CHƢƠNG 2 CÔNG NGHỆ MẠNG LƢU TRỮ SAN
2.1. Công nghệ truyền thông trong mạng lƣu trữ
2.1.1. Giao thức SCSI
Hệ thống máy tính đƣợc cấu thành từ 3 bộ phận cơ bản là bộ xử lý, bộ nhớ và thiết bị ngoại vi. Để chuyển tải dữ liệu giữa các bộ phận, nhiều tuyến mạch kết nối đã đƣợc lập ra gọi là bus. Hệ thống máy tính xây dựng và phát triển dựa trên hai hệ thống bus chủ đạo: System Bus (bus hệ thống) - nối kết
từ bộ xử lý đến bộ nhớ chính, bộ đệm cấp 2 (cache level2), và I/O Bus (bus ngoại vi) - nối kết thiết bị ngoại vi với bộ xử lý.
SCSI (Small Computer System Interface - Giao diện hệ thống máy tính) là một chuẩn cho kết nối vật lý và truyền tải dữ liệu giữa bộ xử lý máy tính và các thiết bị ngoại vi (đĩa cứng, ổ CD-ROM, scanner...). Chuẩn SCSI dựa vào 2 thực thể quan trọng: truyền tải vật lý (physical transport) - truyền tín hiệu và cáp truyền cho thiết bị SCSI; giao thức truyền và định dạng dữ liệu mức cao
(higher-level data transmission protocol & format). Nói cách khác, chuẩn SCSI xác định các tính chất: giao thức, giao diện (điện tử hoặc quang).
Hình 2.2. Giao diện máy chủ với thiết bị ngoại vi
Giao diện SCSI cho phép các máy chủ, máy tính thực thi thao tác với khối dữ liệu vào\ra (I/O) với thiết bị ngoại vi. Giao diện SCSI thƣờng là một kênh bus song song (parallel bus), các bit của byte số liệu song hành trên các đƣờng dây riêng, khoảng cách truyền ngắn, trong khi các thiết bị giao tiếp bên ngoài nhƣ modem thuộc loại tuần tự (serial bus) với các bit nối tiếp nhau trên một đƣờng dây.Trƣớc kia, kênh bus song song bao giờ cũng nhanh hơn kênh bus nối tiếp, hiện nay kênh bus song song lại ở thế bất lợi. Để tăng tốc độ truyền, có thể thêm dây vào cáp hoặc nâng tốc độ xung nhịp điều khiển kênh
bus. Các mạch điện tử điều khiển và xử lý dòng dữ liệu trở nên nhanh đến mức nhiễu điện đƣợc tạo bởi nhiều đƣờng dây hay giao thoa (interference) tần số radio giữa các dây dẫn trở thành yếu tố hạn chế tốc độ của đƣờng truyền. Kênh bus nối tiếp ít dây hơn và tránh đƣợc hiện tƣợng giao thoa ngay cả khi truyền dữ liệu trên cáp dài với tốc độ cao nên truyền đƣợc khoảng cách xa. Vì vậy, một cặp dây có thể hoạt động ở tốc độ rất cao mà không gây nhiễu, truyền dữ liệu nhanh hơn, xa hơn nhiều cặp dây.
Giao thức SCSI đƣợc sử dụng bởi hệ điều hành cho quá trình hoạt động vào/ra (Input/Output) với ổ đĩa. Dữ liệu đƣợc gửi từ hệ điều hành tới ổ đĩa trong khối dữ liệu gọi là “block”.
Giao thức SCSI-3 là chuẩn SCSI mới nhất hỗ trợ đƣợc tất cả các giao thức SCSI hiện có và cả những giao tiếp cũng nhƣ mạch truyền số liệu khác. Chuẩn công nghệ SCSI-3 có nhiều giao thức trong lớp giao vận (transport) dựa vào hai giao diện: giao diện truyền song song (kênh bus song song) và giao diện truyền nối tiếp (kênh bus nối tiếp). Giao diện truyền nối tiếp tức là chuyển từ cấu trúc song song (nhiều cặp dây cùng truyền) sang cấu trúc tuần tự (chỉ một cặp dây truyền), hay nói cách khác giao diện truyền nối tiếp là thay thế giao thức truyền song song SCSI trực tiếp qua cáp với giao thức truyền nối tiếp để mở rộng khoảng cách truyền xa.
Kiến trúc tầng của chuẩn SCSI-3 gồm: câu lệnh điều khiển (Primary Command), giao diện (interface) và giao thức (Protocol).
Bảng 2.1 giới thiệu một số giao thức và thông số lớp vật lý chuẩn SCSI-3
TT Giao thức Lớp vật lý
Giao diện song song - Parallel Interface
1 - SCSI Parallel Interface (SPI): SPI-2, SPI-4, SPI-5
- Parallel Interface Related Standards and Technical Reports: + SCSI Passive Interconnect Performance Standard (PIP) + SCSI Signal Modeling (SSM): SSM, SSM-2
+ SCSI Enhanced Parallel Interface (EPI)
SPI-5:
- Ultra640:640MB/s - Độ dài cáp: 20m
2 Fibre Channel Protocol (FCP): - FCP, FCP-2, FCP-3-FCP-4
FCP-4: 4Gb/s và 10Gb/s, 100m-3km 3 High Performance Serial Bus (IEEE 1394):
- Serial Bus Protocol (SBP): SBP-2, SBP-3
SBP3:100-3200Mb/s Cáp quang-100m 4 Serial Storage Architecture (SSA):
- SSA SCSI-3 Protocol (SSA-S3P) - SSA Transport Layer 2 (SSA-TL2)
- SSA Physical Layer 1, 2 (SSA-PH1, SSA-PH2)
SSA:
- SSA-40: 80MB/s, độ dài cáp: 25m
5 iSCSI - kết nối internet Qui mô và tốc độ mạng Internet 6 Một số giao thức khác:
- SCSI RDMA Protocol (SRP): SPR, SRP-2
- Serial Attached SCSI (SAS): SAS, SAS-1.1, SAS-2
- Automation/Drive Interface-Transport Layer (ADT):ADT-2 - SCSI-3 Generic Packetized Protocol Technical Report-GPP
SAS:
- SAS-2: 6Gb/s, 6m
Ví dụ, thế hệ mới nhất của chuẩn giao diện song song SCSI là Ultra640 có tốc độ 640MBps, sử dụng cáp đồng 68-dây, do hạn chế bởi cƣờng độ tín hiệu mà khoảng cách truyền tối đa là 20m. Fiber Channel là chuẩn giao diện nối tiếp có triển vọng về tốc độ vì tận dụng đƣợc thế mạnh của bus nối tiếp để truy cập nhanh ổ cứng và nối mạng, tốc độ đạt 10Gb/s với khoảng cách 10km. Ngoài ra, các máy tính và các thiết bị ngoại vị đều hỗ trợ cổng giao tiếp rất phổ biến gọi là USB (Universal Serial Bus). USB là chuẩn giao diện, có thuộc tính tƣơng tự nhƣ IEEE-1394 (giao diện nối tiếp hiệu suất cao), nhƣng USB không phù hợp với các thiết bị giao diện tốc độ cao nhƣ ổ cứng bởi thông lƣợng truyền thấp (1,5MB/s ~12Mb/s). USB phù hợp cho giao diện gắn kết các thiết bị tốc độ thấp với máy tính nhƣ modem, scanner, CD-ROM….
Hiện nay, mạng lƣu trữ sử dụng hai giao thức phổ biến là iSCSI và Fibre Channel để truyền dữ liệu giữa máy chủ (mainframe) với thiết bị lƣu trữ. iSCSI, Fibre Channel đều sử dụng giao thức truyền dữ liệu (data transmission protocol) nhƣng không sử dụng truyền tải vật lý (physical transport) của giao thức SCSI. Hình 2.3 cho thấy giao thức SCSI nằm ở lớp trên của giao thức FC
và iSCSI, thông qua hai giao thức mà máy chủ ứng dụng có thể giao tiếp với các thiết bị lƣu trữ với tốc độ cao, khoảng cách xa hơn so với giao diện SCSI.
Hình 2.3. Mô hình phân lớp giao diện của giao thức Fibre Channel và iSCSI