ОБЗОР

В первой статье о SAN, опубликованной в PC Week/RE (см. № 3/2000, с. 15), автором была предпринята попытка в общих чертах познакомить читателя с этой новой технологией, появившейся на свет совсем недавно - в 1998 г. Чтобы дальше развивать эту тему, необходимо ввести некоторую терминологию и рассказать о физической инфраструктуре сетей памяти, которая целиком и полностью базируется на технологии Fibre Channel Network (FCN). Сделать это совсем не сложно, поскольку сегодня имеются хорошо описанные и очень логичные стандарты, делающие FCN совершенно прозрачной и доступной для понимания. В основном это документы Американского национального института стандартов (ANSI).

Вообще все, что касается интерфейсов, привлекает к себе внимание не столько инженерными метаморфозами в этой области, сколько тем, что происходящее в ней свидетельствует о переоценке роли коммуникационных средств в общей инфраструктуре информационных систем. Постепенно становится очевидным, что именно они превращаются в главный системообразующий фактор.

В последние десятилетия методы разработки многих стандартов находятся под непосредственным влиянием принятой лет 25 назад семиуровневой модели открытых систем OSI, с тех пор она заслуженно стала “законодателем мод”. Тогда многоуровневый подход был откровением, а сейчас стал практически общепринятым. Естественно, что он был распространен и на стандарты в области интерфейсов. В 1993 г. была предложена пятиуровневая модель, охватывающая практически все известные подходы к созданию внутрисистемных коммуникаций.

Надо отметить, что комплекс стандартов на FCN еще не так строго определен, как на OSI, и к тому же он охватывает более узкую область. В конечном итоге эти стандарты распространяются на область, соответствующую транспортному уровню в модели OSI. Причем существуют разные интерпретации по сути одной и той же модели интерфейсов. Если мы посмотрим на положение Fibre Channel в документах на стандарт SCSI-3, то там эта технология сведется к одному из нескольких способов, которым можно реализовать процесс передачи данных. Наоборот, если считать, что SCSI-3 - одна из функций верхнего уровня в модели FCN, то SCSI займет скромное место в списке протоколов, поддерживаемых на уровне FC-4. На самом деле здесь никакого противоречия нет, просто в зависимости от конкретной задачи та или иная интерпретация оказывается удобнее.

Пятиуровневая модель FCN

Fibre Channel - это полнодуплексный последовательный коммуникационный интерфейс. Его модель может быть разделена на пять уровней, начиная с самого нижнего FC-0 и до верхнего FC-4. Три первых уровня (0, 1 и 2) иногда объединяют общим названием Fibre Channel Physical (PC-PH). Разделение на уровни очень удобно для проектирования новых систем, обеспечения взаимодействия продуктов разных производителей и не менее удобно для изучения технологии. Поэтому в своем рассказе о FCN в настоящей и последующей статьях мы пойдем именно этим путем - от стандартов к реализациям.

Основные свойства Fibre Channel Network распределены по уровням следующим образом:

- FC-0. Физические характеристики: используемые сигналы и носители, скорости передачи данных, конструкция разъемов, спецификация передатчиков и приемников;

- FC-1. Управление связью и синхронизация передачи данных. На этом уровне решается одна из важнейших задач - преобразование параллельного байтового представления данных в последовательный поток битов - так называемое преобразование 8B/10B;

- FC-2. Формат фреймов, управление потоком данных, классы сервисов. На этом же уровне определены три основных типа топологий: точка - точка, петля с арбитражным доступом и коммутируемая структура;

- FC-3. Уровень общего сервиса, определяет свойства портов, по которым узлы подключаются к сети. Этот уровень пока в наименьшей степени стандартизован;

- FC-4. Верхний уровень, определяет отображение протоколов TCP/IP, ESCON, HPPI, SCSI и ATM в транспортную систему FCN.

Детальнее о Fibre Channel Physical

В FC-0 определены два основных подмножества носителей, применяемых в технологии Fibre Channel: медные (copper) и оптоволоконные (fiber).

Допускается использование двух типов медных носителей: коаксиального кабеля и экранированной витой пары (STP). Заметим, что неэкранированная витая пара (UTP) не применяется. Дальность передачи по меди ограничена расстоянием до 30 метров. При подключении к приборам чаще всего используется стандартный 9-контактный разъем DB-9.

Оптическая среда для передачи данных реализуется двумя различных типами волокна: на более коротких расстояниях применяется мультимодовый кабель Multi-Mode Fiber (MMF), на более дальних - одномодовый кабель Single-Mode Fiber (SMF). В обоих случаях используются дуплексные коннекторы SC, принятые в телекоммуникационной индустрии.

Таблица 1. Расстояние передачи данных в

зависимости от типа оптического кабеля

В табл. 1 и 2 приведены основные характеристики оптоволоконных носителей.

Таблица 2. Скорости передачи по Fibre Channel

На уровне FC-1 осуществляется конвертация из параллельного представления в последовательное.

Когда речь идет о Fibre Channel, то как одно из его основных достоинств постоянно подчеркивается последовательность данного интерфейса. Однако на уровне регистров данные представлены в байтах, каждый из которых хранит восемь, поэтому необходимо осуществить преобразование параллельного представления в последовательное. Для этой цели используется метод 8B/10B, разработанный в компании IBM, но открытый для всеобщего использования. Здесь на аппаратном уровне восемь битов одного байта упаковываются в десять последовательных битов, включая два дополнительных, необходимых для синхронизации при развертке во времени.

На уровне FC-2 определены топологии и порты. В публикациях на тему Fibre Channel Network обычно говорят об элементарных конфигурациях, называемых топологиями, и гораздо реже о типах портов, с помощью которых узлы подключаются к сети. На самом деле это две взаимосвязанные вещи, не существующие одна без другой, но начать все же удобнее с топологий. Наличие стандартных портов позволяет строить конфигурации SAN как конструкции из набора Lego.

Существует три вида простейших топологий Fibre Channel, отличающихся друг от друга способом распределения ресурсов канала между входящими в соединение узлами.

Точка - точка. Это самое простое, можно сказать, тривиальное соединение, где два устройства напрямую взаимодействуют друг с другом. Они используют всю пропускную способность канала, и не требуется никакой дисциплины взаимодействия.

Петля с арбитражным доступом. Эта топология, называемая Fibre Channel Arbitrated Loop, или FC-AL, пока получила наибольшее распространение. Особенно часто она используется при подключении дисковых массивов и ленточных библиотек к серверам. Не случайно в некоторых публикациях всю технологию FCN сводят к арбитражной петле.

Механизм арбитражного доступа обеспечивает подключение в одну петлю до 127 узлов. Петля FC-AL предлагает рациональный и экономичный подход к использованию носителя, но логика работы довольно сложна. В некоторой степени этот механизм напоминает принцип действия Ethernet, хотя использование в названии слова “петля” может вызвать ассоциации с Token Ring, с передачей токенов по цепи.

Если некоторое устройство готово к передаче, то оно выдает сигнал Arbitrate (ARBx) Primitive Signal, где x - его адрес в петле (Arbitrated Loop Physical Address, AL_PA). Самый простой случай - оно получает в ответ свой же сигнал ARBx Primitive Signal. Это значит, что петля свободна, тогда оно передает сигнал Open (OPN) Primitive Signal устройству-получателю, между ними устанавливается взаимодействие и начинается процесс обмена. Если же в ответ на запрос устройство получает ARBx с иным значением, чем собственный адрес, то дальнейшие действия зависят от значения x: если оно выше исходного, значит, приоритет устройства, владеющего петлей в данный момент, выше и запрос временно блокируется, или, наоборот, тогда текущая передача прерывается и петля отдается обратившемуся устройству. Механизм на самом деле гораздо более сложен, с одной стороны он обеспечивает установление “канального” взаимодействия между устройствами, а с другой - дает каждому устройству возможность получения своей квоты для обмена данными.

Как и любые кольцевые топологии, петля на практике реализуется с помощью концентратора. Концентраторы FCN по своим функциям полностью аналогичны подобным устройствам, предназначенным для локальных сетей. Чаще всего они позволяют сохранять топологию, если какое-то устройство выключено или неисправно.

Коммутируемая структура (Fabric). Оригинальное название третьего типа топологии - Fabric - можно перевести как “структура”, “остов” и т. д., но по сути своей это коммутируемая среда, в которую можно включить до 224 устройств. Логически эта структура очень проста, поскольку никакого совместного использования носителя она не предполагает, все, что от устройства требуется, - подготовить запрос на подключение.

Существует несколько видов портов, которые позволяют собирать устройства и коммутационную аппаратуру в перечисленные выше три типа топологий и комбинации из них.

Основными являются два типа портов: N - порт любого устройства (компьютера, диска), подключаемого к FCN (при топологиях точка - точка и Fabric) и F - порт коммутатора в топологии Fabric, имеющий собственный шестнадцатеричный идентификатор hex’FFFFFE’. Символ L в имени портов указывает на то, что данный порт подключается к арбитражной петле FC-AL. Тогда NL-порт - это порт устройства, подключаемого к FC-AL, а FL-порт - порт коммутатора, подключаемый также к FC-AL. Существует еще несколько типов (E, G и GL), которые служат для образования еще более сложных конфигураций.

Несколько слов о верхних уровнях

FC-3 определяет несколько коммуникационных стратегий Fibre Channel, называемых классами обслуживания (Classes of service). Всего классов шесть, выбор того или иного класса определяется спецификой приложений на уровне FC-4.

FC-4 определяет основные протоколы следующих поддерживаемых интерфейсов:

- Small Computer System Interface (SCSI);

- Intelligent Peripheral Interface (IPI);

- High Performance Parallel Interface (HIPPI);

- Internet Protocol (IP);

- Link Encapsulation (FC-LE) по стандарту IS802.2;

- Single Byte Command Code Set Mapping (SBCCS) для реализации ESCON и других блочных мультиплексных интерфейсов;

- Audio Video Fast File Transfer;

- Audio Video Real Time Stream Transfer.

Рынку SAN в Европе быть

В январе 2000 г. известная аналитическая компания Frost & Sullivan (www.frost.com) опубликовала отчет, содержащий прогноз западноевропейского рынка SAN. В документе даны весьма оптимистичные предсказания будущего этого пока еще только зарождающегося сектора ИТ. Компания считает, что основным двигателем прогресса SAN будут все разновидности систем управления знаниями.

Автор отчета Ануп Убхи (Anoop Ubhey) отмечает, что сейчас технологии SAN сочли привлекательными для себя многие организации и можно наблюдать лихорадочное стремление успеть на поезд, который еще не отошел, но уже подан к перрону. Он пишет: “В массовом количестве сети SAN появятся в самом ближайшем будущем. Вендоры, испытывая постоянные требования со стороны рынка, очень скоро начнут поставку средств. Традиционные архитектуры памяти уже не выдерживают давления, создаваемого экспоненциальным ростом информационных объемов в корпоративных системах управления (ERP), системах управления отношениями с покупателями (Customer Relationship Management, CRM) и многих других продуктах”.

FCN с арбитражной петлей и коммутатором

Исследование Frost & Sullivan показывает, что пока основной сложностью на пути SAN остается недостаточный уровень стандартизации. Несколько имеющихся общественных организаций не справляются с задачами по разработке стандартов, и основные игроки на данном поле начинают создавать для этих целей свои собственные межкорпоративные объединения, например Fibre Alliance под патронажем компании EMC.

В 1999 г. на европейском рынке было продано устройств, которые можно объединить общим названием SAN, на сумму чуть меньше двух миллиардов долларов. Основную их часть (примерно 90%) составляют элементы технической инфраструктуры: диски, дисковые массивы, ленточные библиотеки, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы. Оставшиеся 10% выпадают на программное обеспечение. К 2006 г. прогнозируется более чем 30-кратный рост продаж - почти 65 млрд. долл.

Сети SAN - элемент технической политики Compaq

В подтверждение актуальности SAN в современных условиях компания Compaq Computer Corporation 7 февраля сообщила о нескольких новых инициативах, объединенных названием Open SAN. Их конечная цель заключается в построении такой сети, которая включала бы гетерогенные множества серверов и устройств памяти и при этом имела выход в Интернет.

О серьезности намерений свидетельствует план намеченных мероприятий:

- создание специального подразделения, ориентированного на устройства для корпоративной памяти Enterprise Storage Software (ESS);

- образование технического центра по разработке технологий SAN в Колорадо-Спрингс;

- объявление нового класса продуктов для управления SAN - Compaq SANworks.

Новейшая история этого вопроса, в рамках Compaq, началась совсем недавно. Только в конце 1998 г. прозвучал анонс архитектуры корпоративных сетей памяти Enterprise Storage Network Architecture (ENSA), а в 1999-м появились первые опыты промышленного внедрения и попытки интегрировать SAN и WAN (SAN-WAN). Тогда же началось сотрудничество с компанией HighGround Systems, одним из ведущих поставщиков управляющего ПО для SAN. Справедливости ради стоит отметить, что корпорация Digital Equipment, поглощенная Compaq, много лет вела очень серьезные работы по системам хранения, когда о сетях памяти и речи не было. Наверное, не случайно и созвучие названий - DigitalWorks и Compaq SANworks.

Основы технической программы корпорации Compaq по развитию SAN можно найти в интересной работе “Heterogeneous Storage Area Networks” по адресу: http://www.compaq.com/storage.

Версия для печати