Fibre Channel

Reading Time: 9 minutes

Fibre Channel (lub skrót FC, w języku angielskim, kanał światłowodowy) to klasa protokołów wykorzystywanych do transmisji danych o dużej szybkości (gigabit). Jest używany głównie do sieci do przechowywania danych. Znajduje się w biurze Komitetu Technicznego T11 (część Międzynarodowego Komitetu Standardów w dziedzinie IT (Międzyinstytucjonalny Komitet ds. Standardów Technologii Informacyjnych – INCITS).

Początkowo rodzina Fibre Channel była używana wyłącznie w superkomputerach, a następnie przenoszona do sieci pamięci masowej, w której FC jest używany jako standardowe połączenie z systemem pamięci masowej. Otrzymał szerokie zastosowanie korporacyjne.

Protokół Fibre Channel (FCP) to protokół transportowy (podobny do TCP w sieciach IP), który wykorzystuje SCSI w sieciach FC. Jest podstawą do budowy sieci pamięci masowych.

Historia

Fibre Channel pojawił się po raz pierwszy w 1988 roku, ale dopiero w 1994 roku został oficjalnie zatwierdzony jako standard, który upraszcza interfejs HIPPI. Przestarzały protokół wykorzystał masywny kabel 50-parowy z nieporęcznymi złączami.

Początkowe cele interfejsu Fibre Channel do wejścia na rynek polegały na zwiększeniu zasięgu i uproszczeniu schematu podłączania linii przesyłowych. Warto zauważyć, że zanim deweloperzy nie mieli za zadanie zwiększenia prędkości pracy.

Kiedy Fibre Channel rozpoczął poważną konkurencję na rynku, głównym rywalem nowego interfejsu jest SSA (Serial Storage Architecture) firmy IBM, która od dłuższego czasu rozwinął poważną walkę. W końcu rynek wybrał Fibre Channel, więc IBM stracił kontrolę nad technologiami pamięci masowej następnej generacji.

Dlaczego kupujący wybiera Fibre Channel? Faktem jest, że podczas opracowywania interfejsu główną koncentracją wysiłków było uproszczenie połączenia, zwiększenie odległości działania, jednak nie położono nacisku na zwiększenie prędkości.

Później programiści dodali do priorytetowych zadań dla rozwoju FC także możliwość podłączenia dysków SCSI, zapewniając wyższą prędkość z większą liczbą podłączonych urządzeń. Dzięki temu Fibre Channel jest praktycznie nieosiągalny nawet dla dużych konkurentów. Ponadto do Fibre Channel dodano obsługę dowolnej liczby protokołów “najwyższego poziomu” (w tym ATM i IP) z SCSI, który działa jako priorytet.

Wersje Fibre Channel

Tytuł Przepustowość (Gbps) Produktywność (~MBps) Rok
1GFC 1.0625 100 1997
2GFC 2125 200 2001
4GFC 4.25 400 2004
8GFC 8.5 800 2005
10GFC Serial 10.51875 1000 2006
10GFC Równolegle 12.75 1500 2007
16GFC 14025 2000 2008
20GFC 21.04 3200 2011

Topologie Fibre Channel

Topologia określa wzajemne połączenie urządzeń (nadajników i odbiorników). Istnieją trzy rodzaje topologii Fibre Channel:

  • Punkt-do-punktu. W tym przypadku urządzenia są podłączone bezpośrednio: nadajnik jednego urządzenia jest podłączony do odbiornika drugiego i odwrotnie. Ramki wysyłane przez jedno urządzenie są kierowane do drugiego urządzenia.
  • Kontrolowana pętla (arbitrażowa pętla). W tym przypadku urządzenia są połączone w pętli: nadajnik jednego urządzenia jest podłączony do odbiornika następnego. Urządzenia mają przypisane adresy, po których pętla może służyć jako nadajnik danych. Dodanie urządzenia do pętli powoduje zatrzymanie przesyłania danych. Aby zbudować zarządzaną pętlę za pomocą koncentratorów, mogą one zamknąć / otworzyć pętlę, jeśli urządzenie zostanie dodane / usunięte.
  • Łączność włączona. W takim przypadku używany jest przełącznik. Pozwala to na podłączenie większej liczby urządzeń w porównaniu z kontrolowaną pętlą. Jednakże, dodawanie nowych urządzeń, które nie ma wpływu na transmisję danych między już połączonych urządzeń, jak przełączniki oparte mogą tworzyć kompleks sieci, przełącznik obsługuje rozproszone usługi sterowania siecią (Usługi tkaniny), które są odpowiedzialne za dróg przesyłowych, rejestracji sieci przyporządkowanie adresy sieciowe i więcej.
    Zwykle topologia Fibre Channel błędnie odnosi się do topologii sieci obszaru pamięci (wzajemne połączenie urządzeń infrastruktury i urządzeń końcowych).

Poziomy

Fibre Channel ma pięć poziomów:

FC-0 Fizyczne. Opisuje medium transmisyjne, transceivery, złącza i typy używanych kabli. Obsługuje zarówno optyczne i elektryczne medium (skrętka, kable koncentryczne i pary przewodów i wielomodowe lub pojedynczego światłowodu), z szybkością transmisji danych 133 Mb / s do 10 Gbit / s na odległość do 50 km.

Kodowanie FC-1. Opisuje proces kodowania 8b / 10b (co 8 bitów danych jest kodowanych na 10-bitowym symbolu (transmisja) znaków, znaków specjalnych i kontroli błędów. 10GFC zastosowania kodowania 64b / 66b, 10GFC niezgodne z 1/2/4 / 8GFC.

FC-2 Przycinanie i alarm. Opisuje protokoły sygnałowe. Słowa są zdefiniowane, strumień danych jest podzielony na ramki. Określono zasady przesyłania danych pomiędzy dwoma portami.

FC-3 Common dla węzła usług. Określa podstawowe i zaawansowane usługi dla warstwy transportowej. Dodatkowo dzieli strumień danych (stripping), transmituje strumień danych przez kilka połączeń (tras), wyświetla wiele portów na jednym urządzeniu. 

FC-4. Wyświetlanie protokółów. Zapewnia możliwość enkapsulacji innych protokołów (SCSI, ATM, IP, HIPPI, AV, VI, IBM SBCCS i wiele innych).

Logiczne typy portów

Porty różnią się w zależności od obsługiwanej topologii i typu urządzenia:

Porty hosta

N_Port (port Node), port obsługujący topologię FC-P2P (Point-to-Point) lub FC-SW (z przełącznikiem).
NL_Port (port pętli węzła), port obsługujący topologię FC-AL (pętla arbitrażowa).

Porty przełącznika / routera (tylko topologia FC-SW)

F_Port (port Fabric), port “fabric” (tkanina przełączana). Podłącz porty typu N_Port do przełącznika. Topologia pętli nie jest obsługiwana.
FL_Port (Port pętli Fabric), port fabryczny z obsługą pętli. Podłącz porty NL_Port do przełącznika.
E_Port (port rozszerzenia), port rozszerzenia. Służy do łączenia przełączników. Może być podłączony tylko do portu typu E_Port.
Port wyjściowy EX do podłączenia routera FC i przełącznika FC. Po stronie przełącznika wygląda to jak zwykle E_port, a od strony routera jako EX_port.
TE_port (port rozszerzenia trunkingu (E_port)). Zaawansowany ISL lub EISL. TE_port oferuje oprócz standardowych możliwości E_port routing wielu VSAN (wirtualnych sieci SAN). Implementowane przy użyciu niestandardowej ramki Fibre Channel (oznaczanie vsan).

Informacje ogólne

L_Port (port Loop), dowolny port urządzenia z obsługą topologii “Loop” – NL_port lub FL_port.
G_port (port ogólny), port z funkcją automatycznego wykrywania. Automatycznie można zdefiniować jako port typu E_Port, N_Port, NL_Port.

Warianty nośnika optycznego transmisji danych

Złącza Fibre channel LC (z lewej) i SC (z prawej)

Rodzaj medium Prędkość (Mbyte/s) Nadajnik Modyfikacja Odległość
Światłowód jednomodowy 400 1300 nm  Laser długofalowy 400-SM-LL-I 2 м – 2 км
100 1550 nm  Laser długofalowy 100-SM-LL-V 2 м – >50 км
1300 nm  Laser długofalowy 100-SM-LL-I 2 м – 2 км
200 1550 nm Laser długofalowy 200-SM-LL-V 2 м – >50 км
1300 nm Laser długofalowy 200-SM-LL-L 2 м – 10 км
1300 nm Laser długofalowy 200-SM-LL-I 2 м – 2 км
Światłowód wielomodowy (50µм) 400 850 nm Laser krótkofalowy 400-M5-SN-I 0.5 м – 150 м
200 200-M5-SN-I 0.5 м – 300 м
100 100-M6-SN-I 0.5 м – 300 м
100-M6-SL-I 2 м – 175 м

Infrastruktura

  • Dyrektorzy są multipleksowymi przełącznikami modułowymi, które mają wysoki stopień dostępności.
  • Dedykowane przełączniki (przełączniki autonomiczne) to przełączniki o ustalonej liczbie portów.
  • Przełączniki piętrowalne to przełączniki z dodatkowymi wysokowydajnymi portami do łączenia ze sobą niezależnych obudów.
  • Wbudowane przełączniki (wbudowane przełączniki) to przełączniki zintegrowane w obudowie ostrza (obudowa). W wózku znajduje się podział portów według funkcji.
  • Koncentratory (piasty) to spoiwa w kontrolowanej pętli (pętla Arbitruta).
  • Koncentratory-przełączniki (przełączniki pętlowe) – łączące przełączniki w zarządzanej pętli (pętla Arbitruta). Koncentratory i przełączniki typu hub nie są praktycznie używane do podłączania urządzeń końcowych; Służy do łączenia dysków ze sterownikami w macierzach dyskowych.

Możliwe jest również zwiększenie zasięgu połączenia, dzięki zastosowaniu dodatkowego sprzętu transmisyjnego (multipleksery oparte na WDM itp.)

Główni producenci sprzętu Fibre Channel: Brocade, Cisco, QLogic, Emulex.

Logiczne elementy przesyłania danych

Zamówione zestawy (uporządkowane zestawy)

Słowa w rozmiarze 4 bajtów (słowa transmisji) ze specjalnymi danymi i symbolami. Podział strumienia danych na uporządkowane zestawy utrzymuje synchronizację między nadajnikiem i odbiornikiem na poziomie bitu i słowa. Zmienione zestawy zaczynają się od symbolu K28.5. Rodzaje zestawów są określane przez protokół sygnału.

Separatory ramek

Separatory klatek służą do oddzielania jednej klatki od drugiej. Istnieją dwie ramki:

  • Początek ramki (SOF)
  • Koniec kadru (EOF)

Podstawowe sygnały

  • Sygnał bezczynności. Wskazuje chęć otrzymywania i wysyłania ramek.
  • Sygnał gotowości odbiornika (Receiver Ready, R_RDY). Kontrola przepływu, używana do wskazania obecności miejsca w buforze odbiornika.
  • Podstawowe sekwencje. Służy do informowania o niestandardowym statusie portu. W odpowiedzi wysyłana jest odpowiednia sekwencja lub sygnał braku aktywności. Obsługiwane są cztery sekwencje:
  1. Offline (OLS)
  2. Not Operational (NOS)
  3. Link Reset (LR)
  4. Reakcja na reset łącza (LRR)

Unikalny adres urządzenia

Każde urządzenie ma unikalny 8-bajtowy adres o nazwie NWWN (ang. Node World Wide Name), składający się z kilku komponentów:

A0: 00: BB: BB: CC: CC: CC

| |     |             |

| |     |             ± —— Przypisany przez producenta urządzenia.

| |     ± ————— IEEE są przypisane do każdego producenta.

| ± ——————- Zawsze 0:00 (Zarezerwowany przez standard)

± ——————— Numer jest dowolnie wybrany przez producenta.

Klasy usług (CoS)

Fibre Channel obsługuje następujące klasy usług (Classes of service, CoS):

  • Klasa 1 – Potwierdzona usługa połączenia (dedykowane kanały z potwierdzeniem). Dedykowane połączenie jest ustanawiane między dwoma urządzeniami za pośrednictwem przełącznika lub fabryki. Urządzenie odbiorcze przesyła do nadawcy potwierdzenie odbioru każdej ramki. Połączenie pozostaje otwarte do momentu zakończenia przesyłania danych. Połączenie jest ustanowione tylko kilka mikrosekund. Kanał jest zwykle dupleks, ale w razie potrzeby można zorganizować simpleks (na przykład, jeśli trzeba jednocześnie przesyłać dane z jednego węzła i drugiego). Maksymalna pojemność urządzenia jest dostępna. Stosuje się kontrolę przepływu od końca do końca. Gwarantowana wysoka prędkość wymiany i poprawna kolejność odbioru pracowników. Ta klasa jest idealna dla aplikacji pracujących z dużymi tablicami danych, na przykład z systemem symulacji lub przetwarzania wideo. Jeśli przepustowość nie zostanie całkowicie wykorzystana, nadal będzie niedostępna dla innych aplikacji, dopóki połączenie nie zostanie zamknięte. Główną wadą tej klasy jest niezdolność do pracy ze sobą z różnymi prędkościami. Standaryzowane w jednokierunkowej transmisji FC-PH-2, buforowanie klasy 1 i Camp on, zaczynając od FC-FS, są uważane za przestarzałe.
  • Klasa 2 – Zatwierdzona usługa bezpołączeniowa (przelew bez ustanawiania połączenia z potwierdzeniem). Każda klatka jest przełączana niezależnie od innych, port końcowy może jednocześnie wysyłać i odbierać dane z kilku węzłów. Jednak kanał między dwoma interakcjami nie jest przydzielany (ruch jest multipleksowany przez przełącznik). Każda ramka jest potwierdzana przez urządzenie odbierające. Ramki mogą być dostarczane na różnych trasach. Kolejność klatek jest uporządkowana na poziomie FC-2. Wykorzystanie dostępnej przepustowości jest mniejsze niż w klasie 1, ze względu na włączenie mechanizmów kontroli przepływu w układzie klatka po klatce.
  • Klasa 3 – niepotwierdzona usługa bezpołączeniowa, czasami nazywana usługą bezpołączeniową Datagram (transfery bez połączenia i bez potwierdzenia). Podobnie jak w poprzedniej klasie, z wyjątkiem braku potwierdzenia dostawy. Wydajność w przypadku braku błędów, ze względu na brak dowodów jest nieznacznie zwiększona (od 0% do 3%) w porównaniu do grupy 2, jednak nie ma gwarancji dostawy. Nie można zagwarantować prawidłowej dostawy personelu. Urządzanie do sekwencji ramek jest przeprowadzane na poziomie FC-2, żądanie retransmisji utraconej ramki jest wykonywane protokołów wyższych warstw. W przypadku wystąpienia błędów w transmisji i jeśli ramka jest odrzucana lub rama zasobów zajęty jest stracone i protokoły łączące górne poziomy. Przepustowość zmniejsza się, ponieważ protokoły wyższych poziomów czas reakcji i pauzy jest znacznie wyższa niż na poziomie FC-2. Jednak dla protokołów w czasie rzeczywistym, opóźnienie powtarzania może być taka, że ​​przesyłane informacje są nieaktualne. Klasa ta jest wykorzystywana do organizacji i transmisji multicast, to jest również wykorzystywane w zastosowaniach pamięci masowych. Jest to najczęstsza klasa FC sieciach przełączanych jak najbardziej proste do wykonania, a zatrudnia najczęściej używanych protokołów górnych warstwach SCSI i IP.
  • Klasa 4 – frakcyjny Bandwidth połączeniowy usługi (związek z ułamkową szerokością pasma) pomiędzy N_Ports. Podobna do klasy 1, jak również połączenie wymaga, potwierdzenie dostawy, stałym opóźnieniem, utrzymanie klatek rzędu. Połączenie jest ustanawiane jako kanał wirtualny o przepustowości między portami. Zespół jest w stanie zapewnić usługi o przewidywalnej jakości. Kanał wirtualny dwukierunkowy składa się z dwóch jednokierunkowych połączeń wirtualnych (obwodu wirtualnego VC), w którym różne QoS mogą być dostarczone na każdej VC. Każdy N_port może ustawić kilka takich połączeń (do 254). Służy do przesyłania danych o znaczeniu krytycznym w czasie (wideo, strumienie audio).
  • Klasa 5 Usługa izochroniczna. Brak standaryzacji. Jest przeznaczony dla aplikacji, które wymagają natychmiastowej dostawy danych bez pośredniego buforowania.
  • Klasa 6 – Jednokierunkowy Usługa Connection (Połączenie w jedną stronę). Podobnie jak w przypadku klasy 1, jest on wyłącznie jednokierunkowy. Używane do rozsyłania grupowego i multicastowego za pośrednictwem odpowiedniego serwera. N_port może wymagać klasa 6 związki w jednej lub więcej urządzeń (portów). Ustalone połączenie istnieje, dopóki inicjator nie zamknie go jawnie. Służy do dostarczania ruchu w czasie rzeczywistym (wideo, strumienie audio).
  • Mieszana klasa – Intermix – podtyp klasy 1 Pozwala przesyłać ramki klasy 2 lub 3 w momentach, gdy pierwsza klasa aplikacja nie zajmuje kanał. W tej klasie ramy 2 lub 3 nie musi być skierowane do tego samego miejsca przeznaczenia, jako że klasy 1. blokady na częściowym usunięciu pierwszych transmisji fabrycznych klasa.
  • Klasa F – służy do zarządzania i przesyłania informacji o usługach. Transfer odbywa się bez nawiązywania połączeń Inter Linki przełącznik (ISL) między E_ports.
    średnia FC-PH określa klas 1-3, klasa 4 opredelaetsya średnia FC-PH-2 (w Fc FS-2 przestarzałe) klasy 5 – w trybie izochroniczne, lecz niewystarczający znormalizowanej klasy 6 zdefiniowane w standardzie FC-PH -3, klasa F – w standardach FC-SW i FC-SW2.

    Gdzie jest stosowany?

    Fibre Channel jest szeroko stosowany do tworzenia sieci pamięciowych (Storage Area Networks). Wysoka szybkość przesyłania danych, o niskiej latencji i skalowalność, niespotykany w tej dziedzinie zrobić Fibre Channel prawdziwie unikalny interfejs. Jednak w ciągu ostatnich kilku lat, jego zakres jest stopniowo przesuwając się w segmencie systemów o wysokiej wydajności, segment budżet aktywnie rozwijany niedrogie iSCSI rozwiązania prostrennymi na podstawie Gigabit Ethernet i 10G Ethernet.