4 Topo mạng lƣu trữ:

34



2.4 Topo mạng lƣu trữ:

Kênh quang có 03 topo tiêu biểu là: điểm tới điểm (point to point), vòng lặp phân

xử (arbitrated loop) và switch fabric. Mỗi topo đều có ưu điểm, nhược điểm riêng và

dùng cho các mục đích khác nhau. Kiểu kết nối điểm tới điểm chỉ cho phép kết nối 2

thiết bị vì vậy kiểu này chỉ được sử dụng khi cần truyền dữ liệu ở tốc độ cao giữa 2

máy với nhau. Kiểu kết nối vòng lặp phân xử cho phép kết nối nhiều thiết bị, nhưng

chỉ có một thiết bị có thể gửi dữ liệu nên băng thông bị hạn chế- mô hình này không

khác gì so với máy tính kết nối trong mạng tocken ring. Ở những mạng SAN lớn kiểu

kết nối switch được sử dụng phổ biến như một mạng xương sống, Hình 2.10 mô tả các

kiểu topo nói trên

2.4.1 Cách gọi tên port trên mạng

Cũng như mô hình kết nối Switch Fabric, mô hình kết nối FC-AL đặt tên cho từng

port khác nhau, tùy thuộc vào vị trí đấu nối. Danh sách sau đưa ra các tên có trong

mạng Switch Fabric và FC-AL [2]

Cổng kênh quang Mô tả chức năng

N_port

L_port



Tất cả các port trên server và thiết bị lưu trữ đeuf được gọi là

N_port (node port.

Các cổng trên vòng lặp được gọi là L_port ( loop port).



NL_port



Khi N_port có chức năng quản lý vòng lặp (arbitrated loop

function) được gọ là NL_port.



F_port



Cổng trên fabric (switch) được gán tên là F_port.



FL_port



Khi F_port có chức năng quản lý vòng lặp sẽ được gọi tên là

FL_port (Fabric loop port)

Là port được sử dụng để kết nối các switch với nhau. Hay còn gọi

là inter-switch link (ISL).

G_Port(generic port) là cổng có thể tự động định kiểu, nó có thể

tự động cấu hình thành

E, N, or NL port.



E_port

G_port



35



Hình 2.10 các topo của mạng lƣu trữ dữ liệu - SAN



Mỗi port đều có một động cơ giám sát trạng thái cổng (Loop Port State MachineLPSM) làm nhiệm vụ khởi tạo, quản lý loop, mở và đóng vòng lặp.

Mỗi LPSM đều có bộ lặp – repeater, repeater có nhiệm vụ chuyển tiếp thông tin

trên vòng lặp để đến được nơi nhận. Để đơn giản cho vòng lặp và giảm giá thành các

repeater này đều không có bộ đệm. Với cấu hình FC-AL, cáp quang nhận và gửi cho



36



từng cổng chế tạo độc lập. Đầu ra của một cổng là đầu vào của cổng tiếp theo trên

loop (Hình 2.11)



Hình 2.11 Mô hình vòng lặp FC-AL



Khi một cổng trên vòng lặp có được quyền điều khiển, nó tạo một đường kết nối

đến nơi nhận, đưa trạng thái của port nhận về trạng thái mở (open). Nơi gửi và nhận

tiến hành truyền dữ liệu. Hai cổng này có thể hoạt động ở chế độ song công (Full –

duplex) và chiếm toàn bộ băng thông. Các cổng khác vẫn phải hoạt động như các khối

phát lại (repeater)[2].

2.4.2 Mô hình kết nối điểm tới điểm

Mô hình kết nối điểm tới điểm được sử dụng giới hạn trong một vài trường hợp,

một trong những ví dụ tiêu biểu của mô hình này là kết nối từ thiết bị đến switch, đấu

nối hai máy chủ với nhau trong các ứng dụng chia sẻ nội dung bộ nhớ (sử dụng phổ

biến trong ứng dụng chạy cluster).

Trong mô hình kết nối điểm tới điểm các thiết bị tham gia kết nối không có địa chỉ,

khung dữ liệu gửi đi từ nơi gửi mặc định được hiểu là gửi đến nơi nhận. Mô hình kết

nối điểm tới điểm được cài đặt khá đơn giản bằng cách đấu nối cáp vào đầu connector

của nơi gửi và nơi nhận. Kết nối điểm điểm cho phép hai thiết bị sử dụng toàn băng

thông kênh truyền khi trao đổi dữ liệu. (Hình 2.12)[1]



37



Hình 2.12 Mô hình kết nối điểm điểm



2.4.3 Mô hình kết nối vòng lặp có trọng tài phân xử (FC- AL)

Mô hình kết nối lặp có trọng tài phân xử - Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL)

cho phép kết nối nhiều thiết bị mà không cần đến thiết bị chuyển mạch trung gian như

switch, số thiết bị có thể đấu nối vào một vòng lặp lên tới 127 thiết bị.



Hình 2.13 Mô hình kết nối vòng lặp có trọng tài phân xử



Mạng kết nối theo mô hình vòng lặp có trọng tài phân xử thường được triển khai

với 02 vòng lặp song song nhằm tăng tính sẵn sàng kháng sự cố. Nếu sự cố xảy ra với

một vòng thì vòng dự phòng sẽ lập tức được sử dụng thay thế.

FC-AL sử dụng bộ lặp tín hiệu ở mỗi node trên vòng. Bộ lặp này không sử dụng

bộ đệm mà chỉ đơn thuần là tăng cường tín hiệu. FC-AL được triển khai chủ yếu theo

mức 3 (class 3). Hầu hết các thiết bị lưu trữ hiện có sử dụng mô hình kết nối FCAL.[1]



38



2.4.3.1 Cơ chế thâm nhập mạng FC-AL

Giống như mạng Tocken ring sử dụng thẻ bài để kiểm soát quyền làm chủ bus,

FC-AL sử dụng cơ chế hoạt động của LPSM (Loop Port State Machine) để khởi tạo,

quản lý, truyền dữ liệu, mở, đóng vòng lặp[2,4,5,6].



Hình 2.14 cơ chế hoạt động của LPSM

Stt



Mô tả



1



Khi vòng lặp được khởi tạo lần đầu, LPSM vào trạng thái khởi tạo

(Initializing) và bắt đầu thủ tục khởi tạo vòng lặp.



2



Khi kết thúc quá trình khởi tạo, vòng lặp rơi vào trạng thái không sử dụng (idle) và

LPSM của các port rơi vào trạng thái giám sát (monitoring)



3



Khi port có yêu cầu truy cập vòng lặp, LPSM sẽ chuyển sang trạng thái đang phân

xử (Arbitrating)



4



Sau khi có được quyền trọng tài loop, LPSM sẽ chuyển trạng thái của mình thành

Arbitration Won, và gửi tín hiệu OPN để mở cổng đích cần gửi dữ liệu đến



5



Khi cổng nhận nhận được tín hiệu mở công OPN, cổng nhận chuyển sang trạng

thái OPEN để hoàn tất vong lặp, kể từ lúc này dữ liệu có thể được trao đổi .



6



Khi một trong các port kết thúc việc khung dữ liệu gửi đi nó sẽ gửi tín hiệu CLS để

báo kết thúc vòng lặp. sau đó chuyển trạng thái về Transmitted Close state.



7



Khi cổng còn lại nhận được khung tín hiêu CLS, nó chuyển trạng thái về

Received Close, kết thúc việc gửi các khung dữ liệu và gửi tín hiệu CLS để kết thúc

kết nối.



39

8



Cổng ở trạng thái Transmitted Close nhận được tín hiệu CLS sẽ chuyển trạng thái

của mình về trạng thái giám sát Monitoring



Khi có nhiều port cùng đưa yêu cầu chiếm vòng lặp thì Loop master sẽ căn cứ vào

thứ tự ưu tiên của từng port để phân định, port nào có ưu tiên cao hơn sẽ được được

quyền sử dụng vòng lặp.

Giống như tocken ring, Tại một thời điểm trên vòng lặp FC-AL chỉ có một thiết bị

sử dụng vòng lặp để gửi dữ liệu. các thiết bị khác muốn tham gia vòng lặp phải đợi

phiên truyền nhận của thiết bị này kết thúc.

2.4.3.2 Đánh địa chỉ trên mạng FC-AL

Như đã trình bày ở phần trên, tiêu đề của khung gồm 24 bit để đánh địa chỉ nơi

nhận khung và 24 bit để đánh địa chỉ nơi gửi khung. FC-AL chỉ sử dụng 08 bit cuối

của 24 bit dữ liệu này để đánh địa chỉ nơi truyền hoặc nơi nhận. Trong các trường hợp

vòng loop được gắn vào fabric thì sẽ sử dụng thêm 16 bit cao để đánh địa chỉ cho

FL_port [2]. Cấu trúc địa chỉ như sau:



Hình 2.15 Cấu trúc địa chỉ của mạng FC-AL



Từ hình vẽ này cho thấy FC-AL sử dụng dạng rút gọn của dải địa chỉ 24 bit.

Dạng này được gọi với tên là Arbitrated Loop Physical Address (AL-PA).

Quá trình khởi tạo vòng lặp đòi hỏi phải có một port làm port quản lý vòng tạm

thời (temporary loop master). Quy định chọn port này như sau:

-



Chọn FL_port đầu tiên, nếu trong vòng lặp chỉ có một FL_port, nếu có nhiều

hơn một FL_port thì port nào có giá trị thấp nhất sẽ được chọn



-



Nếu không có FL_port thì NL port với giá trị thấp nhất sẽ được chọn.



Sau khi chọn được port quản lý vòng lặp tạm thời khi các port còn lại muốn sử

dụng kênh truyền phải gửi khung ARB (Arbitrating) lên vòng lặp và port quản lý sẽ

gán địa chỉ AL-PA cho port đó.

Gán định địa chỉ AL-PA cho từng port là một trong những việc được thực hiện khi

khởi tạo vòng lặp bởi port quản lý. Ban đầu port quản lý (loop master) sẽ tạo ra một



40



bảng địa chỉ gồm 128 bit. Bảng địa chỉ này sẽ được gửi đi trên vòng lặp tới từng node.

Mỗi node sẽ nhìn vào bảng này để xác định địa chỉ chưa được gán (unassigned

address) và điền vào vào địa chỉ này để đánh dấu rằng địa chỉ này đã được gán cho

mình, sau đó truyền tiếp bảng này đến node kế cận. Khi bảng địa chỉ về đến node quản

lý nó sẽ nhận được địa chỉ của toàn bộ các node trên vòng lặp.

Mô hình FC-AL sử dụng điều khiển luồng dữ liệu mức 2 hoặc mức 3 tùy thuộc

theo ứng dụng.

2.4.4 Mô hình Switch Fabric

Mô hình kết nối Switch Fabric cho phép kết nối hang nghìn node lại với nhau.

Switch Fabric cho phép thêm, bớt thiết bị mà ít làm ảnh hưởng đến các thiết bị đang

hoạt động trên mạng, đây là một ưu điểm lớn của Switch Fabric so với các mô hình

khác[1,5].

2.4.4.1 Switch Fabric làm việc như thế nào?

Giao diện Switch Fabric được thiết kế là duy nhất, các thiết bị kết nối vào

mạng Switch Fabric có thể giao tiếp với các thiết bị khác mà không cần biết thiết bị đó

được đấu nối theo mô hình nào.

Cổng trên host nối trực tiếp vào Switch Fabric được coi là NL_port. Trên Switch

Fabric có các F_port để đấu nối với các thiết bị khác. Mạng FC-AL có thể kết nối vào

Switch Fabric qua cổng FL_port.

Với mạng Switch Fabric nhiều kết nối có thể hoạt động đồng thời, mạng Switch

Fabric còn được gọi là Switch topology, khung dữ liệu trên mạng này được định tuyến

qua các switch bởi phần tử thông dịch trên mỗi switch. Phần tử thông dịch hoạt động

dựa trên trường địa chỉ nơi gửi trên mỗi khung dữ liệu. Số lượng port trên Switch

Fabric bị giới hạn bởi trường địa chỉ trên khung dữ liệu (24 bits)[2,4,5,6].



41



Hình 2.16 Một mạng Fabric



Trong nhiều môi trường làm việc của SAN, một node có yêu cầu truy nhập vào

các node còn lại trên SAN, Tuy nhiên cũng có nhiều trường hợp phát sinh yêu cầu

cấm node đăng nhập vào các node còn lại. Switch cho phép chia các node thành

các vùng (zone) khác nhau. Trên mỗi vùng người quản trị có thể đặt các chính sách

đăng nhập khác nhau. Một node trên SAN có thể thuộc về nhiều vùng khác nhau,

node trên một vùng có thể giao tiếp với các node còn lại trên vùng đó (Hình 2.17).



Hình 2.17 Phân vùng trên fabric



42



2.4.4.2 Các dịch vụ trên Fabric:

Switch lưu thong tin về các thiết bị trên fabric trên cơ sở dữ liệu của chính mình,

switch sử dụng cơ sở dữ liệu này để thông báo lên fabric thay đổi của từng thiết bị.

Thông tin trên cơ sở dữ liệu được trao đổi qua lại giữa các switch thông qua mức dịch

vụ F, bằng cách làm này thông tin trên các server của switch là đồng nhất.

2.4.4.2.1 Login Server:

Login server được biết đến với địa chỉ port là FFFFFE,dịch vụ này được gọi là

login server bởi vì thiết bị trên SAN phải gửi khung FLOGI tới port này trước khi

muốn trao đổi thông tin với các thiết bị khác trên fabric.

2.4.4.2.2 Name server:

Dịch vụ thư mục ( Directory Service) trên SAN có địa chỉ FFFFFC, Name server

là một trong những tính năng chính của dịch vụ thư mục, thực chất nó là một cơ sở dữ

liệu chứa thông tin về các thiết bị tham gia trên fabric. Name server lấy các thông tin

này từ khung FLOGI. Name server hoạt động như một cơ sở dữ liệu có thể thêm, bớt,

sửa các Node tham gia trên fabric thường đưa yêu cầu đến Name server để nhận được

thông tin về các thiết bị còn lại trên cùng fabric, ví dụ một trong những yêu cầu phổ

biến là một node sau khi đăng nhập vào fabric sẽ gửi khung Request for Tranfer

(RFT_ID). Khi nhận được khung này name server sẽ đăng ký kiểu dịch vụ mức trên

(ULP) trên database của mình, sau đó khi các node đăng nhập vào fabric sẽ gửi yêu

cầu tới name server để lấy danh sách các thiết bị hỗ trợ các giao thức mức trên cùng

kiểu. Bằng cách này máy chủ có thể biết được thiết bị nào là tủ đĩa chạy giao thức

SCSI, hay tủ đĩa FC…

2.4.4.2.3 Fabric/Switch Controller:

Fabric controller hoạt động tại địa chỉ FFFFFD, cung cấp dịch vụ thông báo thay

đổi trạng thái của các thiết bị. Dịch vụ này sẽ thông báo tới tất cả các thiết bị đã đăng

ký khi có thay đổi trên fabric. Để sử dụng dịch vụ này thiết bị trên fabric cần gửi một

khung đăng ký thông báo thay đổi trạng thái SCR tới địa chỉ FFFFFD. Khi có thay đổi

trên fabric, Switch controller sẽ gửi khung thông báo RSCR tới thiết bị. khung RSCR

chỉ thông báo với thiết bị đã đăng ký rằng có sự thay đổi trên fabric, thiết bị được

thông báo phải tự liên hệ với name server để cập nhật sử thay đổi này.



43



2.4.4.2.4 Time server:

Time server cung cấp dịch vụ đông bộ thời gian cho các thiết bị. Dịch vụ Time

server có thể truy cập tại địa chỉ FFFFFB. Client phải gửi khung Get_Time tới địa chỉ

này, sau đó sẽ nhận được khung Get_time_response chứa thông tin chênh lệnh về thời

gian.

2.4.4.3 Đánh đia chỉ trên fabric

Để định địa chỉ các port, fabric sử dụng 24 bit địa chỉ. Cấu trúc địa chỉ này như sau:

8 bit cho domain ( từ bit 23 đến bit 16), 8 bit cho area (bit thứ 15 đến bit thứ 8) và 8

bit còn lại cho AL-PA (từ bit thứ 7 đến bit thứ 0), trong đó:

Domain: là byte có trọng số lớn nhất được sử dụng để xác định switch trên fabric.

Với một byte switch có thể địa chỉ được 256 địa chỉ khác nhau, trừ đi một số địa chỉ

cá biệt như địa chỉ broadcast còn 239 địa chỉ có thể sử dụng, điều này có nghĩa là một

fabric có thể có đến 239 switch kết nối.

Area: trường này cũng có 256 địa chỉ, địa chỉ này được sử dụng để xác định từng

port FL_port quản lý các vòng lặp hoặc sử dụng để xác định một nhóm các cổng

F_port

AL-PA: trường này được sử dụng để xác định các node có trên vòng lặp gắn với

port FL_Port hoặc chỉ định địa chỉ của một mình node đó khi nó được nối thẳng vào

F_port.

Khi một thiết bị cùng với địa chỉ WWN của mình login vào fabric, switch sẽ lưu

trữ thông tin về WWN cùng với port nó được gắn vào. Switch sử dụng name server để

quản lý thông tin về WWN và địa chỉ của thiết bị đó trong suốt quá trình thiết bị tham

gia trên mạng.

2.4.4.4 Trình tự đăng nhập fabric của node (Fabric –login sequence)

Khi một node được kết nối vào fabric nó phải thực hiện thao tác đăng nhập được

gọi là FLOGI (Fabric Login), thực chất đây là quá trình node gửi các thông tin về

mình cho fabric và xin địa chỉ đích từ phía switch. Quá trình này được mô tả qua hình

2.18 [4,6]



44



Hình 2.18 Quá trình đăng nhập fabric của node



Ban đầu N_Port gửi một khung FLOGI với địa chỉ nguồn là 0x000000 tới địa chỉ

dịch vụ login của switch (0xFFFFFE), Khi switch nhận được khung này đèn led trên

port sẽ sáng và gửi lại khung ACC thông báo địa chỉ đích gán cho port (D_ID), địa chỉ

này sẽ có cấu trúc 24 bit (8 bit Domain/8 bit Area/ 8 bit Port). Tiếp đó node sẽ gửi

khung chứa thông tin về node name, địa chỉ WWN tới địa chỉ của name server trên

switch ( địa chỉ 0xFFFFFC). Name server sẽ lưu lại thông tin này cùng với địa chỉ

D_ID và duy trì thông tin này trong suốt thời gian N_Port hoạt động.

2.4.4.5 Thủ tục N_port login (PLOGIN- Port login)

Để 2 node giao tiếp được với nhau thì các N_port phải thực hiện thủ tục PLOGIN

như hình 2.19 [4,6]

Giống như thủ tục FLOGIN, PLOGIN được bắt đầu bằng sự kiểm tra tính tồn tại

của địa chỉ đến trên fabric, nếu node đến tồn tại thì node nguồn sẽ gửi khung

PLOGIN xin giao tiếp với thiết bị đích, thiết bị đích sẽ gửi lại khung ACC nếu chấp

nhận khung PLOGIN. Trong quá trình này xin đăng nhập này 2 node sẽ thỏa thuận

một số điều kiện:

-



Thỏa thuận về mức dịch vụ sẽ sử dụng ( mức 2, 3 là các mức phổ biến)



-



Thỏa thuận về các tính năng mà cả 02 port đều hỗ trợ như tốc độ truyền.