Chuẩn FC được nhiều hãng lớn trên th ế giới hợp tác với nhau đưa ra nám 1988. Mục đích của việc xây dựng chuẩn này là việc kết hợp giữa kiến trúc kết nối kênh được sử dụng cho các kết nối đến thiết bị lưu trữ và kiến trúc kết nối m ạng được sử dụng cho kết nối giữa các m áy tính.
Chuẩn FC được phát triển dựa trên chuẩn IPI (Intelligent Peripheral Interface). Bên cạnh đó chuẩn FC cũng chịu ảnh hưởng của các chuẩn sau:
- 9 2 -
• FDDI (Fiber D istributed Data Interface) • SCSI (Small Com puter System Interface)
• ESCON (Enterprise System C onnection)
Giao thức FC sử dụng kết nối nối tiếp tốc độ cao. Kết nối này được dùng để kết nối các trạm làm việc, máy chủ, siêu máy tính, các thiết bị lưu trữ và các thiết bị hiển thị.
Giao thức FC có các ưu điểm chính sau:
• Cho phép kết nối tới 16 triệu thiết bị như m áy chủ, tủ đĩa, tủ băng từ,... trong một mạng duy nhất bằng các switch
• Dễ dàng m ở rộng cả về sô lượng thiết bị và tốc độ thực hiện • K hoảng cách giữa các thiết bị có thể đạt tới 10 km
• Hỗ trợ nhiều mô hình m ạng khác nhau cho phép chúng ta có thể lựa chọn mô hình thích hợp nhất cho mỗi ứng dụng.
Hơn thê nữa mỗi cổng FC cho phép chúng ta có thể:
• Hỗ trợ nhiều giao thức khác nhau. Các giao thức kênh được hỗ trợ là SCSI, HIPPI, IPI và các giao thức m ạng được hỗ trợ là IP và IEEE 802.2.
• Thực hiện đồng thời nhiều giao thức khác nhau
• Tốc độ truyền đạt tới 1.0625 Gb/s. Tốc độ này có thể tăng gấp đối với chế độ truyền song công
-93 -
3 .2 .1 C á c th u ậ t n g ữ cư b ả n tr o n g c h u ẩ n F C
Fabric Hệ thõng B
H ìn h 3-1: C á c th u ậ t n g ữ tr o n g c h u ẩ n F C
Các thuật ngữ được dùng trong chuẩn FC là:
• Cổng là các điểm đầu của các kết nối FC. M ỗi cổng có một bộ nhận và một bộ gửi.
• Nút là một ihiết bị FC. Mỗi nút có thể là ináy chủ, thiết bị lưu trữ, tủ băng từ hay thiết bị hiển thị. Mỗi nút có ít nhất m ột cổng để trao đổi thông tin với các thiết bị khác. M ọi điểm nguồn và đích của dữ liệu được truyền chính là một nút.
• Switch là thiết bị kết nối thực hiện việc chuyển các gói dữ liệu giữa các cổng bằng các sử dụng các kết nối ảo trong fabric. Switch cho phép nhiều kết nối có thể thực hiện đồng thời.
• Fabric là một tập hợp của một hay nhiều switch được kết nối với nhau tạo thành một m ạng FC. Các cổng tại m ột nút có thể trao đổi với các cổng tại nút khác trong cùng m ột fabric. Trong fabric nhiều kết nối khác nhau có thể được thực hiện đồng thời. Mỗi fabric cho phép thực hiện nhiều giao thức m ạng và giao thức kênh đồng thời, ví dụ như đồng thời thực hiện giao thức SCSI và IP
- 9 4 -
trong một fabric. Mỗi thiết bị có thể được đồng thời kết nối tới nhiều fabric khác nhau.
• Kết nối là một cặp 2 đường tín hiệu một chiều ngược chiều nhau dùng để kết nối trực tiếp 2 cổng. Mỗi cặp đường tín hiệu này có thê là cáp đồng hoặc cáp quang. M ột đường tín hiệu thực hiện việc gửi dữ liệu từ cổng và một đường tín hiệu thực hiện nhận dữ liệu tới cổng.
• GBIC (Gigabit Interface Converter) là thiết bị thực hiện việc đổi tín hiệu từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang và ngược lại. Các thiết bị này được sử dụng trong các cạc FC và cổng của switch. GBIC có hai loại chính là loại bước sóng ngắn và loại bước sóng dài. Độ dài tối đa của các kết nối phụ thuộc vào GBIC và loại cáp quang được sử dụng cũng như tốc độ truyền. K hoảng cách tối đa của các kết nối như sau:
TỐC độ (Mbps) 9 um Single mode 50um Multi mode 62.5 um Multi mode COAX Mini COAX TWIN AX STP 133 100 m 42 m 93 m 80 m 266 10 km 2 km 1 km 100 m 28 m 66 m 57 m 533 10 km 1 km 1 km 71 m 19 m 46 m 48 m 1063 10 km 500 m 175 m 50 m 1 4 m 33 m 28 m 2125 2 km 500 m 4250 2 km 175 m
-95 -
3 .2 .2 C á c m ô h ìn h k ế t n ố i vớ i g ia o th ứ c F C
Giao thức FC hỗ trợ 3 mô hình kết nối chính là điểm nối điểm (Point-to- Point), FC-A L (A rbitrated Loop) và FC-SF (Switched Fabric).
3 .2 .2 .1 M ô h ìn h k ế t n ô i đ iể m n ố i đ iể m (P o in t-to -P o in t)
H ìn h 3-2 : M ỏ h ìn h k ết nối đ iể m n ối đ iểm
M ô hình kết nối điểm nối điểm là mô hình đơn giản nhất. Trong mô hình này 2 thiết bị được kết nối trực tiếp với nhau ví dụ như m ột máy chủ kết nối với một tủ đĩa.
Kết nối điểm nối điểm đảm bảo mọi trao đổi dữ liệu được thực hiện tức thì, không có bất cứ xung đột nào tại kết nối này.
Các nút trong m ạng có thể có m ột hay nhiều cổng khác nhau. Mỗi cổng này có thể được kết nối với các cổng thuộc các nút khác nhau. Ví dụ một tủ đĩa có 2 cổng FC có thể được kết nối với 2 máy chủ khác nhau theo mỏ hình điểm nối điểm.
Trong mô hình này các cổng được gọi là N_Port.
Do số lượng rất hạn chế của các thiết bị nên mô hình kết nối này thường không được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu.
- 9 6 -
3 .2 .2 .2 M o h in h k e t n o i F C -A L (A r b itr a te d L o o p )
H in h 3-3 : M o h in h k e t n oi F C -A L
Trong mo hinh FC-A L cac nut duoc ket no'i vdi nhau thanh m ot vong. M6i vong co the co toi da t6i 127 cong ket noi noi tiep vdi nhau.
Tai mot thod diem chi co the co m ot nut duoc n im quy6n di6u khidn. Khi mot nut duoc nilm quy6n di6u khi6n no se tao m ot ket noi v6i nut khac. Sau khi ket noi duoc thiet lap, ket noi nay duoc coi nhu mot ket noi diem noi diem ao.
Nlur vay trong mo hinh nay tai mot thcri diem chi co the co toi da 2 nut trao doi thong tin vdi nhau. Tat ca cac nut khac dong vai tro nhu bo lap. Sau khi viec trao doi du lieu giita 2 nut ket thuc, vong se tro lai trang thai sSn sang va ket noi inoi co the duoc thiet lap. Giao thiic FC dam sir cong bang trong truy nhap cho tat ca cac cong. Trong m6i vong se khong co xung dot hay co mot nut luon co quydn kiem soat.
Viec tao lap cac vong co the duoc thuc hien bang cach ket no'i true tiep cac cong v6i nhau hoac sir dung hub. Viec sir dung hub cho phep tir dong thiet lap vong mdi khi co c6ng bj hong hoac dung hoat dong hay khi co cong m6i tham gia vao vong.
-97 -
Trong trường hợp đặt biệt khi vòng chỉ có 2 cổng khi đó về mặt vật lý mô hình này hoàn toàn giống như điểm nối điểm nhưng về hoạt động thì khác nhau do trong mô hình là các nút là NL-Port, ngược lại trong mô hình điểm nối điểm các nút là N_Port.
Do vòng FC-A L không có khả năng m ở rộng về băng thông nên mô hình này thường cũng không được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu như là một mô hình chính.
3 . 2 . 2 3 M ỏ h ìn h k ế t n ố i F C -S F (S w itc h e d F a b ric )
H ìn h 3-4: M ò h ìn h k ết n ôi F C -S F
Mô hình FC-SF sử dụng các switch kết nối với nhau tạo thành fabric. Số lượng tối đa các cổng trong m ột fabric có thể đạt tới 16 triệu cổng.
Fabric được kết nối với các nút bằng các cổng được gọi là F_Port. Đây được gọi là cổng của fabric. Các cổng dùng để kết nối các switch với nhau bên trong mỗi fabric được gọi là E_Port. Kết nối giữa hai E_Port được gọi là kết nối ISL (Inter Switch Link)
-98 -
G_Port là cổng có của switch có thể hoạt động dưới cả hai chế độ là F_Port và E_Port. U_Port là cổng của switch có thể hoạt động ở một trong 3 chế độ là F_Port, E_Port và FL_Port.
Các cổng của các nút được kết nối với fabric được gọi là N_Port. Thông qua fabric các nút có thể trao đổi dữ liệu với nhau.
Ngoài việc kết nối với các nút trực tiếp fabric có thể kết nối với các nút thông qua vòng FC-AL. c ổ n g của fabric được kết nối với vòng FC-A L được gọi là FL_Port và cổng của các nút trong vòng trong trường hợp này được gọi là N L_Port. Việc kết nối vòng FC-A L với fabric được dùng chủ yếu để tăng số lượng cổng của fabric.
K hông giống như mô hình FC-AL, trong m ột fabric có thể có nhiều kết nối được thực hiện đồng thời nên cho phép Iihiều thiết bị có thể được kết nối vào đây. Về m ặt lý thuyết số thiết bị đó có thể có đến 16 triệu thiết bị. Tuy nhiên trong thực tế con số này sẽ phụ thuộc vào khả năng của các thiết bị kết nối. Hiện này chuẩn FC chí cho phép kết nối tối đa là 239 switch trong một fabric. Vì vậy số lượng cổng trong thực tế chỉ có thể đến vài nghìn cổng.
M ô hình kết nối FC-SW cho phép vùng lưu trữ có thể m ở rộng về cả băng thông cũng như số lượng thiết bị vì vậy đây là mô hình thường được lựa chọn trong các trung tâm dữ liệu. Các hệ thống kết nối dùng công nghệ FC với mô hình FC-SW được gọi là SAN (Storage A rea N etw ork). Trong phần tiếp theo chúng ta sẽ đề cập đến việc thiết k ế hệ thống kết nối trong vùng lun trữ dựa trên SAN.
3.3 Thiết kê hệ thống kết nối với công nghệ SAN
3 .3 .1 C á c vấn đ ề c ầ n q u a n tà m k h i th iế t k ế S A N
Việc thiết k ế SAN thực chất là việc lựa chọn điểm cân bằng giữa yêu cầu của hệ thống kết nối của các thiết bị với tính kinh tế của việc chia sẻ các thiết bị
- 9 9 -
này trên m ạng đồng thời phải đảm bảo các yêu cầu về tính sẵn sàng. Trong phần này chúng ta sẽ xem xét các đặc tính có tính chất quyết định như tính sẵn sàng, khả năng inở rộng và tốc độ thực hiện trong thiết k ế SAN.
3 .3 .1 .1 T ín h sẵ n sà n g
Tính sẩn sàng của trung tâm dữ liệu chính là tính sẵn sàng của điếm yếu nhất trong toàn hệ thống. M ặt khác sự phụ thuộc của trung tâm dữ liệu vào hệ thống SAN là rất lớn. Nếu hệ thống SAN ngừng hoạt động thì toàn bộ trung tâm dữ liệu sẽ bị mất khả năng truy nhập đến dữ liệu của nó dẫn đến toàn bộ trung tâm dữ liệu này sẽ không có khả năng cung cấp dịch vụ. N hư vậy tính sẩn sàng của hệ thống SAN là không thể thiếu được trong m ột trung tâm dữ liệu.
Do mức độ phụ thuộc rất lớn của trung tâm dữ liệu vào hệ thống SAN rất lớn vì vậy nếu SAN chỉ có một fabric thì rủi ro rất lớn. Fabric là có thể bị sự cố do nhiều nguyên nhân khác nhau như lỗi phần m ềm , lỗi của người quản trị, ... cũng có thể làm ngừng hoạt động của m ột fabric dù fabric này có khả năng phục hồi các sự cố với phần cứng hay không. Chính vì vậy việc sử dụng các fabric dự phòng sẽ giúp tăng tính sẵn sàng của SAN lên một cách đáng kể, nó giúp chống lại các lỗi do con người, phần mềm hay mỏi trường xung quanh gây ra.
Một fabric có khả năng phục hồi là m ột fabric m à giữa 2 cổng của fabric (F_Port hoặc FL_Port) không cùng trên m ột switch có ít nhất 2 con đường kết nối độc lập kết nối chúng với nhau. Với kiến trúc như vậy thì dù có sự cố nào xảy ra với 1 switch hay một ISL cũng không làm ngừng hoạt động của fabric. Việc sử dụng đường dự phòng sẽ được tự động thực hiện với giao thức FSPF (Fabric Shortest Path First) tìm đường trong fabric.
Đ ộ sẩn sàng của SAN được phân chia thành 4 mức khác nhau. Các mức độ này được liệt kê theo mức độ tăng dần như sau:
• M ột fabric không có khả năng phục hổi: tất cả các switch được kết nối với nhau trong một fabric trong đó có ít nhất m ột điểm yếu m à
- 100 -
nếu nó có sự cố thì sẽ làm cho fabric bị phân chia thành nhiều mạng con.
• M ột fabric có khả năng phục hồi: tất cả các switch được kết nối với nhau tạo thành một fabric và fabric này có khả năng phục hồi, không có điểm nào trong fabric bị sự cố có thể làm cho fabric bị chia làm nhiều m ạng con
• Hai fabric không có khả năng phục hồi: m ột nửa số switch được kết nối để tạo thành m ột fabric, một nửa số switch còn lại tạo thành m ột fabric khác hoàn toàn giống với fabric này. Mỗi fabric này là một fabric không có khả năng phục hồi. Thiết k ế này sử dụng với các nút có khả năng kết nối đôi tức mỗi nút được kết nối với cả 2 fabric.
• Hai fabric có khả năng phục hồi: một nửa số switch được kết nối tạo thành m ột fabric, m ột nửa còn lại kết nối thành một fabric khác. Mỗi fabric này là m ột fabric có khả năng phục hồi. Thiết kế này cũng sử dụng với các nút có khả năng kết nối đôi. Đây là thiết kế có tính sẵn sàng cao tốt nhất. Thiết k ế này cho phép chung ta có thể dừng hoạt động của cả m ột fabric để thực hiện việc bảo trì mà không ảnh hưởng đến hoạt động của trung tâm dữ liệu.
Thông thường để đảm bảo tính sẵn sàng cao cho hệ thống SAN người ta thường sử dụng các hai fabric độc lập. Lý do của việc lựa chọn này là tính đơn giản. V iệc chia thành 2 fabric nhỏ hơn sẽ làm cho hệ thống dễ thiết k ế hon do số lượng cổng giảm chỉ còn một nửa. Hai fabric nhỏ sẽ giúp giảm kích thước của bảng đường đi và việc cập nhập thông tin tìm đường, giảm các trao đổi thông tin quản lý giữa các switch. Các fabric nhỏ hơn cũng dễ bảo trì, phân tích khả năng thực hiện và tìm lỗi hơn so với fabric lớn.
- 101 -
3 .3 .1 .2 K h ả n ă n g m ở rộ n g
Việc m ở rộng fabric bao gồm việc thêm vào các switch và các kết nối ISL để tăng kích thước của fabric. Việc m ở rộng fabric không chỉ dừng lại việc tăng kích thước m à còn tăng tốc độ thực hiện của fabric. M ột vấn đề khác liên quan đến việc mở rộng là vấn đề đảm bảo đầu tư. Nếu m ột switch bị thay thế bởi switch khác có số lượng cổng lớn hơn hay có tốc độ cao hơn thì switch này phải có khả năng dùng lại ở một số điểm khác trong fabric để chống lãng phí.
Trong ví dụ dưới đây chúng ta sẽ xem xét việc m ở rộng m ột fabric có mô hình kết nối SAN hình sao. Trong m ô hình hình sao này các switch được chia thành hai nhóm là các switch trung tâm và switch biên. Các switch biên được kết nối với các switch trung tâm và các switch biên không được kết nối trực tiếp với nhau. M ô hình này sẽ được m iêu tả chi tiết trong phần sau. M ô hình kết nối SAN hình sao cho phép mở rộng rất dễ dàng nên chúng ta có thể sử dụng để xem xét được đầy đu các khía cạnh khác nhau của việc m ở rộng.
Hình 3-5: M ở rộng kích SAN
Việc m ở rộng các SAN với m ô hình hình sao có thể thực hiện bằng cách đơn giản nhất là thêm các switch biên vào trong hệ thống. Việc m ở rộng này sẽ ngừng lại khi các cổng của switch trung tâm được sử dụng hết.
Do số lượng cổng của các switch là không cần phải giống nhau trong mô hình này vì vậy chúng ta có thể thực hiện việc thay th ế các switch trung tâm bằng các switch khác có số lượng cổng lớn hơn. Từ đó cho phép hệ thống có số
- 1 0 2 -
lượng switch biên lớn hơn. Hơn nữa chúng ta cũng có thể tăng số lượng switch