Серверные технологии хранения данных в среде Windows® 2000 Windows® Server 2003

4.6.4 Уровень FC-3

Определяет общие службы, включая службы по управлению и общему транспортному механизму. Уровень FC-3 – общий для всех портов узла. Уровни FC-1, FC-2 и FC-4 реализованы отдельно для каждого порта. В этой схеме поддерживается использование разными портами различной конфигурации (рис. 4.6). Например, один порт может передавать данные SCSI, а другой в это же время будет передавать данные ATM.

Кроме того, обратите внимание, что уровни FC-0, FC-1 и FC-2 относятся к различным портам, а уровень FC-3 относится к узлу. Верхний уровень FC-4 также относится к порту. На рис. 4.6 показан узел с четырьмя портами и двумя протоколами верхнего уровня – SCSI и IP. Если бы узел поддерживал больше протоколов верхнего уровня, на диаграмме присутствовали бы дополнительные блоки FC-4.

Далее представлены некоторые функции, реализованные на уровне FC-3.

Транкинг (trunking) или канальное уплотнение (striping), при котором параллельные линии связи и порты «сворачиваются» для обеспечения большей пропускной способности между узлами.

Многоабонентская доставка, при которой единая передача данных может быть направлена одновременно к нескольким портам. Реализуется посредством службы регистрации на коммутаторе связной архитектуры, с помощью которой узлы регистрируются и отменяют регистрацию для многоабонентской доставки. Доставка в этом случае очень похожа на режим групповой отправки (multicast) в IP. Обратите внимание: многоабонентская доставка может осуществляться на все порты коммутато-

pa связной архитектуры, т.е. может использоваться как широковещание (broadcast).

Свободный поиск (hunting), при котором несколько портов используют одинаковый псевдоним. Это похоже на объединение нескольких телефонных линий компании под одним номером, когда звонок на этот номер перенаправляется на одну из свободных линий. Очевидным преимуществом такой схемы будет повышение вероятности получить свободный порт.

Компания Brocade одна из многих реализует функцию транкинга в своих продуктах, хотя функция получила названия ISL (Inter Switch Link) Trunking. Называние подчеркивает высокую производительность коммутаторов Brocade, которые предназначены для подключения к другим коммутаторам, а не к серверам и устройствам хранения данных. Обратите внимание, что тран- кинг поддерживается и другими поставщиками.

4.6.5 Уровень FC-4

Определяет связывание протоколов верхнего уровня с Fibre Channel. Вот эти протоколы (со временем будет реализована поддержка и других протоколов):

SCSI;

IP;

IPI (Intelligent Peripheral Interface);

HIPPI (High-Performance Parallel Interface);

IEEE 802.2;

SBCCS (Single-Byte Command Code Sets);

AAL5 (ATM Adaptation Layer);

FC-LE (Link Encapsulation).

Обратите внимание: одна линия связи Fibre Channel может одновременно передавать пакета данных нескольких протоколов верхнего уровня.

4.7 Структурные элементы SAN

В разделах 4.4 и 4.6 приведен обзор топологий и протокола Fibre Channel. Теперь рассмотрим различные устройства и компоненты, которые используются для создания сетей хранения данных Fibre Channel. К основным структурным элементам SAN относятся:

адаптеры шины;

кабели Fibre Channel;

разъемы;

устройства подключения, в число которых входят концентраторы, коммутаторы и коммутаторы связной архитектуры.

Все эти элементы рассматриваются в разделах 4.7.1–4.7.4. Обратите внимание, что все адресуемые компоненты в пределах сети хранения данных на основе Fibre Channel имеют уникальные имена WWN (World Wide Names), которые представляют собой аналоги уникальных адресов MAC. Имя WWN в спецификации Fibre Channel – это 64-разрядное число, записываемое в виде XX: XX: XX: XX: XX: XX: XX: XX. Институт IEEE назначает каждому производителю определенный диапазон адресов. Производитель отвечает за уникальное выделение назначенных адресов.

4.7.1 Адаптеры шины

Адаптер шцны (host bus adapter – НВА) подключается к компьютеру и обеспечивает взаимодействие с устройствами хранения данных. В мире персональных компьютеров под управлением Windows адаптеры шины обычно подключаются к шине PCI и могут предоставлять подключение для устройств IDE, SCSI и Fibre Channel. Адаптеры шины работают под управлением драйвера устройства, т.е. драйвера мини-порта SCSIPort или Storport.

При инициализации порт адаптера шины регистрируется на коммутаторе связной архитектуры (если таковой доступен) и регистрирует хранящиеся на нем атрибуты. Атрибуты доступны приложениям с помощью API от производителя коммутатора или адаптера шины. Ассоциация SNIA (Storage Networking Industry Association) работает над стандартизированным API, поддерживающим различные API производителей.

Для сети хранения данных, к которой выдвигаются серьезные требования по отказоустойчивости, некоторые производители адаптеров шины предоставляют дополнительные возможности, например автоматическое переключение на другой адаптер шины при отказе в работе основного. Эти функции, а также дополнительная архитектура рассматриваются в главе 9.

В кольце с разделением доступа только два устройства могут одновременно осуществлять прием и передачу данных. Предположим, что одно из них – это адаптер шины, подключенный к узлу и получающий данные от устройства хранения. Но, если этот адаптер подключен к сети хранения данных на основе коммутируемой связной архитектуры, он может одновременно отправлять несколько запросов на чтение нескольким устройствам хранения.

Ответы на эти запросы могут приходить в любом порядке. Обычно коммутатор связной архитектуры предоставляет службу циклического обслуживания для портов, что еще более усложняет задачу адаптера шины; в этом случае порядок поступления пакетов окажется таким, что каждый следующий пакет будет приходить от другого источника.

Адаптеры шины позволяют решить эту проблему одним из двух способов. Первая стратегия, которая называется сохранить и отсортировать, подразумевает хранение данных в памяти узла с последующей сортировкой буферов за счет центрального процессора. Очевидно, что это неэффективный подход с точки зрения центрального процессора и общая нагрузка связана с переключением контекста каждые несколько десятков микросекунд. Другая стратегия – на лету – подразумевает использование дополнительной системной логики и микросхем на самом адаптере шины, что позволяет осуществлять переключение контекста без использования циклов центрального процессора. Обычно время между переключениями контекста при использовании такой стратегии составляет несколько секунд.

Как отмечается в разделе 4.6.3.5, понятие резервирование буфера определено, как часть стандарта Fibre Channel. Одно резервирование позволяет отправить один кадр Fibre Channel. Перед отправкой следующего кадра отправитель должен получить сигнал Receiver Ready. Для эффективного использования канала Fibre Channel необходимо одновременно передавать несколько кадров, что потребует несколько резервирований, следовательно, понадобится больший объем памяти для принятия кадров. Некоторые адаптеры шины имеют четыре буфера размером 1 Кбайт и два буфера по 2 Кбайт, хотя на некоторых высокоуровневых адаптерах устанавливается 128 и 256 Кбайт для резервирования буфера. Обратите внимание, что для этой памяти обычно требуется два порта; т.е. когда одна область памяти принимает данные от SAN Fibre Channel, остальные области памяти могут передавать данные шине PCI узла.

Кроме того, адаптеры шины играют роль в обеспечении -отказоустойчивости и в архитектуре с аварийным восстановлением данных, в которой предоставляется несколько маршрутов ввода-вывода к одному устройству хранения данных. Эти технологии рассматриваются в главе 9.

4.7.1.1 Операционная система Windows и адаптеры шины

В Windows NT и Windows 2000 адаптеры Fibre Channel рассматриваются как устройства SCSI, а драйверы создаются в виде драйверов мини-портов SCSI. Как отмечается в главе 2, проблема состоит в том, что драйвер SCSIPort устарел и не поддерживает возможности, предоставляемые новыми устройствами SCSI, не говоря уже об устройствах Fibre Channel. Поэтому в Windows