Московский государственный университет путей сообщения
Опубликован: 11.04.2006 | Доступ: свободный | Студентов: 1221 / 249 | Оценка: 4.39 / 4.00 | Длительность: 17:21:00
ISBN: 978-5-9556-0036-1
Специальности: Разработчик аппаратуры
Лекция 9:

Архитектура и средства поддержки информационных сетей

< Лекция 8 || Лекция 9: 123 || Лекция 10 >

Средства поддержки информационных сетей

Традиционным для семейств серверов компании IBM было использование встраиваемых аппаратных и программных средств как для решения задач обеспечения полномасштабных коммуникаций внутри групп географически разделенных серверных систем, поддерживающих разнообразные предложения, так и для полнофункционального взаимодействия с компьютерными сетями.

В качестве примера можно сослаться на функцию операционной системы S/390 LANRES (LAN Resource Extention and Services), которая реализует централизованные функции администрирования LAN, допуская взаимодействие с другими серверами, например, с Nowell NetWare LAN Server, в составе гетерогенных сетей. Благодаря программе LANRES система S/390 становится LAN-сервером и разделяет его ресурсы (дисковую память, принтеры и др.) с другими серверами и персональными компьютерами локальной сети. LANRES также позволяет администратору LAN создавать (уничтожать) учетные данные пользователей, устанавливать приоритеты и привилегированный доступ с консоли S/390. LAN-администратор может распределять обновленные программы и данные от компьютера с S/390 на любой сервер LAN.

Другим известным решением является коммуникационный компонент (включен в состав ОС в 1998 г.) операционной системы S/390 e Network Communication Server for MVS/ESA, который ранее был известен как VTAM и TCP/IP for MVS/ESA, представляющий передовое программное обеспечение для связи серверов с сетевыми сегментами на основе технологий TR (Token Ring), GbE (Gigabit Ethernet), FENET (Fast Ethernet), ATM, FDDI и др. Этот сервер и VTAM V4R2 обеспечивают целостное многоуровневое сопряжение в равноранговых сетях благодаря полной поддержке APPN.

Новым элементом развития фирменной архитектуры SNA является открытый стандарт высокопроизводительной маршрутизации HPR (High Performing Routing), который обеспечивает усовершенствованную маршрутизацию, сетевую динамику и производительность. Средства APPN/HPR снижают или вовсе исключают необходимость многих сетевых установок. Функция HPR позволяет управлять (без прерывания) перемаршрутизацией SNA-сессий в случае каких-либо сетевых ошибок. HPR-поддержка в системах S/390 и zSeries включает также управление работой АТМ сетей непосредственно под ОС S/390 и z/OS через OSA-адаптеры. В случае использования HPR каждый класс сервиса сетей SNA может быть динамически отображен на классы сервиса сетей АТМ, позволяя всем SNA-приложениям эксплуатировать преимущества АТМ-сетей.

С включенной функцией Any Net/MVS SNA-приложения исполняются поверх TCP/IP-сетей, открывая пользователям TCP/IP доступ к этим приложениям (APPC, принтеры, эмуляторы), а продукт Enterprise Extender (на платформах IBM) предлагает аналогичное решение.

Наиболее популярным решением для организации подключения серверов IBM к сетям конечных пользователей (LAN и WAN) было в недавнем прошлом применение коммуникационных контроллеров IBM 3745 и IBM 3746, подключаемых к каналам типов ESCON и FICON.

Контроллеры IBM 3745 и IBM 3746

Контроллер включает множество процессоров, главную и дисковую память, свое программное обеспечение ACF/NCP (Advanced Communication Function/Network Control Program). Семейство контроллеров состоит из четырех моделей: 170, 170А, 31А и 61А. Локальный контроллер с одной стороны подключается к каналу ввода/вывода, а с другой - к модемам, каналам связи, терминалам, LAN и т.п. [4.10]. Он может участвовать в APPN/HPR-сети, создавая в комплексе с сервером S/390 одиночный APPN-сетевой узел. Это объединение называют CNN (Composite Network Node).

Устройство IBM3746 (модели 900 и 950) улучшает характеристики коннективности IBM3745, в том числе за счет включения трех типов адаптеров: адаптера канала связи с процессором и интерфейсными соединителями (до четырех соединителей), ESCON-канального адаптера с процессором и соединителем, TR-адаптера с процессором и соединителями (одним или двумя). Таким образом, эта модель может существенно повысить общую производительность в сравнении с IBM 3745 за счет исполнения функций канального управления (взамен операций ACF/NCP). Устройство поддерживает функции сетевого узла APPN или смешанных сетей. Модель 950 контроллера IBM 3746 вводит новую платформу для APNN/HPR сетевых узлов и реализует полную стандартную функцию IP-маршрутизации. Кроме того, она может выполнять роль SNA-маршрутизатора трафика и действовать как узел сети Frame Relay. Таким образом контроллер поддерживает распределенные многопротокольные сети.

Представленные семейства контроллеров все еще коммерчески доступны, но их практическая полезность снижается ввиду предпочтений, отдаваемых OSA-2 и OSA-Express, которые разработаны как средства сопряжения для серверов ряда S/390 и z900. Адаптеры обеспечивают коннективность с LAN, MAN-магистралями, высокоскоростными рабочими станциями, интеллектуальными концентраторами, мостами и маршрутизаторами в гетерогенной среде. OSA-2 (введен в 1995 г.) поддерживает связность с сетями SNA Passthru, TCP/IP Passthru, FDDI, TR, Ethernet (10 и 100 Мбит/с), а OSA-Express (1999 г.) дополняет этот перечень на АТМ и LAN-Emulation АТМ.

Кроме того, новой и уникальной возможностью серверов z900 является Hiper Socket, реализующей так называемую сеть TCP/IP внутри системы. Это обеспечивает высокоскоростную коннективность <любой каждый-с-каждым> между Linux и z/OS образами внутри одиночной системы Z900.

Адаптеры OSA-2

Адаптеры OSA обеспечивают непосредственную коннективность приложений SNA/APPN/HPR и TCP/IP с множеством LAN и WAN. Они реализованы в аппаратной форме и представлены в структурных списках подсистем ввода/вывода серверов z900 и 9672 G5/G6 как тип канала, а для программных приложений - как подключенное канальное устройство. Включают в качестве элемента системной поддержки программное средство OSA/SF (Open Systems Adapter Support Facility). Этот продукт позволяет заказчикам адаптировать OSA-2 к работе в различных режимах, включает инструменты для конфигурирования и управления OSA-2, а также загрузки программных обновлений для поддерживаемых приложений. Исходная конфигурация OSA-2 выполняется изготовителем, а ее смена осуществляется средствами OSA/SF.

В режиме LPAR порты адаптера могут совместно использоваться любыми или всеми логическими разделами сервера (разделение портов). Использование системы OSA/SF позволяет конфигурировать OSA-2 в несколько режимных классов [4.11]:

  • режим TCP/IP Passthru (режим ретранслирования передаваемых данных без разделения портов); в этом режиме порт OSA-2 передает TCP/IP LAN трафик к/от только одного TCP/IP хоста или LPAR;
  • режим TCP/IP Passthru (с разделением портов) - передача TCP/IP трафика к/от более чем одного хоста между множественными LPAR;
  • SNA режим (без разделения портов) - передача SNA LAN-трафика к/от только одного LPAR;
  • SNA режим (c разделением портов) - передача SNA LAN-трафика к/от множественных LPAR;
  • смешанный режим TCP/IP и SNA (с разделением портов) - передача TCP/IP SNA-трафика к/от множественных LPAR;
  • смешанный режим TCP/IP и SNA для спецификации ATM LANE - в этом режиме один физический АТМ-порт может быть сконфигурирован в два логических порта, эмулирующих локальные сети Ethernet или TR; каждый логический порт может быть далее сконфигурирован для поддержки TCP/IP или SNA-трафика (или обоих), передавая LAN-трафик к/от множественных LPAR;
  • режим поддержки протокола Classical IP (согласно документу RFC1577) - в этом режиме OSA-2 АТМ поддерживает постоянные (PVC) и коммутируемые (SVC) виртуальные каналы для APPN и TCP/IP-соединений.

На рис. 4.11 представлены некоторые возможности подключения серверов к сетевым сегментам с использованием средства OSA-2.

Подключение серверов к сетевым сегментам с использованием OSA-2

Рис. 4.11. Подключение серверов к сетевым сегментам с использованием OSA-2

Практически два типа сетевых средств связи на основе OSA-2 доступны к использованию на серверах 9672 G5/G6 и z900: OSA-2 ENTR (Ethernet/Token Ring) и OSA-2 FDDI.

Подключение к другим типам сетевых технологических решений связывается с заменой OSA-2 на OSA-Express. В случае OSA-2 ENTR порты устройства могут быть сконфигурированы в следующих вариантах: два порта Ethernet на скорости 10 Мбит/с, два порта Token Ring (4 Мбит/с и 16 Мбит/с), один порт Ethernet (10 Мбит/с) и один - Token Ring (4 Мбит/с и 16 Мбит/с). OSA-2 FDDI имеет один порт (100 Мбит/с), допускающий одиночное или двойное подключение к кольцу, а также подключение к коммутатору режима обхода (bypass) кольца. В таблице 4.1 представлены допустимые форматы и параметры кадров локальных вычислительных сетей, подключаемых к серверам посредством OSA-2 (OSA-2 и OSA-Express).

Таблица 4.1. Описание параметров кадров для поддерживаемых LAN-протоколов средствами OSA
Тип кадра Протокол локальной сети (LAN), канальный уровень Производительность сети (Мбит/с)

FDDI 802.3

FDDI SNAP

IEEE 802.2 LAN MAC (используя 802.2 конверт)

ANSI X3T9.5 протокол

FDDI SNAP (используя SNAP-конверт)

100

Ethernet v.2.0

Ethernet 802.3

Ethernet SNAP

IEEE LAN MAC (802.3, используя конверт 802.2)

(используя конверт DEC Ethernet v.2.0)

IEEE 802.3 CSMA/CD (802.3, используя конверт 802.2)

10 или 100

Token Ring

Token Ring SNAP

IEEE 802.2 LAN MAC

IEEE 802.5 MAC (802.5, используя 802.2 конверт)

Token Ring SNAP

(802.5, используя конверт 802.2 c SNAP)

 

 

4 или 16

155 АТМ

Спецификация интерфейса АТМ Forum UNI

(пользователь - сеть)

v.3.0 и 3.1 с протоколом сигнализации Q.2931 для

Ethernet и Token Ring, ATM LANE v.1.0

155

Заметим, что заголовок SNAP (SubNetwork Access Protocol - протокол доступа к подсетям) представляет собой дополнение к заголовку кадра LLC (Logical Link Control - управление логическим каналом), поэтому он допустим не только в кадрах Ethernet, но и в кадрах других технологий IEEE 802. Например, протокол IP всегда использует структуру заголовков LLC/SNAP при инкапсуляции в кадры протоколов локальных сетей: FDDI, TR, Ethernet, GbE и др.

Адаптеры OSA-Express

Семейство адаптеров OSA-Express - GbE, FENET, TR и АТМ - представляет новое (после OSA-2) поколение средств сопряжения серверов zSeries с компьютерными сетями (рис. 4.12). Они имеют существенно расширенную функциональность, более высокую производительность и надежность.

Подключение серверов к сетям с использованием OSA-Express

Рис. 4.12. Подключение серверов к сетям с использованием OSA-Express

Каждый адаптер имеет один порт для серверов 9672 G5/G6 и два порта для серверов zSeries, которые непосредственно могут быть подключены к LAN или АТМ-сетям. Порты адаптеров определены в IOCP (Input/Output Configuration Program) и идентифицируются с помощью идентификаторов канальных путей CHPID (гл. 2).

Различные типы адаптеров OSA-Express поддерживают либо QDIO либо non-QDIO режимы работы (соответственно, режимы прямого буферизированного доступа и без него). В табл. 4.2 приведены базовые возможности использования этих режимов.

Таблица 4.2. Базовые режимы работы адаптеров OSA-Express
Тип адаптера (скорость канала доступа) Тип CHPID Поддержка SNA/APPN/HPR-трафика Поддержка TCP/IP-трафика
GbE 1 Гбит/с OSD(QDIO) - +
FENET 10/100 Мбит/с OSD(QDIO) - +
OSE(non-QDIO) + +
155 ATM LANE OSD(QDIO) - +
155 Мбит/с OSE(non-QDIO) + +
155 ATM Native OSE(non-QDIO) + +
155 Мбит/с
Token Ring OSD(QDIO) - +
4/16/100 Мбит/с OSE(non-QDIO) + +

Перечислим ключевые характеристики, связанные с применением OSA-Express:

  1. Поддержка стандартов локальных сетей TR, GbE, FENET и сетей АТМ.
    • OSA-Express GbE, как видно из табл. 4.2, непосредственно поддерживает только трафик TCP/IP. В то же время допустима транспортировка SNA-трафика поверх TCP/IP (SNA over IP) при использовании средств TN3270 Server или расширителя Enterprise Extender. Поддерживает дуплексную передачу данных с раздельными путями записи и чтения и использует два типа кадров Ethernet: IEEE 802.3 и Ethernet v.2.0 (DIX). Во втором случае допускается расширенный формат до 8992 байтов (Jumbo frame) в сравнении с классическим 1518 байтов.
    • OSA-Express FENET обеспечивает непосредственную связь с сетями Ethernet на 10 Кбит/с и 100 Мбит/с в полудуплексном и полнодуплексном режимах, поддерживает режим автопереговоров с подключенным коммутатором Ethernet. Если коммутатор не включает режим автопереговоров, то порт по умолчанию реализует скорость 100 Мбит/с и полудуплексный режим. В то же время оба средства (порты OSA и коммутаторы) должны иметь одинаковые установки при отсутствии режима автопереговоров, что явно обеспечивается программным инструментом управления OSA/SF.
    • OSA-Express TR при начальной инициализации работает на скорости 16 Мбит/с. Может параллельно поддерживать TCP/IP- и SNA-трафик при конфигурировании в режим non-QDIO.
    • OSA-Express АТМ может быть одновременно сконфигурирован для ATM LANE (TR или Ethernet) или АТМ Native. Во втором случае каждый физический порт адаптера поддерживает виртуальное соединение между сервером и сетью АТМ Native. Для режима АТМ LANE два эмулируемых порта адаптера могут быть определены в два отдельных соединения к эмулируемым сетям, создавая два эмулируемых клиента (LECs - LAN Emulation Clients). Эмулируемый порт представляет собой виртуальное соединение между сервером и сетями Ethernet или TR, обеспечивая LEC-сервисы для SNA и IP-клиентов. Каждый порт OSA-Express АТМ соединяется с сетями АТМ посредством либо многомодового (62,5 микрон или 50 микрон для 155 АТМ ММ) либо одномодового (9 микрон для 155 ATM SM) оптоволоконного кабеля с коннекторами типа SC Duplex.

      Каждый из названных адаптеров имеет два независимых порта, у каждого определен свой идентификатор CHPID. Таким образом, на серверах zSeries может быть реализовано до 24 портов, что снижает потребность в использовании внешних шлюзов.

  2. Применение режима QDIO. При этом микропроцессор OSA-Express непосредственно связывается с коммуникационной программой сервера, используя очереди данных в главной памяти и DMA-доступ к памяти. Все это позволяет резко поднять производительность и эффективность каналов для TCP/IP-трафика. В то же время допускается поддержка и SNA-трафика путем использования функции EE (Enterprise Extender) коммуникационного сервера для z/OS и OS/390. По сути, ЕЕ-функция представляет собой технологию TCP/IP инкапсуляции, которая перемещает SNA-трафик из одной конечной точки сети в другую поверх IP-сети, например, от порта OSA-Express к коммуникационному серверу.
    • Прямой доступ к памяти DMA позволяет перемещать данные непосредственно из микропроцессора OSA-Express в главную память (host-memory). Это сокращает три ступени обработки, которые требовались при использовании ESCON или OSA-2, что резко увеличивает производительность тракта канал-память, так как не вводятся канальные программы чтения и записи, прерывания по вводу/выводу для режима чтения минимизируются, а для режима записи исключаются вообще.
    • Вспомогательные функции поддержки IP-протокола (IP Assist), реализуемые микрокодами OSA-Express, разгружают функциональный стек TCP/IP по следующим операциям: групповая адресация, широковещательная фильтрация, создание MAC- и LLC-заголовков, сбор статистики при обработке протокола разрешения адресов ARP. Это существенно снижает загрузку хост-системы.
    • Связь LPAR-в-LPAR через OSA-Express. Доступ к порту может быть разделен между системными копиями, запускаемыми в логических разделах LPAR, в которых канальный путь OSA-Express определен как разделяемый. В этих условиях адаптер может передавать и принимать IP-трафик между LPAR без направления IP-пакетов во внешние сети, т.к. на основе анализа адреса доставки может определить их принадлежность к своему хосту.
    • Концепция очередей приоритетов (Priority Queueing), реализованная в продукте Service Policy Server (для z/OS и OS/390), позволяет сортировать исходящий трафик IP-сообщений в соответствии с установленной политикой приоритетов (запись в заголовке пакета) Посредством OSA-Express могут быть определены четыре различных уровня приоритетов для TCP/IР-трафика. Например, наивысший приоритет может быть назначен интерактивным коммуникациям, а низший - для трафика пакетной обработки и т.д.
    • Динамическое построение (модификация) адресной таблицы OSA-Express (ОАТ) упрощает процессы инсталляций и установки конфигураций, исключает дублирование ввода данных и снижает вероятность ошибок ввода и некорректных определений. После активации соответствующего устройства в TCP/IP стеке все IP-адреса, собранные в списке стека IP HOME, загружаются в адаптер, где заполняются строки OAT, а последующие изменения IP-адресов вызовут динамические обновления в таблице.
    • Еще одним сервисом QDIO архитектуры является повышенная IP-готовность (IPA-IP Availability). После загрузки собственных (home, own) IP-адресов OSA-Express отвечает на ARP-запросы как по своим, так и по виртуальным адресам (VIPA's). На случай отказа адаптера в той же сети имеется резервный адаптер, при этом TCP/IP уведомляет резервный адаптер о том, какой IP-адрес следует заместить, и посылает ARP-извещение, содержащее МАС-адрес резервного адаптера.
    • OSA-Express поддерживает технологию виртуальных адресов (VIPA) в среде TCP/IP, что позволяет на множестве определенных IP-адресов устанавливать и маршрутизировать (в случае сетевых отказов) отказоустойчивые, резервируемые соединения. Так как VIPA-адрес связан с TCP/IP-стеком, но не с физическим подключением, он может использоваться на любом другом TCP/IP-стеке (VIPA Takeover), позволяя пользователям работать с приложениями через резервный сервер. Как только отказавший стек восстановится, тот же VIPA автоматически перемещается назад (VIPA Takeback).
< Лекция 8 || Лекция 9: 123 || Лекция 10 >
Оксана Пагина
Оксана Пагина
Россия, Москва
Роман Михейкин
Роман Михейкин
Россия