Fibre Channel

Fibre Channel ( FC ) - это протокол высокоскоростной передачи данных, обеспечивающий упорядоченную доставку необработанных блочных данных без потерь ^[1] . ^[2] Fibre Channel в основном используется для подключения компьютерных хранилищ данных к серверам ^{[3] [4]} в сетях хранения данных (SAN) в коммерческих центрах обработки данных .

Сети Fibre Channel образуют коммутируемую структуру, потому что коммутаторы в сети работают в унисон как один большой коммутатор. Fibre Channel обычно работает по оптоволоконным кабелям внутри центров обработки данных и между ними, но также может работать по медным кабелям. ^{[3] [4]} Поддерживаемые скорости передачи данных включают 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 128 гигабит в секунду, что является результатом улучшений в последующих поколениях технологий.

Существуют различные протоколы верхнего уровня для Fibre Channel, в том числе два для блочного хранилища. Протокол Fibre Channel (FCP) - это протокол, который передает команды SCSI по сетям Fibre Channel. ^{[3] [4]} FICON - это протокол, который передает команды ESCON , используемые мэйнфреймами IBM , по Fibre Channel. Fibre Channel можно использовать для передачи данных из систем хранения, использующих твердотельную флэш-память, путем передачи команд протокола NVMe .

Этимология [ править ]

Когда эта технология была первоначально разработана, она использовалась только для оптоволоконных кабелей и, как таковая, называлась «Fibre Channel». Позже к спецификации была добавлена ​​возможность прокладки медных кабелей. Чтобы избежать путаницы и создать уникальное название, промышленность решила изменить написание и использовать британское английское волокно в качестве названия стандарта. ^[5]

История [ править ]

Fibre Channel стандартизирован Техническим комитетом T11 Международного комитета по стандартам информационных технологий ( INCITS ), комитетом по стандартам, аккредитованным Американским национальным институтом стандартов (ANSI). Fibre Channel был запущен в 1988 году с одобрения стандарта ANSI в 1994 году, чтобы объединить преимущества нескольких реализаций физического уровня, включая SCSI , HIPPI и ESCON .

Fibre Channel был разработан как последовательный интерфейс, чтобы преодолеть ограничения SCSI и HIPPI физического уровня с параллельными сигналами медных проводных интерфейсов. Такие интерфейсы сталкиваются с проблемой, среди прочего, поддержания согласованности синхронизации сигналов по всем проводам данных-сигналов (8, 16 и, наконец, 32 для SCSI, 50 для HIPPI), чтобы приемник мог определить, когда все значения электрического сигнала " хорошо »(стабильно и актуально для одновременного приема выборок). Эта проблема становится все более сложной в технологии массового производства по мере увеличения частот сигналов данных, при этом часть технической компенсации заключается в уменьшении поддерживаемой длины соединительного параллельного медного кабеля. Смотрите Parallel_SCSI . FC был разработан с использованием передового многомодового оптического волокна.технологии, которые преодолели ограничения скорости протокола ESCON. Обращаясь к большой базе дисководов SCSI и используя технологии мэйнфреймов, Fibre Channel добился экономии за счет масштабов передовых технологий, а развертывания стали экономичными и широко распространенными.

Коммерческие продукты были выпущены, когда стандарт еще находился в стадии разработки. ^[6] К тому времени, когда стандарт был утвержден, версии с более низкой скоростью уже перестали использоваться. ^[7] Fibre Channel был первым последовательным транспортным средством хранения данных, достигшим гигабитных скоростей ^[8], где он получил широкое распространение, и его успех рос с каждой последующей скоростью. С 1996 года скорость Fibre Channel удваивалась каждые несколько лет.

С момента своего создания Fibre Channel активно развивается, с многочисленными улучшениями скорости на различных базовых транспортных средах. В следующей таблице показано изменение собственных скоростей Fibre Channel: ^[9]

В дополнение к современному физическому уровню в Fibre Channel также добавлена ​​поддержка любого количества протоколов «верхнего уровня», включая ATM , IP ( IPFC ) и FICON , причем SCSI ( FCP ) является преобладающим использованием.

Характеристики [ править ]

Две основные характеристики сетей Fibre Channel - это то, что они обеспечивают упорядоченную доставку необработанных блочных данных без потерь. Доставка блока необработанных данных без потерь достигается на основе кредитного механизма. ^[1]

Топологии [ править ]

Существует три основных топологии Fibre Channel, описывающих, как несколько портов соединяются вместе. Порт в терминологии Fibre Channel , любая организация , которая активно общается по сети, не требуется аппаратный порт . Этот порт обычно реализуется в таком устройстве, как дисковое хранилище, сетевое соединение адаптера шины хоста ( HBA ) на сервере или коммутатор Fibre Channel . ^[3]

• Точка-точка (см. FC-FS-3). Два устройства подключаются друг к другу напрямую через N_ports . Это простейшая топология с ограниченными возможностями подключения. ^[3] Полоса пропускания выделена.
• Арбитражный цикл (см. FC-AL-2 ). В этой схеме все устройства включены в петлю или кольцо, аналогичносети Token Ring . Добавление или удаление устройства из цикла приводит к прерыванию всей активности в цикле. Выход из строя одного устройства вызывает разрыв кольца. Концентраторы Fibre Channel предназначены для соединения нескольких устройств и могут обходить неисправные порты. Петля также может быть образована путем подключения каждого порта к следующему в кольце.
  • Минимальный цикл, содержащий только два порта, хотя и похож на двухточечный, но значительно отличается с точки зрения протокола.
  • Только одна пара портов может одновременно обмениваться данными по шлейфу.
  • Максимальная скорость 8GFC.
  • Арбитражная петля редко использовалась после 2010 года, и ее поддержка прекращается для коммутаторов нового поколения.
• Коммутируемая матрица (см. FC-SW-6 ). В этой конструкции все устройства подключены к коммутаторам Fibre Channel , концептуально аналогично современнымреализациям Ethernet . Преимущества этой топологии перед двухточечной или арбитражной петлей включают:
  • Fabric может масштабироваться до десятков тысяч портов.
  • Коммутаторы управляют состоянием Fabric, обеспечивая оптимизированные пути через протокол маршрутизации данных Fabric Shortest Path First (FSPF).
  • Трафик между двумя портами проходит через коммутаторы, а не через какие-либо другие порты, как в Arbitrated Loop.
  • Отказ порта изолирован от канала и не должен влиять на работу других портов.
  • Множественные пары портов могут одновременно обмениваться данными в фабрике.

Слои [ править ]

Fibre Channel не следует многоуровневой модели OSI , ^{[ ссылка необходима ]} и разделена на пять уровней:

• FC-4 - уровень отображения протоколов, на котором протоколы верхнего уровня, такие как NVM Express (NVMe), SCSI , IP и FICON , инкапсулируются в информационные блоки (IU) для доставки в FC-2. Текущие FC-4 включают FCP-4, FC-SB-5 и FC-NVMe .
• FC-3 - Уровень общих служб, тонкий слой, который может в конечном итоге реализовать такие функции, как шифрование или алгоритмы избыточности RAID ; многопортовые соединения;
• FC-2 - протокол сигнализации, определенный стандартом Framing and Signaling 4 (FC-FS-5), состоит из сетевых протоколов Fibre Channel низкого уровня ; порт на порт соединения;
• FC-1 - протокол передачи, реализующий линейное кодирование сигналов;
• FC-0 - физический уровень , включает кабели, разъемы и т. Д .;

Эта диаграмма из FC-FS-4 определяет уровни.

Уровни FC-0 определены в физических интерфейсах Fibre Channel (FC-PI-6), физических уровнях Fibre Channel.

Продукты Fibre Channel доступны на скоростях 1, 2, 4, 8, 10, 16, 32 и 128 Гбит / с; эти разновидности протокола называются соответственно 1GFC, 2GFC, 4GFC, 8GFC, 10GFC, 16GFC, 32GFC или 128GFC. Стандарт 32GFC был одобрен комитетом INCITS T11 в 2013 году, и эти продукты стали доступны в 2016 году. Все конструкции 1GFC, 2GFC, 4GFC, 8GFC используют кодировку 8b / 10b , а стандарты 10GFC и 16GFC используют кодировку 64b / 66b . В отличие от стандартов 10GFC, 16GFC обеспечивает обратную совместимость с 4GFC и 8GFC, поскольку обеспечивает вдвое большую пропускную способность, чем 8GFC, или в четыре раза больше, чем 4GFC.

Порты [ править ]

Порты Fibre Channel бывают разных логических конфигураций. Наиболее распространенные типы портов:

• N_Port (порт узла) N_Port обычно представляет собой порт HBA, который подключается к F_Port коммутатора или другому N_Port. Nx_Порт обменивается данными через PN_Порт, который не работает с конечным автоматом порта петли. ^[13]
• F_Port (порт фабрики ) F_Port - это порт коммутатора, который подключен к N_Port. ^[14]
• E_Port (Порт расширения) Порт коммутатора, который подключается к другому E_Port для создания межкоммутаторного канала. ^[14]

Протоколы Fibre Channel Loop создают несколько типов кольцевых портов:

• L_Port (порт петли) FC_Port, который содержит функции арбитражного цикла, связанные с топологией арбитражного цикла. ^[14]
• FL_Port (порт Fabric Loop) L_Port, который может выполнять функцию F_Port, присоединенный через ссылку к одному или нескольким NL_Port в топологии Arbitrated Loop. ^[14]
• NL_Port (порт петли узла) PN_Порт, который управляет конечным автоматом порта петли. ^[14]

Если порт может поддерживать циклические и не-циклические функции, порт известен как:

• Порт коммутатора Fx_Port, способный работать как F_Port или FL_Port. ^[13]
• Nx_Port конечная точка для кадра связи Fibre Channel, имеющий отличный идентификатор адреса и Name_Identifier, обеспечивая независимый набор функций FC-2V до более высоких уровней, и имеющих возможность выступать в качестве Инициатора, ответчику, или обоих. ^[13]

Порты имеют виртуальные и физические компоненты и описываются следующим образом:

• Сущность PN_Port, которая включает Link_Control_Facility и один или несколько Nx_Port. ^[14]
• VF_Port (виртуальный F_Port) экземпляр подуровня FC-2V, который подключается к одному или нескольким VN_Port. ^[14]
• Экземпляр VN_Port (виртуальный N_Port) подуровня FC-2V. VN_Port используется, когда желательно подчеркнуть поддержку нескольких Nx_Port на одном мультиплексоре (например, через один PN_Port). ^[13]
• VE_Port (виртуальный E_Port) экземпляр подуровня FC-2V, который соединяется с другим VE_Port или B_Port для создания межкоммутаторной связи. ^[14]

В Fibre Channel также используются следующие типы портов:

• A_Port (Соседний порт) комбинация одного PA_Port и одного VA_Port, работающих вместе. ^[14]
• B_Port (порт моста) Межэлементный порт фабрики, используемый для соединения устройств моста с портами E_Port на коммутаторе. ^[13]
• D_Port (Диагностический порт) Настроенный порт, используемый для выполнения диагностических тестов на канале с другим D_Port. ^[15]
• EX_Port Тип E_Port, используемый для подключения к фабрике маршрутизатора FC. ^[15]
• G_Port (порт Generic Fabric) Порт коммутатора, который может функционировать как E_Port, A_Port или как F_Port. ^[14]
• GL_Port (порт Generic Fabric Loop) Порт коммутатора, который может функционировать как E_Port, A_Port или как Fx_Port. ^[14]
• PE_Port LCF в М_Структуре, которая присоединяется к другому PE_Порту или к B_Порту через ссылку. ^[13]
• LCF PF_Порта в М_Структуре, которая присоединяется к PN_Порту через ссылку. ^[13]
• TE_Port (E_Port транкинга) Порт расширения транкинга, который расширяет функциональные возможности портов E для поддержки транкинга VSAN, параметров качества обслуживания транспорта (QoS) и функции трассировки Fibre Channel (fctrace). ^[16]
• U_Port (Универсальный порт) Порт, ожидающий перехода в другой тип порта ^[15]
• VA_Port (виртуальный A_Port) экземпляр подуровня FC-2V Fibre Channel, который подключается к другому VA_Port. ^[14]
• VEX_Port VEX_Port не отличается от EX_Port, за исключением того, что базовый транспорт - это IP, а не FC. ^[15]

Медиа и модули [ править ]

Физический уровень Fibre Channel основан на последовательных соединениях, в которых используется оптоволоконный кабель для подключения меди между соответствующими сменными модулями. Модули могут иметь однополосные, двух- или четырехполосные линии, соответствующие форм-факторам SFP, SFP-DD и QSFP. Fibre Channel не использует 8- или 16-полосные модули (такие как CFP8, QSFP-DD или COBO), используемые в 400GbE, и не планирует использовать эти дорогие и сложные модули.

Модуль сменного трансивера (SFP) малого форм-фактора и его расширенная версия SFP +, SFP28 и SFP56 являются общими форм-факторами для портов Fibre Channel. Модули SFP поддерживают различные расстояния через многомодовое и одномодовое оптоволокно, как показано в таблице ниже. В модуле SFP используется дуплексный оптоволоконный кабель с разъемами LC.

Модуль SFP-DD используется для приложений высокой плотности, которым необходимо удвоить пропускную способность порта SFP. SFP-DD определяется SFP-DD MSA и обеспечивает подключение к двум портам SFP. Как видно на рисунке, два ряда электрических контактов позволяют удвоить пропускную способность модуля аналогично QSFP-DD.

Четырехъядерный малый форм-фактор подключаемым начал модуль (QSFP) используется для переключения взаимосвязанности , а затем был принят для использования в 4-полосных реализаций Gen 6 Fibre Channel , поддерживающие 128GFC. QSFP использует либо разъем LC для 128GFC-CWDM4, либо разъем MPO для 128GFC-SW4 или 128GFC-PSM4. В кабельной разводке MPO используется 8- или 12-волоконная кабельная инфраструктура, которая подключается к другому порту 128GFC или может быть разбита на четыре дуплексных подключения LC к портам 32GFC SFP +. Коммутаторы Fibre Channel используют модули SFP или QSFP.

Современные устройства Fibre Channel поддерживают приемопередатчик SFP + , в основном с оптоволоконным разъемом LC (Lucent Connector). В более старых устройствах 1GFC использовался приемопередатчик GBIC , в основном с оптоволоконным разъемом SC (Subscriber Connector).

Сети хранения данных [ править ]

Целью Fibre Channel является создание сети хранения данных (SAN) для подключения серверов к хранилищу.

SAN - это выделенная сеть, которая позволяет нескольким серверам получать доступ к данным с одного или нескольких устройств хранения. Корпоративное хранилище использует SAN для резервного копирования на вторичные устройства хранения, включая дисковые массивы , ленточные библиотеки и другие резервные копии, в то время как хранилище по-прежнему доступно для сервера. Серверы также могут получать доступ к хранилищу с нескольких устройств хранения по сети.

Сети SAN часто имеют двойную структуру для повышения отказоустойчивости. Работают две полностью отдельные ткани, и в случае отказа основной структуры вторая ткань становится основной.

Переключатели [ править ]

Коммутаторы Fibre Channel можно разделить на два класса. Эти классы не являются частью стандарта, и классификация каждого переключателя является маркетинговым решением производителя:

• Директора предлагают большое количество портов в модульном (на основе слотов) шасси без единой точки отказа (высокая доступность).
• Коммутаторы обычно представляют собой меньшие по размеру устройства фиксированной конфигурации (иногда полумодульные) с меньшим резервированием.

Ткань, целиком состоящая из изделий одного производителя, считается однородной . Это часто называется работой в «собственном режиме» и позволяет поставщику добавлять собственные функции, которые могут не соответствовать стандарту Fibre Channel.

Если несколько поставщиков коммутаторов используются в одной и той же матрице, она неоднородна , коммутаторы могут достичь смежности только в том случае, если все коммутаторы переведены в свои режимы взаимодействия. Это называется режимом «открытой фабрики», поскольку коммутатору каждого поставщика может потребоваться отключить свои проприетарные функции для соответствия стандарту Fibre Channel.

Некоторые производители коммутаторов предлагают множество режимов взаимодействия помимо состояний «родной» и «открытой фабрики». Эти режимы «родной совместимости» позволяют коммутаторам работать в собственном режиме другого поставщика и при этом сохранять некоторые проприетарные свойства обоих. Однако работа в собственном режиме взаимодействия может по-прежнему отключать некоторые проприетарные функции и создавать структуры сомнительной стабильности.

Адаптеры главной шины [ править ]

HBA-адаптеры Fibre Channel , а также CNA доступны для всех основных открытых систем , компьютерных архитектур и шин, включая PCI и SBus . Некоторые зависят от ОС. Каждый HBA имеет уникальное всемирное имя (WWN), которое похоже на MAC-адрес Ethernet в том, что он использует организационный уникальный идентификатор (OUI), присвоенный IEEE . Однако WWN длиннее (8 байтов ). На HBA есть два типа WWN; World Wide Node Name (WWNN), которые могут быть разделены на некоторые или все порты устройства и World Wide Port Name (WWPN), который обязательно уникален для каждого порта.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Стандарты INCITS Fibre Channel [ править ]

Источники [ править ]

• Кларк, Т. Проектирование сетей хранения данных , Аддисон-Уэсли, 1999. ISBN 0-201-61584-3 

Дальнейшее чтение [ править ]

• RFC  2625 - IP и ARP через Fibre Channel
• RFC  2837 - Определения управляемых объектов для элемента Fabric в стандарте Fibre Channel
• RFC  3723 - Защита протоколов блочного хранилища через IP
• RFC  4044 - MIB управления Fibre Channel
• RFC  4625 - MIB информации о маршрутизации Fibre Channel
• RFC  4626 - MIB для протокола определения кратчайшего пути Fibre Channel (FSPF)

Внешние ссылки [ править ]

• Промышленная ассоциация Fibre Channel (FCIA)
• Технический комитет INCITS, отвечающий за стандарты FC (T11)
• Руководство по выживанию IBM SAN
• Введение в сети хранения данных
• Обзор Fibre Channel
• Учебное пособие по Fibre Channel (UNH-IOL)
• Промышленная ассоциация сетей хранения данных (SNIA)
• Виртуальный оптоволоконный канал в Hyper V
• Руководство по настройке коммутатора FC