Fibre Channel

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Fibre Channel — высокоскоростной интерфейс передачи данных, используемый для соединения вместе рабочих станций, мейнфреймов, суперкомпьютеров и устройств хранения данных.

Порты устройств могут быть подключены напрямую друг к другу (point-to-point), быть включены в управляемую петлю (arbitrated loop) или в коммутируемую сеть, называемую фабрикой (fabric).

Поддерживается как оптическая, так и электрическая среда, со скоростью передачи данных от 133 мегабит/с до 8 гигабит/с на расстояния до 10 километров.

В большинстве случаев используется как несущий для SCSI-3. (Может использоваться как несущий и для других протоколов — например, ATM, IP, HIPPI и других.

[править] Сетевая модель

Сетевая модель Fiber Channel состоит из пяти уровней:

[править] FC-0

Описывает среду передачи, трансиверы/ресиверы, коннекторы и типы используемых кабелей. Включает определение электрических и оптических характеристик, скоростей передачи данных и других физических компонентов.

[править] FC-1

Описывает процесс 8b/10b Кодирования (каждые 8 бит данных кодируются в 10-битовый символ (Transmission Character)), специальные символы и контроль ошибок.

[править] FC-2

Описывает сигнальные протоколы. На этом уровне происходит разбиение потока данных на кадры и сборка кадров. Определяет правила передачи данных между двумя портами, классы обслуживания (см. Классы Обслуживания).

(см. Логические элементы потока данных).

[править] FC-3

Определяет такие особенности, как: расщепление потока данных (striping) (Возможность передачи потока данных через несколько соединений, отображение множества портов на одно устройство.

[править] FC-4

Предоставляет возможность переноса других протоколов (SCSI, ATM, IP, HIPPI и.т.д.)

[править] Логические элементы потока данных

При передаче данных выделяют следующие логические последовательности:

[править] Упорядоченные наборы (Ordered Sets)

Четырёхбайтные слова (Transmission Words), содержащие данные и специальные символы. Разбиение потока данных на упорядоченные наборы позволяет сохранять синхронизацию между передатчиком и ресивером на уровне битов и слов. Упорядоченные наборы всегда начинаются с символа K28.5. Основные типы наборов определяются сигнальным протоколом.

[править] Разделители кадров

Разделители кадров используются для отделения одного кадра от другого. Существует два таких набора:

• Начало кадра (Start Of Frame, SOF)
• Конец кадра (End Of Frame, EOF)

[править] Базовые сигналы

• Сигнал бездействия (Idle). Передаётся для обозначения готовности принимать и отправлять кадры.
• Сигнал готовности ресивера (Receiver Ready, R_RDY). Используется при управлении потоком данных (см. Классы Обслуживания) для индикации наличия места в буфере ресивера.
• Базовые последовательности. Передаются для оповещения о нестандартном состоянии порта. При получении такой последовательности в ответ посылается соответствующая последовательности или сигнал бездействия. Стандарт поддерживает четыре последовательности:

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

[править] Кадры (Frames)

[править] Последовательности (Sequences)

[править] Обмены (Exchanges)

[править] Протоколы (Protocols)

[править] Адресация

[править] Уникальный адрес устройства

Каждое устройство имеет уникальный 8-байтовый адрес, называемый NWWN (Node World Wide Name), состоящий из нескольких компонент:

A0:00:BB:BB:BB:CC:CC:CC
||    |        |
||    |        ±------ Назначаются производителем устройства.
||    ±--------------- Назначаются IEEE для каждого производителя.
|±-------------------- Всегда 0:00 (Зарезервировано стандартом)
±--------------------- Число произвольно выбирается производителем.

[править] Уникальный адрес порта устройства

Каждый порт устройства имеет уникальный 8-байтовый адрес, называемый PWWN (Port World Wide Name), состоящий из нескольких компонент:

A0:00:BB:BB:BB:CC:CC:CC
||    |        |
||    |        ±------ Назначаются производителем устройства.
||    ±--------------- Назначаются IEEE для каждого производителя.
|±-------------------- Уникально идентифицируют порт устройства или коммутатора.
±--------------------- Число произвольно выбирается производителем.

[править] Топологии

• Точка-Точка (Point-to-Point)

Используется для связи между двумя устройствами — передатчик первого соединён с ресивером второго и наоборот. Все отправленные кадры предназначены для второго устройства — то есть отсутствует адресация.

• Управляемая петля (Arbitrated Loop)

Устройства объединены в петлю — передатчик каждого устройства соединён с ресивером следующего. Каждое устройство имеет уникальный для петли Физический Адрес Управляемой Петли (Arbitrated Loop Physical Address, AL_PA). Естественно такое подключение не является надёжным — при сбое любого члена петли нарушается её работа, поэтому часто используются повторители (Hub), представляющие из себя многопортовые устройства и замыкающие FC-AL цепь при сбое компонента.

• Коммутируемая Фабрика (Fabric)

Основана на применении коммутаторов. Позволяет подключать огромное количество устройств, легко расширяется (очень похожа на Ethernet).

[править] Логические типы портов

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

• E_Port (Expansion port, Порт расширения)

Используется для соединения коммутаторов. Может быть соединён только с портом типа E_Port.

• F_Port (Fabric port)

Порт фабрики. Используется для подключения портов типа N_Port к коммутатору.

• FL_Port

Порт фабрики с поддержкой петли. Используется для подключения портов типа NL_Port к коммутатору.

• L_Port (Loop port)

Порт устройства с поддержкой топологии «Петля».

• N_Port

Порт устройства с поддержкой топологии «Точка-Точка».

• NL_Port

Порт устройства с поддержкой топологии «Фабрика».

[править] Физические типы портов

[править] Классы обслуживания (CoS)

Fiber Channel поддерживает следующие классы обслуживания (Classes of service, CoS).

Стандарт FC-PH определяет Классы 1-3, Класс 4 определён в стандарте FC-PH-2, Класс 5 предложен для изохронного режима, но недостаточно стандартизирован, Класс 6 определён в стандарте FC-PH-3, Класс F - в стандартах FC-SW и FC-SW2.

• Класс 1 — Acknowledged Connection Service (выделенные каналы с подтверждением). Между двумя устройствами через коммутатор или фабрику устанавливается выделенное соединение. Принимающее устройство отправляет на передающее устройство подтверждения приёма каждого кадра. Соединение остается открытым до тех пор, пока передача данных не будет завершена. Время установления соединения составляет несколько микросекунд. Предоставляемый канал обычно дуплексный, хотя по необходимости возможна организация симплексного (например, если необходимо одновременно передавать данные одному узлу и принимать от другого). Устройствам доступна вся его пропускная способность. Используется сквозное управление потоком. Гарантируется высокая скорость обмена и правильный порядок приема кадров. Идеально подходит для приложений, работающих с большими объемами данных — например, системы моделирования или обработки видео. Если пропускная способность не используется полностью данным приложением, она все равно недоступна для других приложений, пока соединение не будет закрыто, так как попытки соединения с таким портом будут отвергаться с выдачей сигнала "занято". Нерациональное использование пропускной способности может быть обусловлено не только малым потоком данных, генерируемых приложением, но и разной скоростью работы портов (при использовании предоставляемой первым классом возможности обмена через буфер). В этой связи интересна возможность коммутатора отслеживать занятый порт и ставить его в очередь на соединение: как только порт освободится, коммутатор сразу же установит с ним следующее соединение (Camp on).
• Класс 2 — Acknowledged Connectionless Service (передачи без организации соединения с подтверждением). Каждый кадр коммутируется независимо от остальных, конечный порт может одновременно передавать и принимать данные от нескольких узлов, при этом канал между двумя взаимодействующими не выделяется (по сути, происходит мультиплексирование коммутатором трафика). Каждый кадр подтверждается принимающим устройством. Кадры могут доставляться по различным маршрутам, то есть упорядоченная доставка кадров в данном классе не гарантирована, упорядочивание последовательности кадров осуществляется протоколами вышележащих уровней. Утилизация доступной полосы пропускания значительно выше, чем в Классе 1, что полезно для передачи неравномерного (bursty) трафика.
• Класс 3 — Unacknowledged Connectionless Service, иногда называется Datagram Сonnectionless Service (передачи без организации соединения и без подтверждения). Аналогичен классу 2 за исключением того, что используется межбуферное (BB Credit) управление потоком, а следовательно, нет настоящего подтверждения доставки. За счет этого удается достичь более высокой пропускной способности, но гарантий доставки нет, упорядоченная доставка кадров не гарантирована. Упорядочивание последовательности кадров и запрос на повторную передачу потерянных кадров осуществляется протоколами вышележащих уровней. Используется для организации многоадресных и широковещательных рассылок, применяется также в системах массовой памяти. Наиболее распостранённый класс коммутируемых FC-сетей.
• Класс 4 — Fractional Bandwidth Connection-oriented Service (соединение с дробной полосой пропускания) между N_Ports. Сходен с Классом 1, так как тоже предполагает установление соединения, подтверждение доставки, фиксированную задержку, соблюдение порядка кадров. Соединение между портами устанавливается в виде виртуального канала с полосой пропускания, достаточной для предоставления услуг с предсказуемым качеством (QoS, включающий гарантированные полосу пропускания и максимальную задержку). Такой виртуальный двунаправленный канал состоит двух однонаправленных виртуальных соединений (Virtual Circuit, VC), причём на каждом VC могут обеспечиваться различные QoS. Каждый N_port может устанавливать несколько таких соединений (до 254). Используется для критичных ко времени доставки данных — например, видео- и аудиопотоков.
• Класс 5 - Isochronous Service (изохронное соединение). Не стандартизован. Предназначен для приложений, требующих немедленной доставки данных без промежуточной буферизации.
• Класс 6 — Unidirectional Connection Service (однонаправленное соединение). Аналогичен Классу 1, но является исключительно однонаправленным. Используется для широковещательных и многоадресных рассылок через соответствующий сервер. N_port может затребовать соединения Класса 6 на одно или несколько устройств (портов). Установленное соединение существует, пока инициатор в явном виде не закроет его. Разработан для доставки трафика реального времени (например, аудио и видео).
• Смешанный класс — Intermix — является подвидом класса 1. Позволяет передавать кадры класса 2 или 3 в те моменты, когда приложение первого класса не занимает канал, причем кадры классов 2 или 3 необязательно должны быть адресованы тому же получателю, что и у класса 1. Был специально разработан с целью частично устранить блокировку фабрики передачами первого класса.
• Класс F - используется коммутаторами для управления и передачи служебной информации, передача идёт без установления соединения по Inter Switch Links (ISL) между E_ports.

[править] Сферы применения Fiber Channel

Fiber Channel широко применяется для создания Сетей Хранения Данных (Storage Area Networks). Благодаря высокой скорости передачи данных, малой задержке и расширяемости практически не имеет аналогов в этой области.

[править] Ссылки

1. Fibre Channel Industry Association
2. Technical Committee T11
3. Jon Tate, Brian Cartwright, John Cronin, Christian Dapprich. IBM SAN Survival Guide. IBM RedBooks, SG24-6143-01, August 2003

Это незавершённая статья о компьютерах. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.