Las redes de canal de fibra forman una estructura conmutada porque los conmutadores de una red funcionan al unísono como un gran conmutador. El canal de fibra normalmente se ejecuta en cables de fibra óptica dentro y entre centros de datos, pero también puede ejecutarse en cableado de cobre. [3] [4] Las velocidades de datos admitidas incluyen 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 y 128 gigabits por segundo, resultado de mejoras en generaciones de tecnología sucesivas. La industria ahora lo denomina Gigabit Fibre Channel (GFC).
Cuando se diseñó originalmente la tecnología, funcionaba únicamente sobre cables de fibra óptica y, por ello, se la denominó "canal de fibra". Más tarde, se añadió a la especificación la capacidad de funcionar sobre cableado de cobre. Para evitar confusiones y crear un nombre único, la industria decidió cambiar la ortografía y utilizar la palabra inglesa fibre (fibra) para el nombre de la norma. [5]
Historia
Fibre Channel está estandarizado en el Comité Técnico T11 del Comité Internacional de Estándares de Tecnología de la Información ( INCITS ), un comité de estándares acreditado por el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI). Fibre Channel comenzó en 1988, con la aprobación del estándar ANSI en 1994, para fusionar los beneficios de múltiples implementaciones de capa física, incluidas SCSI , HIPPI y ESCON .
El canal de fibra se diseñó como una interfaz en serie para superar las limitaciones de las interfaces de cable de cobre de señal paralela de capa física SCSI e HIPPI. Dichas interfaces enfrentan el desafío, entre otras cosas, de mantener la coherencia de la temporización de la señal en todos los cables de señal de datos (8, 16 y finalmente 32 para SCSI, 50 para HIPPI) de modo que un receptor pueda determinar cuándo todos los valores de señal eléctrica son "buenos" (estables y válidos para el muestreo de recepción simultánea). Este desafío se vuelve cada vez más difícil en una tecnología fabricada en masa a medida que aumentan las frecuencias de la señal de datos, y parte de la compensación técnica consiste en reducir cada vez más la longitud del cable de cobre de conexión en paralelo compatible. Consulte SCSI paralelo . FC se desarrolló con tecnologías de fibra óptica multimodo de vanguardia que superaron las limitaciones de velocidad del protocolo ESCON. Al apelar a la gran base de unidades de disco SCSI y aprovechar las tecnologías de mainframe, Fibre Channel desarrolló economías de escala para tecnologías avanzadas y las implementaciones se volvieron económicas y generalizadas.
Los productos comerciales se lanzaron mientras el estándar todavía estaba en borrador. [6] Cuando el estándar fue ratificado, las versiones de menor velocidad ya estaban en desuso. [7] El canal de fibra fue el primer transporte de almacenamiento en serie que alcanzó velocidades de gigabit [8], donde tuvo una amplia adopción y su éxito creció con cada velocidad sucesiva. El canal de fibra ha duplicado su velocidad cada pocos años desde 1996.
Además de una capa física moderna, Fibre Channel también agregó soporte para cualquier número de protocolos de "capa superior", incluidos ATM , IP ( IPFC ) y FICON , siendo SCSI ( FCP ) el uso predominante.
El canal de fibra ha experimentado un desarrollo activo desde sus inicios, con numerosas mejoras de velocidad en una variedad de medios de transporte subyacentes. Las siguientes tablas muestran la progresión de las velocidades nativas del canal de fibra: [9]
FC se utiliza en todas las aplicaciones para dispositivos e infraestructuras de canal de fibra, incluidas las interconexiones de borde e ISL. Cada velocidad mantiene la compatibilidad con versiones anteriores de al menos dos generaciones anteriores (es decir, 32GFC compatible con versiones anteriores de 16GFC y 8GFC)
Los enlaces entre conmutadores (ISL, por sus siglas en inglés) suelen ser interconexiones de varios carriles que se utilizan para conexiones de núcleo que no son de borde y otras aplicaciones de alta velocidad que exigen el máximo ancho de banda. Los ISL utilizan altas tasas de bits para permitir la canalización de las conexiones de borde. Algunas soluciones ISL son propiedad de los proveedores.
Características
Dos características principales de las redes de canal de fibra son la entrega en orden y la entrega sin pérdidas de datos en bloque sin procesar. La entrega sin pérdidas de bloques de datos sin procesar se logra mediante un mecanismo de crédito. [1]
Topologías
Existen tres topologías principales de Fibre Channel, que describen cómo se conectan entre sí varios puertos . Un puerto en la terminología de Fibre Channel es cualquier entidad que se comunica activamente a través de la red, no necesariamente un puerto de hardware . Este puerto suele implementarse en un dispositivo como un dispositivo de almacenamiento en disco, una conexión de red de adaptador de bus host ( HBA ) en un servidor o un conmutador de Fibre Channel . [3]
Diagrama de topología de una conexión punto a punto de Fibre Channel
Punto a punto (consulteFC-FS-3). Dos dispositivos se conectan directamente entre sí mediante N_ports. Esta es la topología más simple, con conectividad limitada.[3]El ancho de banda es dedicado.
Bucle arbitrado (consulte FC-AL-2 ). En este diseño, todos los dispositivos están en un bucle o anillo, similar a la red Token Ring . Agregar o quitar un dispositivo del bucle hace que se interrumpa toda la actividad en el bucle. La falla de un dispositivo provoca una ruptura en el anillo. Los concentradores de canal de fibra existen para conectar varios dispositivos entre sí y pueden omitir los puertos que fallan. También se puede crear un bucle conectando cada puerto al siguiente en un anillo.
Un bucle mínimo que contiene sólo dos puertos, si bien parece similar al punto a punto, difiere considerablemente en términos del protocolo.
Sólo un par de puertos puede comunicarse simultáneamente en un bucle.
Velocidad máxima de 8GFC.
Arbitrated Loop rara vez se ha utilizado después de 2010 y su soporte se está descontinuando para los conmutadores de nueva generación.
La red puede escalar a decenas de miles de puertos.
Los conmutadores administran el estado de la red y brindan rutas optimizadas a través del protocolo de enrutamiento de datos Fabric Shortest Path First (FSPF).
El tráfico entre dos puertos fluye a través de los conmutadores y no a través de otros puertos como en el bucle arbitrado.
La falla de un puerto queda aislada de un enlace y no debería afectar el funcionamiento de otros puertos.
Varios pares de puertos pueden comunicarse simultáneamente en una red.
Fibre Channel es una tecnología en capas que comienza en la capa física y progresa a través de los protocolos hasta los protocolos de nivel superior como SCSI y SBCCS.
FC-4 : capa de mapeo de protocolos, en la que los protocolos de nivel superior, como NVM Express (NVMe), SCSI , IP y FICON , se encapsulan en unidades de información (IU) para su entrega a FC-2. Los FC-4 actuales incluyen FCP-4, FC-SB-5 y FC-NVMe .
FC-3 – Capa de servicios comunes, una capa delgada que eventualmente podría implementar funciones como algoritmos de encriptación o redundancia RAID ; conexiones multipuerto;
FC-2 – Protocolo de señalización, definido por el estándar Fibre Channel Framing and Signaling 4 (FC-FS-5), consta de los protocolos de red Fibre Channel de bajo nivel ; conexiones puerto a puerto;
Las capas FC-0 se definen en Interfaces físicas de canal de fibra (FC-PI-6), las capas físicas de canal de fibra.
Los productos Fibre Channel están disponibles a 1, 2, 4, 8, 10, 16 y 32 y 128 Gbit/s; estos protocolos se denominan en consecuencia 1GFC, 2GFC, 4GFC, 8GFC, 10GFC, 16GFC, 32GFC o 128GFC. El estándar 32GFC fue aprobado por el comité INCITS T11 en 2013, y esos productos estuvieron disponibles en 2016. Los diseños 1GFC, 2GFC, 4GFC y 8GFC utilizan la codificación 8b/10b , mientras que el estándar 10GFC y 16GFC utiliza la codificación 64b/66b . A diferencia de los estándares 10GFC, 16GFC proporciona compatibilidad con versiones anteriores de 4GFC y 8GFC, ya que proporciona exactamente el doble del rendimiento de 8GFC o cuatro veces el de 4GFC.
Puertos
Topologías FC y tipos de puerto: este diagrama muestra cómo se pueden conectar los N_Ports a una red o a otro N_Port. Un puerto de bucle (L_Port) se comunica a través de un bucle compartido y rara vez se utiliza.
Los puertos Fibre Channel vienen en una variedad de configuraciones lógicas. Los tipos de puertos más comunes son:
N_Port (puerto de nodo) Un N_Port es típicamente un puerto HBA que se conecta a un F_Port de un conmutador o a otro N_Port. Nx_Port se comunica a través de un PN_Port que no está operando una máquina de estados de puerto de bucle. [14]
F_Port (puerto de Fabric) Un F_Port es un puerto de conmutador que está conectado a un N_Port. [15]
E_Port (Puerto de expansión) Puerto de conmutador que se conecta a otro E_Port para crear un enlace entre conmutadores. [15]
Los protocolos de bucle de canal de fibra crean varios tipos de puertos de bucle:
L_Port (Puerto de bucle) FC_Port que contiene funciones de bucle arbitrado asociadas con la topología de bucle arbitrado. [15]
FL_Port (puerto Fabric Loop) L_Port que puede realizar la función de un F_Port, conectado a través de un enlace a uno o más NL_Ports en una topología de bucle arbitrado. [15]
NL_Port (puerto de bucle de nodo) PN_Port que opera una máquina de estados de puerto de bucle. [15]
Si un puerto puede admitir funcionalidad de bucle y sin bucle, el puerto se conoce como:
Puerto de conmutación Fx_Port capaz de funcionar como F_Port o FL_Port. [14]
Punto final Nx_Port para la comunicación de tramas de canal de fibra, que tiene un identificador de dirección y un Name_Identifier distintos, que proporciona un conjunto independiente de funciones FC-2V a niveles superiores y que tiene la capacidad de actuar como originador, respondedor o ambos. [14]
Un puerto tiene una estructura física y una estructura lógica o virtual. Este diagrama muestra cómo un puerto virtual puede tener varios puertos físicos y viceversa.
Los puertos tienen componentes virtuales y componentes físicos y se describen como:
Entidad PN_Port que incluye un Link_Control_Facility y uno o más Nx_Ports. [15]
Instancia VF_Port (Virtual F_Port) del subnivel FC-2V que se conecta a uno o más VN_Ports. [15]
Instancia VN_Port (Virtual N_Port) del subnivel FC-2V. VN_Port se utiliza cuando se desea enfatizar el soporte para múltiples Nx_Ports en un único multiplexor (por ejemplo, a través de un único PN_Port). [14]
Instancia VE_Port (Virtual E_Port) del subnivel FC-2V que se conecta a otro VE_Port o a un B_Port para crear un enlace entre conmutadores. [15]
Los siguientes tipos de puertos también se utilizan en Fibre Channel:
A_Port (puerto adyacente): combinación de un PA_Port y un VA_Port que operan juntos. [15]
B_Port (Puerto Puente) Puerto entre elementos de la red que se utiliza para conectar dispositivos puente con E_Ports en un conmutador. [14]
D_Port (Puerto de diagnóstico) Un puerto configurado que se utiliza para realizar pruebas de diagnóstico en un enlace con otro D_Port. [16]
EX_Port Un tipo de E_Port utilizado para conectarse a una red de enrutador FC. [16]
Puerto G_Port (puerto de red genérico) Puerto de conmutador que puede funcionar como E_Port, A_Port o F_Port. [15]
GL_Port (puerto de bucle de red genérico) Puerto de conmutador que puede funcionar como E_Port, A_Port o Fx_Port. [15]
PE_Port LCF dentro de la red que se conecta a otro PE_Port o a un B_Port a través de un enlace. [14]
PF_Port LCF dentro de una red que se conecta a un PN_Port a través de un enlace. [14]
TE_Port (Trunking E_Port) Un puerto de expansión de trunking que expande la funcionalidad de los puertos E para soportar trunking VSAN, parámetros de calidad de servicio (QoS) de transporte y función de rastreo de canal de fibra (fctrace). [17]
U_Port (Puerto universal) Un puerto que espera convertirse en otro tipo de puerto [16]
Instancia VA_Port (Virtual A_Port) del subnivel FC-2V de Fibre Channel que se conecta a otro VA_Port. [15]
Los VEX_Ports no son diferentes de los EX_Ports, excepto que el transporte subyacente es IP en lugar de FC. [16]
Medios y módulos
Fibre Channel utiliza predominantemente módulos SFP/SFP+ con conector LC y cableado dúplex, pero 128GFC utiliza módulos QSFP28 con conectores MPO y cableado plano.
La capa física de Fibre Channel se basa en conexiones en serie que utilizan fibra óptica y cobre entre los módulos enchufables correspondientes. Los módulos pueden tener un solo carril, dos carriles o cuatro carriles que corresponden a los factores de forma SFP, SFP-DD y QSFP. Fibre Channel no utiliza módulos de 8 o 16 carriles (como CFP8, QSFP-DD o COBO utilizados en 400 GbE) y no hay planes para utilizar estos módulos costosos y complejos.
El módulo transceptor enchufable de formato pequeño (SFP) y sus versiones mejoradas SFP+, SFP28 y SFP56 son formatos comunes para puertos Fibre Channel. Los módulos SFP admiten una variedad de distancias a través de fibra óptica multimodo y monomodo, como se muestra en la siguiente tabla. Los módulos SFP utilizan cableado de fibra dúplex con conectores LC.
Los módulos SFP-DD se utilizan en aplicaciones de alta densidad que necesitan duplicar el rendimiento de los puertos SFP tradicionales.
Los módulos SFP-DD se utilizan para aplicaciones de alta densidad que necesitan duplicar el rendimiento de un puerto SFP. SFP-DD está definido por el MSA SFP-DD y permite la conexión a dos puertos SFP. Dos filas de contactos eléctricos permiten duplicar el rendimiento de los módulos SFP de manera similar a QSFP-DD.
El módulo enchufable de factor de forma pequeño cuádruple (QSFP) comenzó a utilizarse para la interconectividad de conmutadores y, más tarde, se adoptó para su uso en implementaciones de 4 carriles de canal de fibra Gen-6 compatible con 128GFC. QSFP utiliza conectores LC para 128GFC-CWDM4 o conectores MPO para 128GFC-SW4 o 128GFC-PSM4. El cableado MPO utiliza una infraestructura de cableado de 8 o 12 fibras que se conecta a otro puerto 128GFC o puede dividirse en cuatro conexiones LC dúplex a puertos SFP+ 32GFC. Los conmutadores de canal de fibra utilizan módulos SFP o QSFP.
La SAN de canal de fibra conecta servidores al almacenamiento a través de conmutadores de canal de fibra.
El objetivo de Fibre Channel es crear una red de área de almacenamiento (SAN) para conectar servidores al almacenamiento.
La SAN es una red dedicada que permite que varios servidores accedan a los datos desde uno o más dispositivos de almacenamiento. El almacenamiento empresarial utiliza la SAN para realizar copias de seguridad en dispositivos de almacenamiento secundarios, como matrices de discos , bibliotecas de cintas y otras copias de seguridad, mientras el servidor aún puede acceder al almacenamiento. Los servidores también pueden acceder al almacenamiento desde varios dispositivos de almacenamiento a través de la red.
Las redes SAN suelen estar diseñadas con estructuras duales para aumentar la tolerancia a fallas. Hay dos estructuras completamente separadas en funcionamiento y, si la estructura principal falla, la segunda estructura se convierte en la principal.
Interruptores
Director de canal de fibra con módulos SFP+ y conectores de fibra óptica LC con fibra óptica multimodo 3 (OM3) (aguamarina)
Los conmutadores de canal de fibra se pueden dividir en dos clases. Estas clases no forman parte del estándar y la clasificación de cada conmutador es una decisión de marketing del fabricante:
Los directores ofrecen una gran cantidad de puertos en un chasis modular (basado en ranuras) sin un solo punto de falla (alta disponibilidad).
Los conmutadores suelen ser dispositivos más pequeños, de configuración fija (a veces semimodulares) y menos redundantes.
Una estructura que consta completamente de productos de un proveedor se considera homogénea . Esto suele denominarse "modo nativo" y permite al proveedor agregar funciones exclusivas que pueden no cumplir con el estándar Fibre Channel.
Si se utilizan varios proveedores de conmutadores dentro de la misma red, se trata de una red heterogénea ; los conmutadores solo pueden lograr la adyacencia si todos se colocan en sus modos de interoperabilidad. Esto se denomina modo de "red abierta", ya que es posible que el conmutador de cada proveedor deba desactivar sus funciones exclusivas para cumplir con el estándar Fibre Channel.
Algunos fabricantes de conmutadores ofrecen una variedad de modos de interoperabilidad además de los modos "nativo" y "abierto". Estos modos de "interoperabilidad nativa" permiten que los conmutadores funcionen en el modo nativo de otro proveedor y aún así mantengan algunos de los comportamientos exclusivos de ambos. Sin embargo, el funcionamiento en modo de interoperabilidad nativo puede deshabilitar algunas funciones exclusivas y puede producir estructuras de estabilidad cuestionable.
Adaptadores de bus host
Tarjeta adaptadora de bus host FC de 8 Gb y dos puertosTarjeta adaptadora de bus host FC de 16 Gb y dos puertos
Los HBA de canal de fibra , así como los CNA , están disponibles para todos los principales sistemas abiertos , arquitecturas informáticas y buses, incluidos PCI y SBus . Los HBA conectan servidores a la red de canal de fibra y forman parte de una clase de dispositivos conocidos como dispositivos de traducción. Algunos dependen del sistema operativo. Cada HBA tiene un nombre mundial (WWN) único, que es similar a una dirección MAC de Ethernet en el sentido de que utiliza un identificador único organizativo (OUI) asignado por el IEEE . Sin embargo, los WWN son más largos (8 bytes ). Hay dos tipos de WWN en un HBA: un nombre de nodo mundial (WWNN), que puede ser compartido por algunos o todos los puertos de un dispositivo, y un nombre de puerto mundial (WWPN), que es necesariamente único para cada puerto. Los adaptadores o enrutadores pueden conectar redes de canal de fibra a redes IP o Ethernet. [19]
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^ Se lanzó la plataforma Brocade de 32 Gb, Storagereview.com "Se lanzó el conmutador de canal de fibra Brocade G620 Gen 6". Marzo de 2016. Archivado desde el original el 4 de abril de 2016. Consultado el 4 de abril de 2016 .
^ 128GFC: Un avance de la nueva velocidad del canal de fibra
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^ abcdefghijkl Canal de fibra: red de conmutación 6 (FC-SW-6)
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^ Los valores del transmisor que se enumeran son los valores especificados actualmente para la variante indicada. Algunas versiones anteriores de las normas FC enumeraban valores ligeramente diferentes (sin embargo, los valores que se enumeran aquí se encuentran dentro de la variación +/− permitida). Las variaciones individuales para cada especificación se enumeran en las referencias asociadas con esas entradas en esta tabla. FC-PH = X3T11 Proyecto 755D; FC-PH-2 = X3T11 Proyecto 901D; FC-PI-4 = INCITS Proyecto 1647-D; FC-PI-5 = INCITS Proyecto 2118D. Hay copias disponibles en INCITS Archivado el 15 de septiembre de 2010 en Wayback Machine .
^ "Hardware". 25 de septiembre de 2012.
Normas INCITS
^ ab FC-PI-5 Cláusula 6.3
^ ab FC-PI-5 Cláusula 8.1
^ abcd FC-PI-4 Cláusula 6.3
^ abc FC-PI-4 Cláusula 8.1
^ ab FC-PH-2 enumera 1300 nm (ver cláusulas 6.1 y 8.1)
^ Cláusula 8.1 del FC-PI abc
^ ab FC-PH-2 cláusula 8.1
^ abcd FC-PI-4 Cláusula 11
^ FC-PH enumera 1300 nm (consulte las cláusulas 6.1 y 8.1)
^ ab FC-PH Cláusula 8.1
^ Cláusula 6.4 del FC-PI-5
^ Cláusula 6.4 del FC-PI-4
^ Los modelos FC-PH y FC-PH-2 más antiguos enumeran 850 nm (para cables de 62,5 μm) y 780 nm (para cables de 50 μm) (consulte las cláusulas 6.2, 8.2 y 8.3).
^ abcde FC-PI-5 Cláusula 8.2
^ Anexo A del FC-PI-5
^ abcde FC-PI-4 Cláusula 8.2
^ abcd Cláusula 8.2 del FC-PI
^ Cláusula 8.2 del PC-PI-4
^ abc Cláusula 8.2 del PC-PI
^ Anexo C y Anexo E del FC-PH
Fuentes
Clark, T. Diseño de redes de área de almacenamiento , Addison-Wesley, 1999. ISBN 0-201-61584-3
Lectura adicional
RFC 2625 – IP y ARP sobre canal de fibra
RFC 2837 – Definiciones de objetos administrados para el elemento Fabric en el estándar Fibre Channel
RFC 3723 – Protección de protocolos de almacenamiento en bloque sobre IP
