Технология Fibre Channel

Fibre Channel - сверхвысокоскоростная (до 1 Гбит/с и выше) схема полнодуплексной передачи данных. Технология обеспечивает передачу данных с малой задержкой (10-30 мкс) на расстояния до 10 километров.

В названии Fibre Channel (если переводить буквально, то ‘волоконный канал’) кроется подвох, поскольку оптическое волокно совершенно не при чем. Средой передачи данных может быть кроме оптоволокна и витая пара, и коаксиал. Архитектура Fibre Channel представляет собой смесь канальной и сетевой топологии.

ВАРИАНТЫ ТОПОЛОГИИ FIBRE CHANNEL

Топология 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.

ОБОЗНАЧЕНИЯ ПОРТОВ

Порты Fibre Channel  делятся на несколько типов в зависимости от типа устройства, его назначения и поддерживаемой топологии. Для удобства все они имеют буквенные обозначения.

• N (Node Port, N_Port) - порт Fibre Channel на конечном устройстве (сервере, дисковом массиве, принтере и т. п.). Node Port в переводе означает 'узловой порт'.
• F (Fabric Port, F_Port)  - порт на коммутаторе (или 'коммутирующий порт'), к которому подключается узловой порт.
• NL_Port и FL_Port . Если перечисленные выше узловые или коммутирующие порты могут подключаться к арбитражной петле, то они маркируются дополнительно буквой L от английского loop, т. е. 'петля'.
• E (Expansion Port, E_Port) - порт на коммутаторе для подключения одного коммутатора к другому
• G (Generic Port, G_Port) – универсальный порт, к которому может быть подключен не только другой коммутатор, но и узел.
• GL – универсальный порт с поддержкой подключения арбитражной петли

РАЗНОВИДНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ

Концентраторы

У топологической схемы «арбитражная петля» помимо разделения пропускной способности есть и другие недостатки. Например, при отказе адаптера на каком-либо устройстве или разрыве в соединяющем кабеле петля оказывается полностью неработоспособной. При изменении набора устройств в петле (в частности, при добавлении нового устройства) вся петля должна быть инициализирована заново (чтобы подключенное устройство могло получить адрес), причем эта процедура может занимать достаточно много времени.

Для решения этих и подобных проблем используются концентраторы Fibre Channel. Одновременно с этим, их применение позволяет использовать более удобную для подключения новых устройств физическую топологию «звезда», хотя логически топология остается кольцом. Обычно концентраторы имеют не более 10 портов. Однако это ограничение легко преодолеть за счет каскадного подключения концентраторов.

Концентраторы повышают надежность использования арбитражной петли за счет применения схемы обхода портов (Port Bypass Circuit, PBC). PBC выполняет две функции: во-первых, автоматически обнаруживает наличие узла и включает его в петлю, во-вторых, обнаруживает отказ узла и исключает его из петли. Наиболее продвинутые концентраторы поддерживают удаленное управление и другие развитые функции.

Коммутаторы

Коммутаторы Fibre Channel просты в установке и использовании благодаря наличию функций самоконфигурации и самоуправления. Все операции конфигурирования осуществляются автоматически. Например, при подключении узла к коммутатору он регистрируется на коммутаторе и согласовывает с ним взаимоприемлемые параметры. При подключении коммутатора к коммутатору они определяют конфигурацию и адреса. В случае универсального порта (GL_Port) коммутатор также сам устанавливает, к чему он подключен - к другому коммутатору, к петле или к узлу. Учитывая ценовые факторы, для организации взаимодействия между устройствами в нескольких петлях выгоднее использование коммутирующих концентраторов взамен более дорогих коммутаторов.

Маршрутизаторы

Маршрутизаторы  Fibre Channel позволяют подключить сеть Fibre Channel к другой среде передачи, например к SCSI или Ethernet.

Адаптеры Fibre Channel

До сих пор мы говорили о, так сказать, структурообразующих устройствах Fibre Channel. Однако самыми распространенными устройствами являются, естественно, адаптеры Fibre Channel. Без них никакой узел не смог бы взаимодействовать с коммутирующей структурой Fibre Channel. Одни и те же адаптеры могут служить для соединения как с локальной сетью (другими узлами), так и с периферией. Это позволяет, в частности, сократить число необходимых слотов ввода/вывода. Большинство адаптеров выпускается для шины PCI. Часто вместе с адаптерами используются 'гигабитные переходники' (GigaBit Interface Converter). Они служат для преобразования оптических сигналов в электрические и обратно.

КЛАССЫ СЕРВИСА

Коммутаторы и узлы могут поддерживать один или более видов сервиса. Общие поддерживаемые коммутаторами и узлами сервисы определяются во время процедуры регистрации устройств. Ручная настройка при этом не требуется.

Класс 1 соответствует сервису с установлением соединения и гарантированной доставкой. Выделенное соединение через коммутирующую структуру (совокупность коммутаторов) устанавливается за несколько микросекунд. Поскольку соединение является выделенным, никакое иное устройство не может связаться с портами получателя и отправителя, до его завершения. Устройство-получатель подтверждает получение каждого кадра устройству-передатчику. Таким образом гарантируется доставка кадров. Этот класс сервиса подходит для обмена большими объемами данных, в частности для резервного копирования.

Класс 2 иногда называют мультиплексным. При его использовании коммутация кадров производится независимо друг от друга, поэтому кадры могут доставляться не в том порядке, в котором были отправлены. Соединение между устройствами не устанавливается. Доставка кадров гарантируется путем использования подтверждений. Этот вид сервиса похож на организацию трафика в локальных сетях.

Класс 3 аналогичен Классу 2, за исключением того, что он не использует подтверждения получения, поэтому доставка кадров не гарантируется. За счет этого реальная пропускная способность увеличивается. Наилучшим образом этот класс сервиса подходит для многоадресной и широковещательной рассылки.

Остальные классы часто не выделяются в самостоятельные, а считаются подвидами перечисленных. Они отличаются от вышеперечисленных, например, использованием не полной, а частичной пропускной способности канала..

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.

Наибольшие скорости (до 4 Гбит/с) и расстояния (до 10 км) достигаются в случае применения одномодового оптического волокна и низкочастотных лазеров. Многомодовое волокно способно поддерживать такие же скорости, но на гораздо меньших расстояниях, в частности 100 Мбайт/с на расстояниях до 500 м в случае многомодового волокна 50/125 мкм с высокочастотным лазером. Медная среда передачи позволяет поддерживать скорости не выше основной на небольших расстояниях (100 м и менее).