2021-02-09 Fibre Channel Architecture
SAN과 NAS 관리자 가이드 - 커티스 프레스톤(한빛미디어)
책 내용을 기반으로 작성하였습니다.
Chapter2 - 파이버 채널 구조
2장에서는 SAN의 기반기술인 Fibre Channel이 무엇인지 알아보고, Fibre Channel의 변형된 topology를 살펴봄과 동시에 Fibre Channel의 SAN특성에 대해 알아본다.
먼저 최첨단 기술인 SAN에서 왜 Fibre Channel을 사용하는지 살펴보자.
Fibre Channel은 legacy LAN(전통적)과 parallel SCSI 구조의 성능과 논리적 장벽을 뛰어넘기 위해 사용된다.
<Fibre Channel의 특징>
- 전형적 비네트워크 protocol (SCSI) 지원
- 중요한 백업, 다른 동작을 위한 bandwidth 보장 등 Qos(Quality of Service) 제공
- Connection delay가 거의 없음
- 다양한 frame을 사용하는 '고효율, 고 대역폭, 낮은 연결지연' 전송으로 효율적 전송 가능
- Host에 영향 없이 장치 설치, 제거가 가능 -> 이 기능은 고가용성 system에 좋음(down 빈도를 낮춘다.)
한마디로 많은 양의 data를 빠르게 전송할 수 있다는 특징을 갖는다.
OSI 5 layer에 매칭되는 구조는 다음과 같다.
FC-4(Protocol Mapping)는 상위의 protocol과 통신하는 방법을 정의,
FC-3(Common Service)은 data striping같은 포트가 하나이상 필요한 app이 사용.
FC-2(Framing)은 OSI의 MediaAccessControl(Link layer)와 비슷하다. 상위계층(application layer)의 data를 frame으로 쪼개어 전송한다.
FC-1(Order Set)과 FC-0(Physical)은 OSI의 Physical layer와 비슷하다. Fibre Channel data 전송에 사용되는 다양한 매체를 정의한다.
'Fibre Channel network를 통해 SCSI tape-dirve로부터 SCSI disk로 data를 얻는 상황'을 가정하여 Fibre Channel이 어떻게 동작하는지 살펴보자.
- Server가 tape-drive에서 data를 검색하라고 요청.
- SCSI protocol이 정의한 대로 SCSI application은 그 data를 Fibre Channel network의 SCSI 맵으로 전달.
- FC-4 layer에서 맵은 application으로부터 data를 받는다.
- FC-3 에서 data를 암호화 및 압축한다.
- FC-2 에서 data를 frame으로 분할한다.
- FC-1 에서 분할된 frame을 인코딩한다.
- FC-0 Physical 매체를 통해 전달한다.
- Source(SCSI tape-drive) -> Destination(SCSI disk)으로 frame이 이동..
- SCSI disk의 port로 frame이 도착하면 (FC-0)
- FC-1 에서 도착한 frame을 디코딩한다.
- FC-2 에서 frame을 data로 reassemble 한다.
- 이후 data를 application에 return.
이러한 과정은 직렬SCSI에서 동작하는 과정들이다. (Fibre Channel network) (Not Parallel SCSI)
직렬 SCSI는 단일 transport line을 통해 data를 송수신한다.
- Fibre Channel Port -
기본적으로 N_Port, F_Port, E_Port 세 가지 종류.
여기에 중재 루프(FC-AL)(FibreChannelArbitratedLoop) 기능을 추가한 NL_Port, FL_Port, G_Port 등도 존재한다.
- N_Port(Node Port) : 일반적으로 disk나 computer에 있는 포트.
- F_Port(Fabric Port) : Switch에만 존재.
- E_Port : 대용량의 Fabric을 구성하기 위해 하나의 switch를 다른 switch로 연결하는 중간switch에 있는 확장 port이다.
이러한 구조에서 N_Port는 E_Port에 연결할 수 없고, N-N 또는 N-F, F-F 의 연결만 허용된다.
E Port는 기본적으로 switch에 존재하므로 switch끼리의 연결에 사용된다.
- L_Port : (중재 Loop에 참가할 수 있다는 의미) port가 L_Port 뿐이라면 중재 loop하고만 연결할 수 있고, L_Port 전용 port는 존재하지 않는다. L은 NL_Port나 FL_Port를 생성하기 위해 N 또는 F 의 끝에 추가된다.
- NL_Port : 중재 loop 기능이 있는 N_Port. 즉 다른 node 또는 switch, 그리고 중재 loop에 연결가능.
- FL_Port : 중재 loop 기능이 있는 F_Port. N, F, 그리고 중재 loop에도 연결가능.
- G_Port : 경우에 따라 E, FL, F Port로 동작할 수 있는 switch에만 존재하는 일반 port이다.
Fibre Channel Topolog & Port 종류와 연결형태
Fibre Channel Topology
- Point-to-Point : 가장 저렴하고 간단. 말 그대로 두 node가 N-N 연결로 통신하는 형태.
- Fabric : 각 N_Port가 switch에 있는 F_Port에 연결된 형태. switch에 연결된 node들은 그들이 장착된 port의 전체 대역폭을 사용할 수 있다. (성능은 좋으나 매우 비쌈.)
- Loop : 일반적으로 loop는 여러 node들 끼리 맞물려 있는 형태이다. 논리적 문제 때문에 짧은 거리에서만 사용
- FC-AL(Arbitrated Loop) : 중재 Loop. 보통 Hub를 사용한 FC-AL이 일반적이다. Hub는 loop를 생성하는 일을 한다. (node제거도 가능)
FC-AL
HUB를 사용한 FC-AL(Commmon)
FC-AL 과 Fabric 은 다르다. 가장 큰 차이는 Fabric의 switch 대신 FC-AL에서는 hub를 사용한다는 것이다. FC-AL은 공유 매체이다. node가 loop로 data를 전송하려면 hub로부터 전송 권리를 반드시 중재해서 받아야 한다. (한번에 하나만 가능.)
Fabric + FC-AL
일반적으로 Fabric의 switch와 FC-AL의 HUB를 연결하여 Fabric과 FC-AL의 topology결합을 만들 수 있다. 이러한 결합으로 생성된 topology는 저렴한 FC-AL여러개를 고가의 Fabric에 연결하여 사용하므로 최적의 네트워크 효율을 낼 수 있다.
SAN 구축 블록
SAB의 주요 요소에는 HBA, Switch, HUB, Router, Disk-System, Tape-System, Cabling, SW 가 있다.
SAN의 구조도. GBIC(gigabit interface converter)를 사용하여 Fibre를 연결한다.
HBA(HostBusAdapter)와 GBIC을 통해 Server(Host)는 SAN에 연결된다. HBA는 fibre나 구리를 사용할 수 있고, Physical layer와 관계없이 Server를 SAN으로 연결한다.
dfdGBIC(GigabitInterfaceConverter)
Switch끼리 연결할 때는 AL이 아닌 Switch Fabric topology를 사용한다. 그림에서는 Host의 HBA를 이용해 HUB에 연결되고 HUB들을 FC(FibreChannel) switch를 이용해 연결하고 있다.
HUB는 AL에만 관여한다. 장치가 HUB에 연결되면 HUB가 관리하던 AL이 초기화되고, 그 장치는 AL의 주소를 할당받으며 다시 Arbitrate를 시작한다.
Fibre Channel의 Router는 직렬 data stream을 parallel하게 변환하거나 또는 parallel한 data stream을 series하게 변환하기도 한다. ---> tape-drive같은 parallel SCSI 장치를 SAN에 plug할 수 있게 해준다.
DiskSystem은 크기와 모양이 다양하다. RAID를 어떻게 구성하느냐에 따라 달라진다.
Cable은 광섬유 케이블이다. HybridFibreCoax에 이 Fibre cable이 사용된다.
SW는 protocol변환, 장치/경로 failover, load balancing과 같은 부분을 처리한다.
