فهرست مطالب
FC SAN چیست؟
این نوع از شبکه SAN از پروتکل Fibre Channel) FC) برای ارتباطات خود استفاده می کند. این تکنولوژی، پروتکلی است با سرعت بسیار بالا که از کابل فیبر نوری برای ارتباطات خود بهره می برد و امروزه بیشتر Block storage ها از این پروتکل در بستر خود پشتیبانی می کنند.
یک FC SAN دارای اجزای مختلفی است که در ادامه به تفکیک توضیح داده می شوند.
کارت شبکه
در ابتدا می بایست برای ایجاد یک شبکه FC SAN بر روی سرور و استوریج، کارت شبکه مخصوص اینکار را نصب کرد که قادر باشد پکت ها را encapsulate کرده و بر روی شبکه FC ارسال نماید. کارتی که بر روی سرور نصب می گردد به Host Bus Adapter) HBA) معروف است. همچنین بر روی استوریج نیز آداپتور مخصوص اینکار نصب است. نمونه ای از یک کارت HBA را در زیر مشاهده می نمایید:
کابل
در طراحی های FC SAN عموما از کابل فیبر نوری استفاده می شود. این کابل ها دیتا را بشکل نور انتقال می دهند. دو نوع فیبر نوری وجود دارد. نوع اول، کابل Multimode fiber یا MMF است که قطر هسته موجود در آن بالاتر از ۵۰ میکرون است و قادر است چند پرتو نور را بصورت همزمان در زوایای مختلف از هسته کابل، پرتاب نماید.
این پرتوهای نور در داخل هسته، تمایل به پراکندگی و برخورد با یکدیگر دارند که در نتیجه آن بعد از طی مسافت، این سیگنال ها ضعیف تر می شوند. این پروسه به نام Modal dispersion معروف است. بدلیل قطر بالاتر، این کابل پهنای باند بالاتری را پشتیبانی می کند ولی بدلیل مشکل افت سیگنال در مسافت های طولانی در استفاده از آن به مشکل بر می خوریم. به همین دلیل از این کابل بیشتر در مسافت های کوتاه و مخصوصا در داخل خود مرکز داده استفاده می کنند. نوع دوم کابل، Single Mode Fiber یا SMF است که تنها یک پرتو نور از مرکز هسته عبور می کند و در نتیجه دیگر مشکل modal dispersion ایجاد نمی گردد. در نتیجه از این کابل می توان در مسافت های طولانی تر (تا ۱۰ کیلومتر) نیز استفاده نمود، هر چند که پهنای باند کمتری را نسبت به MMF به ما ارائه می نماید.
در ابتدا و انتهای فیبر نوری نیز دو کانکتور نصب می شوند که دو مدل رایج آن عبارتند از SC یا Standard Connector و LC یا Lucent Connector. با توجه به نوع HBA، کارت روی استوریج و یا SFP قرار گرفته شده بر روی SAN Switch می بایست نوع این کانکتور را انتخاب کنیم.
تمامی تجهیزات مدرن FC امروزی که از +SFP پشتیبانی می نمایند اکثرا از کانکتورهای نوع LC استفاده می کنند.
سخت افزار ارتباطی
همانطور که در داخل شبکه از سوئیچ برای ایجاد ارتباط بین نود ها استفاده می کنیم، در یک شبکه FC SAN نیز از تجهیزات مرتبط با این موضوع برای اتصال استوریج ها و سرورها به یکدیگر استفاده می کنیم.
نوع اول این تجهیزات، FC Hub است که بدلیل اینکه تمامی پورت های خود را درون یک loop می اندازد و تمامی دیتا را از همه ی پورت ها خارج می کند، به مانند هاب سوئیچ های شبکه، کاربرد و استفاده زیادی ندارد و عموما منسوخ شده است.
نوع دوم، FC Switch است که بسیار هوشمندتر از نوع قبلی است و عموما سازمان های در رنج متوسط و بزرگ از این نوع سوئیچ استفاده می کنند. این سوئیچ که با نام Fabric Switch نیز شناخته می شود، دیتا را از یک پورت داخل و از پورت دیگر خارج می کند و همچنین دارای تعداد پورت ثابتی است که ممکن است تعدادی از آنها را استفاده کنیم و تعدادی بلااستفاده بمانند. در شکل زیر یکی از SAN Switch های شرکت brocade را مشاهده می نمایید. این شرکت یکی از معروفترین شرکت های تولید کننده این نوع از سوئیچ ها می باشد و حتی شرکت emc نیز از بوردهای این شرکت در سوئیچ های خود که با نام connectrix به بازار عرضه می کند، استفاده می نماید.
نوع سوم، FC Director است که سوئیچ های بسیار پیشرفته ای در این زمینه به حساب می آیند و عموما شرکت های بسیار بزرگ از آن استفاده می کنند. این سوئیچ ها بصورت ماژولار هستند و تعداد پورت های زیادی دارند. با اضافه کردن line card می توانیم تعداد پورت های آن را بالاتر ببریم. تمامی ماژول های آن شامل پاور، فن و کارت ها، بصورت hot swap هستند و می توانیم در صورت روشن بودن، اقدام به تعویض و یا اضافه نمودن آنها کنیم که در نتیجه high availability را برای ما ایجاد می کند. در شکل زیر یکی از انواع این نوع از سوئیچ های سیسکو را مشاهده می نمایید. سوئیچ های سری MDS سیسکو مرتبط با SAN می باشند. این سوئیچ دارای ۴ لاین کارت است که هر کدام ۴۸ پورت دارد، در نتیجه مجموع تعداد پورت های این director به عدد ۱۹۲ می رسد.
برای استفاده از این سوئیچ ها می بایست ماژول های SFP FC را خریداری کرده و مطابق شکل زیر آنها را داخل پورت های مربوطه کنیم. واضح است که نمی توان از SFP های network در این زمینه استفاده کرد.
امروزه ماژول های مختلفی با پهنای باندهای کاملا متفاوت در بازار وجود دارند که بسته به نیاز و با توجه به بستر شبکه می بایست ماژول مناسب را انتخاب نماییم. در زیر لیستی از پرکاربردترین آنها را معرفی می کنیم:
Module SFP –> 1.25Gbit/s to 4.25 Gbit/s Module QSPF –> Four-channel SFP
Module SFP+ –> up to 10 Gbit/s Module QSFP+ –> Four-channel SFP+
Module SFP24 –> 25G Module QSFP24 –> Four-channel SFP24
Module SFP DD –> 100G Module QSFP-DD –> Four-channel SFP DD
البته این پهنای باندها مربوط به sfp های شبکه است و میزان آن در مدل های FC متفاوت از شبکه است و عموما از نرخ های ۱، ۲، ۴، ۸، ۱۶، ۳۲ و ۱۲۸ گیگابیت در ثانیه استفاده می شود.
انواع پورت ها در شبکه FC
در شبکه هایی که از Fabric switch استفاده می شود، پورت ها یکی از انواع زیر است:
N_Port
پورتی است که بر روی سرور و یا استوریج قرار دارد و با نام node port نیز شناخته می شود. بطور مثال پورت هایی که بر روی کارت های HBA قرار دارند از این نوع است.
E_Port
پورتی است که اتصال دهنده دو سوئیچ FC به یکدیگر است و با نام Expansion port نیز شناخته می شود. پروتکلی که ارتباطات بین دو سوئیچ را فراهم می کند، ISL نام دارد.
F_Port
پورتی است که بر روی سوئیچ قرار دارد و از آن طرف به N_port متصل می شود و با نام Fabric port نیز شناخته می شود.
G_Port
پورتی است که بر روی سوئیچ قرار دارد و می تواند در نقش E_Port و یا F_Port قرار گیرد. البته اینکار را بصورت اتوماتیک و در مرحله initialization انجام می دهد. عبارت G در اینجا مخفف Generic است.
معماری FC و نحوه عملکرد آن
هر سخت افزاری در شبکه FC دارای یک مشخصه واحد با نام (WWN (World Wide Name است که از ۶۴ بیت تشکیل شده است و خود از دو مشخصه مختلف دیگر تشکیل شده است. مشخصه اول، WWNN یا World Wide Node است که بصورت واحد به کارت شبکه اختصاص دارد. مشخصه دوم، WWPN یا World Wide Port Name است که به هر کدام از پورت های آن کارت شبکه اختصاص داده شده است. برای مثال یک کارت HBA که دارای دو پورت است، یک مشخصه WWNN و دو مشخصه WWPN دارد. مشخصه WWN به مانند MAC Address در کارت های شبکه است، که سازنده در هنگام ساخت، آن را تعیین کرده است و بصورت منحصربه فرد است. این نوع از آدرس ها در شبکه های FC همانطور که در ادامه توضیح داده خواهد شد بسیار پرکاربرد است.
در ادامه وقتی یک پورت در Fabric switch لاگین می کند، سوئیچ می بایست به هر پورت یک FC address اختصاص دهد. همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید هر آدرسی از سه قسمت تشکیل شده است. قسمت اول Domain ID است که یک عدد منحصر به فرد است که به هر سوئیچ در FC SAN اختصاص داده می شود، اگر چه این فیلد دارای ۸ بیت است، بدلیل آدرس های رزرو، تنها می توان ۲۳۹ آدرس در یک شبکه تعریف کرد. قسمت دوم Area ID است که برای گروه بندی پورت ها مورد استفاده قرار می گیرد. و در نهایت Port ID است که پورت را در داخل گروه مشخص می کند. بنابراین مطابق محاسبه زیر، در یک شبکه FC حداکثر می توان ۱۵،۶۶۳،۱۰۴ پورت داشت.
۲۳۹ domains * 256 areas * 256 ports = 15,663,104 ports
سرویس های Fabric
حال که با دو مفهوم WWN و FC address آشنا شدید، سرویس های Fabric switch را مورد بررسی قرار می دهیم.
Fabric Login Server
این سرویس از آدرس از پیش تعیین شده FFFFFE استفاده می کند. نحوه عملکرد آن بدین شکل است که ابتدا N_Port های موجود در شبکه، یک frame همراه با WWN خود به آدرس مذکور ارسال می کنند و درخواست لاگین بر روی سوئیچ را می دهند. در ادامه سوئیچ یک پیغام تایید به همراه FC address تعیین شده برای آن پورت، ارسال می کند.
Name Server
این سرویس از آدرس پیش فرض FFFFFC استفاده می کند و وظیفه ثبت آدرس مربوط به پورت ها را برعهده دارد. اینکه هر FC address به کدام WWNN اختصاص داده شده است، در این سرویس ثبت شده است و تمامی سوئیچ ها در شبکه اطلاعات خود را با یکدیگر به اشتراک می گذارند.
Management Server
این سرویس با آدرس پیش فرض FFFFFA تعیین شده است و نرم افزار مدیریتی سوئیچ است که تنظیمات خود را از طریق آن انجام می دهیم.
Fabric Controller
این سرویس که با آدرس FFFFFD ارائه شده است وظیفه مدیریت و ارسال پیغام های تغییر وضعیت را به پورت ها دارد.
توپولوژی های FC SAN
سوئیچ های FC موجود در شبکه، می توانند به روش های مختلفی به یکدیگر متصل شوند. هر کدام از این روش ها دارای مزایا و معایبی هستند که در ادامه توضیح داده خواهند شد.
توپولوژی Single Switch
در این توپولوژی تنها یک سوئیچ (و یا director) وجود دارد و تمام سرورها و استوریج ها به همان سوئیچ متصل می گردند. مزیت کلیدی این روش این است که نیازی نیست از هیچ پورتی برای ISL استفاده کرد و تمام پورت ها کاملا برای اتصال سرورها و استوریج ها استفاده می گردند. همچنین عدم استفاده از ISL باعث می شود تاخیرهای ایجاد شده برای ساخت ISL frame نیز حذف گردد و سرعت انتقال بالاتر رود.
توپولوژی Mesh
این توپولوژی خود به دو قسمت Full mesh و Partial mesh تقسیم می شود. در توپولوژی Full mesh هر سوئیچ به تمام سوئیچ های دیگر وصل می شود، استفاده از این روش در زمان هایی مناسب است که تعداد سوئیچ ها کم باشند زیرا هر چه که تعداد آنها بیشتر شود تعداد پورت هایی که برای ISL مورد نیاز است بیشتر می شود و در نتیجه تعداد پورت هایی که می توانیم برای نودها استفاده کنیم، کمتر می شود. در این روش حداکثر یک ISL و یا hop برای ترافیک سرور به استوریج نیاز است، زیرا همیشه یک مسیر اختصاصی و بدون واسطه از سوئیچی که سرور به آن متصل است، به سوئیچی که استوریج به آن متصل است، وجود دارد.
در توپولوژی Partial mesh تمام سوئیچ ها به یکدیگر وصل نمی شوند، در نتیجه ممکن است تعداد بیشتری ISL برای رسیدن از یک سرور به یک استوریج مورد نیاز باشد. قابلیت توسعه پذیری در این روش بیشتر از روش قبل می باشد ولی نحوه طراحی آن کمی پیچیده تر است زیرا این طراحی می بایست بگونه ای باشد که تجمع ترافیک در یک مسیر باعث ایجاد overload نشود، در حالی که سایر مسیرها بلااستفاده باقی بمانند.
توپولوژی Core-edge
این توپولوژی از دو ردیف تشکیل شده است، ردیف Core و ردیف edge . ردیف edge مخصوص اتصال سرورها به سوئیچ ها است و همانطور که در شکل مشاهده می کنید در این ردیف سوئیچ ها به یکدیگر متصل نمی شوند و هر کدام از آنها با استفاده از ISL به سوئیچ موجود در ردیف Core که می تواند یه director باشد متصل می شوند. استوریج ها نیز به سوئیچ موجود در Core وصل می شوند و در نتیجه این سوئیچ وظیفه عبور تمام ترافیک از خود را دارا می باشد.
در این توپولوژی نیز حداکثر یک پورت ISL از سرور به استوریج مقصد وجود دارد. البته در این روش اگر یک سرور نیاز به کارایی بالایی داشته باشد می توانیم آنرا مستقیم به Core switch وصل نماییم که در نتیجه پورت ISL بطور کامل در آن مسیر حذف می شود. در صورتی که نیاز به توسعه قسمت edge داشته باشیم به راحتی یک سوئیچ در این قسمت قرار داده و آنرا به سوئیچ موجود در Core وصل می کنیم. همچنین می توانیم اقدام به توسعه ردیف Core نیز نماییم، بدین صورت که یک سوئیچ دیگر نیز گرفته و از طریق ISL آن دو را به یکدیگر وصل می نماییم و در ادامه تمامی سوئیچ های edge نیز از طریق یک پورت دیگر به سوئیچ جدید نیز وصل می شوند.
Link Aggregation
در زمان هایی که پهنای باند بیشتری در بین سوئیچ ها نیاز داشته باشیم می توانیم از link aggregation استفاده کنیم. در این حالت چند پورت ISL را با هم یکی می کنیم تا پهنای باند لینک بالاتر رود. در شکل زیر دو روش در این رابطه مورد بررسی قرار گرفته است. در روش سمت چپ، از این روش استفاده نشده است و برای هر ارتباطی یک لینک ISL مجزا قرار داده شده است. اما در روش سمت راست، هر سه پورت را در یک گروه قرار داده ایم و در نتیجه تمامی ترافیک ها می توانند از روی آنها عبور کنند و تقسیم بار صورت گیرد.
Zoning
یکی از ویژگی های موجود بر روی سوئیچ ها است که از طریق آن می توانیم دو یا چند پورت را بصورت منطقی عضو گروهی کنیم که تنها بتوانند با یکدیگر در ارتباط باشند. همانطور که قبلا توضیح داده شد، هر زمان که تغییری در دیتابیس موجود در name server سوئیچ ایجاد گردد، سرویس کنترولر در اصطلاح یک پکت RSCN به تمامی پورت های خود ارسال می کند تا از این طریق آنها را از این تغییر آگاه سازد. حال اگر شبکه ما وسعت زیادی داشته باشد، ترافیک حاصل از این امر بسیار قابل ملاحظه خواهد بود. در صورت استفاده از قابلیت zoning این تغییرات تنها به پورت هایی ارسال می شود که در همان زونی قرار دارند که تغییر در آن اتفاق افتاده است و نه به تمام پورت ها.
این قابلیت باعث افزایش امنیت از طریق تعیین دسترسی به پورت ها، می گردد و در کنار سایر مکانیسم های موجود مانند Lun masking استفاده می شود.
تمامی زون های ساخته شده در درون یک zone set قرار می گیرند. ما می توانیم چندین zone set داشته باشیم ولی در آن واحد فقط یکی از آنها می تواند فعال باشد. پورت های موجود در HBA ، پورت های از نوع Fabric port که بر روی سوئیچ قرار دارند و همچنین پورت های استوریج ، می توانند عضو زون ها شوند. همچنین یک پورت می تواند در چندین زون قرار گیرد.
سه روش برای zoning وجود دارد. روش اول WWN zoning است که در آن از آدرس WWN برای عضو کردن پورت در زون استفاده می کنیم. مزیت اصلی این روش در اینست که اگر پورت را بر روی سوئیچ تغییر دهیم دیگر نیازی نیست در تنظیمات زون، تغییری ایجاد کنیم زیرا آدرس WWN آن کارت همیشه ثابت است. ولی عیب آن در اینست که اگر کارت HBA خراب شود و مجبور به تعویض آن گردیم، بدلیل اینکه آدرس WWN تغییر می کند، می بایست در تنظیمات زون تغییرات جدید را اعمال کنیم.
روش دوم Port zoning است که پورت موجود در سوئیچ را عضو زون می کنیم. مزیت و عیب این روش دقیقا برعکس روش قبل است.
روش سوم Mixed zoning است که از هر دو روش بالا استفاده می کند و مزیت های آنها را هم ترکیب می کند. در این روش آدرس WWN یک نود، با شماره پورت نود دیگر بر روی سوئیچ، ارتباط داده می شود.
در شکل زیر، هر سه روش نمایش داده شده است.
