Einteilung Primär-, Sekundär- und Backup-Datenspeicher
Massenspeicher gibt es in einer kaum überschaubaren Anzahl von
Technologien, die in einer Reihe wichtiger Eigenschaften grundlegend
differieren. Sie lassen sich in Primär-, Sekundär- und
Backup-Datenspeicher einteilen.
Bei der Wahl des Massenspeichers und des dazu passenden
Hostadapters müssen unter Anderem berücksichtigt werden: die
Auswahl der geeigneten Laufwerkstechnologie, Einbau,
Hardware-Anschluss, Software-Einbindung, Performance und
Kapazität.
Primär-Datenspeicher:
Darunter versteht man Massenspeicher, die auf Daten im Random
Access (direkter Zugriff auf Informationsblöcke, z. B. Magnetplatte)
zugreifen. Zu dieser Gruppe zählen magnetische
Festplattenlaufwerke und RAM-Drives.
Sekundär-Datenspeicher:
Das sind wechselbare Massenspeicher, die Daten ähnlich wie
Primär-Datenspeicher speichern. Der direkte Zugriff auf alle
gespeicherten Daten ist jedoch erst nach dem Einlegen des
Datenträgers möglich. Zu dieser Gruppe zählen magnetische und
magneto-optische Wechselplattenlaufwerke, Diskettenlaufwerke und
Memory-Card-Drives, CD- und DVD-Laufwerke.
Backup-Datenspeicher:
Dazu zählt man in der Regel Massenspeicher, die sequenziell
arbeiten. Der wahlfreie Zugriff auf Dateien und Programme ist nicht
möglich, da die Suche nach Informationsblöcken in der Reihenfolge
stattfindet, in der sie auf dem Datenträger stehen.
Peripheriebusse
SCSI-Schnittstelle
Andere Topologien
Neben der Fabric-Systemtopologie definiert die
Fibre-Channel-Norm zwei weitere Topologien. Die eine trägt die
Bezeichnung Point-to-Point-Topolopie (siehe Abbildung 3) mit nur
zwei angeschlossenen Ports. In diesem Fall findet keine
Leitweglenkung statt. Die dritte Topologie heisst Arbitrated Loop
(siehe Abbildung 4). Hierbei handelt es sich um eine einfache und
preisgünstige Topologie für den Anschluss mehrerer Dutzend
NL_Ports an einen Loop. Die Ports in einer
Arbitrated-Loop-Topologie, die NL_Ports und FL_Ports heissen,
unterscheiden sich geringfügig von den N_Ports und F_Ports. Sie
beinhalten alle Funktionen von N_Ports und F_Ports und können
ordnungsgemäss in einem Fabric-System arbeiten. Beim FL_Port
handelt es sich um einen Port in einem Fabric-System, der das
Arbitrated-Loop-Protokoll verarbeitet.
Beim Arbitrated Loop sieht jeder Port alle Meldungen (wie beim
Token-Ring-Protokoll) und übergeht und ignoriert diejenigen
Meldungen, die kein Token-Acquisition-Protokoll besitzen.
Um die Funktion einer Fabric-Systemtopologie besser verständlich
zu machen, soll im Folgenden die Analogie zum Fernsprechsystem
weitergeführt werden: Sie wählen die Rufnummer eines Freundes.
Dazu brauchen Sie den genauen Leitweg nicht zu kennen, den das
Fernsprechsystem bis zum Haus Ihres Freundes verfolgt, wenn Sie
ihn anrufen. Die Leitweglenkung besorgt das Fernsprechsystem.
Das Fabric-System von Fibre Channel hat die gleiche Funktion: Man
gibt eine Zieladresse ein, und das Fabric-System leitet die Daten
zum Ziel-N_Port.
Wenn Sie eine falsche Rufnummer wählen, teilt Ihnen das
Fernsprechunternehmen mit, dass es unter dieser Nummer keinen
Anschluss gibt. Das Fabric-System weist Rahmen für ungültige Ziele
in vergleichbarer Weise zurück.
So wie das Fernsprechunternehmen zahlreiche Leitwege zwischen
unterschiedlichen Punkten konfigurieren kann und dies auch tut, um
einen zuverlässigen Dienst bereitzustellen, kann ein Fabric-System
zahlreiche Pfade zwischen Fabric-Elementen haben, um den
Verkehr abzuwickeln. Dies ermöglicht auch die Bereitstellung von
Reservepfaden für den Fall, dass ein Element oder eine Verbindung
ausfällt.
Die Fabric-System- und Arbitrated Loop-Topologien von Fibre
Channel können miteinander in einem System gemischt werden, um
den Knoten eine Vielzahl von Dienst- und Leistungsgraden zu
verleihen. Zudem kann das Fabric-System andere Netzwerke wie
etwa SONET oder ATM über SONET zwischen Fabric-Elementen
benutzen, um Abstände zwischen Knoten zu überbrücken, die zu
gross sind, als dass sie von der Verbindung zwischen N_Ports
bewältigt werden könnten. Diese speziellen Verbindungen können
zwischen Fabric-Elementen bestehen, die über ein grösseres
geografisches Gebiet verteilt und nicht direkt an Knoten
angeschlossen sind.
Die Fähigkeit, andere Typen von Verbindungen zwischen
Fabric-Elementen hinzuzufügen, die Erweiterungsports bzw.
E_Ports genannt werden, erhöht den Wert jedes an das
Fabric-System angeschlossenen Laufwerks. Bestimmte Attribute
von Fibre Channel und eines Fabric-Systems ermöglichen es Ports
mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Medientypen,
miteinander entweder über kurze oder lange Entfernungen zu
kommunizieren, wenn ein Fabric-System vorhanden ist.
Im Fabric-System selbst können auch Technologieverbesserungen
implementiert werden, ohne dass die N_Ports in irgendeiner Weise
verändert werden müssen. Der Grossteil des Nutzens der neuen
Technologie wird aufgrund der höheren Geschwindigkeit indirekt an
die Knoten weitergegeben, da die Geschwindigkeit, die
Zuverlässigkeit bzw. die Kommunikationsdistanz innerhalb des
Fabric-Systems erhöht werden.
Wie viele N_Ports können implementiert werden? Das
Fabric-System wird lediglich durch die Zahl der N_Ports begrenzt,
die im Zieladressfeld im Header des Rahmens genannt wird. Diese
Begrenzung liegt bei etwas mehr als 16 Millionen Ports, die
gleichzeitig bei einem Fabric-System mit 24-bit-Adress-ID
angemeldet werden können. Bei einzelnen integrierten Systemen
dürfte dies alle Erfordernisse für eine ganze Weile abdecken.
In der Fabric-Systemtopologie ist die Adress-ID in drei Teile
unterteilt: Domain (8 bit), Gebiet (8 bit) und Port (8 bit), was
insgesamt 24 bit ergibt. Diese Bestandteile sind vergleichbar mit
denen einer Rufnummer mit Ortsvorwahl-, Vermittlungsstellen- und
Teilnehmernummer.
SCSI (Small Computer Systems Interface) ist ein in seiner
ursprünglichen Form 8 bit breiter, paralleler, später auch seriell
definierter I/O-Bus, der für den Anschluss von
Massenspeicherlaufwerken aller Art, aber gelegentlich auch von
Scannern und anderen Peripheriegeräten an verschiedenen
Rechnersystemen verwendet wird und sehr weite Verbreitung
gefunden hat. Die Vorteile von SCSI waren von Anfang an eine
relativ hohe maximale Übertragungsrate sowie eine flexible und
einfache Konfiguration.
Bei SCSI ist viel Intelligenz im Laufwerk selbst vorhanden, denn die
SCSI-Schnittstelle ist keine Schnittstelle im klassischen Sinne,
sondern ein Peripheriebus, über den Laufwerke und Hostadapter
miteinander kommunizieren. Die erste SCSI-Norm wurde bereits
1986 von ANSI als Standard verabschiedet. Hinter SCSI verbirgt
sich ein dreischichtiges Regelwerk mit Kommando-, Protokoll- und
Interfaceebene. Den Kern von SCSI bilden die so genannten
Primary Commands (SPC). Diese Befehle müssen alle Geräte
beherrschen. Darauf aufbauend existieren spezielle Kommandos für
einzelne Gerätegruppen: Controller Commands (SCC) für
Hostadapter, Block Commands (SBC) für Festplatten, Stream
Commands (SSC) für Bandlaufwerke, Multimedia Commands
(MMC) für CD-ROM und Medium Changer Commands sowie die
bisher selten genutzten Graphic Commands (SGC) für graphisch
orientierte Geräte wie Drucker, Plotter und Scanner. Aus diesen
Befehelen setzt sich die so genannte Kommandoebene zusammen.
Unterhalb dieser Kommandoebene auf der Protokollebene liegen
die Protokolle der verschiedenen Schnittstellentypen. Diese
logischen Protokolle regeln, wie ein SCSI-Befehl auf dem jeweiligen
Interface abgebildet wird und wie die einzelnen Geräte miteinander
kommunizieren. Das klassische SCSI-Interface (8 bit- und 16
bit-SCSI) nutzt das Interlocked Protocol (IPC). Die neuen Interfaces
bauen auf eigenen Protokollen auf: das Serial Storage Protocol
(SSP) für SSA sowie das Generic Packetized Protocol (GPP), die
Anbietern anderer Interfaces den Zugang zu SCSI erleichtern sollen.
Die unterste Ebene schliesslich ist die Interfaceebene, in der die
verschiedenen physikalischen Übertragungsmedien definiert sind.
Funktionsschichten
Manche Themen gehören einfach naturgemäss zusammen, was
auch für Fibre Channel gilt. Aspekte, die mit dem Aufbau
zuverlässiger und prüfbarer Lichtwellenleiter-Verbindungen zu tun
haben, haben wenig mit der Frage zu tun, wie Probleme aufgrund
eines verloren gegangenen Rahmens behoben werden können.
Diese unterschiedlichen Interessengebiete werden in der
Fibre-Channel-Norm Funktionsschichten genannt. Definiert werden
in dieser Norm fünf Schichten, die jeweils mit FC-x gekennzeichnet
sind.
Der Vorteil dieses modularen Modells zeigte sich bei der Einführung
neuer serieller Technologien: Fibre Channel und SSA konnten
problemlos in den am weitesten verbreiteten Standard, nämlich
SCSI eingebettet werden. Das spart einerseits Kosten und
beschleunigt andererseits die Einführung der neuen Interfaces.
Die Ausdehnung des ursprünglichen, parallelen SCSI (1 und 2) auf
serielle Übertragung wird unter SCSI-3 subsumiert. SCSI-3 ist im
parallelen Bereich abwärtskompatibel. Bei Verwendung der
seriellen Interfaces (Fibre Channel, SSA) werden wesentlich
grössere Datentransferraten erreicht, und die beim parallelen SCSI
gegebene Aufteilung in die schnellere Datenphase (20 MB/s bei
Ultra SCSI) und eine langsamere Befehlsphase (5 MB/s) entfällt.
FC-0
definiert die physikalischen Fibre-Channel-Anteile, einschliesslich
der Medientypen, Anschlüsse sowie der elektrischen und optischen
Leistungsmerkmale, die für die Port-Anschlüsse benötigt werden.
Diese Schicht ist in der FC-PH-Norm beschrieben.
Im Folgenden sollen nun die verschiedenen Protokolle und Interfaces
näher beschrieben werden (siehe auch Tabelle Platteninterfaces im
Überblick).
FC-1
definiert das Übertragungsprotokoll, einschliesslich der
8B/10B-Kodierung, der Reihenfolge der Wortübertragung und der
Fehlererfassung. Diese Schicht ist in der FC-PH-Norm beschrieben.
FC-2
definiert das Signalisierungs- und Framingprotokoll, einschliesslich
Rahmen-Layout, Inhalt des Rahmen-Headers und
Anwendungsregeln. Es definiert zudem bestimmte
protokollunabhängige Rahmen und Protokolle wie etwa die
Benutzeranmeldung (Login). Die FC-PH-Norm besteht überwiegend
aus der Beschreibung dieser Schicht.
FC-3
definiert gemeinsam genutzte Dienste, die an verschiedenen Ports
in einem Knoten verfügbar sein können. Für diese Schicht gibt es
keine Norm.
FC-4
definiert das Mapping zwischen den unteren
Fibre-Channel-Schichten und den Befehlssätzen, die Fibre Channel
benutzen. Hier finden Sie SCSI, IPI-3, HIPPI und SBCS. Jeder
dieser Befehlssätze erhält eine gesonderte Norm, da interessierte
Dritte nicht unnötig mit systemfremden Informationen befasst werden
sollen. Wenn Sie mit SCSI-3 arbeiten, sind Sie vermutlich nicht an
IPI-3 oder HIPPI interessiert.
Abbildung 5 zeigt die interne Struktur eines Fibre Channel-Knotens
mit einem N_Port. Zulässig sind auch mehrere N_Ports je Knoten.
Hat ein Knoten mehr als einen N_Port, so werden die Schichten
FC-0 und FC-2 für jeden N_Port reproduziert. Die Schichten FC-3
und FC-4 werden von mehreren N_Ports gemeinsam genutzt. Die
Abbildung zeigt jede dieser Funktionsschichten. Die Schicht für die
gemeinsam genutzten Dienste hat bisher keine definierten
Komponenten. Im Verlauf der weiteren Entwicklungsarbeiten im
Zusammenhang mit dieser Norm werden von dieser Schicht neue
Funktionen aufgenommen.
Auf der Schicht FC-4 kann ein Knoten nicht alle von der Norm
zugelassenen unterschiedlichen Optionen aufnehmen. Jeder Knoten
kann einen oder mehrere Dienste implementieren. Auf der Schicht
FC-0 kann lediglich eine Geschwindigkeits- und Medientyp-Option
(Beschreibung folgt) in einem N_Port implementiert werden. Jeder
einzelne Port in einem Knoten kann jedoch eine unterschiedliche
Kombination von Geschwindigkeit und Medium implementieren. Die
Schicht FC-2 unterstützt auch zahlreiche Optionen, aus denen ein
bestimmter Hersteller gewählt werden muss. Einige
Industriegruppen arbeiten bereits daran, Profile zu definieren, die
die Betriebsumgebung spezifizieren, die für einige Anwendungen
erforderlich ist (z. B. SCSI, HIPPI, IPI-3 usw). Auf der Schicht FC-1
gibt es keine Optionen.
Mehrere der FC-2, die derzeit definiert werden, sollen im Folgenden
skizziert werden. Jede FC-4 wird als Einzelbestandteil der Norm in
einem gesonderten Dokument entwickelt. Ein Hersteller kann sich
genau auf das bzw. die FC-4 konzentrieren, für die er sich
interessiert, und braucht sich nicht unnötig mit den Anforderungen für
die anderen FC-4 zu befassen.
Wenn bei der Entwicklung eines Produkts oder bei
Beschaffungsplänen eine Erweiterungsoption vorgesehen ist, sollten
anderen potenziellen FC-4 prüfen, so dass eine übergeordnete
Port-Anforderungsliste vorhanden ist, wenn die Erweiterung
realisiert wird. Ein Systemanbieter, der das IPI-3-Protokoll integriert
und plant, später das Internet Protocol (IP) einzubauen, sollte
sorgfältig beide FC-4 in Betracht ziehen, ehe er sich für ein
Port-Design entscheidet, da die Anforderungen unterschiedlich sind.
HIPPI (High Performance Parallel Interface)
Eines der ursprünglichen Ziele von Fibre Channel bestand darin,
HIPPI durch eine serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstelle zu
ersetzen. Der Begriff parallel rührt noch vom ursprünglichen
Verkabelungssystem her, das aus zwei Sätzen paralleler Kabel
bestand. Bei HIPPI handelt es sich um ein Vollduplex-Protokoll, das
vorrangig dazu dienen sollte, grosse Datenmengen mit geringem
oder keinem Systemverarbeitungsaufwand zu transportieren.
HIPPI hat keinen systemeigenen Befehlssatz. Es hat lediglich
Quellen und Ziele, doch in der Regel wird IPI-3 verwendet, wenn ein
Befehlssatz erforderlich ist. Weitere Informationen zu IPI-3 enthält
der folgende Abschnitt. HIPPI arbeitet mit 100 MB/s in beiden
Richtungen über kurze Parallelkabel. Zeitweise wurde an der
Definition eines seriellen HIPPI gearbeitet, doch wurde diese Arbeit
unterbrochen, als die Entwicklung von Fibre Channel begann.
IPI-3 (Intelligent Peripheral Interface-3)
In der Bezeichnung IPI-3 steht die Zahl 3 nicht für "Version 3". IPI
definiert - als Normenfamilie - verschiedene Schichten. Level 3 gilt
als die geeignete Schicht für die Übertragung von Befehlen und
Daten, wenn intelligente Geräte an das System angeschlossen sind.
IPI-3 erlaubt auch die Datenübertragung über grosse Entfernungen,
da während der Datenübertragung kein Takten erforderlich ist. Bei
der Parallelversion von IPI-3 handelt es sich um ein
Halbduplex-Protokoll. In der Fibre Channel-Version von IPI-3 bleibt
dieser Halbduplex-Charakter erhalten. IPI-3 erlaubt zudem das
Einreihen verschiedener vom Master kommender Befehle in eine
Warteschlange im Slave. IPI-3 spezifiziert eine Geschwindigkeit von
bis zu 100 MB/s auf kurzen, parallelen Kupferkabeln. IPI-3 definiert
Befehlssätze für jede von IPI-3 unterstützte Geräteklasse.
SBCS (Single Byte Command Set)
SBCS überträgt - wie es der Name schon sagt - Befehle, die nur ein
einzelnes Informationsbyte haben. Es handelt sich hierbei um ein
parallel arbeitendes Halbduplex-Protokoll, das viel von diesem
Charakter in seiner Fibre-Channel-Implementierung beibehält.
SBCS wurde vom IBM-Byte/Block-Multiplexerkanal abgeleitet, der
seinen Ursprung in IBM-Systemen der 70er Jahre hat. Es ist auch
heute noch beliebt, und es gibt eine IBM-spezifische Version
namens ESCON, die mit Fasern und 8B/10B-Kodierung arbeitet
und eine Geschwindigkeit von 20 MB/s in beiden Richtungen
erreicht. ESCON besitzt zudem vordefinierte Schalter, die ähnlich
wie der im nächsten Abschnitt beschriebene Class-1-Dienst
funktionieren. Der Befehlssatz ist bei SBCS nicht normiert; lediglich
die Mechanismen zum Senden von Befehlen, Status- und Prüfdaten
sind definiert. Jedes Produkt kann seine eigenen Befehle innerhalb
der Klasse für Lesen, Schreiben, Lesewiederholkontrolle, Steuerung
und Prüfung definieren.
Zusatz-Fibre-Channel-Arbitrated-Loop (FC-AL)
Eine abgespeckte Version des Fibre Channel ist der Fibre
Channel-AL. AL bedeuted Arbitrated Loop und beschreibt die
Topologie dieses für lokale Geräte und Disc Arrays entworfenen
Fibre Channel-Typs. Die max. 127 Loop-Ports (NL-Ports) sind als
Ring angeordnet. Der Datenaustausch ist nur als
Point-to-Point-Verbindung möglich. Jedes Datenpaket gelangt
zunächst über den Read-Port in das Device. Dieses prüft, ob es die
Informationen bearbeiten soll. Wenn nicht, schickt es sie über den
Write-Port wieder hinaus. Um diesen Datentransfer zu veranlassen,
muss sich das Device zunächst um die Kontrolle über den Bus
bemühen. Paralleler Datenaustausch mehrerer Geräte (wie bei der
allgemeinen Fibre-Channel-Definition) ist nicht möglich.
Um Disk Arrays besser handhaben zu können, unterstützt der FC-AL
neben der normalen Kabelverbindung auch die
Backplane-Architektur. Die Festplatten werden über einen
40-poligen SCA (Single Connector Attachment)-Stecker, der sowohl
Datenleitungen als auch Stromversorgung beinhaltet, an die
Backplane angeschlossen. Steckt in einem Port kein Laufwerk,
überbrückt die Backplanelogik den leeren Steckplatz, und der Kreis
bleibt geschlossen. Eine weitere Aufgabe der Backplane ist die
automatische Konfiguration des Laufwerks sowie die Sicherstellung
der Hot-Plug-Funktion, also der Wechsel eines Laufwerks während
des Betriebs.
Das gleiche Prinzip wird auch von Fibre-Channel-Hubs verwendet.
Da bei einem Fibre-Channel-Loop der Ausfall eines Gerätes oder
Defekt eines Kabels den Kreis unterbricht und so den ganzen Bus
blockiert, überbrückt der Hub jeden Port, der entweder ungenutzt ist,
oder aber durch Störungen blockiert wird (s. Abbildung). Der
Datenfluss zu den anderen Devices wird so nicht unterbrochen und
der Bus arbeitet normal weiter.
FC-AL Produkte werden seit Herbst 1996 angeboten. Nachdem sie
anfangs auf High-End-Raid-Systeme beschränkt waren, spielen sie
wegen des immer grösseren Speicherbedarfs auch kleinerer Server
eine immer grössere Rolle. Nähere Informationen zu Produkten sind
im Kapitel Fibre Channel
zu finden.
SSA
SSA (Serial Storage Architecture) ist eine
High-Performance-Schnittstelle, die I/O-Devices aller Plattformen
miteinander verbindet.
Diese serielle, busähnliche Schnittstelle wurde von IBM basierend
auf der IBM-9333-Technologie entwickelt und dient vorwiegend zum
Anschluss von Festplatten. Hiermit lassen sich bis zu 128 Geräte
untereinander verbinden.
Wie der Fibre Channel ist die SSA eine Point-to-Point-Verbindung,
wobei allerdings zwei Write- und zwei Read-Kanäle zur Verfügung
stehen. Auf jedem Kanal (Write/Read) ist eine maximale
Transferrate von 20 MB/s möglich, was einer kumulierten
Transferrate von 80 MB entspricht. Diese kann aber nur erreicht
werden, wenn das Schreib-Lese-Verhältnis 1:1 beträgt und der
Hostadapter auf Daten zugreift, die sich auf mindestens vier Platten
befinden.
Bei Entfernungen von bis zu 20 m zwischen zwei zu verbindenden
Devices genügt ein normales Twisted-Pair-Kabel. Glasfaserkabel
kommen bei Längen bis zu 680 m zum Einsatz. Nur 6% der über
SSA beförderten Daten werden für Control- bzw. Routing-Funktionen
verwendet, d.h. 94% der Daten sind Benutzerdaten. SSA wird
jedoch nur von wenigen Herstellern (wie IBM, Siemens, Micropolis)
unterstützt und wird im Laufe der nächsten Jahre wohl ganz durch die
Fibre-Channel-Arbitrated-Loop-Technologie abgelöst werden.
Storage Area Network (SAN)
Das LAN ermöglicht den Zugriff auf lokale Systeme, die über
Kommunikationsprotokolle wie TCP/IP, NFS, HTTP verfügen. LANs
werden benutzt, um Daten zwischen verschiedenen Host-Systemen
und um Benutzerzugriffe auf Systeme wie Workstations, Terminals
und andere Geräte zu übertragen. LANs handhaben den
Informationsfluss zwischen Host-Systemen und Benutzer. Im
Gegensatz hierzu ermöglicht SAN, den Informationsfluss mit der
gesamten Umgebung zu teilen, das heisst zwischen den Rechnern
und den Speichereinheiten und schliesslich zwischen den
Speichereinheiten selbst. So lassen sich Speichereinheiten von
allen am SAN angeschlossenen Rechnern ansprechen. Ähnlich wie
in LAN-Netzwerken (Ethernet, FDDI, ATM und Token Ring) gibt es
auch beim SAN unterschiedliche Topologien, um so ein Storage
Area Network aufzubauen.
Storage Area Networks sind besondere Speichernetzwerke, die
Server und Speichersysteme über Breitbandnetzwerke verbindet. In
diesem Netzwerk spielt es zunächst prinzipiell keine Rolle, welches
Betriebssystem auf einem Server installiert ist. Das heisst, es
können mehrere unterschiedliche Server auf verschiedene
Speicher-Subsysteme in einem Netzwerk zugreifen. Im Prinzip kann
ein Storage Area Network mit einem einfachen oder mit zwei
Kabeln aufgebaut werden. Die SCSI-Technologie ist die
bekannteste Art, ein Storage Area Network in der einfachsten Form
aufzubauen. Wegen der grossen Einschränkungen wie
Gerätenanzahl, Distanzen, Terminierung etc. ist die
Fibre-Channel-Technologie das für SANs heute normalerweise
eingesetzte Kommunikationsmedium. Durch die Eigenschaften von
Fibre Channel eignet sie sich hervorragend als Medium. Die
Anforderungen eines SANs sind eine garantierte Bandbreite
(Netzwerkgeschwindigkeit) und geringe Fehlerraten (1 Fehler in 10
hoch 9, d. h. ein Fehler in der Sekunde).
Fibre Channel bietet Vorteile, wie
- 400 MB/s Datendurchsatz
- 2.0625 Gbit Bandbreite
- 16 Millionen Geräte können angesprochen werden
- serielle Verbindung 8/10-bit-Encoding
- Hardware-basierendes Anschlussprotokoll zwischen den
Schnittstellen
- flexible Kabelkonfiguration, Kupfer und Glasfaser, Distanz bis 10
km
- einfach anzuschliessen, keine Terminierung
- Frame-gestützte Technologie basierend auf FDDI
(FDDI-Prüfsummen)
Im Moment wird an den Datentransferraten des Fibre Channels
gearbeitet, so dass schon in naher Zukunft die Datentransferraten
auf 2 GBaud und 4 GBaud gesteigert werden. Weitere Informationen
können im Kapitel Fibre Channel nachgelesen werden.
Durch das SAN kann das LAN entlastet werden, da der gesamte
Informationsaustausch in diesem Speichernetzwerk abgewickelt
wird. Wenn man Backup-Laufwerke auch an das SAN und nicht an
das LAN anschliesst, kann man mit entsprechender Software eine
weitere Entlastung erreichen. Dies ermöglicht eine einfachere
Verwaltung der Systeme und höhere Datentransferraten. Ein
Storage Area Network bietet die ideale Möglichkeit die gesamten
Informationen zu zentralisieren.
Die unkomplizierteste Art, ein Storage Area Network aufzubauen, ist
die Punkt-zu-Punkt-Verbindung über Fibre Channel. Sie verbindet
zum Beispiel ein RAID-System mit einem Rechner. Man benötigt
hierfür nur einen Hostadapter (HBA), ein Kabel und ein
Fibre-Channel-Subsystem (RAID etc.) und als Abschluss einen
Loopback Plug, der den internen Loop wieder schliesst. Durch die
einfache Kabelverbindung ist diese Installation wesentlich einfacher
als SCSI.
Paralleles SCSI
Ein grösseres System wird über Switches oder Hubs in Form der
Ringtopologie aufgebaut. Diese Ringtopologie wird FC-AL genannt
und verbindet mehrere Rechner mit mehreren Speichereinheiten.
Der FC-AL (Fibre-Channel-Arbitrated-Loop) ermöglicht eine
Zuteilung der Geräte, Leitungen und Benutzerzeiten. Fibre Channel
benötigt nicht zwingend ein Lichtwellenleiter, sondern kann auch mit
einem einfachen Kupferkabel realisiert werden. Der einzige Nachteil
ist die geringere Distanz, die mit Kupfer überbrückt werden kann
(ca. 30 m).
Bisher wurde über die Hardware des SAN berichtet, um allerdings
auch die Daten auf diesen Speichereinheiten teilen zu können,
bedarf es einer speziellen SAN-Software. Diese Software benutzt
die Speichernetzwerke und ermöglicht ein File-Sharing auf den
Speicher-Subsystemen. Jedes System, unabhängig vom
Betriebssystem, kann somit zu jeder Zeit auf jede Speichereinheit
zugreifen und die Daten abrufen. Man spricht deshalb von einem
SAN-Betriebssystem, das aber auf dem "normalen" Betriebssystem
aufgesetzt ist. Firmen wie Veritas, Mercury oder SANergy bieten
SAN-Software, die innerhalb des Speichernetzwerkes
Spiegelungen erstellen, synchronisieren und im Fehlerfall die
gespiegelte Speichereinheit aktivieren, während die Applikationen
online sind. Die Software ermöglicht ein unterbrechungsfreies,
dynamisches Verändern des Applikationsvolumens. Des Weiteren
erlaubt die Software eine Zuweisung von Speichereinheiten oder
einer Gruppe von Speichereinheiten und einem Server. Einige
SAN-Software-Applikationen unterstützen Clustering, um eine
verbesserte Datenverfügbarkeit innerhalb des Speichernetzes zu
gewährleisten. Bei Clustering sind die Speichereinheiten keinem
Server explizit zugeordnet, ausser wenn dies über Rechte
konfiguriert wurde, so dass bei einem Serverausfall die
Speichereinheit über Backup-Pfade trotzdem erreichbar ist oder
einem anderen Server zugeordnet wird. Die SAN-Software von
Veritas unterstützt folgende Datenbanken :
- Oracle 8.x, 8I
- Sybase x.x
- Informix x.x
- SAP
- Exchange, IIS, SQL
- Lotus
- Checkpoint Firewall - 1
Es wird also nicht zwingend eine Software benötigt, um ein
funktionierendes SAN-Netzwerk aufzubauen. In diesem Fall müssen
nur die entsprechenden Verbindungen zwischen Rechnern und
Speichereinheiten hergestellt werden. Die Speichereinheiten
werden schliesslich dem Rechner über das Betriebssystem
zugewiesen. Dazu reichen die Standardwerkzeuge, die in den
jeweiligen Betriebssystemen fest integriert sind, völlig aus.
Weitergehende Funktionen erfordern eine zusätzliche Software.
Firmen, die mit sehr hohen Datenkapazitäten zu tun haben oder in
Planung sind, sollten sich auf jeden Fall mit dieser Thematik
befassen, da für diese Technologie eine komplett neue Struktur
notwendig ist.
DSSI-Schnittstelle
Die digitaleigene DSSI-Schnittstelle ist in Bezug auf die Hardware
der SCSI-1-Schnittstelle sehr ähnlich. Im Gegensatz zu SCSI sitzt
aber noch mehr Intelligenz in dem ISE (Intelligent Storage Element)
genannten Laufwerk. Sie wurde jedoch durch SCSI fast völlig
verdrängt.
IDE-Schnittstelle
Im PC-Bereich ist die IDE-Schnittstelle (Integrated Drive Electronics)
sehr weit verbreitet. Sie hat die älteren ST506-Schnittstellen
inzwischen völlig abgelöst. Es lassen sich maximal zwei Festplatten
pro IDE-Schnittstelle anschliessen. Sollen zwei IDE-Festplatten
betrieben werden, wird eine Festplatte als Master, die andere als
Slave konfiguriert. Zu beachten ist, dass IDE-Festplatten
standardmässig immer als Master-Drive und nicht als Slave
konfiguriert werden.
Bei der ursprünglichen IDE-Schnittstelle, auch AT-Bus oder ATA
(AT-Attachment) genannt, konnten theoretisch maximal etwa 4,3
MB/s übertragen werden. In der Praxis werden jedoch nur circa 2
MB/s erreicht. Sie ist ausschliesslich zum Anschluss von
Festplattenlaufwerken vorgesehen und unterstützt somit keine
anderen Peripheriegeräte. Um den gestiegenen
Leistungsanforderungen gerecht zu werden, ist daher die
IDE-Schnittstelle weiterentwickelt worden:
Fast-ATA und Enhanced IDE
Die Unterschiede der beiden Entwicklungen liegen primär in der
Marketingstrategie; die Implementierungen und Funktionen sind
weitgehend gleich. Sowohl Fast-ATA als auch Enhanced IDE
bleiben kompatibel zu den älteren IDE-Adaptern und -Festplatten.
Sie verwenden das gleiche 40-polige Kabel.
Für Enhanced IDE gibt es unter dem Namen ATAPI (AT Attachment
Packed Interface) Erweiterungen, mit denen ähnlich wie bei SCSI
der Anschluss von Peripheriegeräten wie CD-ROM,
Bandlaufwerken, Scannern usw. möglich ist.
UltraATA
Bei UltraATA wird, ähnlich wie bei Ultra-SCSI, die Taktrate auf dem
Bus der Fast-ATA Schnittstelle erhöht. Somit erhält man bei
UltraATA eine Datenübertragungsrate von 33 MB/s auf dem Bus.
UltraATA/66 und UltraATA/100
Nach zwei weiteren Steigerungen ist die Rate mittlerweile bei 100
MHz angekommen. Die Anforderung an die Verkabelung ist wegen
der hohen Taktrate aber seit ATA100 strenger: Es werden spezielle
80-polige Kabel benötigt. Da der Stecker aber unverändert bleibt,
können ältere Platten und Controller mit den neuen Standards
kombiniert werden, natürlich um den Preis der geringeren
Performance.
- SCSI-1
USB-Schnittstelle
USB (Universal Serial Bus) ist ein neuer Schnittstellenstandard für
den Anschluss externer Geräte (z. B. Drucker, Modems, Tastaturen,
Monitore, digitale Kameras etc.) über ein Bussystem an PCs. Der
Vorteil der USB-Schnittstelle ist die unproblematische Integration
von zusätzlicher Peripherie. Der USB-Controller erkennt, ob weitere
Peripherie angeschlossen wurde, installiert automatisch die
benötigten Treiber und stellt die Betriebsbereitschaft her.
Aufwendige Neukonfigurationen der PC-Systeme gehören der
Vergangenheit an. Bis zu 127 externe Geräte können theoretisch an
die USB-Schnittstelle angeschlossen werden.
Ausführliche Informationen zu USB sind erhältlich unter
www.usb.org
FireWire 1394
FireWire (IEEE 1394) ist mit maximal 400 Mbit/s ein serieller
High-Speed-Datenbus, der, ursprünglich von Apple verwendet, vor
allem Multimedia-Geräte wie Camcorder und digitale Kameras mit
dem Rechner verbinden soll. Der Standard wurde 1995 definiert.
Der Bus ermöglicht reservierte Bandbreiten, was vor allem im
Videobereich gefordert wird. 16 Devices können über eine Strecke
von 72 m in Serie (4,5 m pro Link) verbunden werden. Allerdings
sind auch Bridges definiert, die kaskadierend die Anzahl der
Devices drastisch erhöhen (maximal 1023 Bridges sind erlaubt).
Als Verbindungsmedium benutzt der FireWire ein sechspoliges
Spezialkabel, das aus zwei abgeschirmten Twisted-Pair-Leitungen
und zwei zusätzlichen Leitungen für die Versorgungsspannung
besteht.
Derzeit spielt FireWire noch keine sehr grosse Rolle. Ob er sich
zwischen USB als der preisgünstigeren, langsameren Variante
einerseits und dem universelleren Fibre Channel andererseits
durchsetzen wird, ist offen.
--
Primär-Datenspeicher
Sekundär-Datenspeicher
Backup-Datenspeicher
--
Ultra SCSI
Noch einmal verdoppelt wurde der Transfertakt bei Ultra SCSI, einer
voll abwärtskompatiblen Erweiterung von SCSI-2. Durch die
Verdoppelung der Taktrate auf dem Bus verdoppelt sich auch die
Transferrate auf 20 MB/s (8 bit) bzw. 40 MB/s (16 bit). Dies betrifft
allerdings nur die Datentransferrate. Die Befehlsübertragung
geschieht weiterhin mit 5 MB/s. Auch Stecker und Kabel wurden aus
Kompatibilitätsgründen beibehalten. Die Performance-Steigerung
hat ihren Preis: Die zulässige Kabellänge verkürzt sich bei
Single-Ended auf 1,5 Meter und bei Differential entsprechend auf
12,5 Meter. Eine aktive Terminierung ist unbedingt notwendig, um
eine störungsfreie Übertragung zu gewährleisten.
Um dem Anwender die Konfiguration des SCSI-Busses zu
erleichtern, enthält die Ultra SCSI-Spezifikation das Feature SCAM
(SCSI Configuration Auto Matically). Das angeschlossene Gerät
konfiguriert sich also selbst. Die Implementierung von SCAM in die
Devices ist jedoch jedem Hersteller selbst überlassen.
Ultra2 SCSI (LVD - Low Voltage Differential)
Produkte mit Ultra2 SCSI sind seit 1998 auf dem Markt. Auch hier
wurde wieder die Datentransferrate verdoppelt, auf 80 MB/s bei 16
bit. Die bisherige 8 bit-Version wird sich nach und nach
verabschieden. Da ausserdem eine weitere Halbierung der
Kabellänge bei Single-Ended-Verkabelung den Bus praktisch
unbrauchbar machen würde, wurde dieser Standard nur noch als
LVD (Low Voltage Differential) definiert, eine
Differenzial-Verkabelung, die darüber hinaus mit einem Drittel der
Signalspannung arbeitet. Die maximale Kabellänge beträgt hier
immerhin noch 12 m.
Um auch diesen Standard mit den bisherigen kompatibel zu halten,
werden Ultra2-Laufwerke mit einer autosensing Schnittstelle
ausgerüstet, die den Betrieb an herkömmlichen
Single-Ended-Controllern (nicht am Differenzial) ermöglichen, wenn
auch nur mit Ultra SCSI-Geschwindigkeit. Allerdings verfügen sie
nicht über interne Terminierung, was die Verwendung von separaten
Terminatoren auch innerhalb der Rechner notwendig macht.
Ultra160 SCSI
Ultra160 benutzt die gleiche Verkabelung wie Ultra2 LVD-SCSI. Die
Verdoppelung der Transferrate wurde durch die Datenübertragung
an der auf- und absteigenden Flanke des Signals erreicht. Die
effektive Leistung (der Nettodatentransfer) dürfte an die des
momentanen Fibre Channel heranreichen.
Ultra320 SCSI
Obwohl von vielen Seiten gedacht wurde, dass mit Ultra160 das
Ende der Steigerung beim parallelen SCSI erreicht wäre, ist bereits
Ultra320 absehbar, die ersten Hersteller haben ihre Unterstützung
und Produkte schon angekündigt.
SCSI-3
SCSI-3 beinhaltet sowohl die Normen des parallelen SCSI als auch
die der weiter unten beschriebenen seriellen Interfaces.
SCSI-Schnittstellen
Die parallele SCSI-Schnittstelle gibt es in unterschiedlichen
Varianten (siehe Tabelle), die sich in der Art der Datenübertragung
unterscheiden. SCSI-Signale können entweder auf 8 bit (Narrow)
oder 16 bit (Wide-SCSI) breiten Bussen übertragen werden. Bis zu
7 Laufwerke können am 8 bit-Bus angeschlossen werden, bis zu 15
Laufwerke am 16 bit-Bus. Beide Busbreiten verfügen wiederum
über die Verkabelungsarten Single-Ended (SE) oder Differenzial
(D). Bei SE-SCSI wird jedes Signal nur auf einer, bei D-SCSI
dagegen auf zwei untereinander verdrillten Leitungen übertragen.
Letztere sind daher gegen elektrische Einflüsse unempfindlicher.
Die Vorteile von D-SCSI sind bessere Störsicherheit und, daraus
resultierend, grössere Kabellängen
.
Nachteilig sind lediglich die - im Vergleich zu SE-SCSI - höheren
Kosten für Laufwerke und Hostadapter.
Bei der Auswahl eines Subsystems ist zu beachten, dass die
SCSI-Schnittstelle des Hostadapters mit der des Laufwerks
übereinstimmt .
Grundsätzlich können 8 bit-Geräte an einen 16 bit-Bus
angeschlossen werden, jedoch sind dabei eine ganze Reihe
besonderer Konfigurationsregeln zu beachten.
Single-Ended- und Differential- oder LVD-SCSI können nicht
gleichzeitig am Bus betrieben werden. Der Versuch kann zu
Schäden an Laufwerk und Controller führen. Lediglich
LVD-Laufwerke stellen sich selbstständig auf Single-Ended um.
Synchroner und asynchroner Datentransfer
Bei parallelem SCSI gibt es den asynchronen und den schnelleren
synchronen Datentransfer. Beim asynchronen Datentransfer wird
jedes Byte separat gesendet und bestätigt, während beim
synchronen Transfer mehrere Bytes auf einmal gesendet und dann
gemeinsam bestätigt werden. Dadurch ist der Overhead beim
synchronen Übertragungsmodus kleiner und die Transferrate höher.
Grundsätzlich können alle Peripheriegeräte asynchron arbeiten.
Synchronlaufwerke bzw. -Controller stellen vor dem Datenaustausch
beim so genannten handshaking fest, ob der andere
Kommunikationspartner auch synchronen Transfer beherrscht, und
benutzen dann automatisch die entsprechende Datentransferart.
Heutige SCSI-Laufwerke und Hostadapter unterstützen in der Regel
die Synchronübertragung.
Kabel für paralleles SCSI
Um einen problemlosen und fehlerfreien Datentransfer zu
ermöglichen, sind einige grundsätzliche Dinge bereits bei der
Auswahl des richtigen SCSI-Kabels zu beachten:
Die SCSI-Kabel müssen nach UL (Underwriter Laborities) und CSA
(Canadian Standard Association) spezifiziert sein. Die einzelnen
Drähte des Kabels müssen aus Kupferlitze bestehen (besser
kupferverzinnt). Sie müssen paarweise verdrillt sein. Zusätzlich sollte
das Kabelbündel noch einmal über die Länge von max. 1 m verdrillt
sein. Das gesamte Kabel braucht weiter eine doppelte
Abschirmung. Dies wird in der Regel durch eine Silberfolie und ein
zusätzliches Drahtgeflecht über dem Kabelbündel erreicht.
Werden mehrere Peripheriegeräte an einen SCSI-Bus
angeschlossen, sollten die einzelnen Verbindungskabel möglichst
kurz sein und optimalerweise dieselbe Länge haben. Dadurch wird
die Störanfälligkeit des Busses reduziert.
Da die Übertragung der SCSI-Daten bei Wide-SCSI mit 16 anstelle
von 8 bit stattfindet, reichen die vorhandenen Leitungen im normalen
50poligen SCSI-Kabel nicht aus. Wide-SCSI verwendet deshalb
68polige Kabel.
Da es bei den Kabeln keinen Unterschied zwischen Single-Ended
und Differential-SCSI gibt, können die Kabel für beide
Schnittstellentypen verwendet werden.
Terminierung der Subsysteme
Mit wachsender Übertragungsrate steigen auch die Anforderungen
an die Datenkabel und an die SCSI-Bus-Terminierung.
Differential-SCSI und aktive Terminierung gewinnen immer mehr an
Bedeutung.
Aktive Terminatoren arbeiten im Gegensatz zu den passiven
Terminatoren mit einem integrierten Spannungsregler. Sie halten
die Terminatorpowerleitung mit aktiven Bauelementen auf genau
2,85 V. Bei passiver Terminierung werden sie mit einem passiven
Spannungsteiler auf etwa 3 V gehalten. So kann die Spannung im
Kabel je nach Kabeltyp und -länge stark schwanken.
Der Forced Perfect Terminator (FPT) ist eine vor allem in der
IBM-Welt (RS/6000) verwendete Variante der aktiven
Busterminierung. Hierbei wird die Impedanz des SCSI-Busses
dynamisch angepasst. Wenn allerdings FPT verwendet wird, so
muss dies auf beiden Seiten des Busses - also auch auf der
Hostadapter-Seite - geschehen.
Grundsätzlich wird die Verwendung von aktiven Terminatoren
empfohlen, da diese im Gegensatz zur passiven Terminierung
wesentlich störsicherer sind.
Anschluss von Subsystemen
Beim Anschluss von externen SCSI-Subsystemen gibt es folgende
Möglichkeiten:
1. Bisher ist noch kein externes Subsystem am SCSI-Port
angeschlossen: In diesem Fall benötigt man ein entsprechendes
SCSI-Kabel für die jeweilige Rechnerplattform. Bei allen externen
Subsystemen werden im Preislistenteil Kabeltauschoptionen für die
entsprechende Rechnerplattform angeboten. So sind anstelle der
Standardkabel auch Kabel mit dem in der Preisliste angegebenen
Steckern erhältlich. Das Subsystem lässt sich auf diese Weise
direkt mit dem richtigen Stecker an den jeweiligen Rechnertyp
anschliessen. Die unterschiedlichen Steckertypen sind im Kapitel
SCSI-Kabel und -Terminatoren
abgebildet. Des Weiteren wird noch ein Terminator benötigt. Immer
muss auch die maximale Kabellänge berücksichtigt werden, wobei
Kabel in den Gehäusen (Rechner, Platten etc.) mitzuzählen sind.
2. Externe Subsysteme sind bereits vorhanden und mit
HD68-Steckern ausgerüstet: Mit dem mitgelieferten Kabel kann das
neue Subsystem beliebig an die bestehenden Subsysteme
angehängt bzw. zwischen diese eingefügt werden.
3. Externe Subsysteme sind bereits vorhanden, haben aber keinen
HD68-Stecker: Hierbei gibt es zwei Möglichkeiten:
- Man schliesst das neue Subsystem an die letzte vorhandene Box
an. Hierzu muss mittels einer Tauschoption das Standardkabel
gegen ein Kabel mit passendem Stecker getauscht werden.
Zusätzlich wird dann noch ein entsprechender Terminator mit
Stecker benötigt.
- Das neue Subsystem wird als erstes direkt an den Rechner
angeschlossen. In diesem Fall wird, wenn nötig, das Standardkabel
gegen ein Kabel mit einem für den Rechner passenden Stecker
getauscht. Ausserdem wird dann noch ein zusätzliches Kabel zum
Anschluss des neuen Subsystems an die bereits vorhandenen
benötigt. Passende Kabel hierfür sind in dem Kapitel SCSI-Kabel
und -Terminatoren
aufgelistet.
Serielles SCSI
Fibre Channel
Der Name Fibre Channel ist etwas irreführend, denn der serielle Bus
ist nicht nur für Lichtleiter, sondern auch für Kupferkabel spezifiziert.
Auf beiden Medien sind Übertragungsraten von 12,5 MB/s bis hin zu
etwa 400 MB/s vorgesehen. Die physikalische Transferrate liegt mit
132 Mbit/s bis 2 Gbits/s noch etwas höher. Die daraus resultierende
etwas höhere Bruttodatenrate wird für einen 8-zu-10-bit-Code
genutzt, der eine einfache Fehlererkennung erlaubt. Innerhalb eines
Fibre-Channel-Systems können verschiedene Kabelarten gemischt
werden. Die einfachste Variante ist ein abgeschirmtes
Twisted-Pair-Kabel. Grosse Distanzen oder höhere Transferraten
erfordern wahlweise Kupfer- oder Glasfaserkabel. Somit lassen sich
mit ein und demselben Interface sowohl Low-End- und
Low-Cost-Systeme als auch High-End-Systeme aufbauen. Die
Glasfaserverbindungen werden über einen Duplex-SC-Stecker
angeschlossen, die Kupferverkabelung über einen DSub
9pol.-Stecker und die Twisted-Pair-Kabel mittels eines 9-poligen
HSSDC (High Speed Serial DC-Steckers).
Fibre Channel ist die allgemeine Bezeichnung für eine Normenreihe,
die von der ANSI (American National Standards Institute) entwickelt
wurde und weiterentwickelt wird, um neue Protokolle für eine flexible
Informationsübertragung zu schaffen. Diese Entwicklung begann im
Jahr 1988 als Erweiterung der Norm Intelligent Peripheral Interface
(IPI) Enhanced Physical und verzweigte sich in mehrere Richtungen.
Die vorrangigen Ziele dieser Entwicklung sind:
- unterschiedliche Typen physikalischer Schnittstellen zu unterstützen
- ein Mittel für die Vernetzung dieser unterschiedlichen
Schnittstellentypen anzubieten
- eine Hochgeschwindigkeitsübertragung grosser Datenmengen zu
ermöglichen
- das logische Protokoll wird von der physikalischen Schnittstelle
transportiert; dies erlaubt den Transport verschiedener Protokolle
über eine gemeinsame physikalische Schnittstelle (ggf. simultan)
- eine Entlastung von der zunehmenden Zahl physikalischer
Schnittstellen, die nur begrenzte Verbreitung haben
Fibre Channel ist in Systemen unterschiedlichster Grössen zu
finden, doch derzeit wird es zunächst in Grossrechnersystemen
Anwendung finden und später in Workstations. Auf preiswerten PCs
dürfte es kaum verwendet werden, doch später wird es in den
Desktopsystemen von Profianwendern implementiert werden, die an
Netzwerke angeschlossen sind.
Gegenwärtig sind systemgebundene Lichtwellenleiter-Schnittstellen
in einigen Desktop-Systemen und Workstations zu finden. Die
Anwendung sehr schneller Fibre-Channel-Schnittstellen wird
zunehmen, sobald ihre Geschwindigkeit und ihre Funktionen diesen
Anwendern bekannt werden. Dazu zählen auch kleine
Arbeitsgruppen, die zwecks Datenaustausch mit
Hochgeschwindigkeitsleitungen vernetzt werden müssen.
Zu nennen sind zwei grundlegende Peripherieprotokolle für die
Gerätekommunikation: Kanäle und Netzwerke. Üblicherweise
bezieht sich der Begriff Kanal auf eine periphere I/O-Schnittstelle
(mit einem Hostcomputer), die grosse Datenmengen zwischen dem
Host und dem Peripheriegerät hin- und hertransportiert. Der
Systemverarbeitungsaufwand wird so gering wie möglich gehalten,
indem die Datenübertragung in der Hardware mit geringer bis gar
keiner Software-Beteiligung gehalten wird, sobald eine
I/O-Operation beginnt. Dagegen bezieht sich der Begriff Netzwerk
auf eine I/O-Schnittstelle, die in der Regel zahlreiche kleine
Übertragungen mit grösserem Systemverarbeitungsaufwand
impliziert, der in der Regel auf eine Softwarebeteiligung am
Informationsfluss zurückzuführen ist. Netzwerke unterstützen in der
Regel eine Host-to-Host-Kommunikation.
Kanäle
Kanäle operieren in der Regel in einer geschlossenen, strukturierten
und vorhersehbaren Umgebung, in der alle Geräte, die mit einem
Host kommunizieren können, im Voraus bekannt sind, und jede
Änderung erfordert auch Modifikationen der Host-Software bzw. der
Konfigurationstabellen. Diese komplexeren Wissensstufen werden
von den meisten Kanälen bewältigt.
Das Host-System enthält das gesamte Wissen der an diesen Host
angeschlossenen Kanäle. Gelegentlich wird hierfür auch die
Bezeichnung Master-Slave-Umgebung verwendet. Peripheriegeräte
wie Band- und Plattenlaufwerke sowie Drucker sind direkt an das
Host-System angeschlossen. Der Host ist dabei der Master, und die
Peripheriegeräte sind die Slaves.
Kanäle werden für die Datenübertragung benutzt. Mit dem Begriff
Daten sind Dateien mit Informationen gemeint, die viele Tausend
Byte umfassen können. Eine wichtige Anforderung für die
Übertragung von Daten ist die fehlerfreie Übergabe, wobei die
Übertragungsverzögerung zweitrangig ist.
Netzwerke
Auf der anderen Seite arbeiten Netzwerke in einer offenen,
unstrukturierten und im Grunde genommen unberechenbaren
Umgebung. Fast jeder Host bzw. jedes Gerät kann jederzeit mit
jedem anderen Gerät kommunizieren. Diese Situation erfordert eine
intensivere Software-Unterstützung zur Prüfung der
Zugangsberechtigung, zur Einrichtung von Übertragungssitzungen
und für Routing-Transaktionen zum richtigen Software-Dienst.
Diese unstrukturierte Umgebung, die davon ausgeht, dass die
angeschlossenen Geräte alle gleichberechtigt sind, wird
Peer-to-Peer-Umgebung genannt. Mehrere Workstations und
Mainframe-Computer können vernetzt werden. Dabei ist jedes
System unabhängig vom anderen, und gelegentlich tauschen sie mit
Hilfe von Netzwerkprotokollen Informationen aus. Eine Workstation
und ein Mainframe sind im Verhältnis zu anderen derartigen
Systemen gleichberechtigt. Insofern ist diese Umgebung
vergleichbar mit der Art und Weise, wie das Fernsprechsystem
arbeitet, bei dem alle Fernsprechgeräte gleichberechtigt sind.
Analogien zum Fernsprechsystem werden daher gerne gebildet.
Netzwerke werden nicht nur zur fehlerfreien Datenübermittlung,
sondern auch zur Sprach- und zur Videoübertragung genutzt, bei der
die rechtzeitige Übergabe vorrangig und eine fehlerfreie Übergabe
zweitrangig ist. Wenn die Übergabe beispielsweise bei einer
Videoübertragung verspätet erfolgt, werden die Daten nutzlos; wenn
jedoch ein oder zwei Pixel verloren gehen, wird dies gar nicht
bemerkt, solange das Bild nicht flimmert.
Unterstützte Protokolle
Fibre Channel versucht, die besten Aspekte dieser beiden konträren
Kommunikationsverfahren in einer neuen I/O-Schnittstelle zu
kombinieren, die die Bedürfnisse von Kanalbenutzern und zugleich
von Netzwerkbenutzern erfüllen.
Fibre Channel unterstützt die Übertragung von ATM (Asynchronous
Transfer Mode), IEEE 802 und sonstigem Netzwerkverkehr. Alle, die
mit Internet Protocol (IP), E-Mail, File Transfer, Fernanmeldungen
und sonstigen Internet-Diensten vertraut sind, werden feststellen,
dass diese Protokolle in Fibre Channel mit höheren
Geschwindigkeiten unterstützt werden.
Hierbei handelt es sich um wichtige Aspekte für den Anschluss von
Systemen, die auf Fibre-Channel-Basis arbeiten, an die wichtigsten
globalen Netzwerke sowie an bereits von Unternehmen installierten
LANs. Dazu zählen SONET-basierte Systeme und LANs wie
Ethernet.
Ein wichtiger von Fibre Channel geleisteter Beitrag besteht darin,
dass diese beiden Schnittstellentypen, d. h. Kanäle und Netzwerke,
jetzt das gleiche physikalische Medium teilen können. In den letzten
Jahren wurden I/O-Kanäle dahingehend ausgebaut, dass sie
Netzwerkanwendungen mit einschliessen (z. B. mit Hilfe von SCSI,
um zwei Workstations zu vernetzen). In gleicher Weise bewegen
Netzwerke mit Hilfe von Netzwerk-Dateitransferprotokollen Daten
zwischen Systemen und Dateiservern hin und her (z. B. Network File
System (NFS).
Mit Fibre Channel ist es jetzt möglich, dasselbe physikalische
Medium und dasselbe physikalische Transportprotokoll über einen
gemeinsamen Hardware-Port zu benutzen, um sowohl Kanal- als
auch Netzwerkaktivitäten zu verwalten. Es ist möglich, Informationen
an ein Netzwerk zu senden, das über Fibre Channel an die
Rückwand einer Workstation angeschlossen ist, und zugleich Fibre
Channel zu benutzen, um intern mit den lokalen Peripheriegeräten zu
kommunizieren (z. B. mit Platten- und Bandlaufwerken).
Protokollmerkmale von Fibre Channel: Fibre Channel enthält keinen
Befehlssatz wie beispielsweise SCSI und IPI, sondern stellt einen
Mechanismus zur Verfügung, um andere Protokolle auf Fibre
Channel aufzusetzen. Dies ist möglich, indem Fibre Channel als
Träger für diese Befehlssätze dient, und zwar so, dass der
Empfänger zwischen beiden unterscheiden kann. Dies impliziert,
dass diverse Befehlssätze älterer I/O-Schnittstellen, für die bisher
Software-Investitionen erforderlich waren, direkt auf Fibre Channel
angewendet werden.
Die Trennung der I/O-Operationen von der physikalischen
I/O-Schnittstelle ist ein wichtiges Leistungsmerkmal von Fibre
Channel und ermöglicht die simultane Benutzung unterschiedlicher
Befehlssätze. Die verschiedenen Befehlssätze, wie z. B. SCSI, IPI-3,
IP etc., werden üblicherweise an ihren eigenen, speziellen
Schnittstellen verwendet. Fibre Channel definiert hingegen einen
einzigen gemeinsamen, physikalischen Übertragungsmechanismus
für diese Befehlssätze.
Fibre Channel
- ist sich des Inhalts oder der Bedeutung der gerade übertragenen
Informationen nicht bewusst
- erhöht die Konnektivität von Dutzenden auf Hunderte oder sogar
Tausende von Geräten
- vergrössert den Maximalabstand zwischen den Geräten
- erhöht die Übertragungsrate um das Vier- bis Fünffache
gegenüber den verbreitetsten Kanälen und um das Hundertfache
gegenüber gängigen Netzwerken.
In den folgenden Abschnitten wird beschrieben, wie Fibre Channel
den Aufbau eines Netzwerks erlaubt.
Vernetzungstopologien
Fibre-Channel-Geräte werden auch Knoten (engl. nodes) genannt,
von denen jeder mindestens einen Port hat, um einen Zugang zur
Aussenwelt (d. h. zu einem anderen Knoten) zu schaffen. Die
Komponenten, die zwei oder mehr Ports miteinander verbinden,
werden unter der Bezeichnung Topologie zusammengefasst. Alle
Fibre-Channel-Systeme besitzen lediglich diese beiden Elemente:
Knoten mit Ports und Topologien.
Jeder Fibre-Channel-Port verwendet ein Leiterpaar - einen Leiter,
um zum Port gehende Informationen zu übertragen, und einen, um
vom Port kommende Informationen zu übertragen. Bei Fibre
Channel handelt es sich entweder um elektrische Leiter oder um
Lichtwellenleiter. Dieses Faserpaar wird Verbindung (engl. link)
genannt und ist Bestandteil jeder Topologie. Siehe Abbildungen 2
bis 4.
Daten werden immer in Einheiten (so genannten Frames oder
Rahmen) über diese Verbindungen übertragen. Die
Fibre-Channel-Norm definiert drei Topologien, doch liegt die
Betonung vor allem auf einer Topologie, die auch Fabric-System
genannt wird und als Erstes beschrieben werden soll.
Fabric-Topologie
Ein Fabric-System (siehe Abbildung 2) erlaubt dynamische
Kopplungen zwischen Knoten über die an dieses System
angeschlossenen Ports. Zu beachten ist, dass der Begriff Fabric in
dieser Anwendung als Synonym für die Begriffe Switch bzw. Router
gelten kann. Jeder Port in einem Knoten, ein so genannter N_Port
oder NL_Port, ist an das Fabric-System über eine Verbindung
angeschlossen. Jeder Port in einem Fabric-System wird F_Port
genannt. Jeder Knoten kann mit jedem anderen, an andere F_Ports
desselben Fabric-Systems angeschlossenen Ports mit Hilfe der
Dienste des Fabric-Systems kommunizieren. Bei dieser Art von
Topologie werden alle Leitwegoperationen für die Rahmen vom
Fabric-System anstelle der Ports durchgeführt.
Dieser Jeder-mit-jedem- bzw. Peer-to-Peer-Dienst ist ein
wesentlicher Bestandteil der Auslegung des Fibre Channels. Ein
System, das für Peer-to-Peer-Dienste ausgelegt wurde, kann so
verwendet werden, dass das
Master-Slave-Kommunikationsverfahren des Typs Host emuliert
wird. Auf diese Weise kann Fibre-Channel-Kanal- und
Netzwerkprotokolle simultan unterstützen.
Wie ein Fernsprechsystem
Die Funktion des Fabric-Systems ist der eines Fernsprechsystems
vergleichbar - wir wählen irgendeine Rufnummer, das
Fernsprechsystem findet den Pfad zum gewünschten Zielanschluss,
der Rufton ertönt, und der Angerufene antwortet. Wenn eine
Vermittlungsstelle oder Verbindung abstürzt, leitet das
Fernsprechunternehmen die Anrufe über andere Pfade um, was der
Anrufer selten bemerkt. Die meisten von uns wissen nichts von den
Zwischenverbindungen, die das Fernsprechunternehmen schaltet,
um unseren einfachen Anruf erfolgreich werden zu lassen.
Wir geben dem Fernsprechunternehmen jedoch einige Hinweise zu
unserem Anruf. Die Rufnummer beginnt beispielsweise (in den
U.S.A.) mit der Ziffer 1 - gefolgt von zehn Ziffern in Form einer
Ortsvorwahl- (3), Vermittlungsstellen- (3) sowie Teilnehmernummer
(4). Wenn am Anfang der Rufnummer nicht die Ziffer 1 steht, gilt der
Anruf innerhalb des Ortsvorwahlbereichs des Anrufers, und es
werden lediglich sieben Ziffern verwendet. Diese Hinweise helfen
der Fernsprechgesellschaft, die Verbindung herzustellen. Die
Rufnummer entspricht dem Fibre-Channel-Adress-ID. Ein Teil der
Adress-ID wird verwendet, um die betreffende Domain des
Fabric-Systems zu bestimmen, und der Rest dient dazu, den
speziellen Port zu ermitteln.
Zu beachten ist, dass das Fernsprechsystem nicht am Inhalt des
Gesprächs zwischen den beiden Fernsprechteilnehmern beteiligt ist
(bzw. von ihm betroffen ist); es sorgt lediglich für die Herstellung der
Verbindung. In gleicher Weise sorgt Fibre Channel für die
Verbindung, und die aufgesetzten Protokolle (z. B. SCSI oder IPI)
tragen die Befehle. Diese Protokolle spielen eine ähnliche Rolle wie
die Sprachen in Fernsprechsystemen. Fibre Channel und die
anderen Protokolle sollten als integraler Bestandteil des
Informationsaustauschs gesehen werden.
Der Weg von A nach C
Die Komplexität eines Fabric-Systems ist vergleichbar mit der von
Vermittlungsstellen des Fernsprechsystems; die entsprechenden
Fabric-Geräte werden Fabric-Elemente genannt. In Abbildung 2 wird
nur ein Fabric-Element mit vier F_Ports dargestellt, die mit a, b, c
und d gekennzeichnet sind. Wenn Knoten A mit Knoten C sprechen
muss, wird die Information zunächst an das Fabric-System in F_Port
a gesandt. Das Fabric-System stellt eine interne Verbindung oder
eine Reihe von Verbindungen zu F_Port c her. Die Information wird
dann an Knoten c gesandt. Es ist u. U. erforderlich, mehrere
Fabric-interne Pfade auszuwählen, ehe man zu F_Port c gelangt.
Das Fabric-System kann aus einem einzigen oder mehreren
Fabric-Elementen bestehen. Wie bei Fernsprechsystemen wissen
wir nicht (bzw. kümmern uns nicht darum), durch wie viele Switches
(Vermittlungsstellen) wir gehen müssen, solange wir mit der richtigen
Zielstation verbunden werden.
Ein Fabric-System wird auch vermittelte Topologie oder
Koppelpunkt-Vermittlungstopologie genannt. Die Leitweglenkung
(Routing) über verschiedene Switches erfolgt, indem die
Fabric-Elemente die Zieladresse-ID im Rahmen interpretieren,
sobald es in jedem Fabric-Element ankommt.
Das Fabric-System lässt sich physikalisch als einzelnes
Fabric-Element mit mehreren F_Ports implementieren (wie aus
Abbildung 2 ersichtlich), oder es kann als eine Reihe mehrerer
derartiger, untereinander verbundener Fabric-Elemente
implementiert werden. Die Leitweglenkung bzw. Vermittlung jeder
Kopplung ist transparent für die beiden N_Ports, die über F_Ports
an die Fabric-Aussenkante angeschlossen sind.
Wenn die Topologie von den Knoten getrennt ist, wie dies beim
Fernsprechsystem und Fibre Channel der Fall ist, können neue
Technologien für die Leiter eingeführt werden. Neue
Geschwindigkeiten und neue Funktionen können im Fabric-System
implementiert werden, ohne dass dadurch alle vorhergehenden
Investitionen in vorhandene Knoten verloren gehen. Fibre Channel
erlaubt die Kombination von Zusatzgeräten mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten oder Eigenschaften.
Ergänzungen, Fragen und
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