Đang tải... (xem toàn văn)
Fibre Channel over Ethernet Ethernet là một chuẩn cho mạng LAN được sử dụng rộng rãi khắp toàn cầu. Kiến trúc và đặc tính của nó đã được phát triễn toàn diện và được mô tả trong IEEE 802.3 . Cùng với sự phát triễn của Ethernet, chuẩn Fibre Channel cũng khá phổ biến trong các trung tâm lưu trữ dữ liệu, các data center. Việc kết hợn Fibre Channel và Ethernet để cho ra đời chuẩn Fibre Channel over Ethernet FCoE đã đem lại nhiều lợi ích to lớn. Trong đề tài này,chúng ta sẽ tìm hiểu những đặc điểm cơ bản của FCoE, cũng như vì sao nó lại đem lại nhiều lợi ích như thế.
Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện Tử Viễn Thông Fibre Channel over Ethernet Giảng viên hướng dẫn: Ths. Nguyễn Việt Hà Ths Trần Thị Thảo Nguyên 1 Giới Thiệu Chung Ethernet là một chuẩn cho mạng LAN được sử dụng rộng rãi khắp toàn cầu. Kiến trúc và đặc tính của nó đã được phát triễn toàn diện và được mô tả trong IEEE 802.3 . Cùng với sự phát triễn của Ethernet, chuẩn Fibre Channel cũng khá phổ biến trong các trung tâm lưu trữ dữ liệu, các data center. Việc kết hợn Fibre Channel và Ethernet để cho ra đời chuẩn Fibre Channel over Ethernet- FCoE đã đem lại nhiều lợi ích to lớn. Trong đề tài này,chúng ta sẽ tìm hiểu những đặc điểm cơ bản của FCoE, cũng như vì sao nó lại đem lại nhiều lợi ích như thế. Nhóm thực hiện Stt Họ tên MSSV 1 2 3 4 Nguyễn Tấn Phát Lê Hồng Phúc Trần Minh Đức Võ Tấn Tài 0920081 0920088 0920026 0920218 2 Mục Lục I. Storage Area Network 3 1. Quá trình phát triển công nghệ lưu trữ. 3 2. Mạng lưu trữ riêng biệt(SAN- Storage Area Network). 4 2.1 Giới thiệu. 4 2.2 Phân chia logic mạng SAN. 4 2.3 Lợi ích từ mạng riêng biệt(SAN). 5 3. Chuẩn Fibre channel cho SAN. 6 3.1 Khái niệm fibre channel. 6 3.2 Các lớp trong fibre channel. 6 3.3 Topology FC SAN. 7 3.4 Ưu và nhược điểm của fibre channel. 9 II. Ethernet 9 1. Giới thiệu Ethernet: 9 2. Các chế độ giao tiếp: 9 3. Ethernet trong mô hình OSI: 10 1.1 Ethernet frame: 11 3.2 Lợi ích của công nghệ Ethernet: 12 III. Fibre Channel Over Ethernet 12 1. Sự ra đời của FCoE 12 2. Vai trò của FCoE trong Data center 13 3. Fibre Channel over Ethernet là gì 14 3.1 Encapsulation- Đóng gói 14 3.2 Frame Format- Định dạng Frame 15 3.3 Lossless (Không tổn hao): 16 3.4 Ánh xạ địa chỉ giửa FC và FCoE- Mapping 17 3.5 Ví dụ về mạng FCoE 18 4. Kết Luận 19 3 I. Storage Area Network 1. Quá trình phát triển công nghệ lưu trữ. Hình 1: Các bước phát triển của công nghệ lưu trữ (từ trái qua phải). Xét tổng quan về phương diện kết nối, điểm khởi đầu của quá trình phát triển công nghệ lưu trữ là khi các máy tính và máy chủ nhỏ được trang bị các ổ đĩa trong của riêng chúng. Với cách lưu trữ này, dung lượng lưu trữ không được lớn, thường chỉ có khả năng đáp ứng nhu cầu của người sử dụng đầu cuối. Khả năng mở rộng dung lượng, công nghệ bảo vệ tính toàn vẹn của dữ liệu (cụ thể là công nghệ RAID: Redundant Array of Independent Disks, cho phép phục hồi nguyên vẹn dữ liệu khi ổ đĩa cứng bị hỏng) còn rất hạn chế. Bước phát triển tiếp theo là khi máy tính/máy chủ có kết nối riêng đến thiết bị lưu trữ bên ngoài của mình (có thể là đĩa cứng hoặc băng từ) qua đường kết nối hoạt động theo giao thức SCSI (Small Coumpter System Interface). Mỗi máy tính/máy chủ chỉ có quyền kiểm soát, quản trị thiết bị lưu trữ ngoài của chính mình. Với cách kết nối và quản lý cục bộ như vậy, rất khó có thể xây dựng được những hệ thống dữ liệu có dung lương cao, chưa nói đến việc không có được khả năng quản trị tập trung từ xa. Một hướng phát triển khác là khi thiết bị lưu trữ được thiết kế để dữ liệu trên đó có thể được truy nhập qua mạng LAN thông thường. Điển hình là các thiết bị NAS (Network Attached Storage) chứa dữ liệu tập trung và cho phép chia sẻ dữ liệu ở mức file. Mặc dù đã phần nào giải quyết được vấn đề dung lượng và quản lý tập trung, nhưng việc truyền tải dữ liệu giữa thiết bị có nhu cầu sử dụng và thiết bị lưu trữ xảy ra trên hạ tầng mạng LAN thông thường, dùng giao thức mạng TCP/IP, gây hạn chế tốc độ truyền tải, dẫn đến hiệu năng hoạt động của cả hệ thống không được cao. Những nhược điểm về tốc độ về hiệu năng được đẩy lùi trong bước phát triển tiếp theo với sự xuất hiện của công nghệ thiết lập mạng lưu trữ riêng biệt SAN (Storage Area Network). Mặc dù có thể tận dụng hạ tầng mạng IP để truyền tải luồng dữ liệu của mạng lưu trữ, điển hình là sự phát triển của các giao thức như iSCSI (Internet SCSI), FCIP 4 (Fibre Channel over IP), iFCP (Internet Fibre Channel Protocol), nhưng những giao thức này chưa thật sự có được sự triển khai rộng rãi trong thực tế. Do đó, bài viết sẽ tập trung vào xu hướng công nghệ phổ biến nhất là mạng SAN sử dụng công nghệ quang FC (Fibre Channel), thường được nhắc đến với tên gọi FC SAN. 2. Mạng lưu trữ riêng biệt(SAN- Storage Area Network). 2.1 Giới thiệu. Có thê hiểu SAN như một phương pháp truy cập dữ liệu ứng dụng trên nền tảng mạng mà quá trình truyền dữ liệu trên mạng tương tự như quá trình truyền dữ liệu từ các thiết bị quen thuộc trên máy chủ như Disks Drivers như ATA, SCSI. SAN là hệ thống mạng lưu trữ, thường được sử dụng ở những nơi lưu trữ nhiều dữ liệu như ngân hàng, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, các dữ liệu này cần độ an toàn, dự phòng rất cao và có thể truy xuất nhanh. SAN giúp việc sử dụng tài nguyên lưu trữ hiệu quả hơn, dễ dàng hơn trong công việc quản trị, quản lý tập trung các thao tác tăng độ an toàn, sao lưu, khôi phục khi có sự cố. 2.2 Phân chia logic mạng SAN. Hình 2: Phân chia lớp trong mạng SAN. Một mạng SAN theo cách phân chia logic thành 3 lớp: Host layer, Fabric layer và Storage layer. Host layer chứa các máy chủ chạy các ứng dụng có sử dụng dữ liệu được 5 lưu trữ trong mạng SAN. Fabric layer chứa các bộ chuyển mạch SAN switch. Storage layer chứa các thiết bị lưu trữ như tủ đĩa ngoài và thiết bị băng từ. Mạng SAN có quy mô càng lớn thì số lượng các thiết bị và kết nối (máy chủ, switch, tủ đĩa, thiết bị băng từ) sẽ càng nhiều. Mặc dù vậy, cấu trúc logic tổng quan 3 lớp (host layer, fabric layer, storage layer) như trong Hình 3 là không thay đổi. 2.3 Lợi ích từ mạng riêng biệt(SAN). Tăng hiệu năng hoạt động: Hiệu năng của hệ thống lưu trữ, và theo đó là của cả hệ thống IT được tăng lên đáng kể. Một mặt, tốc độ truyền tải trong mạng SAN với sự sử dụng công nghệ quang đạt đến tốc độ 4Gbps, giảm thời gian truy cập dữ liệu trong các quá trình sử dụng, sao lưu, phục hồi. Mặt khác, với mạng lưu trữ riêng SAN, luồng dữ liệu trong mạng LAN thông thường dùng giao thức mạng TCP/IP không còn cần phải chia sẻ đường truyền có dung lượng giới hạn với luồng dữ liệu của hệ thống lưu trữ, sao lưu. Sự tách rời riêng biệt này tối ưu hoá hoạt động của cả 2 mạng LAN và SAN. Tăng tính linh hoạt của hệ thống lưu trữ: Sử dụng mạng SAN đem lại tính linh hoạt cao cho hệ thống lưu trữ. Các giao thức và công nghệ chuẩn dùng trong mạng SAN cho phép sử dụng nhiều chủng loại thiết bị lưu trữ của các nhà sản xuất khác nhau, khi họ cùng tuân thủ các chuẩn công nghiệp. Dung luợng lưu trữ trong mạng SAN có thể được sử dụng bởi nhiều máy chủ, nhiều ứng dụng khác nhau. Dung lương lưu trữ của cả mạng SAN có thể được mở rộng, nâng cấp dễ dàng. Hơn thế nữa, mạng SAN mở ra khả năng hợp nhất tài nguyên lưu trữ, nâng cao hiệu suất sử dụng của hệ thống lưu trữ, cho phép vận hành và quản lý hiệu quả hơn. SANs được thiết kế dễ dàng cho tận dụng các tính năng lưu trữ, cho phép nhiều máy chủ cùng chia sẻ một thiết bị lưu trữ. Một ứng dụng khác của SAN là khả năng cho phép máy tính khởi động trực tiếp từ SAN mà chúng quản lý. Điều này cho phép dễ dàng thay các máy chủ bị lỗi khi đang sử dụng và có thể cấu hình lại cho phép thay đổi hay nâng cấp máy chủ một cách dễ dàng và dữ liệu không hề ảnh hưởng khi máy chủ bị lỗi. Và quá trình đó có thể chỉ cần nửa giờ để có một hệ thống Data Centers. Và được thiết kế với tốc độ truyền dữ liệu cực lớn và độ an toàn của hệ thống được coi là vấn đề hàng đầu. Giảm chi phí sở hữu (Totalcost of Ownership): đối với những DN có nhiều dữ liệu, mặc dù chi phí đầu tư ban đầu để xây dựng mạng SAN có thể lớn hơn chi phí xây dựng hệ thống lưu trữ thông thường, nhưng xét về tầm xa thì SAN là sự đầu tư hợp lý có chí phí sở hữu (bao gồm vận hành, quản lý, và bảo quản) không cao. Thứ nhất, sử dụng mạng SAN sẽ mở ra khả năng quản lý mềm dẻo, linh hoạt, và đơn giản, do đó giảm thiểu chi 6 phí quản lý, quản trị. Thứ hai, mạng SAN còn hỗ trợ nhiều tính năng thuận lợi khác trong quá trình sử dụng (như hợp nhất lưu trữ, hỗ trợ phục hồi dữ liệu nhanh chóng sau sự cố, thảm hoạ ), làm tăng hiệu quả hoạt động của hệ thống, xứng đáng với chi phí đầu tư ban đầu. 3. Chuẩn Fibre channel cho SAN. 3.1 Khái niệm fibre channel. Fibre channel(FC): là một công nghệ mạng có tốc độ cao(thường có tốc độ khoảng 2, 4,8 hoặc 16Gb/s) được sử dụng chủ yếu cho mạng lưu trữ. Được phát triển bởi Viện Tiêu Chuẩn Quốc Gia Hoa Kỳ (ANSI). Không giống như tên của nó, tín hiệu thông tin có thể được sử dụng trong cáp đồng xoắn đôi và cả cáp quang. Fibre channel protocol(FCP): là giao thức lớp transport. 3.2 Các lớp trong fibre channel. Hình: các lớp trong fibre channel. FC4: Protocol-mapping layer: các giao thức ứng dụng như SCSI hoặc IP được đóng gói thành PDU để được phân phối đến lớp FC2. FC3: Common services layer: Thực hiện các chức năng như mã hóa(encryption) hoặc thuật toán dư thừa RAID. FC2: Network layer, bao gồm phần lõi của Fibre channel và định nghĩa ra các giao thức chính. 7 FC1: Data link layer, thực hiện chức năng mã hóa đường truyền(line coding) cho tín hiệu. FC0: Physical layer, bao gồm cáp, bộ kết nối… 3.3 Topology FC SAN. Topology mạng SAN có thể được thực hiện bằng nhiều cách phụ thuộc vào đặc điểm của các ứng dụng và các yêu cầu: Quy mô của mạng lưu trữ: Từ các mạng SAN có quy mô nhỏ bao gồm một chuyển mạch hay một hub đơn lẻ cho tới các mạng SAN lớn với một số lượng lớn các chuyển mạch và các cổng. Đường truyền dữ liệu và nhu cầu truyền dữ liệu. Dự phòng dữ liệu từ xa. Các topology mạng SAN có thể được thiết lập bằng hai cách: a. Kiểu tập trung: Các hệ thống lưu trữ được nối tới một chuyển mạch trung tâm có số lượng cổng lớn trong mạng SAN. b. Kiểu mạng: Các chuyển mạch được liên kết với nhau tạo thành một mạng tuyến tính hoặc mạng lưới (mesh) nối các server và thiết bị lưu trữ. Hình 3: topology FC SAN 8 3.3.1 Point-to-point(FC-P2P). Gồm 2 thiết bị kết nối trực tiếp lại với nhau, đây là mô hình đơn giản nhất. 3.3.2 Arbitrated loop(FC-AL). Topology Arbitrated Loop bao gồm một hub đường trục và các thiết bị trong mạng được nối với hub tạo thành một mạng hình sao vật lý Topology Arbitrated loop có nhược điểm là tại một thời điểm chỉ có một thiết bị được truyền dữ liệu trên mạng. Khi số lượng thiết bị trên mạng tăng lên sẽ gây ra sự sụt giảm chất lượng mạng. Do đó, Topology Arbitrated loop chỉ được sử dụng cho các mạng SAN có quy mô nhỏ và lưu lượng dữ liệu hạn chế. 3.3.3 Switched fabric(FC-SW). Trong Fibre Channel, thuật ngữ “chuyển mạch nối giữa các thiết bị” được gọi là Fabric. Topology SAN Fabric là topology có chỉ tiêu cao nhất và được sử dụng cho các mạng SAN có quy mô và lưu lượng dữ liệu lớn. Các fabric rất lớn có thể được xây dựng bằng cách liên kết nhiều chuyển mạch với nhau. Do đó, mạng SAN dựa trên fabric có thể được mở rộng bằng cách thêm các chuyển mạch vào mạng. 9 3.4 Ưu và nhược điểm của fibre channel. 3.4.1 Ưu điểm. Băng thông lớn có thể đạt tới 4Gb/s. Kiến trúc an toàn nhanh chóng với khả năng quản lí dữ liệu toàn cầu. Tính dự phòng tốt. Tính bảo mật cao. 3.4.2 Nhược điểm. Chi phí cao chỉ áp dụng tốt cho các công ty lớn. Đô phức tạp cao. II. Ethernet 1. Giới thiệu Ethernet: Ethernet được phát minh bởi công Ty Xerox PARC vào năm 1973 với tốc độ ban đầu là 2.94Mbps. Năm 1980, chuẩn Ethernet đầu tiên ra đời bởi DIX (là 3 công ty Digital, Intel, Xerox). Năm 1985, IEEE đã chuẩn hóa Ethernet, cho ra đời chuẩn 802.3. Ethernet là phương pháp truy cập mạng máy tính cục bộ (LAN) được sử dụng phố biến nhất. Về căn bản, Ethernet là một môi trường mạng LAN có môi trường truyền thông được chia sẻ (shared media LAN), hoạt động dựa trên chức năng của lớp Physical và lớp Data Link trong mô hình 7 lớp OSI là chủ yếu. Mạng Ethernet có thể sử dụng cáp đồng trục (coaxial cable), cáp xoắn đôi (twisted-pair cable), cáp quang (Optical Fiber) hoặc vô tuyến (wireless). 2. Các chế độ giao tiếp: Simplex: kênh truyền là 1 chiều và thông tin chỉ có thể đi theo 1 hướng. Simplex thường dùng trong mạng quảng bá, ở đó máy thu không cần gửi tín hiệu ngược lại máy phát. Half-duplex: kênh truyền là 2 chiều, thông tin ở một thời điểm có thể đi theo hướng lên hoặc hướng xuống. Half-duplex thường được áp dụng trong môi trường mạng chia sẻ (shared media) với hubs là trung tâm, sử dụng CSMA/CD (khi thuyết trình nói lại về CSMA/CD, cộng thêm việc, nếu sự truyền bị đụng độ 15 lần liên tiếp thì host sẽ discard gói tin và báo cho người dùng rằng không thể truyền data được nữa). Do sử dụng hubs, nên băng thông sẽ được chia sẻ ra tất cả các host, bất kể host có sử dụng băng thông hay không, dẫn đến tốc độ sẽ chậm. Đụng độ sẽ xảy ra khi 2 thiết bị truyền cùng 1 thời điểm, do đó, càng nhiều thiết bị trong hệ thống mạng thì đụng độ càng xảy ra thường xuyên hơn, dẫn đến chất lượng hệ thống suy giảm. [...]... VPN, VoIP III Fibre Channel Over Ethernet 1 Sự ra đời của FCoE Ngày 5/3/2007 những nhà sản xuất trung tâm dữ liệu có tên tuổi Cisco, Brocade Communications Systems, EMC Corp cùng các công ty IBM, Intel, Sun, Emulex, Nuova Systems, QLogic đã đề nghị Ủy Ban T11 của ANSI (là Ủy Ban giám sát Fibre Channel) tạo ra chuẩn mới cho Fibre channel lên các liên kết ethernet và gọi là Fibre channel over Ethernet- FCoE,... over Ethernet- FCoE, nhờ đó việc quản lý dữ liệu sẽ được đơn giản hóa Fibre Channel( FC) là hệ thống đã được tín nhiệm từ lâu cho kết nối trung tâm dữ liệu nhanh (gồm cả SAN) nhưng Ethernet lại được sử dụng ở mọi nơi và có tốc độ ngày một cao Chuẩn FCoE (Fibre Channel over Ethernet) có thể cho phép doanh nghiệp sử dụng công nghệ Fibre Channel trên cùng hạ tầng họ sử dụng cho phần mạng LAN còn lại của mình... nối FC và 12 kết nối Ethernet tương ứng Giãm thiểu 86 % lượng cáp mà vẫn giử nguyên 20 Gb băng thông 3 Fibre Channel over Ethernet là gì Khái niệm FCoE có thể chia làm ba thành phần chính: 1 Đóng gói frame FC vào thành frame Ethernet 2 Phát triễn Ethernet thành một đường truyền không tổn hao (Lossless ethernet) 3 Thay thế đường kêt nối FC bằng đỉa chỉ MAC trên một đường truyền Ethernet không tổn hao... tố trong FCoE Loại Fibre Channel data frame có 2112 byte payload, một header và FCS Một frame Etherenet thông thường là 1.5KB 15 hoặc nhỏ hơn Để duy trì hiệu suất tốt nhất, FCoE phải sử dụng jumbo frame để ngăn chặn một Fibre channel frame chia thành 2 Ethernet frame Hình 10 Cấu Trúc Frame FCoE 3.3 Lossless (Không tổn hao): Một thách thức đối với chuyển Fibre Channel Frame over Ethernet là transport... nguyên 3.1 Encapsulation- Đóng gói Việc đóng gói của frame Fibre Channel (FC) xảy ra khi dữ liệu đi qua mapping của Fibre Channel trong Ethernet Fiber channel và các mạng truyền thống được phân thành tập những lớp (layer), trong mỗi lớp sẽ được xếp để thể hiện một tập hợp các chức năng nào đó.Fiber channel stack có năm lớp từ FC-0 đến FC-4 Ethernet thường được xem là một tập các giao thức trong bảy... Pause lại Việc sử dụng tính năng của IEEE 802.3x cho phép FCoE có thể traffic qua hệ thống mạng Ethernet mà không bị mất gói tin 16 Hình 11 Lossless Fibre Channel và Lossless Ethernet 3.4 Ánh xạ địa chỉ giửa FC và FCoE- Mapping Vấn đề tiếp theo là thay thế đường kết nối của Fibre Channel trên đường truyền ethernet không tổn hao.Các Switch của FC duy trì một bảng chuyển tiếp (forwarding table) gọi là... topology tùy thuộc vào nhu cầu của danh nghiệp Dưới đây là một mô hình ứng dụng FCoE đơn giản Switch FCoE sẽ chuyễn tiếp các frame thuộc về ethernet đến mạng Lan và chuyễn các fame thược về Fibre Channel đến SAN Hình 12 FCoE topology 18 4 Kết Luận Fibre Channel over Ethernet cho phép các data center của các công ty tăng cường việc ảo hóa server trong vài năm tới FCoE cho phép hợp nhật O/I tạo ra các lợi... đỉa chỉ MAC trên một đường truyền Ethernet không tổn hao Việc chuyễn đổi từ chuẫn Fibre Channel sang FCoE cần phải bảo đãm các chức năng hiện có của mạng lưu trữ sử dụng Fibre Channel đó là các công cụ hiện có và các cấu trúc quản lý hệ thống FCoE cho phép có thể sử dụng các cơ sở vật chất của mạng lưu trữ sử dụng Fibre Channel trước đó Ngoài ra các ứng dụng lớp trên cũng có thể sử dụng lại do cấu trúc... Ethernet thường được xem là một tập các giao thức trong bảy lớp OSI và nó được định nghĩa ở lớp physical và lớp data link FCoE là mô hình tổng hợp của các lớp OSI và Fibre Channel Điều này cho phé Ethernet truyền lên các lớp trên của Fibre Channel tức là lên FC-3 và FC-4 14 Hình 9 Tương quang các lớp trong FCoE 3.2 Frame Format- Định dạng Frame Theo định dạng frame trên thì 48 bit đầu tiên trong frame... vấn đề cần phải được quản lý Fibre Channel truyền thống quản lí sự tắc nghẽn thông qua việc sử dụng level-link và cơ chế kiểm soát luồng nhằm đảm bảo không có sự mất mát các framr ở trạng thái bình thường Ethernet kết hợp với giao thức TCP/IP, nó sử dụng gói tin để giảm cơ chế kiểm soát luồng Nó không được sử dụng đối với các lưu lượng lưu trữ (Storage traffic) May mắn thay, Ethernet điển hình có một . QLogic đã đề nghị Ủy Ban T11 của ANSI (là Ủy Ban giám sát Fibre Channel) tạo ra chuẩn mới cho Fibre channel lên các liên kết ethernet và gọi là Fibre channel over Ethernet -FCoE, nhờ đó việc quản. là mạng SAN sử dụng công nghệ quang FC (Fibre Channel), thường được nhắc đến với tên gọi FC SAN. 2. Mạng lưu trữ riêng biệt(SAN- Storage Area Network). 2.1 Giới thiệu. Có thê hiểu SAN như một. biệt(SAN- Storage Area Network). 4 2.1 Giới thiệu. 4 2.2 Phân chia logic mạng SAN. 4 2.3 Lợi ích từ mạng riêng biệt(SAN). 5 3. Chuẩn Fibre channel cho SAN. 6 3.1 Khái niệm fibre channel.