемая связная архитектура» каждое устройство имеет логическое подключение к другому устройству, поскольку реализация физического подключения устройств по типу  “каждый с каждым” требует гигантских затрат: для N устройств необходимо N² портов и физических подключений. Исходя из этого, на практике каждое устройство подключено к коммутатору, который осуществляет логические подключения между своими портами.

В свою очередь коммутаторы могут быть подключены друг к другу каскадно, подчиняясь определённой иерархии, либо как сеть. Это даёт возможность сформировать более сложные конфигурации. Наиболее распространённой  иерархией является трёхуровневая, где на самом нижнем уровне располагаются управляемые петли, соединённые с  малопроизводительными коммутаторами, которые подключены к высокоскоростным для обеспечения максимально возможной пропускной способности.

В топологии «коммутируемая связная архитектура» используется 24-битный идентификатор для уникальной идентификации каждого устройства, что в теории позволяет подключить для 2²⁴ устройств. Разумеется, реальные сети хранения данных содержат значительно меньшее количество устройств.

Тем не менее, сети хранения данных на базе Fibre Channel могут иметь в своём составе достаточно много устройств, что требует предоставление служб по управлению адресами, а также различных дополнительных служб, иначе управлять вручную такой сетью не представляется возможным. При этом, ручная настройка обходима не всегда, так как  пространство адрес велико, а обеспечение взаимодействия Fibre Channel и протоколов верхнего уровня  проводится самими узлами.

Достоинствами такой структуры можно считать неограниченные возможности по конфигурированию и простоту масштабирования. Недостатком же является большая цена коммутаторов.

С каждым днём оборудование Fibre Channel  становится производительней и доступней. Несколько сгруппированных коммутаторов позволяют создать гибкую и многофункциональную структуру уже сейчас, а значит, построение коммутируемых связных архитектур, в качестве базового элемента сетей хранения данных, открывает огромные перспективы.

1. Дайлип Наик. – Системы хранения данных в Windows : Пер. с англ. – М. Издательский дом «Вильямс», 2005. – 432 с. : ил. – Парал. Тит. Англ.
2. Fiber Channel. How to.
Систем. требования: Microsoft PowerPoint URL: http://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=11&cad=rja&ved=0CCYQFjAAOAo&url=http%3A%2F%2Fwww.cern.ch%2Fit-dep-fio-ds%2Fdocumentation%2Ffibre_channel_how_to.ppt&ei=BCucUqeOFpOK4gSUo4DwBQ&usg=AFQjCNFUFCkXYf5GgMFGg6mX5Wk4PvpURA (Дата обращения: 30.11.2013).
3.Fibre Channel Topology & Hardware [Электронный ресурс]. URL: http://www.ixbt.com/storage/fibre_3.html (Дата обращения: 2.12.2013).
4. Протокол Fibre Channel. Блог о шифровании [Электронный ресурс]. URL: http://crypto.pp.ua/2010/12/protokol-fibre-channel (Дата обращения: 4.12.2013).

Рецензии:

19.12.2013, 0:45 Назарова Ольга Петровна
Рецензия: Кратко и точно. Рекомендуется к печати.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий