Fibre Channel | |
---|---|
Уровень 4. Отображение протокола | |
Маскировка LUN | |
Уровень 3. Общие службы | |
Уровень 2. Сеть | |
Структура Fibre Channel Зонирование Fibre Channel Уведомление об изменении зарегистрированного состояния | |
Уровень 1. Канал передачи данных | |
Кодирование Fibre Channel 8B / 10B | |
Уровень 0. Физический |
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 .
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]
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 для преодоления ограничений интерфейсов медных проводов физического уровня с параллельными сигналами SCSI и HIPPI. Такие интерфейсы сталкиваются с проблемой, среди прочего, поддержанием 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]
Имя | Линейная скорость ( гигабод ) | Кодирование строк | Номинальная пропускная способность в каждом направлении (МБ / с) | Доступность |
---|---|---|---|---|
133 Мбит / с | 0,1328125 | 8b10b | 12,5 | 1993 г. |
266 Мбит / с | 0,265625 | 8b10b | 25 | 1994 [6] |
533 Мбит / с | 0,53125 | 8b10b | 50 | ? |
1GFC | 1,0625 | 8b10b | 100 | 1997 г. |
2GFC | 2,125 | 8b10b | 200 | 2001 г. |
4GFC | 4,25 | 8b10b | 400 | 2004 г. |
8GFC | 8,5 | 8b10b | 800 | 2005 г. |
10GFC | 10,51875 | 64b66b | 1,200 | 2008 г. |
16GFC | 14,025 | 64b66b | 1,600 | 2011 г. |
32GFC "Gen 6" | 28.05 | 256b257b | 3 200 | 2016 [10] |
64GFC "Gen 7" | 28,9 | 256b257b (FC-FS-5) | 6 400 | 2019 [11] |
128GFC "Gen 6" | 28,05 × 4 | 256b257b | 12 800 | 2016 [10] |
256GFC "Gen 7" | 28,9 × 4 | 256b257b | 25 600 | 2019 [12] |
128GFC "Поколение 8" | 57,8 | 256b257b | 12 800 | Планируется на 2022 год |
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.
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]
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]
Атрибут | Точка-точка | Арбитражный цикл | Коммутируемая ткань |
---|---|---|---|
Максимальное количество портов | 2 | 127 | ~ 16777216 (2 24 ) |
Размер адреса | N / A | 8- битная ALPA | 24-битный идентификатор порта |
Побочный эффект отказа порта | Ссылка не работает | Сбой цикла (до обхода порта) | N / A |
Доступ к среде | Преданный | Арбитражный | Преданный |
Fibre Channel не следует многоуровневой модели OSI , [ ссылка необходима ] и разделена на пять уровней:
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 Fibre Channel бывают разных логических конфигураций. Наиболее распространенные типы портов:
Протоколы Fibre Channel Loop создают несколько типов кольцевых портов:
Если порт может поддерживать циклические и не-циклические функции, порт известен как:
Порты имеют виртуальные компоненты и физические компоненты и описываются как:
В Fibre Channel также используются следующие типы портов:
Физический уровень Fibre Channel основан на последовательных соединениях, в которых используется оптоволоконный кабель, соединяющий медь между соответствующими подключаемыми 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.
Тип волокна | Скорость (МБ / с) | Передатчик [17] | Средний вариант | Расстояние |
---|---|---|---|---|
Одиночный режим Волокно (SMF) | 12 800 | 1310 нм длинноволновый свет | 128GFC-PSM4 | 0,5 м - 0,5 км |
1270, 1290, 1310 и 1330 нм длинноволновый свет | 128GFC-CWDM4 | 0,5 м - 2 км | ||
6 400 | 1310 нм длинноволновый свет | 64GFC-LW | 0,5 м - 10 км | |
3 200 | 1310 нм длинноволновый свет | 3200-SM-LC-L | 0,5 м - 10 км | |
1,600 | 1310 нм длинноволновый свет [ITS 1] | 1600-SM-LC-L [ИТС 2] | 0,5 м - 10 км | |
1490 нм длинноволновый свет [ITS 1] | 1600-SM-LZ-I [ЕГО 2] | 0,5 м - 2 км | ||
800 | 1310 нм длинноволновый свет [ITS 3] | 800-SM-LC-L [ITS 4] | 2 м - 10 км | |
800-SM-LC-I [ITS 4] | 2 м - 1,4 км | |||
400 | 1310 нм длинноволновый свет [ITS 3] [ITS 5] | 400-SM-LC-L [ITS 6] | 2 м - 10 км | |
400-SM-LC-M [ИТС 4] | 2 м - 4 км | |||
400-SM-LL-I [ITS 7] | 2 м - 2 км | |||
200 | Длинноволновый свет 1550 нм [ITS 8] | 200-SM-LL-V [ITS 8] | 2 м - 50 км | |
1310 нм длинноволновый свет [ITS 5] [ITS 3] | 200-SM-LC-L [ITS 6] | 2 м - 10 км | ||
200-SM-LL-I [ITS 7] | 2 м - 2 км | |||
100 | Длинноволновый свет 1550 нм [ITS 8] | 100-SM-LL-V [ITS 8] | 2 м - 50 км | |
1310 нм длинноволновый свет [ITS 9] [ITS 3] | 100-SM-LL-L [ITS 10] 100-SM-LC-L [ITS 6] | 2 м - 10 км | ||
100-SM-LL-I [ITS 10] | 2 м - 2 км | |||
Многорежимный Волокно (MMF) | 12 800 | Коротковолновый свет 850 нм [ITS 11] [ITS 12] [ITS 13] | 128GFC-SW4 | 0 - 100 м |
6 400 | 64GFC-SW | 0 - 100 м | ||
3 200 | 3200-SN | 0 - 100 м | ||
1,600 | 1600-M5F-SN-I [ITS 14] | 0,5 м - 125 м | ||
1600-M5E-SN-I [ЕГО 14] | 0,5–100 м | |||
1600-M5-SN-S [ITS 14] | 0,5–35 м | |||
1600-M6-SN-S [ITS 15] | 0,5–15 м | |||
800 | 800-M5F-SN-I [ITS 14] | 0,5–190 м | ||
800-M5E-SN-I [ЕГО 16] | 0,5–150 м | |||
800-M5-SN-S [ITS 16] | 0,5–50 м | |||
800-M6-SN-S [ITS 16] | 0,5–21 м | |||
400 | 400-M5F-SN-I [ITS 14] | 0,5–400 м | ||
400-M5E-SN-I [ЕГО 16] | 0,5–380 м | |||
400-M5-SN-I [ITS 17] | 0,5–150 м | |||
400-M6-SN-I [ITS 17] | 0,5–70 м | |||
200 | 200-M5E-SN-I [ЕГО 16] | 0,5–500 м | ||
200-M5-SN-I [ITS 17] | 0,5–300 м | |||
200-M6-SN-I [ITS 17] | 0,5–150 м | |||
100 | 100-M5E-SN-I [ЕГО 18] | 0,5–860 м | ||
100-M5-SN-I [ITS 19] | 0,5–500 м | |||
100-M6-SN-I [ITS 19] | 0,5–300 м | |||
100-M5-SL-I [ЕГО 19] | 2–500 м | |||
100-M6-SL-I [ITS 20] | 2–175 м |
Многомодовое волокно | Диаметр волокна | Обозначение носителя FC |
---|---|---|
OM1 | 62,5 мкм | M6 |
OM2 | 50 мкм | M5 |
OM3 | 50 мкм | M5E |
OM4 | 50 мкм | M5F |
OM5 | 50 мкм | N / A |
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).
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.
Коммутаторы Fibre Channel можно разделить на два класса. Эти классы не являются частью стандарта, и классификация каждого переключателя является маркетинговым решением производителя:
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.
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 организационно-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.