[스토리지] SAN, NAS 스터디 2. 파이버 채널 구조

안녕하세요.

본 포스팅은 'SAN과 NAS 관리자 가이드 (Using SANs and NAS)'를 스터디하며 정리한 내용입니다.

책에 대한 정보는 지난 포스팅 (http://harryp.tistory.com/591)을 참조해 주세요.

* 특별한 출처를 명시하지 않은 내용은 'SAN과 NAS 관리자 가이드'에 나온 내용입니다.

이번 포스팅은 두 번째 장, '파이버 채널 구조' 입니다.

1. 파이버 채널 (Fiber Channel)

파이버 채널은 다음의 특징들을 가지고 있다.

* 비네트워크 프로토콜 (SCSI 등)을 지원

* Confirmed Delivery : 네트워크 신뢰성을 강화하는 확립된 전달

* QoS : 대역폭을 보증하는 대역폭 분할, 연결 지향 가상 회선 등

* 낮은 연결 지연 시간

* 비연결 지향 서비스 제공

* 네트워크에 있는 토폴로지와 노드를 자동으로 발견할 수 있는 토폴로지 지원

  - 포인트 투 포인트

  - 중재 루프

  - 패브릭

* 다양한 크기의 프레임 (0~20KB)을 사용하는 고효율, 고대역폭, 낮은 연결 지연 전송으로 페이로드 크기에 상관 없이 효율적인 전송 가능.

* 핫 플러그 장치 지원 (장치 설치/제거 시 호스트 시스템에 영향 X) -> 고가용성, 다운 빈도 줄어듬

1-1. 파이버 채널, 이더넷, ATM 비교

	파이버 채널	기가비트 이더넷	ATM
기술 애플리케이션	스토리지, 네트워크,  비디오, 클러스터	네트워크	네트워크, 비디오, SWAN
토폴로지	포인트-투-포인트, 루프, 허브, 스위치	포인트-투-포인트, 허브, 스위치	스위치
Baud rate	1Gbps, 2Gbps	1Gbps	622bps
최대 데이터 전송률의 확장성	4Gbps	10Gbps	2.43Gbps
전송 보증	O	X	X
혼잡 데이터 손실	X	O	O
프레임 크기	변경 가능 (0~2kb)	변경 가능 (0~1.5kb)	고정 크기 (53b)
물리 매체	구리, 파이버 * 구리 - 제한 거리가 짧지만, 제한 거리 이내에서는 손실율이 거의 없음. * 파이버 - 긴 거리 (175Km) 지원 가능
지원 프로토콜	네트워크, SCSI, 비디오	네트워크, SCSI	네트워크, 보이스,  비디오

1-2. 파이버 채널 프로토콜 계층

(파이버 채널 프로토콜 계층, 

출처 - http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?nav=2&m_temp1=5187&id=1074)

* FC-4 (Mapping) - 파이버 채널 네트워크가 상위 수준의 프로토콜 (ULP, Upper Layer Protocol) 과 통신하는 방법 정의.

* FC-3 (Common Service) - 데이터 스트라이핑과 같은 포트가 하나 이상 필요한 애플리케이션이 사용 (현재 개발중). 데이터 암호화 및 압축 제공.

* FC-2 (Framing & Flow Control) - OSI 모델의 MAC 층과 비슷. 상위 레이어의 데이터를 프레이밍 하여 하위 계층으로 보냄. 세그멘테이션, 흐름제어, 라우팅 등 제공.

* FC-1 (Ordered Set : Encode & Decode) - 프레임을 암호화 하거나 암호를 푸는 방식을 정의

* FC-0 (Physical) : 데이터를 실제로 전달.

** 예시 : 파이버 채널 네트워크를 통해 SCSI 테이프 드라이브로 부터 SCSI 디스크로 데이터를 얻는 방법

   1) 서버가 테이프에서 데이터를 검색하라고 요청

   2) SCSI 프로토콜은 그 데이터를 테이프 드라이브에서 처음 검색하는 방법을 정의

   3) SCSI 애플리케이션이 그 데이터를 파이버 채널 네트워크의 SCSI 맵으로 전달

   4) 맵은 애플리케이션으로부터 데이터를 받음 (FC-4)

   5) 애플리케이션은 데이터를 프레임으로 분할 (FC-2)

   6) 프레임을 인코딩 (FC-1)

   7) 프레임을 네트워크의 물리적 부분을 구성하는 다양한 매체를 통해 전달 (FC-0)

2. 파이버 채널 포트

파이버 채널에는 다음 3개의 기본 포트가 있다.

* N_Port (노드 포트) - 노드나 디스크의 포트. 두 번째 노드의 N_Port나 스위치에 있는 F_Port와 통신한다.

* F_Port (패브릭 포트) - 스위치의 포트. 포인트-투-포인트로 다른 N_Port 하고만 연결 가능.

* E_Port - 대용량 패브릭 구성을 위해 스위치와 스위치를 연결하는 포트.

다음 3개의 포트는 중재 루프에 참여하기 위한 포트이다.

* L_Port - N_Port나 F_Port가 중재 루프에 참여하기 위해 두 포트의 끝에 추가된다. (전용으로는 사용 X)

* NL_Port - N_Port의 끝에 L_Port가 추가된 형태. 중재 루프 기능이 있는 노드 포트.

* FL_Port - F_Port의 끝에 L_Port가 추가된 형태. 중재 루프 기능이 있는 패브릭 포트.

추가로 G_Port 가 있다.

* G_Port - 경우에 따라 E_Port, FL_Port, F_Port로 동작 가능한 스위치에 있는 포트.

3. 파이버 채널 토폴로지

(파이버 채널 토폴로지, 출처 - https://ko.wikipedia.org/wiki/파이버_채널)

 (1) 점대점 (FC-P2P, 포인트-투-포인트)

- 두 개의 장치가 맞대어 연결되어 있다.

- 제한된 연결을 가지는 가장 단순한 토폴로지이다.

- 두 개의 N_Port가 연결되는 형태.

 (2) 스위치 패브릭 (Switched fabric, FC-SW)

- 모든 장치나 장치의 루프들이 파이버 채널 스위치에 연결되어 있고 이는 현대의 이더넷과 개념이 비슷하다.

- 스위치에 있는 F_Port에 N_Port가 연결되는 형태. 각 노드는 스위치에 의해 원본 주소 식별자를 할당받는다.

- 스위치는 E_Port를 통해 다른 스위치와 연결 가능.

 (3) 중재 루프 (Arbitrated loop, FC-AL)

- 모든 장치는 루프나 링으로 되어 있으며 이는 토큰 링과 비슷하다.

- 한번에 한 포트만 통신 가능. 데이터를 전송해야 하는 포트는 ARB (arbitrate) 프레임을 통해 전송 권리를 중재해야 한다.

4. SAN 구축 블록

(1) 서버 - 모든 서버가 SAN으로 스토리지 공유가 가능하다.

(2) HBA (Host Bus Adapter)

   - 파이버 채널 카드, 혹은 파이버 채널 NIC (Network Interface Card) 라고 불린다.

   - 서버를 SAN으로 연결한다.

(3) 스위치

   - 기본적으로는 스위치로 연결 시 토폴로지는 스위치 패브릭 토폴로지를 사용.

      * 예외 1 : 스위치로 연결한 장치가 패브릭 로그인을 지원하지 않는 경우

      * 예외 2 : 스위치에 있는 포트가 중재 루프를 지원하는 FL_Port 일 경우

   - 스위치 밴더가 제공하는 S/W를 사용해 특정 서버만 특정 자원을 볼 수 있게 하는 영역 (Zone) 생성 가능.

(4) 허브

   - 중재 루프 토폴로지에서만 사용.

   - 장치가 허브에 연결되면 중재 루프가 초기화 됨.

   - 새로 연결된 장치는 AL_PA (중재 루프 물리 주소)를 할당받음.

   - 관리 허브와 비관리 허브가 있음

      * 관리 허브 : 문제가 있는 장치를 감지하면 루프에서 자동으로 제거

      * 비관리 허브 : 허브에 연결된 장치에 문제가 생겨도 자동으로 해결 불가.

(5) 허브 스위치 - 허브와 스위치 사이의 브리지를 크로스해주는 박스

(6) 소프트웨어 - 소프트웨어는 다음의 기능을 한다.

* 프로토콜 변환 : 단일 호스트로부터 SSA 디스크와 파이버 채널 디스크에 주소 부여 시 프로토콜 변환.

* Zoning : 특정 호스트가 특정 서버나 디스크에만 접근할 수 있게 해주는 기능.

* 장치/경로 페일오버 : 같은 장치로 가는 다중 경로가 있을 때, 한 경로에 문제가 있으면 다른 정상 경로로 통신.

* 로드 밸런싱 : 같은 장치로 가는 다중 경로가 있을 때, 트래픽을 분산. 페일오버 기능도 사용 가능.

* 백업, 복구 관리 : 로봇팔 테이프 라이브러리 공유 및 사용자의 CPU를 통하지 않고 SAN에 있는 장치간 데이터 전달 가능.