Fibre Channel

Підготував студент 56-ї групи Лук'яненко Антон

Fibre Channel або FC - високошвидкісний інтерфейс передачі даних, використовуваний для взаємодії робочих станцій, мейнфреймів, суперкомп'ютерів і систем зберігання даних.

Порти пристроїв можуть бути підключені безпосередньо один до одного (point-to-point), бути включені в керовану петлю (arbitrated loop) або в комутовану мережу, звану «тканиною» (англ. fabric).

Fibre Channel Protocol (FCP) - транспортний протокол (як TCP в IP-сетях), який, як правило, доставляє команди SCSI по мережах Fibre Channel. Може використовуватися як несучим і для інших протоколів - наприклад, АТМ, IP, HIPPI і інших.

Підтримується як оптичне, так і електричне середовище (вита пара, коаксіальний або твинаксиальний кабелі, а також багатомодове або одномодове волокно), із швидкістю передачі даних від 133 мегабіт/с до 10 гігабіт/с на відстані до 50 кілометрів.

Дану інформацію було взято з FibreChannel.ru и Wikipedia.org.

Логічні типи портів

Залежно від підтримуваної топології і типа пристрою порти розділяються на декілька типів:

Порти вузлів:

• N_Port (Node port), порт пристрою з підтримкою топології FC-P2P («Крапка-крапка») або FC-SW (з комутатором).
• NL_Port (Node Loop port), порт пристрою з підтримкою топології FC-AL (arbitrated loop - керована петля).

Порти комутатора/маршрутизатора (лише для топології FC-SW):

• F_Port (Fabric port), порт фабрики. Використовується для підключення портів типа N_Port до комутатора. Не підтримує топологію петлі.
• FL_Port (Fabric Loop port), порт фабрики з підтримкою петлі. Використовується для підключення портів типа NL_Port до комутатора.
• E_Port (Expansion port), порт розширення. Використовується для з'єднання комутаторів. Може бути сполучений лише з портом типа E_Port.
• EX_port порт для з'єднання FC-маршрутизатора і FC-коммутатора. З боку комутатора він виглядає як звичайний E_port, а з боку маршрутизатора це EX_port.
• TE_port (Trunking Expansion port (E_port)) внесений до Fibre Channel компанією CISCO, зараз прийнятий як стандарт. Це розширений ISL або EISL. TE_port надає окрім стандартних можливостей *E_port маршрутизацію множинних VSANs (Virtual SANs). Це реалізовано вживанням нестандартного кадру Fibre Channel (vsan тегування).

Загальний випадок:

• L_Port (Loop port), будь-який порт пристрою з підтримкою топології «Петля» - NL_port або FL_port.
• G_port (Generic port), порт з автовизначенням. Автоматично може визначатися як порт типа E_Port, N_Port, NL_Port.

Фізичні типи портів

Конектор Fibre Channel-LC зліва і SC зправа

Інфраструктура Fibre Channel

Комутатори Fibre Channel розділяються на два класи. Ці класи не є стандартом, комутатор класифікується виробником у кожному конкретному випадку.

• Директори володіють великою кількістю фізичних портів на основі слотів в модульному шасі високодоступної архітектури.
• Комутатори зазвичай менше за розміром, володіють фіксованою кількістю фізичних портів, менш відмовостійкі.

Brocade, Cisco і QLogic поставляють і директоры і комутатори.

Логічні елементи потоку даних

При передачі даних виділяють наступні логічні послідовності:

Впорядковані набори (Ordered Sets) Чотиибайтні слова (Transmission Words), що містять дані і спеціальні символи. Розбиття потоку даних на впорядковані набори дозволяє зберігати синхронізацію між передавачем і ресівером на рівні бітів і слів. Впорядковані набори завжди починаються з символу K28.5. Основні типи наборів визначаються сигнальним протоколом.

Роздільники кадрів Роздільники кадрів використовуються для відділення одного кадру від іншого. Існує два таких набору:

• Початок кадру (Start Of Frame, SOF)
• Кінець кадру (End Of Frame, EOF)

Базові сигнали

• Сигнал бездіяльності (Idle). Передається для позначення готовності приймати і відправляти кадри.
• Сигнал готовності ресівера (Receiver Ready, R_RDY). Використовується при управлінні потоком даних (див. Класи Обслуговування) для індикації наявності місця в буфері ресівера.
• Базові послідовності. Передаються для сповіщення про нестандартний стан порту. При здобутті такої послідовності у відповідь посилається відповідна послідовність або сигнал бездіяльності. Стандарт підтримує чотири послідовності:

1. Offline (OLS) 2. Not Operational (NOS) 3. Link Reset (LR) 4. Link Reset Response (LRR)

Класи обслуговування (COS)

Fiber Channel підтримує наступні класи обслуговування (Classes of service, COS).

Стандарт FC-PH визначає Класи 1-3, Клас 4 визначений в стандарті FC-PH-2, Клас 5 запропонований для ізохронного режиму, але недостатньо стандартизований, Клас 6 визначений в стандарті FC-PH-3, Клас F - в стандартах FC-SW і FC-SW2.

• Клас 1 - Acknowledged Connection Service (виділені канали з підтвердженням). Між двома пристроями через комутатор або фабрику встановлюється виділене з'єднання. Приймаючий пристрій відправляє на передавальний пристрій підтвердження прийому кожного кадру. З'єднання залишається відкритим до тих пір, поки передача даних не буде завершена. Час встановлення з'єднання складає декілька мікросекунд. Канал, що надається, зазвичай дуплексний, хоча з потреби можлива організація симплексного (наприклад, якщо необхідно одночасно передавати дані одному вузлу і приймати від іншого). Пристроям доступна вся його пропускна спроможність. Використовується крізне управління потоком. Гарантується висока швидкість обміну і правильний порядок прийому кадрів. Ідеально личить для додатків, що працюють з великими об'ємами даних, - наприклад, системи моделювання або обробки відео. Якщо пропускна спроможність не використовується повністю даним застосуванням, вона все одно недоступна для інших застосувань, поки з'єднання не буде закрито, оскільки спроби з'єднання з таким портом відкидатимуться з видачею сигналу «зайнято». Нераціональне використання пропускної спроможності може бути обумовлене не лише малим потоком даних, що генеруються додатком, але і різною швидкістю роботи портів (при використанні що надається першим класом можливості обміну через буфер). В зв'язку з цим цікава можливість комутатора відстежувати зайнятий порт і ставити його в чергу на з'єднання: як тільки порт звільниться, комутатор відразу ж встановить з ним наступне з'єднання (Camp on).
• Клас 2 - Acknowledged Connectionless Service (передачі без організації з'єднання з підтвердженням). Кожен кадр комутується незалежно від останніх, кінцевий порт може одночасно передавати і приймати дані від декількох вузлів, при цьому канал між двома взаємодіють не виділяється (по суті, відбувається мультиплексування комутатором трафіку). Кожен кадр підтверджується приймаючим пристроєм. Кадри можуть доставлятися по різних маршрутах, тобто впорядкована доставка кадрів в даному класі не гарантована, впорядковування послідовності кадрів здійснюється протоколами вищерозміщених рівнів. Утилізація доступної смуги пропускання значно вища, ніж в Класі 1, що корисно для передачі нерівномірного (bursty) трафіку.
• Клас 3 - Unacknowledged Connectionless Service, інколи називається Datagram Connectionless Service (передачі без організації з'єднання і без підтвердження). Аналогічний класу 2 за винятком того, що використовується міжбуферне (BB Credit) управління потоком, а отже, немає справжнього підтвердження доставки. За рахунок цього удається досягти вищої пропускної спроможності, але гарантій доставки немає, впорядкована доставка кадрів не гарантована. Впорядковування послідовності кадрів і запит на повторну передачу втрачених кадрів здійснюється протоколами вищерозміщених рівнів. Використовується для організації багатоадресних і широкомовних розсилок, застосовується також в системах масової пам'яті. Найбільш поширений клас комутованих FC-мереж.
• Клас 4 - Fractional Bandwidth Connection-oriented Service (з'єднання з дробовою смугою пропускання) між N_Ports. Схожий з Класом 1, оскільки теж передбачає встановлення з'єднання, підтвердження доставки, фіксовану затримку, дотримання порядку кадрів. З'єднання між портами встановлюється у вигляді віртуального каналу із смугою пропускання, достатньою для надання послуг з передбаченою якістю (QOS, що включає гарантовані смугу пропускання і максимальну затримку). Такий віртуальний двонаправлений канал полягає двох однонаправлених віртуальних з'єднань (Virtual Circuit, VC), причому на кожному VC можуть забезпечуватися різні QOS. Кожен N_port може встановлювати декілька таких з'єднань (до 254). Використовується для критичних до часу доставки даних - наприклад, видео- і аудіопотоків.
• Клас 5 - Isochronous Service (ізохронне з'єднання). Не стандартизован. Призначений для додатків, що вимагають негайної доставки даних без проміжної буферизації.
• Клас 6 - Unidirectional Connection Service (однонаправлене з'єднання). Аналогічний Класу 1, але є виключно однонаправленим. Використовується для широкомовних і багатоадресних розсилок через відповідний сервер. N_port може зажадати з'єднання Класу 6 на одне або декілька пристроїв (портів). Встановлене з'єднання існує, поки ініціатор в явному вигляді не закриє його. Розроблений для доставки трафіку реального часу (наприклад, аудіо і відео).

Змішаний клас - Intermix - є підвидом класу 1. Дозволяє передавати кадри класу 2 або 3 в ті моменти, коли додаток першого класу не займає канал, причому кадри класів 2 або 3 необов'язково мають бути адресовані тому ж одержувачеві, що і в класу 1. Був спеціально розроблений з метою частково усунути блокування фабрики передачами першого класу.

• Клас F - використовується комутаторами для управління і передачі службової інформації, передача йде без встановлення з'єднання по Inter Switch Links (ISL) між E_ports.

Сфери вживання Fibre Channel

Fibre Channel широко застосовується для створення Мереж Зберігання Даних (Storage Area Networks). Завдяки високій швидкості передачі даних, малій затримці і розширюваності практично не має аналогів в цій області. Проте, останніми роками, сфера його застосування поступово переміщається в сегмент високопродуктивних систем і рішень, а бюджетний сегмент з успіхом освоюється недорогими рішеннями на базі iSCSI на базі Gigabit Ethernet і 10G Ethernet. Намітилася також тенденція до перенесення транспортного рівня протоколу FC в той же Gigabit і 10G Ethernet за допомогою протоколів FCoE і FCIP.

SAN-Світч Qlogic з підключенням до нього FC (оптичними) коннекторами.