Обзор технологий передачи данных на большие расстояния
Для понятия технологий передачи данных на большие расстояния, важно знать о проблемах реализаций соединений сетей SAN, на больших расстояниях. В данном разделе будут расмотренны следующие темы:
◆ “Ранние реализации сетей SAN ”
◆ “DWDM ”
◆ “CWDM ”
◆ “SONET ”
◆ “GbE ”
◆ “TCP/IP ”

Ранние реализации сетей SAN
Для соединения одним портом коммутаторов Fibre Channel через большие расстояния, оба оптических кабеля (прием и передача), должны были быть подключены к провайдеру.  Заказчики, обычно, тратили много денег на построение, обслуживание и эксплуатацию оборудования, при добавлении оптических соединений E_Port портов между коммутаторами, с целью прироста производительности и резервирования каналов передачи данных. Существующие оптические сети, в основном использовались для передачи Ethernet трафика и не могли одновременно использоваться для передачи Fibre Channel и Ethernet. В дополнение к стоимости, существовали и аппаратные ограничения для передачи данных между континентами.  Трансмиттеры Fibre Channel, которые устанавливались в оптические коммутаторы, имели ограничения по мощности передаваемого оптического сигнала. Даже при использовании ретрансляторов, происходило рассеивание сигнала при проходе через несколько ретрансляторов.
Также ограничения имели и оптические коммутаторы Fibre Channel. Инициализация соединения и контроль потока данных контролировали оптические коммутаторы Fibre Channel. Стандарт Fibre Channel, ограничивал соединения по расстоянию и скорости передачи данных. Чтобы обойти эти ограничения в SAN, каждый производитель коммутационного оборудования использовал собственные нестандартные решения для обхода ограничений Fibre Channel. Это могло помешать массовому использованию стандарта Fibre Channel.

DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) это процесс, при котором несколько каналов данных передаются по одной паре оптических проводов, с использованием различных длин волн лучей. Это отличает данную технологию от обычно волокно-оптических  сетей, которые передают только один канал через пару оптических проводов.
При использовании DWDM, несколько лучей с разной длинной волны (каналов), могут объединяться в многоцветный луч, который будет передавать данные через одно волокно (dark fiber). Данная технология позволяет передавать несколько независимых потоков данных через одно физическое соединение, позволяет существенно повысить пропускную способность канала. Каждый луч может передавать данные на скорости, ограниченной оборудованием, обычно 1-4 Gb.
Различные форматы данных могут передаваться одновременно и на разных скоростях, по нескольким каналам. К примеру, IP трафик, ESCON SRDF, Fibre Channel SRDF, SONET, ATM, могут одновременно передаваться по оптическому каналу.
DWDM не зависит от протокола, либо формата передаваемых данных и передающая система не влияет на передаваемые ею данные.

Рисунок 1. Иллюстрация концепции технологии DWDM

Для заказчиков, это означает, что множество каналов SRDF® и Fibre Channel ISL (межкоммутаторное соединение), могут быть переданы через одну пару оптических кабелей, в отличие от традиционных оптических сетей. Это особенно важно, когда оптические соединения между сайтами обходятся дорого. К примеру, заказчик может арендовать оптический канал, и чем больше данных будет передано по нему, тем более экономично эффективным будет данное решение.
При использовании современных технологий, количество каналов, которое можно передать через одно оптоволоконное соединение, остается неограниченным. Ограничения связанны с оборудованием DWDM. Опто-электрические трансиверы и коммутационное оборудование, имеет ограничение по количеству передаваемых каналов.
В настоящий момент доступны топологии кольцо и точка-точка с резервированием и без схем DWDM. Технология DWDM, позволяет объединять два и более геораспределенных датацентров, в единый виртуальный датацентр.
DWDM системы, могут совмещать и разделять большое количество каналов. Каждому каналу определяется его собственная длинна волны (лямбда). В основном, каналы разделены длинной волны в 10 nm. С улучшением оптических каналов, разделение между длинами волн может уменьшено, что позволит увеличить количество передаваемых каналов.
Решения на основе DWDM имеет высокую стоимость в связи с консолидацией каналов, гибкостью использования и большим количеством оборудования, которое также нужно охлаждать (для предотвращения понижения частоты сигнала) повторное усиление и перестройка (3R) назначений длин волн каналов, для обеспечения оптической связи на больших расстояниях. Масштабирование возможностей также предлагаются в среде DWDM. DWDM блэйд системы предоставляют следующие преобразования протоколов:
◆ Fibre Channel в SONET
◆ Fibre Channel в Gigabit Ethernet
◆ Fibre Channel в IP
В дополнение к этому, блейд системы включают в себя такие опции, как ускорение записи и использование буферных кредитов. Список последнего поддерживаемого оборудования, можно найти в EMC Support Matrix.
На рисунке 2, показана основная концепция, увеличения длинны канала Fibre Channel, при использовании технологий DWDM.
 
Рисунок 2. Увеличение расстояния соединения Fibre Channel
d1 = DWDM сигнал передается по dark fiber.
d2 и d3 = Внутренние соединения ISL между коммутатором и DWDM.
Может быть SM или MM, в зависимости от коммутатора DWDM и требуемого расстояния.
d4 и d5 = Локальные соединения между серверами и дисковыми массивами.

Все компоненты выбраны случайно и не относятся, к какой либо установке у клиента.
Ограничение расстояния передачи данных, может быть связанно с требованиями приложений, т.к. увеличение расстояния влияет на время отклика.

Ниже приводится перечень общих принципов использования систем DWDM:
◆ Может использоваться для передачи протокола ESCON RDF, с прямым подключением ESCON директора массива Symmetrix к коммутатору DWDM.
◆ Может использоваться для передачи соединений ISL между коммутаторами Fibre Channel. (В показана матрица совместимости E-Lab Navigator)
◆ Документация по построению топологий сетей Fibre Channel, прилагается к каждому коммутатору.
◆ Не поддерживается прямое подключение адаптера HBA и директора Fibre Channel массива Symmetrix к DWDM. В E-Lab Navigator, содержится дополнительная документация по построению топологий с использованием DWDM.
◆ Для построения топологий с использованием DWDM, следует выбирать наименьшее расстояние между площадками.

CWDM
Coarse Wave Division Multiplexing (CWDM), также как DWDM, использует схожий процесс совмещения каналов, используя для каждого канала волны различной длинны. Технология CWDM предназначена для совмещения небольшого количества каналов, с целью снижения стоимости.
В CWDM каналы разделяются длинной волны в 20 nm. Технология CWDM, использует более дешевое оборудование, чем DWDM, т.к. требует меньшего охлаждения оптического оборудования, в связи с более широким разделением частот между каналами. В технологии CWDM уменьшено количество передаваемых каналов.
CWDM, также как DWDM, использует технологию преобразования оптического сигнала в одном устройстве CWDM.
Соединения CWDM, могут использовать высокую длину волны в более высокой оптической мощностью. Частота канала выбирается CWDM GBIC/SFP трансивером, который устанавливается в оптические коммутаторы Fibre Channel.
Оборудование CWDM, при достаточном питании может устанавливать соединения на расстояниях до 100 км, и при этом не требует много места в стойке. Также требуется установка пассивных MUX/DEMUX, для соединения каналов 9-микроновый dark fiber кабель.

Различия между DWDM и CWDM
Существуют следующие различия между DWDM и CWDM:
◆ Количество каналов, поддерживаемое технологиями.
Системы DWDM, поддерживают от 16 каналов и выше, в то время, как CWDM поддерживает до 16 каналов.
◆ CWDM GBIC/SFP оптика может быть использована для увеличения длины волны выходного канала (также как оптика коммутатора FC).
Оптика CWDM GBIC/SFP, обычно устанавливается прямо в коммутаторы Fibre Channel, либо FC HBA.
◆ Цена.
Оборудование для DWDM, достаточно дорогое, это связанно с потребностью поддержания точной температуры оптических трансиверов. DWDM обеспечивает большую гибкость и пропускную способность канала.
◆ На основе CWDM, можно строить сложные конфигурации.
CWDM требует специфические трансиверы для каждого канала. С ростом использования оборудования CWDM, возникают трудности с управлением сетевой инфраструктуры.
◆ Устройства DWDM поддерживают расширение функционала (например, конвертация протоколов, использование буферных кредитов, ускорение записи).

SONET
Synchronous Optical NETwork, (SONET), это стандарт для передачи оптических сигналов телекоммуникации, разработанный ассоциацией Exchange Carriers Standards Association для ANSI. SONET определяет технологию передачи сигналов различной длинны посредством синхронной оптической сети. Стандарт определяет смешивание сигналов, для последующей передачи на физическом уровне по модели OSI.
Синхронизация предусмотрена Синхронизация обеспечивается одним основным элементом сети с очень точными часами (Stratum 3), источником которого является исходящий сигнал OC-N. Данный таймер используют все элементы сети для синхронизации (тайминг петли).
SONET используется в сетях SAN, для объединения множества низкоскоростных каналов (ESCON и 1, 2 Gb Fibre Channel) в одно высокоскоростное соединение. Это может уменьшить количество каналов DWDM, используемых для соединения сетей SAN.
Основным элементом SONET, является STS-1 (Synchronous Transport Signal), состоящим из заголовка, плюс Synchronous Payload Envelope (SPE), в общей сложности 810 байт. 27-битный транспортный заголовок, используется для администрирования, эксплуатации. Оставшиеся байты, формируют SPE, состоящего из 9 байт, для переноса информации о пути. Его структура показана на рисунке 3, столбцы 1, 2, и 3 транспортная нагрузка.

 
Рисунок 3 STS-1

STS-1 работает на скорости 51.84 Mb/s, несколько STS-1 требуется для обеспечения требуемой пропускной способности для ESCON, Fibre Channel, и Ethernet, как показано в таблице 1.
95% скорости сети, это полезная пропускная способность STS-1 (за счет накладных расходов).
 

Таблица 1 SONET/Synchronous Digital Hierarchy (SDH)

Один OC-48, может передавать в среднем 2.5 канала на скорости 1 Gb/s, см. таблицу 1. Для достижения большей скорости передачи данных для клиентских подключений, несколько STS-1 вкладываются в STS-N. SONET создает STS-3, чередованием байт трех STS-1.
Каждый STS можно исключить из канала, в SONET командами ADD/DROP, т.к. может возникнуть потребность в прекращении соединений SAN. DWDM может также собирать каналы SONET (OC-48), что также позволяет увеличить расстояние на которое передаются данные.

GbE
Gigabit Ethernet (GbE) терминология определяет массу технологий, позволяющих передавать пакеты Ethernet, со скоростью 1024 мегабит (Mb/s), или 1 гигабит в секунду. Gigabit Ethernet, также поддерживает соединения на скорости 10/100 Mb/s. GbE определен IEEE публикацией 802.3z, которая определила стандарт в июне 1998 года. Это стандар физического уровня пакетов ANSI Fibre Channel. Этот стандарт, был создан в дополнение к существующим стандартам сетей Ethernet (802.3 – пакет Ethernet), опубликованного в 1985 году организацией IEEE. Ниже приводится номенклатура и характеристики GbE:
◆ 1000Base-SX определяет стандарт передачи Gigabit Ethernet по оптическим мульти-модовым сетям (50 или 62.5 микрон), с длинной волны 850 нанометров. Может передаваться на расстояния до 500 метров.
◆ 1000Base-Lx определяет стандарт передачи Gigabit Ethernet по оптическим синг-модовым сетям (9 микрон) с длинной волны 1310 нанометров fiber with 1310. Может передаваться на расстояния до 10 км.
◆ Медные коаксиальные кабели, по ним могут передаваться пакеты, стандартов 1000Base-SX и 1000Base-Lx.
◆ GbE в основном используется для передачи данных FC на большие расстояния, с использованием TCP/IP, в качестве транспортного уровня. В некоторых случаях, используется протоколы, разработанные различными вендорами.
◆ Продукты, использующие GbE, для передачи данных на большие расстояния, могут использовать различные опции, такие как компрессию, ускоренную запись и буферные кредиты.

TCP/IP
Как говорилось в ”Обзор технологии TCP/IP”, Transmission Control Protocol (TCP) является транспортным протоколом, ориентированным на большое количество соединений. Он гарантирует надежность доставки потоков данных, между конечными точками. TCP достигает этого, путем назначения уникальных номеров каждой последовательности передаваемых данных, и получением подтверждений о доставке (ACK), и повторяет отправку, если это требуется. Когда соединение между конечными точками устанавливается, данные могут быть переданы. Поток данных, который проходит через соединение, считается одной серией, состоящей из восьми-битных байт, каждой из которых дается порядковый номер. Более полную информацию, можно получить в разделе: ”Обзор технологии TCP/IP”:
◆ “Терминология TCP”
◆ “Восстановление ошибок в TCP”
◆ “Перегрузка сети ”
◆ “Безопасный интернет протокол (IPsec)”
◆ “Туннелирование и IPsec”