Optické vlákno
Úplný název optického vlákna se nazývá optické vlákno. Anglický název je OPTICFIBER, neboli OPTICALFIBER. Je vyrobena z čistého křemene a speciálním procesem tažena do vláken. Průměr optického vlákna je větší než průměr lidského vlasu. Hedvábí je ještě tenčí. Vlastnosti optického vlákna jsou: vysoká přenosová rychlost, velká vzdálenost, velký obsah a žádné elektromagnetické rušení, nebojí se blesků, obtížně se odposlouchává zvenčí, nevodivost, žádné potíže s uzemněním mezi zařízeními atd.
Fibre Channel
U špičkových pevných disků pro servery/pracovní stanice bude Fibre Channel použit také jako rozhraní pevného disku SCSI. Fibre Channel je vysoce výkonný standard připojení pro obousměrnou sériovou datovou komunikaci mezi servery, podsítěmi velkokapacitních paměťových zařízení a periferními zařízeními prostřednictvím rozbočovačů, přepínačů a připojení typu point-to-point. Pro velká množství dat, která je třeba efektivně přenášet mezi servery a úložnými médii, poskytuje Fibre Channel vzdálená připojení a vysokorychlostní šířku pásma. Je to ideální technologie vhodná pro ukládání v lokálních sítích, clusterových počítačích a dalších datově náročných výpočetních zařízeních. Jeho přenosová rychlost rozhraní je rozdělena na 1GB a 2GB a tak dále.
1. Původ technologie Fibre Channel Explozivní nárůst dat v informačním věku poskytuje dobrou příležitost pro rozvoj technologie ukládání. Vedoucí pracovníci v oblasti informací se nyní více zajímají o to, jak bezpečně ukládat, spravovat a používat data. Lidé proto mají nejen stále vyšší požadavky na kapacitu a výkon úložných zařízení, ale také předkládají technické požadavky na úložné systémy s vysokým výkonem, vysokou spolehlivostí a přenosem na dlouhé vzdálenosti. Na základě této poptávky se zrodila technologie Fibre Channel (FiberChannel). V současné době při navrhování úložných systémů mají všechny obchodní systémy, které zahrnují provozování na velkých relačních databázích a čtení obrovského množství dat, obecně tendenci používat architekturu Storage Area Networks (Storage Area Networks). Storage area network (dále jen „SAN“) je síťový systém založený na síťovém I/O storage protokolu, který umožňuje „jakékoli“ spojení a komunikaci mezi servery a úložnými zařízeními. Vývoj SAN vedl k vývoji technologie Fibre Channel a vývoj architektury Fibre Channel vydláždil cestu technické koncepci SAN. Technologie Fibre Channel je protokolová architektura založená na Fibre Channel, která začala v roce 1989 a odpovídající standard ANSI formulovala v říjnu 1994. Kromě optických kabelů má přenosové médium technologie Fibre Channel také další přenosové nosiče, jako jsou měděné kabely, ale ve světě se mu obvykle říká optické kanály. Technologie Fibre Channel může být rychle vyvinuta a široce používána (odráží se ve velkém počtu běžných systémů SAN využívajících technologii FC), a to nejen proto, že Fibre Channel má vyšší šířku pásma, delší vzdálenost připojení, lepší zabezpečení a škálovatelnost, což je důležitější, technologie Fibre Channel kombinuje výhody kanálové technologie a síťové technologie. Pomocí sítí Fibre Channel lze vytvořit síť úložiště (SAN), která se liší od známé místní sítě (LAN) nebo dokonce od metropolitní sítě (MAN). SAN není produkt, ale metoda konfigurace síťového úložiště. Hlavní myšlenkou je převést výměnu dat v tradiční síti na SAN složenou převážně z úložných zařízení a databázových serverů. S pomocí technologie Fibre Channel podporuje SAN komunikaci na dlouhé vzdálenosti a zcela odděluje úložiště dat a aplikační služby, takže se úložná zařízení mohou stát sdílenými prostředky, ke kterým mají přístup všechny servery připojené k síti SAN vysokou rychlostí, zabezpečením a spolehlivost. SAN zároveň umožňuje, aby každé úložné zařízení, jako jsou disková pole a páskové knihovny, mohlo spolupracovat, aniž by procházelo vyhrazeným zprostředkujícím serverem. SAN řeší problém, že jakmile dojde k velkému množství datového přístupu v tradiční LAN, výkon sítě se výrazně sníží, takže přístup k datům, zálohování a obnova neovlivní výkon LAN, zásadně zaručí kvalitu služeb sítě. aplikačního systému a může výrazně snížit administrativní náklady. 2. Protokol Fibre Channel a hierarchický model Fibre Channel je technický standard. Je to společný název pro sadu integrovaných norem společně vyvinutých několika komisemi pověřenými Americkým národním institutem pro normalizaci (ANSI). Používá se ke zlepšení vícediskových úložných systémů. Vysoce výkonné standardy rozhraní navržené pro rychlost a flexibilitu. Je nezávislý na médiu a podporuje současný přenos více různých protokolů, jako jsou IPI, IP, FICON, FCP (SCSI) a další protokoly. Je vhodný pro servery, podsítě velkokapacitních paměťových zařízení a periferní zařízení pro obousměrnou sériovou datovou komunikaci. Stejně jako v Ethernetu lze protokoly jako IP, NetBIOS a SNA používat na jediném ethernetovém adaptéru současně, protože všechny tyto protokoly jsou mapovány v Ethernetu a různé komunikační protokoly síťové vrstvy lze také mapovat pomocí protokolů Realized on Fibre Channel. Výhody technologie Fibre Channel se odrážejí především v: (1) vysoké šířce pásma, aktuálně bylo dosaženo rychlosti přenosu dat 200 MB/s, testem prošlo 400 MB/s; (2) schopnost vysokokapacitního adresování a schopnost rozšíření kapacity, které mohou přistupovat k 16 milionům uzlů(3) Vysoká koncentrace dat a globální sdílení úložné kapacity; (4) Dlouhá propojovací vzdálenost mezi každým párem uzlů, vícerežimový optický kabel až 500 metrů, jednovidový optický kabel až 10 kilometrů; (5) Modulární rozšíření a připojení Metoda: (6) Použití optických přepínačů a souvisejícího softwaru k vytvoření vysoce dostupného servisního systému odolného proti poruchám; (7) může usnadnit vytvoření systémů pro vyrovnávání zátěže a serverových clusterů.Technologie Fibre Channel je nová technologie vyvinutá spojením výhod „technologie kanálu“ a „síťové technologie“: technologie kanálů je hardwarově náročná technologie, protože je navržena tak, aby rychle přenesla velké množství dat ve vyrovnávací zóně. Připojte zařízení přímo bez použití přílišné logiky; síťová technologie je softwarově náročná technologie, protože datové pakety musí být směrovány do uzlu v mnoha zařízeních v síti a síťová technologie má schopnost obsluhovat velké množství uzlů. Technologie Fibre Channel spojuje od počátku svého návrhu výše uvedené výhody kanálové technologie a síťové technologie. V protokolu Fibre Channel je definováno pět nezávislých úrovní, od fyzického média po protokol vysoké úrovně přenášený v Fibre Channel, který obsahuje úplný obraz technologie Fibre Channel. Níže jsou uvedeny funkční moduly těchto pěti vrstev: ①FC-0, fyzická vrstva, definuje vlastnosti fyzického portu připojení, včetně fyzických charakteristik, elektrických charakteristik, optických charakteristik a přenosové rychlosti média a konektorů (ovladače, přijímače, vysílače atd.) A některé další charakteristiky připojovacího portu. Fyzickými médii jsou optické vlákno, kroucená dvoulinka a koaxiální kabel. Tato vrstva definuje, jak je světlo přenášeno na optických vláknech a jak funguje vysílač a přijímač na různých fyzických médiích.②FC-1, přenosový protokol, FC-1 podle standardu ANSIX3T11, stanoví způsob kódování 8B/10B a přenosový protokol, vč. sériové kódování, pravidla dekódování, speciální znaky a kontrola chyb. Přenosové kódování musí být stejnosměrně vyvážené, aby vyhovovalo elektrickým požadavkům přijímací jednotky. Speciální znaky zajišťují, že to, co se objeví v sériovém bitovém toku, je krátká délka znaku a určitý přechodový signál pro obnovu hodin. Tato vrstva je zodpovědná za získání řady signálů a jejich zakódování do použitelných znakových dat.③FC-2, protokol rámců, definuje mechanismus přenosu, včetně umístění rámce, obsahu záhlaví rámce, pravidel použití a řízení toku. Délka datového rámce optického kanálu je proměnná a adresu lze rozšířit. Délka datového rámce optického kanálu použitá k přenosu dat je až 2K, takže je velmi vhodný pro přenos velkokapacitních dat. Obsah záhlaví rámce zahrnuje řídící informace, zdrojovou adresu, cílovou adresu, identifikaci přenosové sekvence a přepínací zařízení. 64bajtová volitelná hlavička rámce se používá pro mapování protokolu, když jsou jiné typy sítí přenášeny přes Fibre Channel. Fibre Channel se při spouštění operací spoléhá na obsah hlavičky datového rámce.④FC-3, veřejná služba, poskytuje veřejné služby s pokročilými funkcemi, tj. protokolem struktury a řízením toku mezi porty. Definuje tři služby: Striping, HuntGroup a Multicast. Účelem stripingu je použití více portů k paralelnímu přenosu na více spojeních, takže I/O přenosová šířka pásma může být rozšířena na odpovídající násobek; vyhledávací skupina se používá pro více portů k odpovědi na stejnou jmennou adresu, projde Snížení pravděpodobnosti dosažení "vytíženého" portu pro zlepšení efektivity; multicast se používá k doručení zprávy na více cílových adres. ⑤FC-4, vrstva mapování protokolů, definuje vztah mapování mezi spodní vrstvou optického kanálu a protokolem horní vrstvy (UpperLayerProtocol) a aplikačním rozhraním se současným standardem. Současný standard zde zahrnuje všechny stávající kanálové standardy a síťové protokoly, jako je rozhraní SCSI a IP, ATM, HIPPI atd.? Je vidět, že protokolový zásobník Fibre Channel je přenosovým nosičem různých datových protokolů na vysoké úrovni, zejména pro přenos SCSI a IP dat. Proces přenosu vysokoúrovňového datového protokolu jako nosiče je ve skutečnosti proces mapování vysokoúrovňového datového protokolu na přenosovou službu fyzické vrstvy zásobníku protokolů. Mezi nimi je nejběžněji používaným protokolem vláknové cesty (FibreChannelProtocol) mapování dat SCSI, příkazů a stavových informací na přenosové služby fyzické vrstvy FC. FCP pracuje nezávisle na všech topologiích optických tras a na všech typech služeb. Následují protokoly mapované na optický kanál: ①Small Computer System Interface (SCSI), což je mapování protokolu SCSI-3 Protokol Fibre Path Protocol (FCP) je hlavní protokol mapovaný na vláknovou cestu.②Protokol IP.③Struktura vizuálního rozhraní (VIA).④Vysoce výkonné paralelní rozhraní (HIPPI).⑤Vrstva řízení logické linky IEEE802.⑥Jednobajtová sada instrukčního kódu (SBCCS ),SBCCS je realizace instrukčního a řídicího protokolu v I/O cestě úložiště ESCON používané ve velkém systému IBM.⑦ Adaptační vrstva asynchronního režimu přenosu 5 (AAL5).⑧ Připojení optických vláken (FICON), FICON je horní protokol vrstvy, který mapuje síťový komunikační protokol ESCON v hostitelské architektuře IBMS/390 na síť s optickými vlákny.1. Fyzická vrstva sítě Fibre Channel Fyzická vrstva sítě Fibre Channel se skládá z následujících tří základních fyzických jednotek: (1) Port: rozhraní používané pro připojení serverového systému a optického přepínače nebo rozhraní používané pro připojení. paměťové zařízení a optický přepínač. (2) Síťové vybavení: přepínač optických vláken, který pro komunikaci používá protokol optických vláken. (3) Kabel: Používá se pro připojení mezi serverovým rozhraním a rozhraním optického přepínače nebo pro připojení mezi rozhraním úložného zařízení a rozhraním optického přepínače.2. Prvky síťového názvu a adresy Základní prvky síťových názvů a adres v sítích z optických vláken jsou následující: globální název, adresa portu, fyzická adresa arbitrované smyčky a jednoduchý jmenný server.(1)Globální název < /b> Globální název WorldWideName (WWN) odkazuje na 8bajtový identifikátor přiřazený každému produktu, který lze použít pro port v síti optických vláken. WWN je uloženo v energeticky nezávislé paměti a jeho formát je definován IEEE tak, aby poskytoval jedinečnou identifikaci pro každý produkt v jeho instalační síti. Když se uzel poprvé přihlásí k přepínači, může si s přepínačem vyměnit plné WWN portu N. Pokud na přepínači nejsou žádné informace o portu N, dojde k registračnímu procesu, během kterého port N odesílá Své vlastní informace jsou předány přepínači a přepínač vloží tyto informace na svůj jednoduchý jmenný server, takže ostatní procesy a aplikace k ní mohou přistupovat.(2) Adresa portu V sítích s optickými vlákny existují dva typy adres portů: pevné adresy a dynamické adresy.①Pevná adresa: Každé zařízení identifikovatelné pomocí optického kanálu má pevnou adresu optického kanálu , která je podobná MAC adrese, kterou vlastní každá ethernetová karta. Tato pevná adresa je na světě jedinečná a ostatní zařízení k ní mohou přistupovat prostřednictvím této adresy.②Dynamická adresa: Pro podporu adresování na vysoké úrovni definuje Fibre Channel 24bitovou dynamickou identifikační adresu v doméně Fabric. Každý N_Port má jedinečný 24bitový identifikátor N_Port v doméně Fabric. N_Ports může buď získat svůj přednastavený identifikátor N_Port prostřednictvím protokolu, nebo jej může dynamicky přidělovat Fabric, když se zařízení přihlásí.(3) Fyzická adresa rozhodčího kruhu Fyzická adresa rozhodčího kruhu (ALPA ) je jeden bajt, který jednoznačně identifikuje každý port v kruhové síti. Každý port v kruhové síti ukládá adresy všech ostatních portů v kruhu, čímž poskytuje mechanismus pro komunikaci v kruhu. Adresu portu lze použít k určení, zda je port na kruhu veřejný nebo soukromý.(4) Simple Name Server Simple Name Service poskytuje službu tenkého adresáře. Uzly, přepínané optické sítě a aplikace získávají informace o přístupu k portu pomocí jednoduchých služeb názvů.3. Úroveň služeb na úrovni služeb definuje, který mechanismus se používá při přenosu dat, a pro různá data se používají různé úrovně služeb. Úrovně služeb jsou rozděleny do pěti kategorií: Úroveň 1: Služba orientovaná na připojení s potvrzením; Úroveň 2: Služba bez připojení s potvrzením; Úroveň 3: Služba bez připojení bez potvrzení; Úroveň 4: Část služby šířky pásma orientovaná na připojení; úroveň F: komunikační formát mezi přepínači.Řízení toku je mechanismus definovaný na úrovni služby, který se dělí na řízení toku end-to-end a řízení toku mezi vyrovnávací pamětí. (1) Řízení toku typu end-to-end spočívá v tom, že přijímací port vysílá zpětný rámec odesílateli, aby potvrdil příjem přenosového rámce; když odesílatel obdrží zpětnou vazbu z potvrzovacího rámce (ACK), nastaví hodnotu kreditu na 1, takže může být odeslán další rámec. (2) Řízení toku z oblasti vyrovnávací paměti do oblasti vyrovnávací paměti je mechanismus používaný mezi uzlovými porty tkaninových portů nebo mezi dvěma uzlovými porty, aby bylo zajištěno, že zařízení může přijmout maximální počet snímků. Je vyslán primitivní signál R-RDY (receiver ready) indikující, že přijímač může přijmout rámec; pokud přijímač vysílá určitý počet signálů R-RDY, znamená to, že má dostatek vyrovnávací paměti pro příjem tohoto počtu rámců. Kromě řízení toku úroveň služby také udává, zda je připojení vyhrazeno. U procesu přenosu typu připojení nelze odeslat rámec, který není doručen na vyhrazenou adresu přijímače. navícnení možné posílat rámce, které nejsou na určité úrovni stejné úrovně, aby bylo zajištěno, že spojení může využívat celou šířku pásma.4. Typ portuVšechny součásti (tj. zařízení) v síti Fibre Channel používají porty jako síťová připojení. Porty v síti Fibre Channel zahrnují následující základní typy: port N-port, port F-port, port L-port, port NL-port, port FL-port, port E-port, port G-port. Mezi nimi jsou porty N, L a NL použity pro koncové uzly v síti Fibre Channel a porty F, FL, E a G jsou realizovány v přepínačích Fibre Channel. ①Port N-port a F-port Počáteční síť Fibre Channel obsahuje dva typy portů: jeden je síťový port portu N-port; druhá je výměna portu F Port Fibre optic. Port N-port slouží k přístupu k úložným zařízením v síti Fibre Channel a portu v počítačovém systému. Úkolem je inicializovat a přijímat rámce. Pokud není k dispozici žádný port N, nebude v síti probíhat žádná datová komunikace; port F je optické vlákno Port na přepínači se používá k poskytování služeb správy a připojení jménem portu N. Tyto služby jsou poskytovány pro komunikaci mezi každou dvojicí portů N-port (hostitelský systém a úložné zařízení). Mezi N-port a F-port existuje vztah jedna ku jedné. Na optickém přepínači v síti optického úložiště je pouze jeden port N připojen k portu F. Komunikace mezi ostatními porty N-port a portem N-port v síti Fibre Channel probíhá přes jejich příslušné přepínače. Je realizován proces inicializace portu na počítači a komunikace N-port portu. Bez ohledu na to, zda port N odesílá nebo přijímá data, vždy komunikuje s portem F. Pokud nedochází k žádnému přenosu dat, port N odešle IDLE rámec do odpovídajícího portu F-portu na přepínači, aby se vytvořil „srdeční tep“ mezi portem N-port a portem F-port, aby bylo možné být detekován rychle Došlo k problému s připojením.②Port L-port Port L existuje v kruhové síti Fibre Channel. Na rozdíl od komutovaných sítí sdílejí uzly v kruhové síti strukturu kabelové šířky pásma. Podobně jako port N-port v přepínané struktuře sítě používaný pro inicializaci komunikace s portem F-port je port L určen k inicializaci přímé komunikace s ostatními porty L-portu v kruhu. V kruhové síti z optických vláken však neexistuje žádný název portu odpovídající portu F-portu. Protože kruhová síť z optických vláken je logický kruh, je navržena tak, aby fungovala v prostředí bez síťového rozbočovače. Pokud to tedy není vyžadováno, rozbočovač nemůže poskytovat zavedenou funkci portu pro kruhovou síť. Rozbočovač v kruhové síti z optických vláken hraje pouze roli připojení a prevence selhání. ③Port portu NL a port portu FL Když je do sítě Fibre Channel přidána smyčka Fibre Channel, musí být povolena komunikace mezi uzlem portu N a uzlem portu L, což je definovány Byly přidány dva nové porty: port FL a port NL. Port FL je port na přepínači z optických vláken, který umožňuje jeho přidání jako speciální uzel do sítě s optickými kanály. Kruhová síť s optickým kanálem si vyhrazuje pouze jednu adresu pro port FL, to znamená, že není možné, aby dva optické přepínače komunikovaly současně. NL-port port je port umístěný v kruhové síti. Má duální možnosti portu N-port a portu L-portu. Podporuje přepínanou optickou síť a kruhovou síť z optických vláken současně, čímž umožňuje komunikaci mezi přepínanou sítí z optických vláken a kruhovou sítí z optických vláken. Stalo se to možné.④Port E-port a port G-port U přepínačů z optických vláken existují dva běžné porty, a to port E-port a port G-port. Port G-port je „univerzální“ port, který lze použít pro různé porty v přepínači, jako je port F-port a port FL-port. Port E-port je speciální port používaný pro kaskádové optické přepínače. Výše uvedené jsou různé porty, se kterými se lze setkat v síti Fibre Channel. Optický přepínač, který používáme v úložné platformě Ministerstva půdy a zdrojů, je optický přepínač Brocade. Porty tohoto přepínače z optických vláken podporují vlastní konfiguraci. Samokonfigurační port dokáže rozpoznat režim portu na druhém konci všech připojení a automaticky jej nakonfigurovat tak, aby podporoval režim provozu.5. Kabely a média Mnoho vlastností SAN je dáno fyzickým uspořádáním sítě. Typ média zvolený v SAN ovlivní škálovatelnost a funkčnost SAN. Existují dvě možnosti typu média: drát s měděným jádrem a optické vlákno.①Drát s měděným jádrem Výhodou měděného drátu je, že je to nejlevnější médium pro připojení komponent SAN. Měděný drát s jádrem je obvykle 150 ohmový měděný kroucený pár. Přenosová rychlost drátu s měděným jádrem je 100 MB/S gigabitový přenos a jeho efektivní přenosová cesta je 0 až 25 metrů bez jakéhokoli útlumu. Oba konce drátu s měděným jádrem obvykle používají konektory HSSDC nebo konektory DB-9 samec.②Multimode vlákno Průměr multimode vlákna je obvykle 50 a 62,5 mikronů a není mezi nimi žádný rozdíl v rychlosti. Rozsah vlnových délek multimódového vlákna je 850 nanometrů a 1300 nanometrů. Světlo o vlnové délce 850 nanometrů je viditelné a pro lidské oči neškodné. Vlnová délka 1300 nm je neviditelná a škodlivá pro sítnici. Existuje mnoho typů vícevidových optických koncových konektorů, včetně SC, LC a MT-RJ. Multimódové vlákno používá koncentrovanou LED spíše než skutečný laser.③Jednovidové vlákno Jednovidové vlákno je vhodné pro přenos signálu na dlouhé vzdálenosti. Jeho vlnová délka je 1300 nanometrů, což je neviditelné a pro lidské oči škodlivé. Průměr jednovidového vlákna je 9 mikronů. Vzhledem k tomu, že jeho průměr je tak malý, při použití pro přenos signálu na velké vzdálenosti se světelné vlny jen tak snadno nemění. Takže v SAN na dlouhé vzdálenosti je nejlepším řešením jednovidové vlákno. Vzhledem k malému průměru jednovidového vlákna je jeho potenciální rychlost startu také nejvyšší. Teoretická limitní rychlost je 25 Tb/s, zatímco teoretická limitní rychlost multimode vlákna je 10 Gb/s. Samotné jednovidové vlákno není o mnoho dražší než vícevidové vlákno nebo drát s měděným jádrem. Za nárůstem ceny stojí především jeho transceiverové komponenty, protože místo LED diod používá lasery. Protože průměr jednovidového vlákna je velmi malý, přesnost optického transceiveru je velmi vysoká.④Konektor optického vlákna Existuje mnoho typů konektorů pro optické vlákno. Při skutečném použití, pokud je připojení čisté, nebude mít použití typu konektoru žádný vliv na výkon. Počet připojení by měl být při budování SAN minimalizován, protože světlo se bude odrážet tam a zpět mezi nekvalitními připojeními v jeho zařízení na trase. Čím menší je počet spojení, tím nižší je tedy pravděpodobnost falešných signálů v SAN. Konektor s měděným jádrem používaný v mnoha kartách HBA (karty s optickým rozhraním, vložené do slotů PCI serverového systému) je konektor s měděným jádrem HSSDC.