Las redes Fibre Channel forman una estructura conmutada porque los conmutadores de una red funcionan al unísono como un gran conmutador. Fibre Channel normalmente se ejecuta en cables de fibra óptica dentro y entre centros de datos, pero también puede funcionar con cableado de cobre. [3] [4] Las velocidades de datos admitidas incluyen 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 y 128 gigabits por segundo como resultado de mejoras en generaciones sucesivas de tecnología. La industria ahora lo denomina Gigabit Fibre Channel (GFC).
Existen varios protocolos de nivel superior para Fibre Channel, incluidos dos para almacenamiento en bloques. El Protocolo de canal de fibra (FCP) es un protocolo que transporta comandos SCSI a través de redes de canal de fibra. [3] [4] FICON es un protocolo que transporta comandos ESCON , utilizados por las computadoras centrales IBM , a través de Fibre Channel. Fibre Channel se puede utilizar para transportar datos desde sistemas de almacenamiento que utilizan un medio de almacenamiento de memoria flash de estado sólido mediante el transporte de comandos del protocolo NVMe .
Etimología
Cuando se ideó originalmente la tecnología, funcionaba únicamente con cables de fibra óptica y, como tal, se llamó "Fiber Channel". Más tarde, se añadió a la especificación la capacidad de pasar por cableado de cobre. Para evitar confusiones y crear un nombre único, la industria decidió cambiar la ortografía y utilizar la fibra del inglés británico para el nombre del estándar. [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 .
Fibre Channel 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 y HIPPI. Estas interfaces enfrentan el desafío de, entre otras cosas, mantener la coherencia de la sincronización de la señal en todos los cables de señal de datos (8, 16 y finalmente 32 para SCSI, 50 para HIPPI) para que un receptor pueda determinar cuándo todos los valores de la señal eléctrica son " bueno" (estable y válido para muestreo de recepción simultánea). Este desafío se vuelve cada vez más difícil en una tecnología de fabricación en masa a medida que aumentan las frecuencias de las señales de datos, y parte de la compensación técnica consiste en reducir cada vez más la longitud admitida del cable de conexión de cobre en paralelo. Consulte SCSI paralelo . FC fue desarrollado 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.
Se lanzaron productos comerciales mientras la norma aún estaba en borrador. [6] Cuando se ratificó el estándar, las versiones de menor velocidad ya estaban en desuso. [7] Fibre Channel 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. Fibre Channel ha duplicado su velocidad cada pocos años desde 1996.
Fibre Channel ha experimentado un desarrollo activo desde sus inicios, con numerosas mejoras de velocidad en una variedad de medios de transporte subyacentes. La siguiente tabla muestra la progresión de las velocidades nativas de Fibre Channel: [9]
Además de una capa física moderna, Fibre Channel también agregó soporte para cualquier cantidad de protocolos de "capa superior", incluidos ATM , IP ( IPFC ) y FICON , siendo SCSI ( FCP ) el uso predominante.
Características
Dos características principales de las redes Fibre Channel son la entrega en orden y la entrega sin pérdidas de datos en bloque sin procesar. La entrega sin pérdidas del bloque de datos sin procesar se logra mediante un mecanismo de crédito. [1]
Topologías
Hay tres topologías principales de Fibre Channel, que describen cómo se conectan varios puertos entre sí. Un puerto en la terminología Fibre Channel es cualquier entidad que se comunica activamente a través de la red, no necesariamente un puerto de hardware . Este puerto generalmente se implementa en un dispositivo como un almacenamiento en disco, una conexión de red de adaptador de bus de host ( HBA ) en un servidor o un conmutador de canal de fibra . [3]
Diagrama de topología de una conexión punto a punto Fibre Channel
Punto a punto (verFC-FS-3). Dos dispositivos están conectados directamente entre sí mediante N_ports. Esta es la topología más simple, con conectividad limitada. [3]El ancho de banda está dedicado.
Bucle arbitrado (ver FC-AL-2 ). En este diseño, todos los dispositivos están en un bucle o anillo, similar a la red Token Ring . Agregar o eliminar un dispositivo del bucle provoca que se interrumpa toda la actividad en el bucle. El fallo de un dispositivo provoca la rotura del anillo. Los concentradores Fibre Channel existen para conectar varios dispositivos entre sí y pueden evitar puertos fallidos. 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 de protocolo.
Sólo un par de puertos pueden comunicarse simultáneamente en un bucle.
Velocidad máxima de 8GFC.
Arbitated Loop rara vez se ha utilizado después de 2010 y su soporte se suspenderá para los conmutadores de nueva generación.
Tejido conmutado (consulte FC-SW-6 ). En este diseño, todos los dispositivos están conectados a conmutadores Fibre Channel , similares conceptualmente a las implementaciones modernas de Ethernet . Las ventajas de esta topología sobre punto a punto o bucle arbitrado incluyen:
Fabric puede escalar a decenas de miles de puertos.
Los conmutadores administran el estado de Fabric y proporcionan 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 ningún otro puerto como en Arbitated Loop.
La falla de un puerto está aislada de un enlace y no debería afectar el funcionamiento de otros puertos.
Varios pares de puertos pueden comunicarse simultáneamente en un Fabric.
Capas
Fibre Channel no sigue las capas del modelo OSI y se divide en cinco capas:
Fibre Channel es una tecnología en capas que comienza en la capa física y avanza 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 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 cifrado o algoritmos de redundancia RAID ; conexiones multipuerto;
FC-2 : protocolo de señalización, definido por el estándar Fibre Channel Framing and Signaling 4 (FC-FS-5), consta de protocolos de red Fibre Channel de bajo nivel ; conexiones puerto a puerto;
Las capas FC-0 se definen en las interfaces físicas de canal de fibra (FC-PI-6), las capas físicas de canal de fibra.
Los productos Fibre Channel están disponibles en 1, 2, 4, 8, 10, 16 y 32 y 128 Gbit/s; Estos tipos de protocolo 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, 8GFC usan codificación 8b/10b , mientras que los estándares 10GFC y 16GFC usan 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 de rendimiento que 8GFC o cuatro veces el de 4GFC.
Puertos
Topologías de FC y tipos de puertos: este diagrama muestra cómo se pueden conectar N_Ports a una estructura o a otro N_Port. Un puerto de bucle (L_Port) se comunica a través de un bucle compartido y ya casi no 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 suele ser un puerto HBA que se conecta al F_Port de un conmutador u otro N_Port. Nx_Port se comunica a través de un PN_Port que no está operando una máquina de estado de puerto de bucle. [12]
F_Port (puerto Fabric) Un F_Port es un puerto de conmutador que está conectado a un N_Port. [13]
E_Port (puerto de expansión) Puerto de conmutador que se conecta a otro E_Port para crear un enlace entre conmutadores. [13]
Los protocolos de bucle de canal de fibra crean múltiples tipos de puertos de bucle:
L_Port (Puerto Loop) FC_Port que contiene funciones de Bucle Arbitrado asociadas con la topología de Bucle Arbitrado. [13]
FL_Port (puerto Fabric Loop) L_Port que puede realizar la función de un F_Port, conectado mediante un enlace a uno o más NL_Ports en una topología de bucle arbitrado. [13]
NL_Port (puerto de bucle de nodo) PN_Port que opera una máquina de estado de puerto de bucle. [13]
Si un puerto puede admitir funcionalidad de bucle y sin bucle, el puerto se conoce como:
Puerto del switch Fx_Port capaz de funcionar como F_Port o FL_Port. [12]
Punto final Nx_Port para comunicación de tramas Fibre Channel, que tiene un identificador de dirección distinto y un Name_Identifier, que proporciona un conjunto independiente de funciones FC-2V a niveles superiores y tiene la capacidad de actuar como Originador, Respondedor o ambos. [12]
Un Puerto tiene una estructura física además de una estructura lógica o virtual. Este diagrama muestra cómo un puerto virtual puede tener múltiples 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. [13]
Instancia VF_Port (Virtual F_Port) del subnivel FC-2V que se conecta a uno o más VN_Ports. [13]
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). [12]
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. [13]
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 funcionan juntos. [13]
B_Port (puerto puente) Puerto entre elementos de estructura utilizado para conectar dispositivos puente con E_Ports en un conmutador. [12]
D_Port (Puerto de diagnóstico) Un puerto configurado que se utiliza para realizar pruebas de diagnóstico en un enlace con otro D_Port. [14]
EX_Port Un tipo de E_Port utilizado para conectarse a una estructura de enrutador FC. [14]
G_Port (puerto de tejido genérico) Puerto de conmutador que puede funcionar como E_Port, A_Port o F_Port. [13]
GL_Port (puerto Generic Fabric Loop) Puerto de conmutador que puede funcionar como E_Port, A_Port o Fx_Port. [13]
PE_Port LCF dentro del Fabric que se conecta a otro PE_Port o a un B_Port a través de un enlace. [12]
PF_Port LCF dentro de un Fabric que se conecta a un PN_Port a través de un enlace. [12]
TE_Port (Trunking E_Port) Un puerto de expansión de enlace troncal que amplía la funcionalidad de los puertos E para admitir enlace troncal VSAN, parámetros de calidad de servicio (QoS) de transporte y función de seguimiento de canal de fibra (fctrace). [15]
U_Port (puerto universal) Un puerto en espera de convertirse en otro tipo de puerto [14]
Instancia VA_Port (Virtual A_Port) del subnivel FC-2V de Fibre Channel que se conecta a otro VA_Port. [13]
VEX_Port Los VEX_Ports no son diferentes de los EX_Ports, excepto que el transporte subyacente es IP en lugar de FC. [14]
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 Fibre Channel se basa en conexiones en serie que utilizan fibra óptica para cobre entre los módulos conectables correspondientes. Los módulos pueden tener un carril único, carriles dobles o carriles cuádruples 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 400GbE) y no hay planes para utilizar estos módulos costosos y complejos.
El módulo transceptor conectable (SFP) de factor de forma pequeño y su versión mejorada SFP+, SFP28 y SFP56 son factores de forma comunes para los 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 SFP-DD MSA y permite la conexión a dos puertos SFP. Dos filas de contactos eléctricos permiten duplicar el rendimiento de los módulos SFP de forma similar a QSFP-DD.
El módulo cuádruple conectable de factor de forma pequeño (QSFP) comenzó a usarse para la interconectividad de conmutadores y luego 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 32GFC SFP+. Los conmutadores Fibre Channel utilizan módulos SFP o QSFP.
La SAN Fibre Channel conecta servidores al almacenamiento a través de conmutadores Fibre Channel.
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 datos desde uno o más dispositivos de almacenamiento. El almacenamiento empresarial utiliza la SAN para realizar copias de seguridad en dispositivos de almacenamiento secundarios, incluidas 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 múltiples dispositivos de almacenamiento a través de la red.
Las SAN suelen estar diseñadas con estructuras duales para aumentar la tolerancia a fallos. Están operativos dos tejidos completamente separados y, si el tejido principal falla, el segundo tejido se convierte en el principal.
interruptores
Director Fibre Channel con módulos SFP+ y conectores de fibra óptica LC con fibra Óptica Multimodo 3 (OM3) (aqua)
Los conmutadores Fibre Channel se pueden dividir en dos clases. Estas clases no forman parte del estándar y la clasificación de cada interruptor es una decisión de marketing del fabricante:
Los directores ofrecen un alto número de puertos en un chasis modular (basado en ranuras) sin un único punto de falla (alta disponibilidad).
Los conmutadores suelen ser dispositivos más pequeños, de configuración fija (a veces semimodulares) y menos redundantes.
Se considera homogéneo un tejido formado íntegramente por productos de un mismo proveedor . Esto a menudo se denomina funcionamiento en su "modo nativo" y permite al proveedor agregar características patentadas que pueden no cumplir con el estándar Fibre Channel.
Si se utilizan varios proveedores de conmutadores dentro de la misma estructura, esto es heterogéneo , los conmutadores solo pueden lograr adyacencia si todos los conmutadores se colocan en sus modos de interoperabilidad. Esto se denomina modo de "estructura abierta", ya que es posible que el conmutador de cada proveedor tenga que desactivar sus funciones patentadas para cumplir con el estándar Fibre Channel.
Algunos fabricantes de conmutadores ofrecen una variedad de modos de interoperabilidad más allá de los estados "nativo" y "estructura abierta". Estos modos de "interoperabilidad nativa" permiten que los conmutadores funcionen en el modo nativo de otro proveedor y aún mantengan algunos de los comportamientos propietarios de ambos. Sin embargo, ejecutarlo en modo de interoperabilidad nativo aún puede desactivar algunas características propietarias y producir estructuras de estabilidad cuestionable.
Adaptadores de bus host
Tarjeta adaptadora de bus host FC de 8 Gb y doble puertoTarjeta adaptadora de bus host FC de 16 Gb y doble puerto
Los HBA de canal de fibra , así como los CNA , están disponibles para los principales sistemas abiertos , arquitecturas informáticas y buses, incluidos PCI y SBus . Algunos dependen del sistema operativo. Cada HBA tiene un nombre mundial (WWN) único , que es similar a una dirección MAC Ethernet en el sentido de que utiliza un identificador único organizacional (OUI) asignado por 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.
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^ Los valores del transmisor enumerados son los valores especificados actualmente para la variante enumerada. Algunas versiones anteriores de los estándares FC enumeraban valores ligeramente diferentes (sin embargo, los valores enumerados 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 = Proyecto INCITS 1647-D; FC-PI-5 = Proyecto INCITS 2118D. Hay copias disponibles en INCITS Archivado el 15 de septiembre de 2010 en Wayback Machine .
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 (consulte las cláusulas 6.1 y 8.1)
^ abc FC-PI cláusula 8.1
^ 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
^ FC-PI-5 Cláusula 6.4
^ FC-PI-4 Cláusula 6.4
^ Los 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
^ FC-PI-5 Anexo A
^ abcde FC-PI-4 Cláusula 8.2
^ abcd FC-PI Cláusula 8.2
^ PC-PI-4 Cláusula 8.2
^ abc PC-PI Cláusula 8.2
^ FC-PH Anexo C y Anexo E
Fuentes
Clark, T. Diseño de redes de área de almacenamiento , Addison-Wesley, 1999. ISBN 0-201-61584-3
Otras lecturas
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 a través de IP
