حافظه های شبکه ای

[MAHDIAR]

معمولاً فضای حافظه موجود در یک کامپیوتر سرویس دهنده در اختیار دیگر سرویس دهنده های شبکه قرار نمی گیرد. برای حل مشکل فضای نگهداری اطلاعات در شبکه ها، راه حل هایی به وجود آمده. یکی از این راه ها، مدیریت مرکزی حافظه هاست تا از این رهگذر به برتری های زمانی و هزینه ای برسیم.



Fibre Channel over Ethernet

شبکه های داده ای سریع و مطمئن، امروزه سنگ بنای تبادل داده ها هستند. Ethernet و Fibre Channel دو فناوری مطمئن و پرسرعت بر پایه انتقال سریال داده ها هستند که در آینده نیز به حرکت خود ادامه خواهند داد. در کاربردهای SAN و راه حل های پشتیبان گیری داده ها ، Ethernet با سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه روی کابل مسی و Fibre Channel با سرعت 8 گیگابیت برثانیه روی فیبر نوری، بسترهای مناسبی فراهم می کنند. این دو روش بر پایه ارتباط های نقطه به نقطه (Point-to-Point) کار می کنند و البته میزان کار مدیریت آن ها متفاوت است. از این گذشته، معمولاً کابل های این دو سیستم در کنار هم قرار می گیرند.

Fibre Channel over IP یا FCIP مدتهاست که Frameهای FC را در قابل Packetهای IP میان سوئیچ های FC جابه جا می کند. سوئیچ FC ، Packetهای خود را به سوئیچ FCIP می فرستد و آن، پس از بسته بندی Packetهای FC درون Datagramهای IP ، داده ها را به دیگر سوئیچ FCIP می فرستد. پس از رسیدن داده ها به مقصد، سوئیچ FCIP داده های مربوط به IP را جدا کرده و Packetهای اصلی FC را به سوئيچ FC می فرستد. اگر چه IFCP هم Framهای FC را در قالب Packetهای IP می فرستد اما به ارتباط های سوئيچ- سوئيچ محدود نمی شود.

شبکه های FC به دلیل ماهیت شان، درنگ زمانی کمی دارند و نباید تحت هیچ شرایطی Packet ها را گم کنند.

IP در FCIP و IFCP اگرچه برقراري ارتباط را تضمین می کند اما سربارهایی نیز دارد. اما اگر بخواهیم Frameهای FC را در قالب Packetهای Ethernet بفرستیم باید به کمک Quality of Service، خرابی Packetها و زمان درنگ زیاد Ethernet را کمی جبران کنیم. با وجود همه این اقدامات، باز هم استفاده از Ethernet برای فرستادن Frameهای FC ارجح است.



Ethernet

آخرین فناوری های Ethernet پهنای باند 10 گیگابیتی بر ثانیه را در ارتباط های نقطه به نقطه روی پورت های دو سر ارتباط، فراهم می کنند. هاب های قدیمی که تنها در لایه یک ، سیگنال های الکتریکی را تقویت می کنند و توانایی کار در حالت Fullduplex را ندارند دیگر چندان قابل استفاده نیستند.

روش دسترسي به رسانه انتقال در Ethernet ، CSMA/CD است که امروزه دیگر به لطف استفاده گسترده از سوئیچ ها، برخورد میان داده ها کمتر روی می دهد. برای آدرس دهی هم از آدرس 48 بیتی MAC که اغلب در قالب هگزادسیمال بیان می شود، استفاده کنیم. این آدرس در لایه دوم مدل OSI با نام Data Link Layer برای آدرس دهی فیزیکی به کار می رود. آدرس های MAC میان سازندگان سخت افزار شبکه به طور انحصاری توزیع می شود و از روی آن می توان شرکت سازنده را تشخیص داد.

به کمک آدرس های انتشار (Broadcast MAC Address)MAC که در آن همه بیت ها یک هستند همه دستگاه های متصل به شبکه مورد خطاب قرار می گیرند. اگرچه امروزه می توان درون شبکه، آدرس های MAC را تغییر داد اما در صورت انجام چنین کاری باید مطمئن بود که آدرس تکراری ساخته نشود.

[MAHDIAR]

Fibre Channel

اگرچه واژه فیبر (Fibre) ذهن ما را به سوی فیبر نوری می برد اما Fiber Channel یا FC پروتکلی است که هم از کابل های مسی و هم از کابل های نوری پشتیبانی می کند. البته کابل های مسی را نمی توان برای فاصله های بیش از 30 متر به کار برد و برای بیش از 30 متر باید از کابل های فیبر نوری استفاده کرد. با گذشت زمان سوئیچ های FC که اکنون به آنها Fabrics می گویند کاهش قیمت داشته اند و در نتیجه کاربردهای عمومی تری پیدا کرده اند. البته واژه Fabric را برای شبکه ای از سوئیچ های FC هم به کار می برند.

امروزه توپولوژی مورد استفاده ، Switched-Fabric است که یک ارتباط نقطه به نقطه با سرعت 8 گیگابیت بر ثانیه می باشد. پروتکل FC برای شبکه های حافظه ای با ترافیک و ایمنی بسیار بالا طراحی شده که در آن به لطف وجود Multipathing امکان استفاده از مسیرهای پشتیبان نیز وجود دارد.

عدد هگزا دسیمال و 64 بیتی WWNN یا WolrdWide Node Name در حقیقت نقش همان آدرس MAC در Ethernet را دارد. افزون براین ، هر پورت FC از طریق WWPN یا WorldWide Port Name هم قابل شناسایی است. WWNN و WWPN به یکدیگر بسیار شبیه هستند. به این ترتیب یک HBA چهار پورتی، چهار WWPN و یک WWNN دارد. عمل Map کردن WWNN و WWPN به آدرس های اترنتی کاری بسیار دقیق و مهم است که نباید هیچ خطایی در آن روی بدهد.



فیبرهای نوری

فیبرهای نوری به دو گروه کلی تقسیم می شوند که عبارتند از Multimode و Singlemode. حداکثر طول کابل Multimode با هسته 50 میکرومتری، 550 متر و با هسته 5/62 میکرومتری تنها 275 متر است. اگر قطر هسته را تا 3 میکرومتر کاهش بدهیم به کابل های Singlemode می رسیم. قطر بیرونی کابل در هر دو دسته، 125 میکرومتر است. با استفاده از لیزرهای با طول موج مناسب(یعنی 1310 یا 1550 نانومتر) می توان طول کابل های Singlmode را به 250 کیلومتر رساند.

ارتباط FC از طریق فیبر این برتری را دارد که در فاصله های طولانی میزان آسیب به داده ها کم است و همچنین در برابر مدان های الکتریکی و مغناطیسی حساسیتی ندارد. اما از آنجا که فیبرهای نوری در برابر فشار و ضربه مکانیکی آسیب پذیرند، معمولاٌ هنگام کابل کشی چند رشته کابل اضافی هم رد می کنند تا در موقع لزوم از آنها استفاده شود. این کابل ها را فیبرهای تاریک یا DarkFibre می نامند.

[MAHDIAR]

FCoE

Fibre Channel over Ethernet یا FCoE نمونه ای از انتقال Frameهای FC روی بستر شبکه های IEEE802.3 است. این استاندارد که هنوز جوان است و به طور کامل تدوین نشده ، ارتباط مراکز کامپیوتر را با هزینه کمتر فراهم می کند. البته با سرمایه گذاری های گذشته هم هماهنگ است، چون می توان دستگاه های موجود، با اتصال های FC را همچنان به کار برد. افزون بر این کار چندانی هم برای سازگاری سخت و نرم افزاری لازم نیست. FCoE در حال حاضر کم کم در حال تکمیل است.

شرکت هایی با فعالیت های حافظه ای و شبکه ای ، پشت سر FCoE هستند که از میان آنها می توان از Brocade، Cisco، EMC، Emulex، IBM ، Inel ، QLogic، Sun و Nuova نام برد. پیشنهادهای مربوط به استاندارد FCoE را کمیته T11 از مجمع ANSI بررسی می کند. در این میان، شرکت های Nuova و Emulex با همکاری نزدیک تر، برای گسترش این استاندارد تلاش بیشتری می کنند. FC ده گیگابیتی(10GFC) و اترنت 10 گیگابیتی 10GE در لایه سخت افزار، شباهت زیادی دارند. از همین رو، به طور نظری لایه ارتباط فیزیکی برای Frame های FC و اترنت یکسان است.



برتری های FCoE

FCoE این برتری های را دارد :

* برای کابل ها تنها یک فناوری به کار می رود.

* مصرف انرژی کمتر است و Rack ها بهتر خنک می شوند.

* سرمای گذاری های پیشین بدون استفاده نمی شود.

* با 10GE محدودیت سرعت نخواهیم داشت.

همانگونه که می دانید ممکن است Frame ها در اترنت گم شوند و در نتیجه زمان درنگ خیلی بالا برود. پروتکل های لایه های بالاتر در پشته شبکه(مانند TCP/IP) با تکرار Packetهای ما را از دسترسی مطمئن می کند.

تغییرات لازم در راه انداز(Driver)ها بسیار مختصر یا در پاره ای موارد بدون تغییر است.



FCoE و همگرایی شبکه های داده ای

هم Emulex و هم QLogic ، Hostbus-Adapterهای FCoE را به بازار داده اند. اما Cisco و Nuova یک گام جلوترند چون تراشه ای طراحی کرده اند که جریان داده های اترنت و FC را با هم ترکیب می کند. با توجه به Jumbo-Frameها(که اندازه آنها بزرگتر از 1580 بایت است) دیگر Frameهای 2 کیلوبایتی FC برای انتقال روی اترنت، Fragment نمی شوند که این برای FCoE از پیش نیازهای ضروری است. اطلاعات مربوط به پیکربندی با FCoE-Discovery-Protocoll مبادله می شوند تا پیشاپیش از تنظیمات اشتباه جلوگیری شود. سوئیچ ها و مبدل(Adapter)ها هم می توانند در لایه آدرس MAC از جایگاه خود در شبکه آگاه شوند. با FCoE می توان تنها FC را از طریق تونل روی اترنت عبور داد. برای رسیدن به همگرایی واقعی استفاده از پروتکل FCoE یا FC over Convergence Enhanced Ethernet لازم است که چند کلاس ترافیکی و اولویت های آنها را در کنار هم روی اترنت فراهم می کند. کارکردهای کنونی SAN مانند Zoning، Multipathing یا WWNA همچنان در دسترس خواهند بود.



کپسوله کردن

FCoE یک FC-Frame را همراه با سرجمع آن در یک Frame اترنتي می گذارد. این به آن معنی است که Frame های FC در میان چند Frame اترنتی شکسته نمی شوند. همچنین چند Frame کوچکتر FC نیز در یک Frame اترنتی قرار نمی گیرند. در اصل، Frameهای FCoE همان Frame های اترنت در لایه 2 از جنس (Type) "FCoE" هستند.

برخلاف iSCSI که داده های اصلی SCSI را روی TCP منتقل می کند، در FCoE با انتقال داده ها بدون داده های مربوط به لایه های بالاتر، سربار پروتکل حذف می شود.

[MAHDIAR]

ساختار Frame در FCoE

در اترنت کمترین طول Frame، 64 و در FC ، 28 بایت است. از همین رو Frameهای اترنتی تا رسیدن به 64 بایت پر می شوند. تنها همین پرسش که در FCoE از این روش استفاده شود یا یک فیلد برای نشان دادن طول Frame به کار ببریم مدت ها مورد بحث بود. برای کپسوله کردن هم دو روش وجود دارد که یکی ProbB محصول Brocade ، HP و IBM و دیگری ProbC محصول Cisco است که طول Packet را 15 بایت کوتاه تر می کند. برای کنترل دسترسی ها(ACL) می توان از آدرس های MAC استفاده کرد. برای آندسته از آدرس های MAC که به طور محلی تنظیم شده اند ، کار ساده تر است چون با اصل Zoning در FC مطابقت دارد.



مقایسه میان فناوری های شبکه



در جدول زیر مهمترین ویژگی های فناوری های شبکه با همی مقایسه شده اند


iSCSI
Infiniband
FCoE
FC
10GE(ethernet)
فناوری

1 گیگابیت بر ثانیه
5 گیگابیت بر ثانیه
10 گیگابیت بر ثانیه
8 گیگابایت بر ثانیه
10 گیگابیت بر ثانیه
سرعت کنونی

کابل مسی/فیبر نوری
کابل مسی/فیبرنوری
کابل مسی/فیبرنوری
فیبرنوری
کابل مسی/فیبرنوری
رسانه

TCP/IP
-
Ethernet
FC
Ethernet
لایه Transport

1500
-
مانند Ethernet
2121
1500
داده های اصلی(بایت)

64
-
64
28
64
کمترین طول Frame

-
15 متر کابل مسی
تا 100 متر
100 کیلومتر
تا 100 متر
حداکثر طول ارتباط در حالت نقطه به نقطه








چشم انداز

یکی از مهمترین نکات با توجه به سرعت زیاد پیشرفت فناوری های کامپیوتری، سازگاری سخت افزار در آینده و در نتیجه حفظ سرمایه گذاری های پیشین است. FCoE نه تنها می تواند از حجم وظایف نظارتی کم کرده و سرعت ها را بالاتر ببرد، بلکه باعث به حداقل رسیدن هزینه نیز می گردد. البته FCoE را نمی توان یک نوآوری در عرصه فناوری به شمار آورد. اما در مقایسه با شبکه هایی مانند HyperSCSI ، iSCSI ، FCIP ، iFCP و Infiniband ، گذشته از یک بستر شبکه داده ای می تواند برای خدمات متعارف شبکه نیز به کار بر.ود.

چیزی به ورود فناوری 20GE Base-10 بر پایه فیبرنوری با بازار نمانده. این فناوری به لطف استفاده از Ethernet می تواند بسرعت جای خود را باز کرده و iSCSI ، HyperSCSI ، FCIP و iFCP را در FCoE ادغام کند.

[MAHDIAR]

زیرنویس ها

در ایده High Availability یا HA هر سیستم دست کم دو HBA و دو کارت شبکه دارد. در این طراحی هزینه کابل کشی کم نیست.(80)

در FCoE کمی از پیچیدگی ها کاسته می شود. در نتیجه سیستم های خنک کننده و کابل کشی ها ساده تر می شود.(81)

FCoE ، Frame های FC را در Packetهای Ethernet گذاشته و آنها را روی ارتباط های استاندارد، به مقصد گسیل می دارد.(84)

FCoE تنها به جای لایه های 0 و 1 از لایه های IEEE802.3 استفاده می کند.(85)

Frameهای FC در قالب Frameهای Ethernet بسته بندی می شوند.(86)