Fibre channel — fibre channel

См. Также

• Арбитражный цикл
• Кодирование 8b / 10b, Кодирование 64b / 66b
• Конвергентный сетевой адаптер (CNA)
• Электрический интерфейс Fibre Channel
• Fibre Channel
  • Fabric Application Interface Standard
  • Fabric Short Path First — алгоритм маршрутизации
  • Fibre Channel zoning
  • Registered State Change Notification
  • Virtual Storage Area Network
• Fiber Кадр канала
• Логины Fibre Channel (FLOGI)
• Сетевые протоколы Fibre Channel
• Fibre Channel over Ethernet (FCoE)
• Fibre Channel over IP (FCIP), в отличие от Протокол Fibre Channel Internet (iFCP)
• Коммутатор Fibre Channel
• Значения тайм-аута Fibre Channel
• Fibre Channel 5-го поколения
• Адаптер главной шины (HBA)
• Узкое место соединения
• FATA, IDE, ATA, SATA, SAS, AoE, SCSI, iSCSI, PCI Express
• IP over Fibre Channel (IPFC)
• Список стандартов Fibre Channel
• Список устройств с полосой пропускания dths
• N_Port ID Virtualization
• Оптическая связь
• Оптоволоконный кабель
• Параллельный оптический интерфейс
• Последовательная архитектура хранения (SSA)
• Сеть хранения данных
• Гипервизор хранилища
• World Wide Name

Fibre Channel vs Ethernet трансивер, в чем их отличие?

Протоколы & безопасность

Трансиверы FC, принадлежащие протоколу Fibre Channel, не соответствуют уровню модели OSI. В то время как трансиверы Ethernet соответствуют стандарту IEEE 802.3, который реализует физическую коммуникацию на основе пакетов в локальной сети. Это протокол канала передачи данных в стеке TCP/IP и относится к модели OSI.

Fibre Channel — это система естественной безопасности. Storage Area Network (Сеть хранения данных — SAN) изолирована от внешнего мира, риск атаки на сеть хранения и утечки данных будет снижен. В результате использование трансиверов FC в сетях хранения данных намного безопаснее. Ethernet трансиверы работают по протоколу TCP/IP, который сделает всю систему уязвимой для более частых атак из-за вмешательства внутреннего администрирования, выполняемого по сети.

Надежность

Влияющий ими протоколами, разница в режимах передачи приведет к разнообразию в результатах передачи. Неотразимым преимуществом Fibre Channel над Ethernet является его лучшая надежность. Характер FC без потерь предлагает превосходную производительность в сетях хранения данных в течение длительного времени. То есть трансиверы Fibre Channel могут предоставить упорядоченную доставку без потерь необработанных данных блока. а трансиверы Ethernet — нет.

Кроме того, Fibre Channel следует системе SAN, тогда как Ethernet обычно используется системами NAS (Network-Attached Storage). Трансиверы FC предназначены для пользователей, которым требуется быстрая надежность с низкой латентностью для блочного хранения. Если требуется доступ к хранилищу на уровне файлов, будут рассмотрены трансиверы Ethernet.

Скорость передачи

Как упоминалось во вводной части, диапазон скоростей передачи Fibre Channel и Ethernet трансиверов различен. В частности, в настоящее время трансиверы FC могут работать со скоростью 1 Гбит/с / 2 Гбит/с / 8 Гбит/с / 16 Гбит/с / 32 Гбит/с / 128 Гбит/с. Трансиверы Ethernet могут поддерживать более широкий диапазон скоростей передачи, включая 10 Мбит/с / 100 Мбит/с / 1000 Мбит/с и 10 Гбит/с / 25 Гбит/с / 50 Гбит/с / 40 Гбит/с / 100 Гбит/с / 400 Гбит/с.

Кроме того, уличшение скорости поколений трансивера FC обычно происходит при двух мощностях, от 1 Гбит/с до 32 Гбит/с соответственно. Повышение производительности поколений трансиверовEthernet намного опережает Fibre Channel. Недавно запущенные трансиверы 400G Ethernet QSFP-DD почти в 400 раз больше первоначальных модулей 1G SFP. Очевидно, что оптические трансиверы Ethernet больше подходят для растущей потребности в более высокой пропускной способности.

Применения

Разница между Fibre Channel vs Ethernet трансиверами также заключается в их применениях. Fibre Channel — это один из лучших способов передачи больших объемов данных между серверами и устройствами хранения. Таким образом, трансиверы FC, которые подключаются к коммутаторам FC, в основном используются в Fibre Channel, сетях хранения данных и применениях Ethernet. Коммуникации Fibre Channel могут осуществляться напрямую через Ethernet в форме Fibre Channel over Ethernet (FCoE). Очевидно, рабочие сценарии трансиверов FC были применены на крупных предприятиях и в дата-центрах.

Как архитектура развивается почти четыре десятилетия для локальных сетей, трансиверы Ethernet обычно применяются в локальной сети, иногда с применениях Wide Area Network (WAN). По сравнению с рабочими сценариями трансиверов FC, трансиверы Ethernet могут увидеть в различных ситуациях от небольших офисов до гипермасштабных ЦОД в зависимости от требований пропускной способности.

Сопутствующие коммутаторы

Стабильное соединение между трансиверами и коммутаторами жизненно важно при реализации вышеупомянутых сценариев применения. Нормально говоря, трансиверы FC подключаются к коммутаторам FC, тогда как трансиверы Ethernet и коммутаторы Ethernet совпадают

Нет ситуаций смешанного использования.

В качестве одного из ведущих вариантов для SAN, традиционные сети Fibre Channel содержат коммутаторы Fibre Channel и HBA Fibre Channel. Коммутаторы FC используются для подключения хранилища к SAN, а HBA FC применяются для подключения коммутаторов к серверам. Вариант сетевых коммутаторов Ethernet шире, что отражается в стекируемости, количестве портов, поддерживаемых скоростях передачи и т. д. Когда последние трансиверы 400G Ethernet подключаются к сетевому коммутатору 400G, тогда будет реализовано 400GbE. Fibre Channel vs Ethernet коммутатор: в чем различия иллюстрируют различия между этими двумя типами коммутаторов.

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 .

Схема топологии двухточечного соединения Fibre Channel

• Точка-точка (см. FC-FS-3). Два устройства подключаются друг к другу напрямую через N_ports . Это простейшая топология с ограниченными возможностями подключения. 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 вместе 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.

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

ХАРАКТЕРИСТИКИ FIBRE CHANNEL

Fibre Channel позволяет поддерживать самые разные скорости — от 133 Кбит/с до 4,252 Мбит/с и даже более. Одна из целей разработки Fibre Channel состояла, в частности, в поддержке HIPPI на 100 Мбайт/с. Поэтому основной скоростью передачи данных — так называемой полной скоростью — является 100 Мбайт/с (остальные скорости указываются часто в долях от основной скорости — одна восьмая, четвертая, вторая, двойная, учетверенная). Однако, с учетом накладных расходов на кодирование 8B/10B, заголовки кадров и т. д., скорость передачи собственно битов составляет 1,063 Мбит/с. Таким образом, производители приводят, как правило, две скорости — ‘полезную’, в байтах за секунду, и ‘чистую’, в битах за секунду.

Как и в других сетевых технологиях, поддерживаемые расстояния и скорости передачи зависят от типа используемой среды передачи и генераторов сигнала. Fibre Channel может функционировать как по оптической, так и по медной среде передачи.

Порты

Топологии FC и типы портов: Эта диаграмма показывает, как N_Порты могут быть подключены к фабрике или к другому N_Порту. Порт петли (L_Port) обменивается данными через общий цикл и в настоящее время используется редко.

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

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

Протоколы Fibre Channel Loop создают несколько типов Loop Ports:

• L_Port (порт петли) FC_Port, который содержит функции арбитражного цикла, связанные с топологией арбитражного цикла.
• FL_Port (порт петли ткани) L_Port, который может выполнять функцию F_Port, присоединенного через ссылку к одному или нескольким NL_Port в топологии Arbitrated Loop.
• NL_Port (порт петли узла) PN_Port, который управляет конечным автоматом порта Loop.

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

• Fx_Port порт коммутатора, способный работать как F_Port или FL_Port.
• Nx_Port конечная точка для передачи кадров Fibre Channel, имеющая отдельный идентификатор адреса и Name_Identifier, обеспечивающая независимый набор функций FC-2V для более высоких уровней и имеющая способность действовать как отправитель, ответчик или и то, и другое.

Порт имеет физическую структуру, а также логическую или виртуальную структуру. На этой диаграмме показано, как виртуальный порт может иметь несколько физических портов и наоборот.

Порты имеют виртуальные и физические компоненты и описываются следующим образом:

• PN_Порт сущность, которая включает Link_Control_Facility и один или несколько Nx_Port.
• VF_Port (виртуальный F_Port) экземпляр подуровня FC-2V, который подключается к одному или нескольким VN_Port.
• VN_Port (виртуальный N_Порт) экземпляр подуровня FC-2V. VN_Port используется, когда желательно подчеркнуть поддержку нескольких Nx_Port на одном мультиплексоре (например, через один PN_Port).
• VE_Port (виртуальный E_Port) экземпляр подуровня FC-2V, который соединяется с другим VE_Портом или с B_Портом для создания межкоммутаторной связи.

В Fibre Channel также используются следующие типы портов:

• A_Port (Соседний порт) комбинация одного PA_Порта и одного VA_Порта, работающих вместе.
• B_Port (Порт Моста) Межэлементный порт фабрики, используемый для подключения мостовых устройств к E_Ports на коммутаторе.
• D_Port (диагностический порт) Настроенный порт, используемый для выполнения диагностических тестов на канале с другим D_Port.
• EX_Port Тип E_Port, используемый для подключения к фабрике маршрутизатора FC.
• G_Port (порт Generic Fabric) Порт коммутатора, который может функционировать как E_Port, A_Port или как F_Port.
• GL_Port (стандартный порт петли структуры) Порт коммутатора, который может функционировать как E_Port, A_Port или как Fx_Port.
• PE_Port LCF в структуре, которая присоединяется к другому PE_Порту или к B_Порту через ссылку.
• PF_Port LCF в структуре, которая присоединяется к PN_Порту через ссылку.
• TE_Port (Trunking E_Port) Порт расширения транкинга, расширяет функциональные возможности портов E для поддержки магистрального соединения VSAN, параметров качества обслуживания транспорта (QoS) и функции трассировки Fibre Channel (fctrace).
• U_Port (Универсальный порт) Порт ожидает перехода в другой тип порта
• VA_Port (Виртуальный A_Port) экземпляр подуровня FC-2V Fibre Channel, который подключается к другому VA_Port.
• VEX_Port VEX_Port не отличается от EX_Ports, за исключением того, что базовый транспорт — это IP, а не FC.

SAS (Server Attached Storage) или DAS (Direct Attached Storage)

Концепция хранения данных SAS не может рассматриваться в качестве альтернативы NAS или SAN, так как является простым классическим способом хранения небольших массивов данных. В решениях SAS устройства хранения подключаются непосредственно к рабочему серверу через высокоскоростной канальный интерфейс, обычно посредством использования SCSI-интерфейса. SAS допускает также совместное использование хранилищ данных несколькими серверами, что оправданно в малых локальных сетях предприятий, однако затрудняет работу масштабных информационных систем. Кроме того, в решениях SAS существуют ограничения на объемы данных одного устройства хранения. Однако преодолеть данный недостаток SAS позволяет использование роботизированных DVD/CD библиотек, подключенных через сервер, особенно с помощью программного обеспечения, где предусмотрена миграция наиболее часто запрашиваемых файлов из библиотеки в сервер.SAS-решения оптимизированы для использования в небольших локальных сетях, когда существует необходимость высокоскоростной обработки небольших объемов данных. В числе достоинств технологии можно назвать также низкую стоимость решений, что оправдывает ее применение в небольших локальных сетях предприятий малого и среднего бизнеса.

Возможности построения аппаратной составляющей системы хранения данных весьма обширны. На мировом рынке сегодня представлены самые разные типы накопителей данных: дисковые и RAID-массивы, JBOD, стримеры и ленточные библиотеки, оптические носители, роботизированные DVD-библиотеки. Кроме того, многообразны также возможности скоростных сетевых соединений между системами хранения данных и локальной сетью предприятия. Если система хранения данных основана на включении хранилищ в локальную сеть предприятия, то в этом случае используются различные протоколы соединений поверх Ethernet: CIFS, NFS, HTTP, FTP, которые весьма стандартны, а для транспортировки массивов данных — транспортные протоколы TCP/IP.

ВАРИАНТЫ ТОПОЛОГИИ FIBRE CHANNEL

Всего у Fibre Channel существуют три  варианта топологии.

Простейшей топологией является, очевидно, ‘точка-точка’. В ней два устройства Fibre Channel соединены прямым соединением между собой. При этом передатчик одного устройства соединяется с приемником второго, и, соответственно, наоборот. Соединяемые устройства должны работать на одной скорости, при этом им доступна вся пропускная способность соединения.

Более распространенным вариантом топологии является арбитражная петля (FC-AL). При этом способе соединения возможно подключение до 127 устройств без использования коммутаторов. Хотя топология и называется петлей, по сути это цепочка устройств, которая одним концом может быть подключена к коммутатору (а может и не быть). При соединении устройств арбитражной петлей пропускная способность является разделяемой, т. е. в один конкретный момент времени только два устройства могут взаимодействовать друг с другом. Также сохраняется требование, согласно которому соединяемые устройства должны работать на одной скорости.

Третий вариант топологии — соединение с коммутирующей структурой. За счет каскадного применения коммутаторов возможно соединение очень большого числа устройств — свыше 16 миллионов. Ограничений на соответствие скоростей соединяемых устройств в этом случае нет.

SAN (Storage Area Network)

Концепция SAN ориентирована на гетерогенные информационные системы со сложной инфраструктурой. Особенностью решений SAN является организация выделенной сети, которая обеспечивает взаимодействие различных аппаратных устройств хранения данных, систем и подсистем хранения, серверов. Устройства централизованно управляются с центральной консоли администратора сети, что позволяет значительно снизить издержки на администрирование и контроль, а также более эффективно проводить обновление программного комплекса и отслеживать состояние лицензий. Концепция SAN базируется на протоколе Fibre Channel, оптимизированном для быстрой передачи больших объемов данных. Между сервером и хранилищем применяется блочный механизм обмена, что уменьшает накладные расходы при обмене информацией и увеличивает производительность системы.

Важным моментом концепции SAN является консолидация хранимых данных, благодаря чему каждый сервер, подключенный к системе, получает доступ к массивам данных независимо от их физического местоположения, что делает системы SAN оптимальными для использования в крупных международных организациях с развитой филиальной структурой. Кроме того, консолидация данных позволяет перераспределять ресурсы аппаратного комплекса между серверами. Благодаря глобальной файловой системе SAN предусматривает также возможность одновременного доступа нескольких серверов к одному файлу, при этом права доступа серверов разграничиваются с помощью программного деления сети на зоны.

Осуществление передачи данных в сетях SAN проводится по параллельным каналам, что позволяет разгрузить основную локальную сеть предприятия от множества задач, включая репликацию, резервное копирование, восстановление данных. Кроме того, использование сетей SAN позволяет освободить также серверные ресурсы локальной сети, так как работа с данными осуществляется посредством выделенных серверов или серверных устройств сети хранения.Большим достоинством сетей SAN является простота масштабирования, управляемость и высокая производительность. Существенным недостатком, ограничивающим распространение концепции SAN в среде малого и среднего бизнеса, является высокая цена и необходимость расходов на покупку дополнительного оборудования, специализированного программного обеспечения, а также обучение персонала. Средний размер бюджета проекта по установки сети SAN составляет несколько сотен тысяч долларов.

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 обширной базе дисководов SCSI и используя технологии мэйнфреймов, Fibre Channel добился экономии за счет масштабов передовых технологий, а развертывание стало экономичным и широко распространенным.

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

Fibre Channel активно развивается с момента своего создания, с многочисленными улучшениями скорости на различных основных транспортных средах. В следующей таблице показано изменение собственных скоростей Fibre Channel:

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.

4. Логические типы портов

Топология Fibre Channel и логические типы портов

В зависимости от поддерживаемой топологии и типа устройства порты разделяются на несколько типов:

• Порты узлов:
  • N_Port (Node port), порт устройства с поддержкой топологии FC-P2P («Точка-Точка») или FC-SW (с коммутатором).
  • NL_Port (Node Loop port), порт устройства с поддержкой топологии FC-AL (arbitrated loop — управляемая петля).

• Порты коммутатора/маршрутизатора (только для топологии FC-SW):
  • F_Port (Fabric port), порт «ткани». Используется для подключения портов типа N_Port к коммутатору. Не поддерживает топологию петли.
  • FL_Port (Fabric Loop port), порт «ткани» с поддержкой петли. Используется для подключения портов типа NL_Port к коммутатору.
  • E_Port (Expansion port), порт расширения. Используется для соединения коммутаторов. Может быть соединён только с портом типа E_Port.
  • EX_port порт для соединения FC-маршрутизатора и FC-коммутатора. Со стороны коммутатора он выглядит как обычный E_port, а со стороны маршрутизатора это EX_port.
  • TE_port (Trunking Expansion port (E_port)) внесен в Fibre Channel компанией CISCO, сейчас принят как стандарт. Это расширенный ISL или EISL. TE_port предоставляет помимо стандартных возможностей E_port маршрутизацию множественныйх VSANs (Virtual SANs). Это реализовано применением нестандартного кадра Fibre Channel (vsan тегирование).

• Общий случай:
  • L_Port (Loop port), любой порт устройства с поддержкой топологии «Петля» — NL_port или FL_port.
  • G_port (Generic port), порт с автоопределением. Автоматически может определяться как порт типа E_Port, N_Port, NL_Port.

3. Уровни

Fibre Channel состоит из пяти уровней:

• FC-0 Физический Описывает среду передачи, трансиверы, коннекторы и типы используемых кабелей. Включает определение электрических и оптических характеристик, скоростей передачи данных и других физических компонентов. Поддерживается как оптическая, так и электрическая среда (витая пара, коаксиальный или твинаксиальный кабели, а также многомодовое или одномодовое волокно), со скоростью передачи данных от 133 мегабит/с до 10 гигабит/с на расстояния до 50 километров.
• FC-1 Кодирование Описывает процесс 8b/10b Кодирования (каждые 8 бит данных кодируются в 10-битовый символ (Transmission Character)), специальные символы и контроль ошибок. Для 10GFC используется кодирование 64b/66b, вследствие этого 10GFC несовместим с 1/2/4/8GFC.
• FC-2 Кадрирование и сигнализация Описывает сигнальные протоколы. На этом уровне происходит определение слов, разбиение потока данных на кадры. Определяет правила передачи данных между двумя портами, классы служб).
• FC-3 Общих для узла служб Определяет базовые и расширенные службы для транспортного уровня, а также такие особенности, как: расщепление потока данных (striping) (Возможность передачи потока данных через несколько соединений (маршрутов), отображение множества портов на одно устройство.
• FC-4 Отображения протоколов Предоставляет возможность инкапсуляции других протоколов (SCSI, ATM, IP, HIPPI , AV, VI, IBM SBCCS и многих других.)