Optical fiber
The full name of the optical fiber is called optical fiber. Английското име е OPTICFIBER, или OPTICALFIBER. Изработен е от чист кварц и е изтеглен във влакна чрез специален процес. The diameter of the optical fiber is larger than that of a human hair. The silk is even thinner. The characteristics of optical fiber are: fast transmission speed, long distance, large content, and no electromagnetic interference, not afraid of lightning, difficult to eavesdrop on the outside, non-conductivity, no trouble of grounding between equipment, etc.
Fibre Channel
В твърдите дискове на сървъри/работни станции от висок клас Fibre Channel също ще се използва като SCSI интерфейс за твърд диск. Fibre Channel е високоефективен стандарт за връзка за двупосочна, серийна комуникация на данни между сървъри, подмрежи за масово съхранение и периферни устройства чрез хъбове, комутатори и връзки от точка до точка. За големи количества данни, които трябва да бъдат ефективно прехвърлени между сървъри и носители за съхранение, Fibre Channel осигурява отдалечени връзки и високоскоростна честотна лента. Това е идеална технология, подходяща за локални мрежи за съхранение, клъстерни компютри и други изчислителни съоръжения с интензивно използване на данни. Скоростта на предаване на интерфейса е разделена на 1GB и 2GB и т.н.
1. Произходът на технологията Fibre ChannelБързото нарастване на данните в информационната ера предоставя добра възможност за развитие на технологията за съхранение. Сега ръководителите на информация са по-загрижени за това как да безопасно съхранение, управление и използване на данни. Следователно хората не само имат все по-високи изисквания към капацитета и производителността на устройствата за съхранение, но също така поставят технически изисквания за системи за съхранение с висока производителност, висока надеждност и предаване на дълги разстояния. Технологията Fiber Channel (FiberChannel) се ражда под натиск на това търсене. Понастоящем при проектирането на системи за съхранение всички бизнес системи, които включват работа с големи релационни бази данни и четене на огромни количества данни, обикновено са склонни да приемат архитектура на мрежи за съхранение (мрежи за съхранение). Мрежата за съхранение (наричана по-нататък „SAN“) е мрежова система, базирана на мрежов I/O протокол за съхранение, който позволява „всички“ връзки и комуникация между сървъри и устройства за съхранение. Развитието на SAN стимулира развитието на технологията Fibre Channel, а развитието на архитектурата на Fibre Channel проправи пътя за техническата концепция на SAN. Технологията Fibre Channel е протоколна архитектура, базирана на Fibre Channel, която стартира през 1989 г. и формулира съответния стандарт ANSI през октомври 1994 г. В допълнение към оптичните кабели, предавателната среда на технологията на Fibre Channel също има други носители на предаване, като медни кабели, но обикновено се нарича оптични канали в света. Технологията Fibre Channel може да бъде бързо разработена и широко използвана (отразено в големия брой масови SAN системи, използващи FC технология), не само защото Fibre Channel има по-висока честотна лента, по-голямо разстояние за връзка, по-добра сигурност и мащабируемост, което е по-важно, технологията Fibre Channel комбинира предимствата на каналната технология и мрежовата технология. Използването на мрежи с Fibre Channel може да създаде мрежа за съхранение (SAN), която е различна от познатата локална мрежа (LAN) или дори от градската мрежа (MAN). SAN не е продукт, а метод за конфигуриране на мрежово съхранение. Основната идея е обменът на данни в традиционната мрежа да се преобразува в SAN, съставен основно от устройства за съхранение и сървъри на бази данни. С помощта на технологията Fibre Channel SAN поддържа комуникация на дълги разстояния и напълно разделя услугите за съхранение на данни и приложения, така че устройствата за съхранение могат да станат споделени ресурси, които могат да бъдат достъпни от всички сървъри, свързани към SAN с висока скорост, сигурност и надеждност. В същото време SAN също така позволява на всяко устройство за съхранение, като дискови масиви и лентови библиотеки, да могат да работят заедно, без да преминават през специален междинен сървър. SAN решава проблема, че след като се появи голямо количество достъп до данни в традиционната LAN, производителността на мрежата ще бъде значително намалена, така че достъпът до данни, архивирането и възстановяването няма да повлияят на производителността на LAN, като основно гарантира качеството на услугата на система за приложение и може значително да намали административните разходи. 2. Протокол за Fibre Channel и йерархичен модел Fibre Channel е технически стандарт. Това е общоприето име за набор от интегрирани стандарти, разработени съвместно от няколко комитета, поръчани от Американския национален институт по стандартизация (ANSI). Използва се за подобряване на многодискови системи за съхранение. Стандарти за високопроизводителен интерфейс, проектирани за скорост и гъвкавост. Той е независим от средата и поддържа едновременно предаване на множество различни протоколи, като IPI, IP, FICON, FCP (SCSI) и други протоколи. Подходящ е за сървъри, подмрежи за масово съхранение и периферни устройства за двупосочна, серийна комуникация на данни. Точно както в Ethernet, протоколи като IP, NetBIOS и SNA могат да се използват на един Ethernet адаптер едновременно, защото всички тези протоколи са картографирани в Ethernet и различни комуникационни протоколи на мрежовия слой също могат да бъдат картографирани чрез протоколи, реализирани на Fibre Channel. Предимствата на технологията Fibre Channel се отразяват главно в: (1) висока честотна лента, в момента е постигната скорост на трансфер на данни 200MB/s, 400MB/s е преминал теста; (2) възможност за адресиране с голям капацитет и възможност за разширяване на капацитета, която може да има достъп до 16 милиона възли (3) Висока концентрация на данни и глобално споделяне на капацитет за съхранение; (4) Голямо разстояние на свързване между всяка двойка възли, многомодов оптичен кабел до 500 метра, едномодов оптичен кабел до 10 километра; (5) модулно разширяване и метод на свързване: (6) Използвайте оптични превключватели и свързан софтуер, за да създадете високодостъпна или устойчива на грешки система за обслужване; (7) може да улесни установяването на системи за балансиране на натоварването и сървърни клъстери.Технологията Fibre Channel е нова технология, разработена чрез комбиниране на предимствата на „каналната технология“ и „мрежовата технология“: каналната технология е хардуерно интензивна технология, тъй като е проектирана да предава бързо голямо количество данни в буферната зона. Свържете устройства директно, без да използвате твърде много логика; мрежовата технология е софтуерно интензивна технология, тъй като пакетите с данни трябва да бъдат насочени към възел в много устройства в мрежата, а мрежовата технология има способността да управлява голям брой възли. Технологията Fibre Channel съчетава горепосочените предимства на каналната технология и мрежовата технология от началото на нейното проектиране. Пет независими нива са дефинирани в протокола Fibre Channel, от физическата среда до протокола на високо ниво, предаван във Fibre Channel, който съдържа пълната картина на технологията Fibre Channel. Следват функционалните модули на тези пет слоя: ①FC-0, физическият слой, дефинира характеристиките на физическия порт на връзката, включително физическите характеристики, електрическите характеристики, оптичните характеристики и скоростта на предаване на средата и конекторите (драйвери, приемници, предаватели и т.н.) И някои други характеристики на порта за връзка. Физическата среда е оптично влакно, усукана двойка и коаксиален кабел. Този слой определя как светлината се предава по оптични влакна и как предавателят и приемникът работят на различни физически носители. серийно кодиране, правила за декодиране, специални знаци и контрол на грешките. Кодирането на предаването трябва да бъде балансирано постоянен ток, за да отговаря на електрическите изисквания на приемащото устройство. Специалните знаци гарантират, че това, което се появява в серийния битов поток, е кратка дължина на символа и определен преходен сигнал за възстановяване на часовника. Този слой е отговорен за получаването на поредица от сигнали и кодирането им в използваеми символни данни. ③FC-2, протокол за рамка, дефинира механизма за предаване, включително позициониране на рамката, съдържание на заглавката на рамката, правила за използване и контрол на потока. Дължината на рамката с данни на оптичния канал е променлива и адресът може да бъде разширен. Дължината на кадъра с данни на оптичния канал, използван за предаване на данни, е до 2K, така че е много подходящ за предаване на данни с голям капацитет. Съдържанието на заглавката на рамката включва контролна информация, адрес на източника, адрес на местоназначение, идентификация на последователността на предаване и комутационно оборудване. 64-байтовият незадължителен хедър на рамка се използва за картографиране на протоколи, когато други типове мрежи се предават по Fibre Channel. Fibre Channel разчита на съдържанието на заглавката на рамката с данни, за да задейства операции.④FC-3, обществена услуга, предоставя обществени услуги с разширени функции, тоест структурен протокол и контрол на потока между портовете. Той дефинира три услуги: Striping, HuntGroup и Multicast. Целта на ивицата е да се използват множество портове за паралелно предаване на множество връзки, така че честотната лента на I/O предаване да може да бъде разширена до съответното множество; групата за търсене се използва за множество портове, за да отговори на адрес с едно и също име, тя преминава Намалете вероятността за достигане на "зает" порт, за да подобрите ефективността; мултикаст се използва за доставяне на съобщение до множество целеви адреси. ⑤FC-4, слоят за картографиране на протокола, дефинира връзката за картографиране между долния слой на оптичния канал и протокола на горния слой (UpperLayerProtocol) и интерфейса на приложението с текущия стандарт. Текущият стандарт тук включва всички съществуващи стандарти за канали и мрежови протоколи, като SCSI интерфейс и IP, ATM, HIPPI и т.н.? Може да се види, че протоколният стек на Fibre Channel е носител на предаване на различни протоколи за данни от високо ниво, особено за предаване на SCSI и IP данни. Процесът на предаване на протокола за данни от високо ниво като носител всъщност е процес на картографиране на протокола за данни от високо ниво към услугата за предаване на физически слой на стека от протоколи. Сред тях най-често използваният протокол за оптичен път (FibreChannelProtocol) е картографирането на SCSI данни, команди и информация за състоянието към FC услуги за предаване на физически слой. FCP има независимостта да работи върху всички топологии на пътя на оптичното влакно и всички видове услуги. Следните протоколи са нанесени на оптичния канал: ①Интерфейс на малка компютърна система (SCSI), т.е. нанасянето на протокола SCSI-3 на Fiber Path Protocol (FCP) е основният протокол, съпоставен към оптичната пътека.②IP протокол.③Визуална интерфейсна структура (VIA).④Високопроизводителен паралелен интерфейс (HIPPI).⑤IEEE802 слой за контрол на логическата връзка.⑥Набор от еднобайтови кодови инструкции (SBCCS) ),SBCCS е реализацията на протокола за инструкции и контрол в I/O пътя за съхранение на ESCON, използван в широкомащабната система на IBM.⑦ Слой за адаптация на режима на асинхронен трансфер 5 (AAL5).⑧ Fiber Optic Connection (FICON), FICON е горен слой протокол, който картографира мрежовия комуникационен протокол ESCON в архитектурата на хоста IBMS/390 към мрежа с оптичен път.1. Физическият слой на мрежата Fibre Channel Физическият слой на мрежата Fibre Channel се състои от следните три основни физически единици: (1) Порт: интерфейсът, използван за свързване на сървърната система и оптичния комутатор, или интерфейсът, използван за свързване устройството за съхранение и оптичния превключвател. (2) Мрежово оборудване: превключвател за оптични влакна, който използва протокол за оптични влакна за комуникация. (3) Кабел: Използва се за връзка между интерфейса на сървъра и интерфейса на оптичния превключвател или връзката между интерфейса на устройството за съхранение и интерфейса на оптичния превключвател.2. Елементи на мрежово име и адрес Основните елементи на мрежови имена и адреси в мрежи с оптични влакна са следните: глобално име, адрес на порт, физически адрес на арбитражен контур и прост сървър за имена.(1)Глобално име < /b> Глобалното име WorldWideName (WWN) се отнася до 8-байтов идентификатор, присвоен на всеки продукт, който може да се използва за порт в мрежа от оптични влакна. WWN се съхранява в енергонезависима памет и форматът му се определя от IEEE, за да осигури уникална идентификация за всеки продукт в неговата инсталационна мрежа. Когато възел се регистрира за първи път към комутатор, той може да обмени пълен WWN на N порта с комутатора. Ако няма информация за N порта на комутатора, ще има процес на регистрация, по време на който N портът изпраща Негова собствена информация се дава на комутатора и комутаторът поставя тази информация в своя прост сървър за имена, така че другите процеси и приложенията имат достъп до него.(2) Адрес на портВ мрежите с оптични влакна има два типа адреси на портове: фиксирани адреси и динамични адреси.①Фиксиран адрес: Всяко устройство, което може да бъде идентифицирано с оптичен канал, има фиксиран адрес на оптичен канал , който е подобен на MAC адреса, притежаван от всяка Ethernet карта. Този фиксиран адрес е уникален в света и други устройства могат да имат достъп до него чрез този адрес.②Динамичен адрес: За да поддържа адресиране на високо ниво, Fibre Channel дефинира 24-битов адрес за динамична идентификация в домейна на Fabric. Всеки N_Port има уникален 24-битов идентификатор на N_Port в домейна на Fabric. N_Ports може или да получи своя предварително зададен идентификатор на N_Port чрез протокола, или може да бъде динамично разпределен от Fabric, когато устройството влезе.(3) Физически адрес на арбитражния пръстен Физическият адрес на арбитражния пръстен (ALPA ) е един байт, който уникално идентифицира всеки порт в пръстеновидната мрежа. Всеки порт в пръстеновидната мрежа съхранява адресите на всички други портове в пръстена, като по този начин осигурява механизъм за комуникация в пръстена. Адресът на порта може да се използва за определяне дали даден порт на пръстена е публичен или частен.(4) Simple Name Server Simple Name Service предоставя тънка директорийна услуга. Възлите, комутираните оптични мрежи и приложенията получават информация за достъп до портове чрез използване на прости услуги за имена.3. Ниво на обслужване Нивото на обслужване определя кой механизъм се използва при предаване на данни и различни нива на обслужване се използват за различни данни. Нивата на обслужване са разделени на пет категории: Ниво 1: Ориентирана към връзка услуга с потвърждение; Ниво 2: Услуга без връзка с потвърждение; Ниво 3: Услуга без връзка без потвърждение; Ниво 4: Ориентирана към връзката част от услугата за честотна лента; ниво F: комуникационен формат между превключватели.Контролът на потока е механизъм, дефиниран в нивото на услугата, който е разделен на контрол на потока от край до край и контрол на потока от буфер към буфер. (1) Контролът на потока от край до край е, че получаващият порт предава кадър за връщане към подателя, за да потвърди получаването на кадъра за предаване; когато изпращачът получи обратната връзка за рамката за потвърждение (ACK), той ще зададе кредитната стойност на 1, така че следващият кадър да може да бъде изпратен. (2) Контролът на потока от буферната област към буферната област е механизъм, използван между портове на възли на портове на плат или между два порта на възли, за да се гарантира, че устройството може да получи максималния брой рамки. Изпраща се примитивен сигнал R-RDY (готовност на приемника), който показва, че приемникът може да приеме рамката; ако приемникът изпрати определен брой R-RDY сигнали, това означава, че има достатъчно буферно пространство, за да получи този брой рамки. В допълнение към контрола на потока, нивото на услугата също показва дали връзката е предназначена. За процес на предаване тип връзка, рамка, която не е доставена на специален адрес на приемник, не може да бъде изпратена. В допълнение,не е възможно да се изпращат кадри, които не са от едно и също ниво на определено ниво, така че да се гарантира, че връзката може да използва пълната честотна лента.4. Тип порт Всички компоненти (т.е. устройства) в мрежата на Fibre Channel използват портове като мрежови връзки. Портовете в мрежата на оптичния канал включват следните основни типове: N-порт порт, F-порт порт, L-порт порт, NL-порт порт, FL-порт порт, E-порт порт, G-порт порт. Сред тях портовете N, L и NL се използват за терминални възли в мрежата на Fibre Channel, а портовете F, FL, E и G се реализират в комутаторите на Fibre Channel. ①N-порт порт и F-порт порт Първоначалната мрежа на Fibre Channel включва два типа портове: единият е мрежовият порт на N-порт порта; другият е обменът на порта F-порт Оптичен порт. Портът с N-порт е за достъп до устройствата за съхранение в мрежата на Fibre Channel и порта на компютърната система. Задачата е инициализиране и получаване на рамки. Ако няма порт с N-порт, няма да има комуникация на данни в мрежата; портът F-port е оптично влакно. Портът на комутатора се използва за предоставяне на услуги за управление и свързване от името на порта N-port. Тези услуги се предоставят за комуникация между всяка двойка N-портови портове (хост система и устройство за съхранение). Има връзка едно към едно между N-порт и F-порт. На превключвателя за оптични влакна в мрежата за съхранение на оптични влакна има само един порт N-порт, свързан към порта F-порт. Комуникацията между другите портове с N-порт и порта с N-порт в мрежата на оптичния канал е чрез съответните им комутатори. Реализира се процеса на инициализация на порта на компютъра и комуникацията на N-порт порта. Без значение дали портът на N-порта изпраща или получава данни, той винаги комуникира с порта на F-порта. Когато няма предаване на данни, N-port портът изпраща IDLE рамка към съответния F-port порт на комутатора, за да установи "сърдечен ритъм" между N-port порта и F-port порта, така че възможността да може да бъдат открити бързо Възникна проблем с връзката.②L-порт порт L-порт порт съществува в пръстеновидната мрежа на Fibre Channel. За разлика от комутираните мрежи, възлите в пръстеновидната мрежа споделят структура на честотната лента на кабела. Подобно на N-портовия порт в превключваната мрежова структура, използвана за инициализация за комуникация с F-портовия порт, L-портовият порт е проектиран да инициализира директна комуникация с други L-портови портове в пръстена. Няма обаче име на порт, съответстващо на порта F-port в пръстеновидната оптична мрежа. Тъй като пръстеновидната мрежа от оптични влакна е логически пръстен, тя е проектирана да работи в среда без мрежов хъб. Следователно, ако не се изисква, хъбът не може да осигури установената портова функция за пръстеновидната мрежа. Хъбът в пръстеновидната мрежа с оптични влакна играе само ролята на връзка и предотвратяване на повреда. ③NL-порт порт и FL-порт порт Когато веригата на Fibre Channel се добави към мрежата на Fibre Channel, комуникацията между N-port порт възел и L-port порт възел трябва да бъде разрешена, което е дефинирани Добавени са два нови порта: порт FL-порт и порт NL-порт. FL-портът е порт на комутатор с оптични влакна, което му позволява да бъде добавен като специален възел в мрежа с оптичен канал. Пръстеновата мрежа с влакнести канали запазва само един адрес за порта на FL-порта, т.е. невъзможно е два влакнести комутатора да комуникират едновременно. NL-порт порт е порт, разположен в пръстеновидната мрежа. Той има двойните възможности на N-порт порт и L-порт порт. Той поддържа мрежа с комутирани оптични влакна и пръстеновидна мрежа с оптични влакна едновременно, като по този начин позволява комуникацията между мрежа с комутирани оптични влакна и пръстеновидна мрежа с оптични влакна. Стана възможно.④E-port порт и G-port порт Във фиброоптични комутатори има два общи порта, те са E-port порт и G-port порт. Портът G-port е "универсален" порт, който може да се използва за различни портове в комутатора, като порт F-port и порт FL-port. E-port портът е специален порт, използван за каскадни влакнести комутатори. Горепосочените са различни портове, които могат да бъдат открити в мрежа на Fibre Channel. Оптичният превключвател, който използваме в платформата за съхранение на Министерството на земята и ресурсите, е оптичният превключвател Brocade. Портовете на този превключвател с оптични влакна поддържат самоконфигуриране. Самоконфигуриращият се порт може да открие режима на порт на другия край на всички връзки и автоматично да го конфигурира да поддържа режима на работа.5. Кабели и медии Много характеристики на SAN се определят от физическото оформление на мрежата. Типът носител, избран в SAN, ще повлияе на скалируемостта и функционалността на SAN. Има два избора на тип носител: проводник с медна сърцевина и оптично влакно.①Медна жила Предимството на медната жила е, че тя е най-евтината среда за свързване на SAN компоненти. Жицата с медна сърцевина обикновено е 150 ома усукана двойка с медна сърцевина. Скоростта на предаване на проводника с медна сърцевина е 100MB/S гигабитово предаване, а ефективният му път на предаване е от 0 до 25 метра без никакво затихване. Двата края на проводника с медна сърцевина обикновено използват конектори HSSDC или мъжки конектори DB-9.②Многомодово влакно Диаметърът на многомодовото влакно обикновено е 50 и 62,5 микрона и няма разлика в скоростта между тях. Диапазонът на дължината на вълната на многомодовото влакно е 850 нанометра и 1300 нанометра. Светлината с дължина на вълната 850 нанометра е видима и безвредна за човешкото око. Дължината на вълната от 1300 nm е невидима и вредна за ретината. Има много видове многорежимни крайни конектори за влакна, включително SC, LC и MT-RJ. Многомодовото влакно използва концентриран светодиод, а не истински лазер.③Едномодово влакно Едномодовото влакно е подходящо за предаване на сигнал на дълги разстояния. Дължината на вълната му е 1300 нанометра, което е невидимо и вредно за човешкото око. Диаметърът на едномодовото влакно е 9 микрона. Тъй като диаметърът му е толкова малък, когато се използва за предаване на сигнал на дълги разстояния, светлинните вълни не се променят лесно. Така че в SAN на дълги разстояния едномодовото влакно е най-доброто решение. Поради малкия диаметър на едномодовото влакно, неговата потенциална скорост на изстрелване също е най-висока. Теоретичната ограничена скорост е 25Tb/s, докато теоретичната ограничена скорост на многомодовото влакно е 10Gb/s. Самото едномодово влакно не е много по-скъпо от многомодовото влакно или проводника с медна сърцевина. Увеличението на цената се дължи главно на неговите трансивърни компоненти, тъй като той използва лазери вместо светодиоди. Тъй като диаметърът на едномодовото влакно е много малък, точността на приемо-предавателя за оптични влакна е много висока.④Конектор за оптични влакна Има много видове конектори за оптични влакна. При реална употреба, стига връзката да е чиста, използването на този тип конектор няма да има ефект върху производителността. Броят на връзките трябва да бъде сведен до минимум при изграждането на SAN, тъй като светлината ще се отразява напред-назад между връзките с лошо качество в оборудването на пътя. Следователно, колкото по-малък е броят на връзките, толкова по-малка е вероятността от фалшиви сигнали в SAN. Конекторът с медна сърцевина, използван в много HBA (оптични интерфейсни карти, поставени в PCI слотовете на сървърната система) карта, е HSSDC конектор с медна сърцевина.