Статья опубликована в №3 (ноябрь) 2013
Разделы: Информационные технологии
Размещена 15.11.2013. Последняя правка: 14.11.2013.
Просмотров - 8739

Технология Fibre Channel как основа построения систем хранения данных

Павлов Дмитрий Геннадьевич

Бакалавр техники и технологии

NVision Group, НГТУ

Инженер-стажер

УДК 004.75

На сегодняшний день огромной ценностью является информация. При этом развитие технологий, а также ускорение темпа жизни современного человека накладывают на информацию свой отпечаток – её объёмы и ценность постоянно растут. Где и как её хранить? Таким вопросом задаётся, наверное, каждый. Ещё острее эта проблема касается предприятий, поскольку любой вид производства, ведение документации и отчётности неразделимо связаны с работой с большим количеством важной информации. А значит, появляется необходимость в наличии структуры, способной обеспечить стабильный и быстрый доступ к информации, надёжное хранение и отсутствие её искажений. Именно такой структурой является SAN (Storage Area Network) – высокоскоростная сеть передачи данных, объединяющая серверы и устройства хранения данных.

Внедрение клиент-серверной архитектуры во второй половине 80-ых годов, способствовало увеличению объёмов обрабатываемых и хранимых данных. Имеющаяся на тот момент на вооружении технология SCSI (Small Computer System Interface) перестала удовлетворять растущим потребностям. Поэтому в 1988 году началась разработка нового протокола, целью которой являлось создание иной технологии, способной перешагнуть за ограничения SCSI. Так, спустя шесть лет, в 1994 году, вышла  в свет первая редакция стандарта Fibre Channel (FC), ставшего впоследствии платформой для построения сетей хранения данных.

Интерфейс Fibre Channel — это технология межсистемного взаимодействия, которая объединяет в себе возможности высокоскоростного ввода-вывода и сетевого обмена данными. На данный момент FC стремительно развивается и пережил уже не одну редакцию.

Таблица 1. Версии Fibre Channel.

Название	Пропускная способность (Gbps)	Производительность (~MBps)	Год
1GFC	1.0625	100	1997
2GFC	2.125	200	2001
4GFC	4.25	400	2004
8GFC	8.5	800	2005
10GFC Последовательный	10.51875	1000	2006
10GFC Параллельный	12.75	1500	2007
16GFC	14.025	2000	2008
20GFC	21.04	3200	2011

В названии технологии Fibre Channel (волоконный канал) оба слова не совсем точно 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.

Технология Fibre Channel составляет целый комплекс стандартов, многие из которых разрабатываются независимо. Они представляются в виде пятиуровневой модели, схема которой представлена на рисунке 1. Каждый из этих уровней, по мысли разработчиков, должен реализовываться в виде отдельных аппаратных компонентов. Эта модель не имеет прямого соответствия с эталонной моделью OSI. Тем не менее, 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.

Рисунок 1. Схема пятиуровневой модели Fibre Channel.

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). В свою очередь FC-3 описывает общие процедуры 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.

На структурном уровне Fibre Channel подразумевает три топологии, определяющие взаимное подключение устройств:

• "Точка-Точка" (point-to-point). В данном случае устройства подключены напрямую: трансмиттер одного устройства соединен с ресивером второго, и наоборот. Отправленные одним устройством кадры направлены ко второму устройству.
• Управляемая петля (arbitrated loop). В данном случае устройства объединены в петлю: трансмиттер одного устройства соединяется с ресивером следующего. Устройствам присваиваются адреса, после чего петля может служить передатчиком данных.  Добавление устройства в петлю приводит к приостановке передачи данных. Чтобы построить управляемую петлю используют концентраторы, они способны замыкать/размыкать петлю, если добавляется/убирается устройство.
• Коммутируемая связная архитектура (switched fabric). В данном случае применяется коммутатор. Это позволяет подключать большее количество устройств, в сравнении с управляемой петлей. Однако, при этом добавление новых устройств не влияет на передачу данных между уже подключенными устройствами, поскольку на основе коммутаторов можно строить сложные сети, на коммутаторах поддерживаются распределенные службы управления сетью (fabric services), которые отвечают за маршруты передачи данных, регистрацию в сети и присвоение сетевых адресов и другое.

Аппаратный уровень включает в себя четыре категории оборудования: адаптеры, концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы, а также физическую среду (оптоволокно, медный кабель). Для подключения к решетке Fibre Channel любое периферийное устройство должно иметь своем составе  адаптер, который представляет из себя плату расширения, подключенную по интерфейсу PCI (32 или 64 бит). Для создания самой решетки FC используют остальные виды оборудования:

• Концентраторы

Представляют собой повторители сигнала, содержащие не более 10 портов, при этом способны изолировать поврежденный узел путем создания внутреннего обходного пути, что существенно повышает надежность системы в целом. Продвинутые модели используют цифровые методы восстановления несущей и отличаются развитыми возможностями удаленного администрирования.

• Коммутаторы

Более сложное оборудование, позволяющее отказаться от петли с арбитражным доступом и сформировать коммутируемую решетку для мгновенного соединения "каждого с каждым" и образования выделенного полнодуплексного канала.

• Маршрутизаторы

Наименее распространённый класс устройств. Призван подключать сеть Fibre Channel к другой среде передачи, например к SCSI или Ethernet.

В терминологии FC устройства называются узлами (nodes). Это весьма напоминает узлы в терминологии сетей IP. Узел Fibre Channel может иметь несколько портов, как и узел IP, который зачастую получает несколько адресов IP. Разница между ними в том, что порт Fibre Channel представляет собой физический элемент, а порт IP — логический. Каждый узел Fibre Channel имеет уникальное 64-разрядное имя WWN (World Wide Name), которое назначается производителем. Это напоминает уникальные адреса MAC, которые назначаются производителями сетевым адаптерам Ethernet.

Хотя и не настолько сложная как ATM, технология Fibre Channel описывается несколькими стандартами. Некоторые специалисты даже считают, что расширение ее возможностей и, как следствие, ее усложнение - может отрицательно сказаться на ее перспективах. Тем не менее FC уверенно идёт в массы. Физическая составляющая стремительно развивается в отношении скорости и дистанции функционирования, носители памяти и устройства хранения данных увеличивают емкость и пропускную способность. Аппаратные же средства уменьшаются в размерах и  повышают свою мощность и управляемость (при помощи усовершенствованного ПО). В итоге SAN на базе Fibre Channel позволяет решать одну из сложнейших задач в сфере информационных технологий – управление огромными объёмами данных.

1.Дайлип Наик. – Системы хранения данных в Windows : Пер. с англ. – М. Издательский дом «Вильямс», 2005. – 432 с. : ил. – Парал. Тит. Англ.
2.Информационный бюллетень компании "Инфосистемы Джет" // Сети хранения данных (SAN) : ежемесячное деловое издание №9 (112) / Компания "Инфосистемы Джет" 2002. Систем. требования: Adobe Acrobat Reader. URL: http://www.jetinfo.ru/Sites/new/Uploads/2002_9.DF9C812FFBD9496BAE9694E27F2D9D1D.pdf (Дата обращения: 13.11.2013).
3.Терминология Fibre Channel [Электронный ресурс]. URL: http://www.alterbit.ru/glossary117.html (Дата обращения: 13.11.2013).
4.Fibre Channel Archtecture [Электронный ресурс]. URL: http://www.ixbt.com/storage/fibre_2.html (Дата обращения: 14.11.2013).
5.Fibre Channel в теории и на практике. SAN – сети хранения данных [Электронный ресурс]. URL: http://www.fibrechannel.ru/fc.html (Дата обращения: 14.11.2013).

Рецензии:

15.11.2013, 12:33 Назарова Ольга Петровна
Рецензия: Кратко, точно и актуально. Рекомендуется к печати

19.11.2013, 10:54 Туманов Владимир Евгеньевич
Рецензия: Научное направление работы. Информационные технологии Класс статьи: наблюдения из практики . Научная новизна: 1) Подтверждение новой оригинальной заимствованной концепции, 2) Констатация известных фактов. Оценка достоверности представленных результатов. Практическая значимость. Предложены: 1) Даны ясное описание технологии. Формальная характеристика статьи. Стиль изложения - хороший, но требует правки. ОБЩЕЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Статья актуальна, не обладает научной новизной, имеет практическую ценность, рекомендуется для печати.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий