Szálas csatorna - Fibre Channel

A Fibre Channel ( FC ) egy nagy sebességű adatátviteli protokoll, amely a nyers tömbadatok rendezett, veszteségmentes továbbítását biztosítja. Fibre Channel elsősorban csatlakozáshoz használt számítógépes adattároló a szerverek a tároló hálózatok (SAN) a kereskedelmi adatközpontok .

A szálcsatorna -hálózatok kapcsolt szövetet alkotnak, mivel a hálózatban lévő kapcsolók egy nagy egységként működnek. A Fibre Channel jellemzően optikai szál kábeleken fut az adatközpontokon belül és között, de működhet réz kábelezésen is. A támogatott adatátviteli sebesség 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 és 128 gigabit másodpercenként, az egymást követő technológiai generációk fejlődésének köszönhetően.

Különféle felső szintű protokollok állnak rendelkezésre a Fibre Channel számára, köztük kettő a blokktároláshoz. A Fibre Channel Protocol (FCP) egy protokoll, amely SCSI parancsokat továbbít a szálcsatorna hálózatokon keresztül. A FICON egy protokoll , amely az IBM nagyszámítógépek által használt ESCON parancsokat továbbítja a Fibre Channel csatornán. A Fibre Channel az NVMe protokoll parancsok továbbításával használható adatok szállítására olyan tárolórendszerekből, amelyek szilárdtest flash memória tárolóeszközt használnak .

Etimológia

Amikor a technológiát eredetileg kidolgozták, csak optikai szálas kábeleken futott, és így "Fibre Channel" -nek hívták. Később a specifikációt kiegészítették a réz kábelezésen való átfutás lehetőségével. A félreértések elkerülése és az egyedi név létrehozása érdekében az iparág úgy döntött, hogy megváltoztatja a helyesírást, és a brit angol szálat használja a szabvány nevére.

Történelem

A Fibre Channel szabványosított az International Committee for Information Technology Standards ( INCITS ) T11 Műszaki Bizottságában , az American National Standards Institute (ANSI) által akkreditált szabványügyi bizottságban. A Fibre Channel 1988 -ban indult, az ANSI szabvány jóváhagyásával 1994 -ben, hogy egyesítse a több fizikai réteg megvalósításának előnyeit, köztük az SCSI , a HIPPI és az ESCON .

A Fibre Channel-t soros interfészként tervezték, hogy leküzdjék az SCSI és a HIPPI fizikai rétegű párhuzamos jelű rézhuzal-interfészek korlátait. Az ilyen interfészek többek között azzal a kihívással szembesülnek, hogy fenntartják a jelek időzítésének koherenciáját az összes adatjel vezetékben (8, 16 és végül 32 az SCSI, 50 a HIPPI esetén), hogy a vevő meg tudja határozni, hogy az összes elektromos jel értéke mikor van " jó "(stabil és érvényes az egyidejű vétel mintavételére). Ez a kihívás egyre nehezebbé válik egy tömeggyártású technológia esetében, mivel az adatjelek frekvenciája növekszik, és a műszaki kompenzáció egy része egyre csökken a támogatott összekötő réz-párhuzamos kábelhosszon. Lásd: Parallel_SCSI . Az FC-t az élvonalbeli, több módú optikai szál technológiákkal fejlesztették ki, amelyek felülmúlták az ESCON protokoll sebességkorlátozásait. Az SCSI lemezmeghajtók széles bázisának megnyerésével és a nagyszámítógépes technológiák kiaknázásával a Fibre Channel méretgazdaságosságot fejlesztett ki a fejlett technológiák számára, és a telepítések gazdaságossá és széles körben elterjedtek.

A kereskedelmi termékeket akkor mutatták be, amikor a szabvány még tervezetben volt. Mire a szabványt ratifikálták, az alacsonyabb sebességű verziók már kihasználatlanok lettek. A Fibre Channel volt az első soros tárolóeszköz, amely gigabites sebességet ért el, ahol széles körben elterjedt, és sikere minden egyes sebességgel nőtt. A Fibre Channel sebessége 1996 óta pár évenként megduplázódott.

A Fibre Channel a kezdetektől fogva aktív fejlődésen ment keresztül, számos sebességnövekedéssel a különböző mögöttes szállítóeszközökön. Az alábbi táblázat a natív szálcsatorna sebességének előrehaladását mutatja:

A modern fizikai réteg mellett a Fibre Channel támogatást adott hozzá számos "felső réteg" protokollhoz is, beleértve az ATM , IP ( IPFC ) és FICON protokollokat , az SCSI ( FCP ) az uralkodó használat.

Jellemzők

A Fibre Channel hálózatok két fő jellemzője, hogy a nyers blokkadatok rendben és veszteségmentesen szállíthatók. A nyers adatblokk veszteségmentes szállítása hitelmechanizmuson alapul.

Topológiák

Három fő Fibre Channel topológia létezik, amelyek leírják, hogy számos port hogyan kapcsolódik egymáshoz. A Fiber Channel terminológiában használt port minden olyan entitás, amely aktívan kommunikál a hálózaton, nem feltétlenül hardverport . Ezt a portot általában egy olyan eszközön valósítják meg, mint a lemeztároló, a Host Bus Adapter ( HBA ) hálózati kapcsolat a szerveren vagy a Fibre Channel kapcsoló .

Fiber Channel pont-pont kapcsolat topológiai diagramja

• Pont-pont (lásdFC-FS-3). Két eszköz közvetlenül csatlakozik egymáshoz azN_portshasználatával. Ez a legegyszerűbb topológia, korlátozott csatlakoztathatósággal. A sávszélesség dedikált.
• Választott hurok (lásd FC-AL-2 ). Ebben a kialakításban minden eszköz hurokban vagy gyűrűben van, hasonlóan a Token Ring hálózathoz. Egy eszköz hozzáadása vagy eltávolítása a ciklusból megszakítja a ciklus minden tevékenységét. Egy eszköz meghibásodása miatt a gyűrű megszakad. A szálcsatorna -elosztók több eszköz összekapcsolására léteznek, és megkerülhetik a meghibásodott portokat. A hurok úgy is létrehozható, hogy az egyes portokat egy gyűrűben a következőhöz csatlakoztatja.
  • A csak két portot tartalmazó minimális ciklus, bár látszólag hasonlít a pontról pontra, jelentősen eltér a protokoll szempontjából.
  • Csak egy pár port tud párhuzamosan kommunikálni egy hurkon.
  • Maximális sebesség 8GFC.
  • Az Arbitrated Loop -ot ritkán használták 2010 után, és az új generációs kapcsolók támogatása megszűnik.
• Kapcsolt szövet (lásd FC-SW-6 ). Ebben a kialakításban minden eszköz Fibre Channel kapcsolókhoz van csatlakoztatva, hasonlóan a modern Ethernet megvalósításokhoz. Ennek a topológiának az előnyei a pont-pont vagy a választott hurokkal szemben:
  • A szövet több tízezer portra méretezhető.
  • A kapcsolók kezelik a szövet állapotát, optimalizált útvonalakat biztosítva a Fabric Shortest Path First (FSPF) adatátviteli protokollon keresztül.
  • A két port közötti forgalom a kapcsolókon keresztül folyik, és nem más portokon keresztül, mint az Arbitrated Loop esetében.
  • A port meghibásodása egy linkhez kapcsolódik, és nem befolyásolhatja más portok működését.
  • Egy Fabricben több portpár is kommunikálhat egyszerre.

Rétegek

A Fibre Channel nem követi az OSI modell rétegezését, és öt rétegre van felosztva:

A Fibre Channel egy rétegzett technológia, amely a fizikai rétegtől indul, és a protokollokon keresztül halad a felső szintű protokollokig, mint például az SCSI és az SBCCS.

• FC-4- Protokoll-leképező réteg, amelyben a felső szintű protokollok, például az NVM Express (NVMe), az SCSI , az IP és a FICON információs egységekbe (IU) vannak beágyazva az FC-2-hez történő továbbításhoz. A jelenlegi FC-4-ek közé tartozik az FCP-4, az FC-SB-5 és az FC-NVMe .
• FC-3- Közös szolgáltatási réteg, egy vékony réteg, amely végül olyan funkciókat valósíthat meg, mint a titkosítás vagy a RAID redundancia algoritmusok; többportos kapcsolatok;
• FC-2- A Fiber Channel Framing and Signaling 4 (FC-FS-5) szabvány által meghatározott jelzőprotokoll az alacsony szintű Fibre Channel hálózati protokollokból áll ; portok közötti kapcsolatok;
• FC-1- Átviteli protokoll, amely a jelek vonalkódolását valósítja meg ;
• FC-0 - fizikai réteg , tartalmaz kábelezés, csatlakozók stb .;

Ez az FC-FS-4 diagram a rétegeket határozza meg.

Az FC-0 rétegeket a Fibre Channel fizikai interfészek (FC-PI-6), a Fibre Channel fizikai rétegei határozzák meg.

A Fibre Channel termékek 1, 2, 4, 8, 10, 16 és 32 és 128 Gbit/s sebességgel állnak rendelkezésre; ezeket a protokoll ízeket ennek megfelelően 1GFC, 2GFC, 4GFC, 8GFC, 10GFC, 16GFC, 32GFC vagy 128GFC néven hívják. A 32GFC szabványt az INCITS T11 bizottság 2013 -ban hagyta jóvá, és ezek a termékek 2016 -ban váltak elérhetővé. Az 1GFC, 2GFC, 4GFC, 8GFC tervek mindegyike 8b/10b kódolást használ , míg a 10GFC és 16GFC szabvány 64b/66b kódolást használ . A 10GFC szabványokkal ellentétben a 16GFC visszafelé kompatibilis a 4GFC -vel és a 8GFC -vel, mivel pontosan kétszer, vagy négyszer nagyobb teljesítményt nyújt, mint a 4GFC.

Kikötők

FC topológiák és porttípusok: Ez a diagram azt mutatja be, hogyan lehet az N_Portokat szövethez vagy más N_Porthoz csatlakoztatni. A hurokport (L_Port) megosztott cikluson keresztül kommunikál, és ritkán használják.

A Fibre Channel portok sokféle logikai konfigurációban kaphatók. A leggyakoribb porttípusok a következők:

• N_Port (csomópont -port) Az N_Port általában egy HBA -port, amely egy kapcsoló F_Port vagy egy másik N_Port portjához csatlakozik. Nx_Port olyan PN_Porton keresztül kommunikál, amely nem hurokport állapotú gépet üzemeltet.
• F_Port (Fabric port) Az F_Port egy kapcsolóport, amely egy N_Port porthoz van csatlakoztatva.
• E_Port (bővítőport) Kapcsolóport, amely egy másik E_Port porthoz kapcsolódik, hogy inter-switch linket hozzon létre.

A Fibre Channel Loop protokollok többféle hurokportot hoznak létre:

• L_Port (Loop port) FC_Port, amely az Arbitrated Loop topológiához társított Arbitrated Loop funkciókat tartalmazza.
• FL_Port (Fabric Loop port) L_Port, amely képes ellátni egy F_Port funkciót, hivatkozáson keresztül csatolva egy vagy több NL_Ports -hoz egy Arbitrated Loop topológiában.
• NL_Port (csomópont hurok port) PN_Port, amely hurokport állapotgépet üzemeltet.

Ha egy port támogatja a hurok és a nem hurok funkciót, a port a következő néven ismert:

• Fx_Port kapcsolóport, amely képes F_Port vagy FL_Port portként működni.
• Nx_Port végpont a szálcsatorna keret kommunikációjához, külön cím-azonosítóval és Name_Identifier-rel, független FC-2V funkciókészletet biztosít a magasabb szintekhez, és képes kezdeményezőként, válaszként vagy mindkettőként működni.

A port fizikai, valamint logikai vagy virtuális struktúrával rendelkezik. Ez az ábra azt mutatja, hogyan lehet egy virtuális portnak több fizikai portja, és fordítva.

A portok virtuális összetevőket és fizikai összetevőket tartalmaznak, és a következőképpen vannak leírva:

• PN_Port entitás, amely Link_Control_Facility és egy vagy több Nx_Port portot tartalmaz.
• Az FC-2V alszint VF_Port (Virtual F_Port) példánya, amely egy vagy több VN_Porthoz csatlakozik.
• VN_Port (virtuális N_Port) példány az FC-2V alszinten. A VN_Port akkor használatos, ha több Nx_Port támogatását kívánják hangsúlyozni egyetlen multiplexeren (pl. Egyetlen PN_Port porton keresztül).
• Az FC-2V alszint VE_Port (virtuális E_Port) példánya, amely egy másik VE_Porthoz vagy egy B_Porthoz kapcsolódik, hogy inter-Switch linket hozzon létre.

A következő típusú portokat is használják a Fibre Channel -ben:

• Egy PA_Port és egy VA_Port együtt működő A_Port (szomszédos port) kombinációja.
• B_Port (hídport) Az elemek közötti szövet-port, amely hídeszközök és E_Ports csatlakozók csatlakoztatására szolgál a kapcsolón.
• D_Port (diagnosztikai port) Egy konfigurált port, amelyet diagnosztikai tesztek elvégzésére használnak egy másik D_Port porttal.
• EX_Port Az E_Port egy típusa, amelyet egy FC útválasztóhoz csatlakoztatnak.
• G_Port (Generic Fabric port) Kapcsolóport, amely akár E_Port, A_Port, akár F_Portként is működhet.
• GL_Port (Generic Fabric Loop port) Kapcsolóport, amely akár E_Port, A_Port, akár Fx_Portként is működhet.
• PE_Port LCF a szöveten belül, amely egy másik PE_Porthoz vagy egy B_Porthoz kapcsolódik egy linken keresztül.
• PF_Port LCF egy szöveten belül, amely egy linken keresztül csatlakozik a PN_Porthoz.
• TE_Port (Trunking E_Port) Csatornabővítő port, amely kibővíti az E portok funkcionalitását, hogy támogassa a VSAN csatornát, a szállítási minőség (QoS) paramétereit és a Fibre Channel nyomkövetési (fctrace) szolgáltatást.
• U_Port (univerzális port) Egy másik porttípussá válásra váró port
• VA_Port (virtuális A_Port) a Fibre Channel FC-2V alszintjének példánya, amely egy másik VA_Porthoz csatlakozik.
• VEX_Port A VEX_Ports nem különbözik az EX_Ports -tól, kivéve, ha a mögöttes szállítás IP helyett FC.

Média és modulok

A Fibre Channel túlnyomórészt az SFP modult használja az LC csatlakozóval és a duplex kábelezéssel, de a 128GFC a QSFP28 modult, valamint az MPO csatlakozókat és a szalagkábelezést használja.

A Fibre Channel fizikai réteg soros kapcsolatokon alapul, amelyek száloptikát használnak a rézhez a megfelelő csatlakoztatható modulok között. A modulok lehetnek egysávosak, kettős vagy négysávosak, amelyek megfelelnek az SFP, SFP-DD és QSFP formatervezési tényezőknek. A Fibre Channel nem használt 8 vagy 16 sávos modult (például CFP8, QSFP-DD vagy COBO) a 400GbE-ben, és nem tervezi ezeket a drága és összetett modulokat.

A kisméretű, csatlakoztatható adó-vevő modul (SFP) és a továbbfejlesztett SFP+, SFP28 és SFP56 verziója a Fibre Channel portok általános formája. Az SFP modulok sokféle távolságot támogatnak a több módú és egymódú optikai szálakon keresztül, amint azt az alábbi táblázat mutatja. Az SFP modul duplex szál kábelezést használ, amely LC csatlakozókkal rendelkezik.

Az SFP-DD modult nagy sűrűségű alkalmazásokban használják, ahol meg kell duplázni a hagyományos SFP portok teljesítményét.

Az SFP-DD modult olyan nagy sűrűségű alkalmazásokhoz használják, amelyeknek meg kell duplázniuk az SFP port teljesítményét. Az SFP-DD-t az SFP-DD MSA határozza meg, és lehetővé teszi a felszakítást két SFP portra. Amint az a képen is látható, két sor elektromos érintkező lehetővé teszi a modul teljesítményének megduplázását a QSFP-DD-hez hasonló módon.

A quad small form-factor pluggable (QSFP) modult kezdték használni a kapcsolók közötti összeköttetéshez, és később a 128GFC-t támogató 6. generációs Fibre Channel négysávos megvalósításaiban is alkalmazták. A QSFP vagy LC-csatlakozót használ 128GFC-CWDM4 esetén, vagy MPO-csatlakozót 128GFC-SW4 vagy 128GFC-PSM4 esetén. Az MPO kábelezés 8 vagy 12 szálas kábelezési infrastruktúrát használ, amely egy másik 128GFC porthoz csatlakozik, vagy négy duplex LC kapcsolatra bontható a 32GFC SFP+ portokra. A szálcsatornás kapcsolók SFP vagy QSFP modulokat használnak.

A modern Fibre Channel eszközök támogatják az SFP+ adó -vevőt, főként LC (Lucent Connector) szálcsatlakozóval. A régebbi 1GFC eszközök GBIC adó -vevőt használtak , főleg SC (Subscriber Connector) szálcsatlakozóval.

Tárolóterületi hálózatok

A Fibre Channel SAN összeköti a kiszolgálókat a tárolóval a Fibre Channel kapcsolókon keresztül.

A Fibre Channel célja egy tárolóhálózat (SAN) létrehozása a szerverek tárolóhoz való csatlakoztatásához.

A SAN egy dedikált hálózat, amely lehetővé teszi több kiszolgáló számára, hogy hozzáférjen egy vagy több tárolóeszközről származó adatokhoz. A vállalati tároló a SAN -t használja a másodlagos tárolóeszközök biztonsági mentésére, beleértve a lemeztömböket , szalagkönyvtárakat és más biztonsági mentéseket, miközben a tároló még elérhető a szerver számára. A kiszolgálók több tárolóeszközről is hozzáférhetnek a tárolóhoz a hálózaton keresztül.

A SAN -okat gyakran kettős szövetekkel tervezték, hogy növeljék a hibatűrést. Két teljesen különálló szövet működik, és ha az elsődleges szövet meghibásodik, akkor a második szövet lesz az elsődleges.

Kapcsolók

Fibre Channel igazgató SFP+ modulokkal és LC optikai szál csatlakozók Optical Multimode 3 (OM3) szállal (aqua).

A Fibre Channel kapcsolók két osztályba sorolhatók. Ezek az osztályok nem része a szabványnak, és minden kapcsoló besorolása a gyártó marketingdöntése:

• A rendezők magas portszámot kínálnak egy moduláris (résen alapuló) alvázban, egyetlen hibapont nélkül (magas rendelkezésre állás).
• A kapcsolók jellemzően kisebb, rögzített konfigurációjú (néha félig moduláris), kevésbé redundáns eszközök.

A szöveteket, amelyek teljes egészében egy gyártó termékeiből állnak, homogénnek kell tekinteni . Ezt gyakran "natív módban" való működésnek nevezik, és lehetővé teszi az eladó számára, hogy olyan sajátos funkciókat adjon hozzá, amelyek esetleg nem felelnek meg a Fibre Channel szabványnak.

Ha több kapcsolószállítót használnak ugyanabban a szövetben, akkor az heterogén , a kapcsolók csak akkor érhetik el a szomszédságot, ha az összes kapcsolót átjárhatósági módjukba helyezik. Ezt "nyitott szövet" módnak nevezik, mivel minden gyártó kapcsolójának le kell tiltania a saját szolgáltatásait, hogy megfeleljen a Fibre Channel szabványnak.

Néhány kapcsológyártó különféle interoperabilitási módokat kínál a "natív" és a "nyitott szövet" állapotokon túl és túl. Ezek a "natív interoperabilitási" módok lehetővé teszik a kapcsolók számára, hogy egy másik gyártó natív módjában működjenek, és továbbra is fenntartják mindkettő saját viselkedését. A natív interoperabilitási módban történő futtatás azonban továbbra is letilthat néhány saját szolgáltatást, és megkérdőjelezhető stabilitású szöveteket eredményezhet.

Host busz adapterek

Kettős portos 8Gb FC host busz adapter kártya.

Kettős portos 16 GB FC fogadó busz adapter kártya.

A szálcsatornás HBA -k , valamint a CNA -k minden nagyobb nyitott rendszerhez , számítógép -architektúrához és buszhoz elérhetők, beleértve a PCI -t és az SBus -t is . Néhányuk operációs rendszertől függ. Minden HBA egyedi World Wide Név (WWN), ami hasonló egy Ethernet MAC-cím , hogy ez használ egy szervezetileg Unique Identifier (OUI) jelöli az IEEE . A WWN -ek azonban hosszabbak (8 bájt ). A HBA -n kétféle WWN létezik; egy World Wide Node Name (WWNN), amelyet az eszköz néhány vagy minden portja megoszthat, és a World Wide Port Name (WWPN), amely szükségszerűen egyedi az egyes portoknál.

Lásd még

Hivatkozások

INCITS Fibre Channel szabványok

Források

• Clark, T. Designing Storage Area Networks , Addison-Wesley, 1999. ISBN  0-201-61584-3

További irodalom

• RFC  2625 - IP és ARP szálas csatornán keresztül
• RFC  2837 - A kezelt objektumok definíciói a szövetszálelemhez a szálcsatorna szabványban
• RFC  3723 - Blokktárolási protokollok védelme IP -n keresztül
• RFC  4044 - Fibre Channel Management MIB
• RFC  4625 - Fibre Channel Routing Information MIB
• RFC  4626 - MIB a Fibre Channel's Fabric Shortest Path First (FSPF) protokollhoz

Külső linkek

• Fibre Channel Industry Association (FCIA)
• Az FCC szabványokért felelős INCITS műszaki bizottság (T11)
• IBM SAN Survival Guide
• Bevezetés a tárolóterületi hálózatokba
• Fibre Channel áttekintés
• Fibre Channel bemutató (UNH-IOL)
• Tárolóhálózat -ipari szövetség (SNIA)
• Virtuális szálcsatorna a Hyper V -ben
• FC Switch konfigurációs bemutató