Fibre Channel ( FC ) — это высокоскоростной протокол 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, поскольку коммутаторы в сети работают синхронно, как один большой коммутатор. Fibre Channel обычно работает по оптоволоконным кабелям внутри центров обработки данных и между ними, но также может работать и 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 усовершенствований в последующих поколениях технологий. В отрасли теперь это обозначается как Gigabit Fibre Channel (GFC).
Для Fibre Channel существуют различные протоколы верхнего уровня, в том числе два для блочного хранения. Протокол Fibre Channel (FCP) — это протокол, который передает команды SCSI по сетям Fibre Channel. [3] [4] FICON — это протокол, который передает команды ESCON , используемые мейнфреймами IBM , по Fibre Channel. Fibre Channel можно использовать для передачи данных из систем хранения, использующих твердотельные флэш-памяти , путем передачи команд протокола NVMe .
Когда эта технология была первоначально разработана, она работала только по оптоволоконным кабелям и поэтому называлась «Fiber Channel». Позже в спецификацию была добавлена возможность прокладки медных кабелей. Чтобы избежать путаницы и создать уникальное имя, отрасль решила изменить написание и использовать британский английский 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 начал свою работу в 1988 году, а в 1994 году был одобрен стандарт ANSI, чтобы объединить преимущества нескольких реализаций физического уровня, включая SCSI , HIPPI и ESCON .
Fibre Channel был разработан как последовательный интерфейс для преодоления ограничений интерфейсов SCSI и HIPPI с параллельными сигналами по медным проводам физического уровня. Такие интерфейсы сталкиваются с проблемой, среди прочего, поддержания согласованности синхронизации сигналов по всем проводам сигнала данных (8, 16 и, наконец, 32 для SCSI, 50 для HIPPI), чтобы приемник мог определить, когда все значения электрического сигнала соответствуют требованиям. хорошо» (стабилен и действителен для одновременного приема выборки). Эта задача становится все более сложной в технологиях массового производства по мере увеличения частот сигналов данных, причем частью технической компенсации является постоянное уменьшение поддерживаемой длины соединительного медно-параллельного кабеля. См. раздел «Параллельный SCSI» . FC был разработан с использованием передовых технологий многомодового оптического волокна , которые преодолели ограничения скорости протокола ESCON. Обратившись к обширной базе дисков SCSI и используя технологии мэйнфреймов, Fibre Channel добился эффекта масштаба для передовых технологий, а их внедрение стало экономичным и широко распространенным.
Коммерческие продукты были выпущены, когда стандарт еще находился в стадии разработки. [6] К тому времени, когда стандарт был ратифицирован, версии с более низкой скоростью уже вышли из употребления. [7] Fibre Channel был первым последовательным транспортом хранения данных, достигшим гигабитных скоростей [8] , где он получил широкое распространение, и его успех рос с каждой последующей скоростью. Скорость Fibre Channel удваивалась каждые несколько лет, начиная с 1996 года.
В дополнение к современному физическому уровню, Fibre Channel также добавил поддержку любого количества протоколов «верхнего уровня», включая ATM , IP ( IPFC ) и FICON , причем преобладающим использованием является SCSI ( FCP ).
С момента своего создания Fibre Channel активно развивался, благодаря многочисленным улучшениям скорости на различных базовых транспортных средах. В следующих таблицах показано развитие собственных скоростей Fibre Channel: [9]
FC используется во всех приложениях для инфраструктуры и устройств Fibre Channel, включая пограничные соединения и соединения ISL. Каждая скорость поддерживает обратную совместимость как минимум с двумя предыдущими поколениями (т. е. 32GFC обратно совместима с 16GFC и 8GFC).
Межкоммутационные каналы, ISL, обычно представляют собой многоканальные соединения, используемые для неграничных, базовых соединений и других высокоскоростных приложений, требующих максимальной пропускной способности. ISL используют высокие скорости передачи данных для организации граничных соединений. Некоторые решения ISL являются собственностью поставщиков.
Двумя основными характеристиками сетей Fibre Channel являются упорядоченная доставка и доставка необработанных блочных данных без потерь. Доставка блока необработанных данных без потерь достигается на основе кредитного механизма. [1]
Существует три основные топологии Fibre Channel, описывающие, как несколько портов соединяются вместе. Порт в терминологии Fibre Channel — это любой объект, который активно обменивается данными по сети, а не обязательно аппаратный порт . Этот порт обычно реализуется в таком устройстве, как дисковое хранилище, сетевое соединение адаптера главной шины ( HBA ) на сервере или коммутаторе Fibre Channel . [3]
Fibre Channel не соответствует многоуровневой модели OSI и разделен на пять уровней:
Эта диаграмма из FC-FS-4 определяет слои.
Уровни FC-0 определены в физических интерфейсах Fibre Channel (FC-PI-6), физических уровнях Fibre Channel.
Продукты Fibre Channel доступны со скоростями 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, а эти продукты стали доступны в 2016 году. Все конструкции 1GFC, 2GFC, 4GFC, 8GFC используют кодировку 8b/10b , тогда как стандарт 10GFC и 16GFC использует кодировку 64b/66b . В отличие от стандартов 10GFC, 16GFC обеспечивает обратную совместимость со стандартами 4GFC и 8GFC, поскольку он обеспечивает ровно вдвое большую пропускную способность, чем 8GFC, или в четыре раза большую, чем 4GFC.
Порты Fibre Channel имеют различные логические конфигурации. Наиболее распространенные типы портов:
Протоколы Fibre Channel Loop создают несколько типов Loop Ports:
Если порт может поддерживать функции петли и отсутствия петли, этот порт называется:
Порты имеют виртуальные 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 оптоволоконное соединение с медью между соответствующими подключаемыми модулями. Модули могут иметь одну, две или четыре линии, соответствующие форм-факторам SFP, SFP-DD и QSFP. Fibre Channel не использует 8- или 16-канальные модули (такие как CFP8, QSFP-DD или COBO, используемые в 400GbE), и нет планов использовать эти дорогие и сложные модули.
Модуль подключаемого приемопередатчика малого форм-фактора (SFP) и его расширенная версия SFP+, SFP28 и SFP56 являются распространенными форм-факторами для портов Fibre Channel. Модули SFP поддерживают различные расстояния по многомодовому и одномодовому оптическому волокну , как показано в таблице ниже. В модулях SFP используются дуплексные оптоволоконные кабели с разъемами LC.
Модули SFP-DD используются для приложений с высокой плотностью размещения, которым необходимо удвоить пропускную способность порта SFP. SFP-DD определяется SFP-DD MSA и обеспечивает подключение к двум портам SFP. Два ряда электрических контактов позволяют удвоить пропускную способность модулей SFP аналогично QSFP-DD.
Счетверенный подключаемый модуль малого форм-фактора (QSFP) начал использоваться для межсетевого взаимодействия коммутаторов, а затем был принят для использования в 4-полосных реализациях Gen-6 Fibre Channel с поддержкой 128GFC. QSFP использует либо разъемы LC для 128GFC-CWDM4, либо разъемы MPO для 128GFC-SW4 или 128GFC-PSM4. В кабелях MPO используется 8- или 12-волоконная кабельная инфраструктура, которая подключается к другому порту 128GFC или может быть разбита на четыре дуплексных соединения LC к портам 32GFC SFP+. Коммутаторы Fibre Channel используют модули SFP или QSFP.
Современные устройства Fibre Channel поддерживают трансивер 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 хранилищам.
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 дополнительные устройства хранения, включая дисковые массивы , ленточные библиотеки и другие резервные копии, пока хранилище по-прежнему доступно серверу. Серверы также могут получать доступ к хранилищу с нескольких устройств хранения по сети.
Сети SAN часто проектируются с двойной фабрикой для повышения отказоустойчивости. Функционируют две совершенно отдельные фабрики, и если основная фабрика выходит из строя, то вторая становится основной.
Коммутаторы Fibre Channel можно разделить на два класса. Эти классы не являются частью стандарта, а классификация каждого выключателя является маркетинговым решением производителя:
Ткань, состоящая полностью из продукции одного производителя, считается однородной . Это часто называют работой в «собственном режиме» и позволяет поставщику добавлять собственные функции, которые могут не соответствовать стандарту Fibre Channel.
Если в одной и той же фабрике используются коммутаторы нескольких производителей, то коммутаторы могут обеспечить смежность только в том случае, если все коммутаторы переведены в режимы совместимости. Это называется режимом «открытой структуры», поскольку коммутатору каждого производителя может потребоваться отключить свои собственные функции для соответствия стандарту Fibre Channel.
Некоторые производители коммутаторов предлагают различные режимы взаимодействия, выходящие за рамки «собственного» и «открытого» состояний. Эти режимы «собственной совместимости» позволяют коммутаторам работать в собственном режиме другого поставщика, сохраняя при этом некоторые особенности поведения обоих. Однако работа в собственном режиме совместимости может по-прежнему отключать некоторые фирменные функции и создавать структуры с сомнительной стабильностью.
HBA Fibre Channel , а также CNA доступны для всех основных открытых систем , компьютерных архитектур и шин, включая PCI и SBus . HBA подключают серверы к сети Fibre Channel и являются частью класса устройств, известных как устройства перевода. Некоторые из них зависят от ОС. Каждый адаптер HBA имеет уникальное всемирное имя (WWN), которое похоже на MAC-адрес Ethernet , поскольку использует уникальный идентификатор организации (OUI), назначенный IEEE . Однако WWN длиннее (8 байт ). На HBA имеется два типа WWN; всемирное имя узла (WWNN), которое может использоваться некоторыми или всеми портами устройства, и всемирное имя порта (WWPN), которое обязательно уникально для каждого порта. Адаптеры или маршрутизаторы могут подключать сети Fibre Channel к сетям IP или Ethernet. [19]