Fiber Channel - Fibre Channel

Fiber Channel ( FC ) är ett höghastighetsdataöverföringsprotokoll som tillhandahåller i ordning, förlustfri leverans av råblocksdata. Fiber Channel används främst för att ansluta datalagring till datorer i lagringsområdenätverk (SAN) i kommersiella datacenter .

Fiber Channel -nätverk bildar en omkopplad struktur eftersom switcharna i ett nätverk fungerar tillsammans som en enda stor switch. Fiber Channel körs vanligtvis på optiska fiberkablar inom och mellan datacenter, men kan också köras på kopparkablar. Datahastigheter som stöds inkluderar 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 och 128 gigabit per sekund till följd av förbättringar i på varandra följande teknikgenerationer.

Det finns olika protokoll på övre nivå för Fibre Channel, inklusive två för blocklagring. Fiber Channel Protocol (FCP) är ett protokoll som transporterar SCSI -kommandon över Fiber Channel -nätverk. FICON är ett protokoll som transporterar ESCON -kommandon , som används av IBM -stordatorer , över Fiber Channel. Fibre Channel kan användas för att transportera data från lagringssystem som använder lagringsmedium för SSD- minne genom att transportera NVMe- protokollkommandon.

Etymologi

När tekniken ursprungligen utvecklades körde den bara över optiska fiberkablar och kallades som sådan "Fiber Channel". Senare lades möjligheten att köra över kopparkablar till specifikationen. För att undvika förvirring och skapa ett unikt namn, beslutade industrin att ändra stavningen och använda den brittiska engelska fibern för namnet på standarden.

Historia

Fiber Channel är standardiserat i T11 Technical Committee från International Committee for Information Technology Standards ( INCITS ), en American National Standards Institute (ANSI) -accredited standards Committee. Fiber Channel startade 1988, med ANSI -standardgodkännande 1994, för att slå samman fördelarna med flera fysiska lagerimplementeringar inklusive SCSI , HIPPI och ESCON .

Fiber Channel utformades som ett seriellt gränssnitt för att övervinna begränsningarna för koppartrådsgränssnitt för SCSI och HIPPI med fysiskt lager med parallell signal. Sådana gränssnitt står inför utmaningen att bland annat upprätthålla koherens för signaltiming över alla datasignaltrådarna (8, 16 och slutligen 32 för SCSI, 50 för HIPPI) så att en mottagare kan avgöra när alla elektriska signalvärden är " bra "(stabilt och giltigt för provtagning samtidigt). Denna utmaning blir allt svårare i en massproducerad teknik när datasignalens frekvenser ökar, medan en del av den tekniska kompensationen någonsin minskar den anslutna koppar-parallella kabellängden. Se Parallel_SCSI . FC utvecklades med ledande multi-mode optiska fibertekniker som övervann ESCON-protokollets hastighetsbegränsningar. Genom att vädja till den stora basen av SCSI -hårddiskar och utnyttja stordatorer, utvecklade Fiber Channel skalfördelar för avancerad teknik och distributioner blev ekonomiska och utbredda.

Kommersiella produkter släpptes medan standarden fortfarande var i utkast. När standarden ratificerades växte versioner med lägre hastighet redan ur bruk. Fibre Channel var den första seriella lagringstransporten som uppnådde gigabit -hastigheter där den såg bred användning, och dess framgång växte för varje successiv hastighet. Fiber Channel har fördubblats i hastighet några år sedan 1996.

Fiber Channel har sett aktiv utveckling sedan starten, med många hastighetsförbättringar på en mängd underliggande transportmedier. Följande tabell visar utvecklingen av inbyggda Fiber Channel -hastigheter:

Förutom ett modernt fysiskt lager har Fiber Channel också lagt till stöd för valfritt antal "övre lager" -protokoll, inklusive ATM , IP ( IPFC ) och FICON , med SCSI ( FCP ) som den dominerande användningen.

Egenskaper

Två huvudsakliga kännetecken för Fiber Channel-nätverk är att de tillhandahåller i ordning och förlustfri leverans av råblocksdata. Förlustfri leverans av rådata block uppnås baserat på en kreditmekanism.

Topologier

Det finns tre stora Fiber Channel -topologier som beskriver hur ett antal portar är anslutna till varandra. En port i Fiber Channel -terminologi är alla enheter som aktivt kommunicerar över nätverket, inte nödvändigtvis en hårdvaruport . Denna port implementeras vanligtvis i en enhet som disklagring, en Host Bus Adapter ( HBA ) nätverksanslutning på en server eller en Fiber Channel -switch .

Topologidiagram över en Fiber Channel-punkt-till-punkt-anslutning

• Punkt-till-punkt (seFC-FS-3). Två enheter är direkt anslutna till varandra med hjälp avN_ports. Detta är den enklaste topologin, med begränsad anslutning. Bandbredden är dedikerad.
• Skiljad slinga (se FC-AL-2 ). I denna design är alla enheter i en loop eller ring, liknande Token Ring -nätverk. Om du lägger till eller tar bort en enhet från slingan avbryts all aktivitet på slingan. Fel på en enhet orsakar ett avbrott i ringen. Fiber Channel -hubbar finns för att ansluta flera enheter tillsammans och kan kringgå misslyckade portar. En slinga kan också göras genom att varje port kopplas till nästa i en ring.
  • En minimal slinga som endast innehåller två portar, medan den verkar likna punkt-till-punkt, skiljer sig avsevärt vad gäller protokollet.
  • Endast ett par portar kan kommunicera samtidigt på en slinga.
  • Maximal hastighet på 8 GFC.
  • Arbitrated Loop har sällan använts efter 2010 och stödet avbryts för nya genväxlar.
• Byt tyg (se FC-SW-6 ). I denna design är alla enheter anslutna till Fiber Channel -switchar , liknande begreppsmässigt som moderna Ethernet -implementeringar. Fördelarna med denna topologi jämfört med punkt-till-punkt eller Arbitrated Loop inkluderar:
  • Tyget kan skala till tiotusentals portar.
  • Växlarna hanterar tygets tillstånd och tillhandahåller optimerade sökvägar via Fabric Shortest Path First (FSPF) data routing -protokoll.
  • Trafiken mellan två hamnar flyter genom switcharna och inte genom andra portar som i Arbitrated Loop.
  • Misslyckande med en port är isolerad till en länk och bör inte påverka driften av andra portar.
  • Flera par portar kan kommunicera samtidigt i ett tyg.

Skikten

Fiber Channel följer inte OSI -modellens lager och är uppdelat i fem lager:

Fiber Channel är en skiktad teknik som börjar vid det fysiska lagret och går vidare genom protokollen till protokollen på den övre nivån som SCSI och SBCCS.

• FC-4- Protokollkartningsskikt, där protokoll på övre nivå som NVM Express (NVMe), SCSI , IP och FICON är inkapslade i informationsenheter (IU) för leverans till FC-2. Nuvarande FC-4 inkluderar FCP-4, FC-SB-5 och FC-NVMe .
• FC-3- Common services-lager, ett tunt lager som så småningom kan implementera funktioner som kryptering eller RAID- redundansalgoritmer; multiportanslutningar;
• FC-2- Signalprotokoll, definierat av standarden Fibre Channel Framing and Signaling 4 (FC-FS-5), består av Fiber Channel-nätverksprotokoll på låg nivå ; port till port anslutningar;
• FC-1- Transmission Protocol, som implementerar linjekodning av signaler;
• FC-0 - det fysiska skiktet , innefattar kablar, kontakter etc .;

Detta diagram från FC-FS-4 definierar lagren.

Lager FC-0 definieras i Fibre Channel Physical Interfaces (FC-PI-6), de fysiska lagren i Fibre Channel.

Fiber Channel -produkter är tillgängliga på 1, 2, 4, 8, 10, 16 och 32 och 128 Gbit/s; dessa protokollsmaker kallas därför 1GFC, 2GFC, 4GFC, 8GFC, 10GFC, 16GFC, 32GFC eller 128GFC. 32GFC -standarden godkändes av INCITS T11 -kommittén 2013, och dessa produkter blev tillgängliga 2016. Designerna 1GFC, 2GFC, 4GFC, 8GFC använder alla 8b/10b -kodning , medan 10GFC- och 16GFC -standarden använder 64b/66b -kodning . Till skillnad från 10GFC -standarderna ger 16GFC bakåtkompatibilitet med 4GFC och 8GFC eftersom den ger exakt dubbelt så stor genomströmning som 8GFC eller fyra gånger 4GFC.

Hamnar

FC -topologier och porttyper: Detta diagram visar hur N_Ports kan anslutas till ett tyg eller till en annan N_Port. En loop -port (L_Port) kommunicerar via en delad loop och används sällan längre.

Fiber Channel -portar finns i en mängd olika logiska konfigurationer. De vanligaste typerna av portar är:

• N_Port (nodport) En N_Port är vanligtvis en HBA -port som ansluts till en switch F_Port eller en annan N_Port. Nx_Port kommunicerar via en PN_Port som inte använder en Loop Port State Machine.
• F_Port (Tygport) En F_Port är en switchport som är ansluten till en N_Port.
• E_Port (expansionsport) Switch-port som ansluts till en annan E_Port för att skapa en Inter-Switch-länk.

Fiber Channel Loop -protokoll skapar flera typer av loop -portar:

• L_Port (Loop -port ) FC_Port som innehåller Arbitrated Loop -funktioner associerade med Arbitrated Loop -topologin.
• FL_Port (Fabric Loop -port ) L_Port som kan utföra funktionen för en F_Port, kopplad via en länk till en eller flera NL_Ports i en Arbitrated Loop -topologi.
• NL_Port (Node Loop -port ) PN_Port som använder en Loop -porttillståndsmaskin.

Om en port kan stödja loop- och non-loop-funktionalitet är porten känd som:

• Fx_Port -switchport som kan fungera som en F_Port eller FL_Port.
• Nx_Port- slutpunkt för Fiber Channel-ramkommunikation, med en distinkt adressidentifierare och Name_Identifier, som tillhandahåller en oberoende uppsättning FC-2V-funktioner till högre nivåer och som har förmågan att fungera som upphovsman, svarare eller båda.

En port har en fysisk struktur samt en logisk eller virtuell struktur. Detta diagram visar hur en virtuell port kan ha flera fysiska portar och vice versa.

Portar har virtuella komponenter och fysiska komponenter och beskrivs som:

• PN_Port -enhet som innehåller en Link_Control_Facility och en eller flera Nx_Ports.
• VF_Port (Virtual F_Port) -instans av FC-2V-undernivån som ansluter till en eller flera VN_Ports.
• VN_Port (Virtual N_Port) -instans av FC-2V-undernivån. VN_Port används när det är önskvärt att betona stöd för flera Nx_Ports på en enda multiplexer (t.ex. via en enda PN_Port).
• VE_Port (Virtual E_Port) -instans av FC-2V-undernivån som ansluter till en annan VE_Port eller till en B_Port för att skapa en Inter-Switch-länk.

Följande typer av portar används också i Fiber Channel:

• A_Port (angränsande port) kombination av en PA_Port och en VA_Port som fungerar tillsammans.
• B_Port (Bridge Port) Inter- elementport av tyg som används för att ansluta bryggenheter med E_Ports på en switch.
• D_Port (Diagnostic Port) En konfigurerad port som används för att utföra diagnostiska tester på en länk till en annan D_Port.
• EX_Port En typ av E_Port som används för att ansluta till ett FC -routertyg.
• G_Port (Generic Fabric -port) Växla port som kan fungera antingen som en E_Port, A_Port eller som en F_Port.
• GL_Port (Generic Fabric Loop -port) Växlingsport som kan fungera antingen som en E_Port, A_Port eller som en Fx_Port.
• PE_Port LCF i tyget som ansluts till en annan PE_Port eller till en B_Port via en länk.
• PF_Port LCF i ett tyg som kopplas till en PN_Port via en länk.
• TE_Port (Trunking E_Port) En trunking -expansionsport som utökar funktionaliteten hos E -portar för att stödja VSAN -trunking, parametrar för transportkvalitet (QoS) och funktion för fiberkanalspårning (fctrace).
• U_Port (Universalport) En port som väntar på att bli en annan porttyp
• VA_Port (Virtual A_Port) -instans av FC-2V-undernivån i Fiber Channel som ansluts till en annan VA_Port.
• VEX_Port VEX_Ports skiljer sig inte från EX_Ports, förutom att underliggande transport är IP snarare än FC.

Media och moduler

Fiber Channel använder främst SFP -modulen med LC -kontakten och duplexkablar, men 128GFC använder QSFP28 -modulen och MPO -kontakterna och bandkablarna.

Fiber Channel fysiska lager är baserat på seriella anslutningar som använder fiberoptik till koppar mellan motsvarande pluggbara moduler. Modulerna kan ha en fil, tvåfel eller fyrfält som motsvarar formfaktorerna SFP, SFP-DD och QSFP. Fiber Channel har inte använt 8 eller 16 lane moduler (som CFP8, QSFP-DD eller COBO) som används i 400GbE och har inga planer på att använda dessa dyra och komplexa moduler.

Den lilla formfaktorn pluggable transceiver (SFP) -modulen och dess förbättrade version SFP+, SFP28 och SFP56 är vanliga formfaktorer för Fiber Channel-portar. SFP-moduler stöder en mängd olika avstånd via multi-mode och single-mode optisk fiber som visas i tabellen nedan. SFP -modulen använder kablar med dubbelsidig fiber som har LC -kontakter.

SFP-DD-modulen används i applikationer med hög densitet som måste fördubbla genomströmningen av traditionella SFP-portar.

SFP-DD-modulen används för applikationer med hög densitet som måste fördubbla genomströmningen av en SFP-port. SFP-DD definieras av SFP-DD MSA och möjliggör brytning till två SFP-portar. Som framgår av bilden möjliggör två rader elektriska kontakter fördubbling av modulens genomströmning på liknande sätt som QSFP-DD.

Den quad small form factor pluggable (QSFP) modul började används för switch sammankoppling och antogs senare för användning i 4-lane implementeringar av Gen 6 Fibre Channel stödjande 128GFC. QSFP använder antingen LC-kontakten för 128GFC-CWDM4 eller en MPO-kontakt för 128GFC-SW4 eller 128GFC-PSM4. MPO-kablage använder 8- eller 12-fiberkabelinfrastruktur som ansluts till en annan 128GFC-port eller kan brytas upp i fyra duplex-LC-anslutningar till 32GFC SFP+ -portar. Fiber Channel -switchar använder antingen SFP- eller QSFP -moduler.

Moderna Fiber Channel -enheter stöder SFP+ transceiver, främst med LC (Lucent Connector) fiberkontakt. Äldre 1GFC -enheter använde GBIC -sändtagare, främst med SC (Subscriber Connector) fiberkontakt.

Lagringsområde nätverk

Fiber Channel SAN ansluter servrar till lagring via Fiber Channel -switchar.

Målet med Fiber Channel är att skapa ett lagringsområde nätverk (SAN) för att ansluta servrar till lagring.

SAN är ett dedikerat nätverk som gör det möjligt för flera servrar att komma åt data från en eller flera lagringsenheter. Företagslagring använder SAN för att säkerhetskopiera till sekundära lagringsenheter inklusive diskuppsättningar , bandbibliotek och annan säkerhetskopiering medan lagringen fortfarande är tillgänglig för servern. Servrar kan också komma åt lagring från flera lagringsenheter över nätverket.

SAN är ofta utformade med dubbla tyger för att öka feltoleransen. Två helt separata tyger fungerar och om det primära tyget misslyckas blir det andra tyget det primära.

Brytare

Fibre Channel Director med SFP+ -moduler och LC -optiska fiberkontakter med Optical Multimode 3 (OM3) fiber (aqua).

Fiber Channel -switchar kan delas in i två klasser. Dessa klasser är inte en del av standarden, och klassificeringen av varje switch är ett marknadsföringsbeslut från tillverkaren:

• Direktörer erbjuder en hög porträkning i ett modulärt (slot-baserat) chassi utan en enda felpunkt (hög tillgänglighet).
• Switchar är vanligtvis mindre, fast konfiguration (ibland halvmodulär), mindre redundanta enheter.

Ett tyg som helt består av en leverantörs produkter anses vara homogent . Detta kallas ofta för att fungera i sitt "ursprungliga läge" och tillåter leverantören att lägga till egna funktioner som kanske inte överensstämmer med Fibre Channel -standarden.

Om flera switchleverantörer används inom samma struktur är det heterogent , switcharna kan bara uppnå närhet om alla switchar placeras i deras driftskompatibilitetslägen. Detta kallas "open fabric" -läget eftersom varje leverantörs switch kan behöva inaktivera sina egna funktioner för att följa Fibre Channel -standarden.

Vissa switchtillverkare erbjuder en mängd olika driftskompatibilitetslägen utöver de "inhemska" och "öppna vävnaderna". Dessa "native interoperability" -lägen tillåter switchar att fungera i native -mode för en annan leverantör och behåller fortfarande vissa av de egna beteendena hos båda. Körning i inbyggt driftskompatibilitetsläge kan dock fortfarande inaktivera vissa egna funktioner och kan producera tyger med tvivelaktig stabilitet.

Värdbussadaptrar

Dubbelport 8Gb FC värdbussadapterkort.

Dubbelport 16Gb FC värdbussadapterkort.

Fiber Channel HBA , liksom CNA , är tillgängliga för alla större öppna system , datorarkitekturer och bussar, inklusive PCI och SBus . Vissa är beroende av operativsystemet. Varje HBA har ett unikt World Wide Name (WWN), som liknar en Ethernet MAC -adress genom att den använder en organisatoriskt unik identifierare (OUI) som tilldelats av IEEE . WWN är dock längre (8 byte ). Det finns två typer av WWN på en HBA; ett World Wide Node Name (WWNN), som kan delas av några eller alla portar på en enhet, och ett World Wide Port Name (WWPN), vilket nödvändigtvis är unikt för varje port.

Se även

Referenser

INCITS Fiber Channel -standarder

Källor

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

Vidare läsning

• RFC  2625 - IP och ARP över Fiber Channel
• RFC  2837 - Definitioner av hanterade objekt för tygelementet i Fiber Channel Standard
• RFC  3723 - Säkra blocklagringsprotokoll över IP
• RFC  4044 - Fibre Channel Management MIB
• RFC  4625 - Fibre Channel Routing Information MIB
• RFC  4626 - MIB för Fibre Channel's Fabric Shortest Path First (FSPF) -protokoll

externa länkar

• Fiber Channel Industry Association (FCIA)
• INCITS tekniska kommitté med ansvar för FC -standarder (T11)
• IBM SAN Survival Guide
• Introduktion till lagringsområdenätverk
• Översikt över fiberkanal
• Fibre Channel-handledning (UNH-IOL)
• Storage Networking Industry Association (SNIA)
• Virtuell fiberkanal i Hyper V
• FC -switchkonfigurationshandledning