Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №4 (декабрь) 2013
Разделы: Информационные технологии
Размещена 25.12.2013. Последняя правка: 26.12.2013.

Топологии SAN на базе Fibre Channel

Павлов Дмитрий Геннадьевич

Бакалавр техники и технологии

NVision Group, НГТУ

Инженер-стажер

Аннотация:
Данная статья содержит обзор топологий SAN, при построении которых используется технология Fibre Channel.


Abstract:
This article provides an overview of topologies SAN, the construction of which uses a technology called Fibre Channel.


Ключевые слова:
Топологии, сеть хранения данных

Keywords:
Topology, storage area network


УДК 004.75

При проектировании любой сетевой структуры основополагающим фактором является выбор топологии, поскольку именно она наделяет структуру необходимыми свойствами. Именно топология регулирует такие параметры как доступность, производительность и масштабируемость, которые в свою очередь играют главную роль в функционировании сети. Из всего многообразия конфигураций построители сетей в качестве основы для новой структуры чаще всего пользуются несколькими топологиями: каскадной, кольцевой, топологией полного графа (mesh, связь «все со всеми») и топологией «центр-периферия» (Core/Edge, CE). Следует отметить, что топологии SAN  на базе FC  не есть топологии FC, поскольку топологии FC представляют собой конфигурации подключения и функционирования оборудования в рамках технологии Fibre Channel, меж тем топологии SAN отображают структуру всей сети хранения данных, при построении которой использовалась технология FC. Рассмотрим более подробно наиболее распространённые топологии SAN.

Каскадная сеть обычно представляет собой совокупность коммутаторов, подключенных последовательно посредством одного или нескольких соединений между двумя соседними. Подобная архитектура плохо масштабируема, поскольку для этого необходимо добавление новых коммутаторов, увеличение количества которых ведёт к росту количества переходов между концами сети, создаёт риск запаздывания пакетов и перегружает сеть. В реальных проектах каскадная топология применяется крайне редко, потому что производительность сети падает по мере добавления в неё новых устройств, что противоречит цели построения SAN: улучшить производительность. Кроме того при выходе из строя коммутатора где-то в середине структуры, сеть распадается на сегменты, что говорит о довольно низкой отказоустойчивости. Но, несмотря на недостатки, данная топология является базовой и может применяться в случае внедрения недорогой SAN маленького размера, содержащих один-два коммутатора. На рисунке 1 приведена иллюстрация каскадной топологии.
Рисунок 1. Каскадная топология
Рисунок 1. Каскадная топология

Кольцевая топология близка по своему устройству к каскадной и отображает каскад из нескольких коммутаторов, где конечные в цепи коммутаторы соединены между собой. Благодаря такой конфигурации, кольцо более отказоустойчиво, поскольку в случае отказа коммутатора или соединения между коммутаторами, данные просто будут передаваться в другом направлении. Помимо улучшения отказоустойчивости, кольцевая технология обладает также и большей производительностью. Это обусловлено тем, что передача данных осуществляется по самому короткому из доступных маршрутов, выбор которого регулируется  специальным протоколом FSPF (Fabric Shortest Path First). К сожалению, на этом преимущества над каскадами заканчиваются. В случае добавления новых устройств, производительность кольца падает из-за увеличения количества связей между коммутаторами (хопов), а сама операция подключения нового коммутатора вообще требует отключения части кольца. Это является существенной трудностью для большой сети, но для малых сетей, не более четырёх коммутаторов, применение кольцевой топологии оправдано. Схема кольцевой топологии приведена на рисунке 2.


Рисунок 2. Кольцевая топология
Рисунок 2. Кольцевая топология
Для решения проблем каскадов и колец требовалась новая топология, и ею стала топология полного графа, осуществляющая соединение совокупности коммутаторов по принципу «все со всеми» (mesh). Данная структура, отображённая на рисунке 3, обеспечивает минимальное расстояние от одного коммутатора до другого, а добавление нового не увеличивает число хопов между коммутаторами, потому как они устанавливаются не между уже соединёнными устройствами. Высокая отказоустойчивость обусловлена существованием нескольких альтернативных маршрутов доставки пакетов данных. Увы, но и данной топологии присущ целый ряд недостатков:
1) Высокая стоимость построения. Даже небольшая mesh-сеть содержит очень много связей относительно числа доступных портов.
2) Топология полного графа не масштабируема, в силу того, что добавление коммутатора требует один порт от каждого уже установленного в сети, а это даёт экспоненциальный рост количества связей.
3) Использование полного графа целесообразно только для построения сети  с четырьмя доменами.
Рисунок 3. Топология полного графаРисунок 3. Топология полного графа

Последней и основной на данный момент базовой топологией для построения SAN считается топология «центр-периферия» (Core/Edge, CE). Она является развитием распространённой сетевой топологии «звезда» и одним из важных её отличий является наличие в центре двух и больше коммутаторов ядра вместо одного. Как видно из рисунка 4, на котором представлена описываемая структура, на нижнем уровне располагаются коммутаторы центра (core), верхний же уровень состоит из граничных коммутаторов (edge).


Рисунок 4. Топология «центр-периферия»

Рисунок 4. Топология «центр-периферия»

Благодаря своей распространённости данная топология хорошо описана и исследуется в лабораториях крупных компаний (Brocade,EMC). Далее приведём основные преимущества топологии «центр-периферия»:
1) Сбалансированность.
Симметричность сети способствует сбалансированию нагрузки и резервирования. При этом трафик между граничными коммутаторами возможно перераспределить среди центральных.
2) Детерминированность.
Скорость передачи данных между парой граничных коммутаторов никаким образом не влияет на скорость передачи между любыми другими коммутаторами.
3) Экономичность.
Возможность опционирования параметров для изменения соотношения цена/производительность позволяет пользователю максимально рационально создать или настроить гибкую структуру под свои нужды, что, как следствие, сокращает бюджет.
4) Простота адаптации и модификации.
В силу того, что любой центральный коммутатор можно дублировать, а граничные коммутаторы заменять, структура в целом очень легко адаптируется к изменениям.
5) Масштабируемость.
Без сбоев и нарушений в работе возможно подключение новых граничных устройств, а также замена центральных на модели с большим числом портов.
Главным же недостатком данной топологии является цена. Оборудование и организация связей между коммутаторами различных уровней стоят немалых денег.
Также следует отметить, что практически все крупные SAN построены на основе базовой топологии «центр-периферия».

Несмотря на то, что данная классификация отображает основные топологии и вполне обоснована, необходимо учесть тот факт, что любая из приведённых топологий может быть упрощена или усложнена, либо смешана с ещё одной или несколькими топологиями. Поэтому справедливо утверждение о том, что любая проблема архитектуры SAN может быть решена с помощью одной из рассмотренных топологий или их комбинации.

Библиографический список:

1. Дайлип Наик. – Системы хранения данных в Windows : Пер. с англ. – М. Издательский дом «Вильямс», 2005. – 432 с. : ил. – Парал. Тит. Англ.
2. SAN-решения Brocade. Систем. требования: Adobe Acrobat Reader URL: http://www.brocade.com/downloads/documents/international/Russian/brocade-san-overview-russian.pdf (Дата обращения: 17.12.2013).
3. Масштабирование SAN. Систем. требования: Adobe Acrobat Reader URL: http://www.storagenews.ru/37/SAN_scale-37.pdf (Дата обращения: 17.12.2013).
4. Фабрика с одним коммутатором [Электронный ресурс]. URL: http://www.fcoe.ru/russian/networked-storage-concepts-and-protocols/535-2122---- (Дата обращения: 19.12.2013).
5. SAN (Storage Area Network) – сеть хранения данных, СХД, Аппаратное обеспечение, Сетевая инфраструктура. [Электронный ресурс]. URL: http://www.tadviser.ru/index.php/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F:SAN_%28Storage_Area_Network%29_-_%D1%81%D0%B5%D1%82%D1%8C_%D1%85%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D0%B4%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D1%85 (Дата обращения: 19.12.2013).




Рецензии:

3.01.2014, 20:43 Назарова Ольга Петровна
Рецензия: Рекомендуется к печати.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх