Тип передачи данных коммутатор ethernet fc ib

Обновлено: 02.07.2024

Краткий общий обзор технологии Fibre Channel. Если говорить кратко, Fibre Channel представляет собой сверхвысокоскоростную (до 1 Гбит/с и выше) схему полнодуплексной передачи данных с малой задержкой (10-30 мкс) на расстояния до 10 км.

Краткий общий обзор технологии Fibre Channel.

Если говорить кратко, Fibre Channel представляет собой сверхвысокоскоростную (до 1 Гбит/с и выше) схему полнодуплексной передачи данных с малой задержкой (10—30 мкс) на расстояния до 10 км. Она в равной мере может использоваться и как технология ввода/вывода, и как технология локальной сети.

В названии технологии («волоконный канал», как можно было бы перевести Fibre Channel на русский язык) оба слова не вполне соответствуют действительности. Физической средой передачи может быть не только оптическое волокно, но и коаксиал, и витая пара, а архитектура представляет собой смесь канальной и сетевой топологии!

УРОВНЕВАЯ МОДЕЛЬ

Уровень FC-0 описывает физические характеристики и возможные типы интерфейсов и среды передачи, в том числе кабели, соединители, излучатели, передатчики и приемники. FC-1 определяет схему кодирования и декодирования сигнала 8B/10B. FC-2 выполняет основные функции Fibre Channel, в том числе сигнализацию, т. е. установление соединения между отправителем и получателем; сегментацию, сборку и упорядочивание передаваемых кадров; контроль потоков с помощью схемы скользящего окна, обнаружение и исправление ошибок; реализацию сервисных классов. Все вместе эти три уровня образуют так называемый физический уровень Fibre Channel (Fibre Channel Physical, FC-PH).

FC-3 описывает общие процедуры (хотя, наверно, их было бы правильнее назвать специальными) для таких особых ситуаций, как запись данных с чередованием на дисковый массив или многоадресная рассылка через видеосервер. FC-4 обеспечивает преобразование различных сетевых протоколов и приложений для их реализации поверх Fibre Channel. Как можно видеть из Рисунка 1, Fibre Channel способен поддерживать самые разные по своей природе сетевые протоколы, интерфейсы ввода/вывода и приложения.

ТОПОЛОГИЯ

Простейшей топологией является, очевидно, «точка-точка». Она состоит из двух устройств Fibre Channel и прямого соединения между ними. Одно волокно связывает приемник на одном устройстве с передатчиком на другом устройстве, а второе — передатчик с приемником. (В этой статье под волокном мы будем подразумевать как оптическое волокно, так и отдельную витую пару и жилу коаксиального кабеля.) Оба устройства могут, естественно, использовать всю пропускную способность соединения, но при этом они должны работать на одной скорости.

Наиболее распространенной и вместе с тем наиболее сложной топологией является арбитражная петля. Она позволяет подключить по кольцу до 127 портов без использования коммутатора. Однако, в отличие от двух других топологий, пропускная способность является разделяемой, т. е. в один конкретный момент времени только два устройства могут взаимодействовать друг с другом. В случае конкуренции за доступ к среде передачи между несколькими устройствами арбитраж выигрывает устройство с наименьшим адресом. Все устройства в петле должны функционировать на одной скорости. Петля может подключаться к порту коммутатора, но только к одному.

За неимением лучшего русскоязычного термина мы будем называть топологию Fabric коммутирующей структурой. Коммутируемая топология предусматривает использование коммутатора(-ов), но позволяет за счет этого подключить свыше 16 млн устройств. К коммутатору могут подключаться устройства с разными скоростями передачи и по разным физическим средам.

ТИПЫ ПОРТОВ

В зависимости от типа устройства, своего назначения и поддерживаемой топологии порты делятся на несколько типов. Порт Fibre Channel на конечном устройстве (сервере, дисковом массиве, принтере и т. п.) называется «узловой порт» (Node Port, N_Port). Порт на коммутаторе, к которому подключается узловой порт, называется «коммутирующий порт» (Fabric Port, F_Port). Если же эти порты могут подключаться к арбитражной петле, то они маркируются дополнительно буквой L от английского loop, т. е. «петля». Таким образом, соответствующие порты на узле и коммутаторе будут обозначаться как NL_Port и FL_Port.

Помимо F_Port коммутатор может иметь еще и порт расширения (Expansion Port, E_Port). Этот порт предназначен для подключения одного коммутатора к другому. Если к порту расширения может быть подключен не только другой коммутатор, но и узел, то такой порт именуется универсальным портом (Generic Port, G_Port). При условии, что он поддерживает арбитражную петлю, универсальный порт может маркироваться как GL_Port.

РАЗНОВИДНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ

Помимо разделения пропускной способности арбитражная петля имеет и другие недостатки. В частности, при отказе адаптера на каком-либо устройстве или разрыве в соединяющем кабеле петля оказывается полностью неработоспособной. Кроме того, при добавлении нового устройства вся петля должна быть инициализирована заново (чтобы подключенное устройство могло получить адрес), причем эта процедура может занимать достаточно много времени.

Эти проблемы можно решить за счет использования концентраторов Fibre Channel. Кроме того, физическая топология «звезда» (хотя логически это по-прежнему кольцо), как правило, гораздо удобнее с точки зрения подключения узлов, чем кольцо. Обычно концентраторы имеют не более 10 портов. Однако это ограничение легко преодолеть за счет каскадного подключения концентраторов. Правда, как показывает практика, оптимально арбитражная петля функционирует, когда число узлов не превышает 30.

Отказоустойчивость концентраторов к разрывам петли достигается за счет применения схемы обхода портов (Port Bypass Circuit, PBC). PBC позволяет автоматически обнаружить наличие узла и включить его в петлю. Аналогично PBC обнаруживает отказ узла и исключает его из петли (PBC также может быть реализована на уровне внутренней шины дискового массива). Наиболее продвинутые концентраторы поддерживают удаленное управление и другие развитые функции.

Как и в случае других сетевых технологий, коммутаторы Fibre Channel являются существенно более дорогими устройствами, чем концентраторы Fibre Channel. В отличие от концентраторов, они позволяют предоставить узлу выделенную пропускную способность и, как уже упоминалось, создавать топологии с несравнимо большим числом узлов (224). Кроме того, коммутаторы могут иметь порты с поддержкой разных скоростей и сред передачи.

Коммутатор Fibre Channel, по сути, объединяет два типа коммутаторов в одном устройстве, так как поддерживает коммутацию как с установлением соединения, так и без оного (условно говоря, он обладает чертами как телефонного коммутатора каналов, так и локально-сетевого коммутатора кадров). Некоторые производимые коммутаторы осуществляют только коммутацию каналов (как первый появившийся на рынке коммутатор компании Ancor Communications), другие же — только коммутацию кадров.

Коммутаторы Fibre Channel просты в установке и использовании благодаря самоконфигурации и самоуправлению. При подключении узла к коммутатору он регистрируется на коммутаторе и согласует с ним взаимоприемлемые параметры. При подключении коммутатора к коммутатору они определяют конфигурацию и адреса. Все операции осуществляются автоматически. В случае универсального порта (GL_Port) коммутатор также сам устанавливает, к чему он подключен — к другому коммутатору, к петле или к узлу.

Однако для организации взаимодействия между устройствами в нескольких петлях дешевле использовать не коммутатор, а коммутирующий (или гибридный) концентратор. Наиболее редко встречающимся устройством является маршрутизатор Fibre Channel (хотя, возможно, более правильно было бы называть его мостом). Он позволяет подключить сеть Fibre Channel к другой среде передачи, например к SCSI или Ethernet.

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. Никакой ручной настройки не требуется, так как общие поддерживаемые коммутаторами и узлами сервисы определяются во время процедуры регистрации. Благодаря сервисам Fibre Channel может поддерживать множество различных приложений. Сервисы делятся на классы. Основными являются Классы 1, 2 и 3. Всего же Fibre Channel имеет 6 или 7 разных видов сервиса (такая неопределенность связана с тем, что Класс 5, видимо, так и не будет определен, а Класс Intermix не имеет собственного номера и часто не рассматривается как отдельный вид сервиса).

Класс 1 соответствует сервису с установлением соединения и гарантированной доставкой. Соединение через коммутирующую структуру (совокупность коммутаторов) устанавливается за несколько микросекунд. Соединение является выделенным, так что никакое иное устройство не может связаться с портами получателя и отправителя, пока соединение не будет закрыто. Гарантированная доставка обеспечивается за счет подтверждения получения. Наилучшим образом этот класс сервиса подходит для обмена большими объемами данных, в частности для резервного копирования, графических приложений и взаимодействия между суперкомпьютерами.

Класс 2 представляет сервис без установления соединения, но с гарантированной доставкой (как и в предыдущем случае, с помощью подтверждений). Каждый поступающий кадр коммутируется независимо от остальных, а конечные порты могут передавать или получать кадры от нескольких других узлов. По сути, коммутатор мультиплексирует трафик от узловых портов, поэтому этот класс сервиса иногда называют мультиплексным. Кадры могут доставляться не в том порядке, в каком они были отправлены. Наилучшим образом этот класс сервиса подходит для передачи нерегулярного (пакетного) или интерактивного трафика по типу трафика локальных сетей.

Класс 3 аналогичен Классу 2, за исключением того, что он не гарантирует доставку кадров (подтверждения получения). Он позволяет добиться несколько большей реальной пропускной способности за счет отсутствия подтверждений. По сути, он является аналогом передачи дейтаграмм. Наилучшим образом этот класс сервиса подходит для многоадресной и широковещательной рассылки.

Остальные классы часто не выделяются в самостоятельные, а считаются подвидами перечисленных. Класс Intermix представляет собой комбинацию Класса 1 и Класса 2 (3). Он позволяет передавать кадры Класса 2 или 3, когда кадры Класса 1 не передаются, причем кадры Классов 2 или 3 вовсе не обязательно должны быть адресованы тому же получателю, что и кадры Класса 1.

Как и Класс 1, Класс 4 предполагает установление соединения, гарантию доставки, фиксированную задержку, соблюдение исходного порядка кадров. Однако он требует резервирования лишь части пропускной способности, т. е. узловой порт может иметь и другие соединения. Узел может зарезервировать до 256 соединений Класса 4 одновременно, причем каждое из них может иметь свои параметры QoS. Иногда этот класс сервиса называется изохронным. Наилучшим образом он подходит для передачи цифрового видео и аудио.

Как Intermix и Класс 4, Класс 6 представляет собой разновидность Класса 1. Он используется, когда узлу необходимо передать кадры сразу нескольким узлам одновременно, т. е. в случае многоадресной рассылки. Для этого узел устанавливает выделенное соединение с сервером многоадресной рассылки, адрес которого фиксирован (FFFFF5 в шестнадцатеричном формате), а тот уже берет на себя задачу тиражирования и пересылки кадров всем получателям в многоадресной группе.

ХАРАКТЕРИСТИКИ FIBRE CHANNEL

Завершая описание Fibre Channel, нельзя не упомянуть основные характеристики этой технологии. 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.

Поддерживаемые расстояния и скорости передачи зависят от типа используемой среды передачи и генераторов сигнала. Как уже упоминалось, Fibre Channel может функционировать как по оптической, так и по медной среде передачи, при этом одно волокно предназначено для передачи сигнала, а другое — для приема. В случае оптики это может быть многомодовое волокно 50/125 мкм и 62,5/125 мкм и одномодовое волокно с соединителями SC. В случае меди это может быть коаксиальный кабель, в частности видеокабель с соединителями TNC (приемник) и BNC (передатчик), а также экранированная витая пара с соединителями DB-9.

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).

ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ФИНИШ

Хотя и не настолько сложная как ATM, технология Fibre Channel описывается несколькими стандартами (некоторые даже считают, что расширение ее возможностей и, как следствие, ее усложнение — может отрицательно сказаться на ее перспективах). Очевидно, что в одной небольшой ознакомительной статье можно дать только общее описание технологии, что мы и постарались сделать. Однако многие важные подробности пришлось опустить, в частности, как осуществляется арбитраж и управление потоками, что собой представляют кадры Fibre Channel и кодирование 8B/10B и т. д. Поэтому мы намерены продолжить рассмотрение этой темы в следующем номере.

Для инфраструктур Fibre Channel, трансиверы FC считаются одним из незаменимых компонентов, в то время как Ethernet трансиверы и коммутаторы Ethernet являются наиболее подходящей комбинацией при развертывании сети Ethernet. Очевидно, что эти два типа трансивера используются для различных применений, но каковы их различия? В этой статье мы сделаем сравнение между Fibre Channel и Ethernet трансивером.

Что такое Fibre Channel трансивер?

В качестве высокоскоростного протокола передачи данных, Fibre Channel (FC) может предоставить упорядоченную доставку без потерь необработанных данных блока. Он в основном используется для передачи данных между центрами обработки данных, компьютерными серверами, коммутаторами и хранилищами.

Трансиверы Fibre Channel, в соответствии с Fibre Channel Protocol (FCP), функционируют как интерфейс между системами Fibre Channel, а также как интерфейс между оптическими сетевыми устройствами хранения. Они в основном используются для Fibre Channel сетевых линий связи хранения данных в ЦОД. Характеризирующие с миниатюризацией и низким энергопотреблением, трансиверы FC могут удовлетворить потребность в более быстрой передаче больших объемов информации без потерь. Трансиверы Fibre Channel в основном работают в диапазоне скоростей Fibre Channel от 1 Гбит/с до 128 Гбит/с, с 256 Гбит/с и 512 Гбит/с в дорожной карте. Их общие форм-факторы: SFP, SFP +, SFP28, SFP56 и QSFP28.

Рисунок 1: FC 8G трансивер

Что такое Ethernet трансивер?

Ethernet, также стандартизированный как IEEE 802.3, относится к технологии компьютерных сетей, широко используемой в локальных сетях (LAN) с хорошей обратной совместимостью, более высокой пропускной способностью и более длинными расстояниями линии связи, которая все больше заменяет предыдущие технологии проводных LAN, такие как Token Ring, FDDI и ARCNET.

Рисунок 2: Ethernet 10G-SR трансивер

Fibre Channel vs Ethernet трансивер, в чем их отличие?

Протоколы & безопасность

Трансиверы FC, принадлежащие протоколу Fibre Channel, не соответствуют уровню модели OSI. В то время как трансиверы Ethernet соответствуют стандарту IEEE 802.3, который реализует физическую коммуникацию на основе пакетов в локальной сети. Это протокол канала передачи данных в стеке TCP/IP и относится к модели OSI.

Надежность

Кроме того, Fibre Channel следует системе SAN, тогда как Ethernet обычно используется системами NAS (Network-Attached Storage). Трансиверы FC предназначены для пользователей, которым требуется быстрая надежность с низкой латентностью для блочного хранения. Если требуется доступ к хранилищу на уровне файлов, будут рассмотрены трансиверы Ethernet.

Скорость передачи

Как упоминалось во вводной части, диапазон скоростей передачи Fibre Channel и Ethernet трансиверов различен. В частности, в настоящее время трансиверы FC могут работать со скоростью 1 Гбит/с / 2 Гбит/с / 8 Гбит/с / 16 Гбит/с / 32 Гбит/с / 128 Гбит/с. Трансиверы Ethernet могут поддерживать более широкий диапазон скоростей передачи, включая 10 Мбит/с / 100 Мбит/с / 1000 Мбит/с и 10 Гбит/с / 25 Гбит/с / 50 Гбит/с / 40 Гбит/с / 100 Гбит/с / 400 Гбит/с.

Кроме того, уличшение скорости поколений трансивера FC обычно происходит при двух мощностях, от 1 Гбит/с до 32 Гбит/с соответственно. Повышение производительности поколений трансиверовEthernet намного опережает Fibre Channel. Недавно запущенные трансиверы 400G Ethernet QSFP-DD почти в 400 раз больше первоначальных модулей 1G SFP. Очевидно, что оптические трансиверы Ethernet больше подходят для растущей потребности в более высокой пропускной способности.

Применения

Как архитектура развивается почти четыре десятилетия для локальных сетей, трансиверы Ethernet обычно применяются в локальной сети, иногда с применениях Wide Area Network (WAN). По сравнению с рабочими сценариями трансиверов FC, трансиверы Ethernet могут увидеть в различных ситуациях от небольших офисов до гипермасштабных ЦОД в зависимости от требований пропускной способности.

Сопутствующие коммутаторы

Стабильное соединение между трансиверами и коммутаторами жизненно важно при реализации вышеупомянутых сценариев применения. Нормально говоря, трансиверы FC подключаются к коммутаторам FC, тогда как трансиверы Ethernet и коммутаторы Ethernet совпадают. Нет ситуаций смешанного использования.

В качестве одного из ведущих вариантов для SAN, традиционные сети Fibre Channel содержат коммутаторы Fibre Channel и HBA Fibre Channel. Коммутаторы FC используются для подключения хранилища к SAN, а HBA FC применяются для подключения коммутаторов к серверам. Вариант сетевых коммутаторов Ethernet шире, что отражается в стекируемости, количестве портов, поддерживаемых скоростях передачи и т. д. Когда последние трансиверы 400G Ethernet подключаются к сетевому коммутатору 400G, тогда будет реализовано 400GbE. Fibre Channel vs Ethernet коммутатор: в чем различия иллюстрируют различия между этими двумя типами коммутаторов.

Резюме

Fibre Channel глубоко укоренился в современных крупных предприятиях и крупных ЦОД, что делает трансиверы FC значительными. Ethernet показывает свое преимущество запуска несколько протоколов хранения и сети, что приводит к широкому использованию сетевых трансиверов Ethernet. Оба трансиверы Fibre Channel и трансиверы Ethernet имеют своих относительно фиксированных пользователей для своего конкретного сетевого развертывания.

Fibre Channel

Fibre Channel (или сокращенно FC, в переводе с английского fibre channel - волоконный канал) - класс протоколов, использующихся для высокоскоростной (гигабитной) передачи данных. Применяется в основном для сетей хранения данных. Находится в ведомстве Технического комитета T11 (входит в состав Международного комитета по стандартам в сфере ИТ (InterNational Committee for Information Technology Standards — INCITS).

Первоначально семейство Fibre Channel применялось исключительно в суперкомпьютерах, затем перешло в сети хранения данных, там FC применяется как стандартная возможность подключения к система хранения данных. Получил широкое корпоративное использование.

Fibre Channel Protocol (FCP) - это транспортный протокол (аналогично TCP в IP-сетях), использующий SCSI в сетях FC. Представляет собой базу для построения сетей хранения данных.

История

Fibre Channel впервые появился в 1988 году, но только в 1994 году был официально утвержден как стандарт, упрощающий интерфейс HIPPI. В устаревшем протоколе применялся массивный 50-парный кабель с громоздкими коннекторами.

Первоначальными целями интерфейса Fibre Channel по выходу на рынок были повышение дальности действия и упрощение схемы подключения линий передачи. Примечательно, что перед разработчиками не стояло задачи увеличить скорость работы.

Когда Fibre Channel начал вести серьезную конкуренцию на рынке, главным соперником нового интерфейса стал SSA (Serial Storage Architecture) от IBM, с которым долгое время разворачивалась серьезная борьба. В конце концов, рынок выбрал Fibre Channel, таким образом, IBM потеряли контроль над технологиями хранения данных следующего поколения.

Почему покупатель выбрал Fibre Channel? Дело в том, что в процессе разработки интерфейса, основная концентрация усилий пришлась на упрощение подключения, увеличение расстояния действия, однако и не был сделан акцент на увеличение скорости.

Позже, разработчики добавили к приоритетным задачам по развитию FC еще и возможность подключения дисковых накопителей SCSI, обеспечивающих более высокую скорость при увеличенном числе подключенных устройств. Это сделало Fibre Channel практически недосягаемым даже для крупных конкурентов. Кроме того, позднее в Fiber Channel была добавлена поддержка любого количества протоколов "верхнего уровня" (включая ATM и IP) с SCSI, выступающего как приоритетный.

Версии Fibre Channel

Название

Пропускная способность (Gbps)

Производительность (

MBps)

Год

Топологии Fibre Channel

Топология определяет взаимное подключение устройств (трансмиттеров и ресиверов). Существует три типа топологии Fiber Channel:

"Точка-Точка" (point-to-point). В данном случае устройства подключены напрямую: трансмиттер одного устройства соединен с ресивером второго, и наоборот. Отправленные одним устройством кадры направлены ко второму устройству.

Управляемая петля (arbitrated loop). В данном случае устройства объединены в петлю: трансмиттер одного устройства соединяется с ресивером следующего. Устройствам присваиваются адреса, после чего петля может служить передатчиком данных. Добавление устройства в петлю приводит к приостановке передачи данных. Чтобы построить управляемую петлю используют концентраторы, они способны замыкать/размыкать петлю, если добавляется/убирается устройство.

Коммутируемая связная архитектура (switched fabric). В данном случае применяется коммутатор. Это позволяет подключать большее количество устройств, в сравнении с управляемой петлей. Однако, при этом добавление новых устройств не влияет на передачу данных между уже подключенными устройствами, поскольку на основе коммутаторов можно строить сложные сети, на коммутаторах поддерживаются распределенные службы управления сетью (fabric services), которые отвечают за маршруты передачи данных, регистрацию в сети и присвоение сетевых адресов и другое.

Обычно под топологией Fibre Channel ошибочно подразумевают топологию сети хранения данных (взаимное подключение оборудования инфраструктуры и оконечных устройств).

Уровни

Fibre Channel имеет пять уровней:

FC-0 Физический. Он описывает среду передачи, трансиверы, коннекторы и типы используемых кабелей. Поддерживается как оптическая, так и электрическая среда (витая пара, коаксиальный или твинаксиальный кабели, а также многомодовое или одномодовое волокно), со скоростью передачи данных от 133 мегабит/с до 10 гигабит/с на расстояния до 50 километров.
FC-1 Кодирование. Он описывает процесс 8b/10b Кодирования (каждые 8 бит данных кодируются в 10-битовый символ (Transmission Character), специальные символы и контроль ошибок. 10GFC использует кодирование 64b/66b, 10GFC несовместим с 1/2/4/8GFC.
FC-2 Кадрирование и сигнализация. Он описывает сигнальные протоколы. Определяются слова, разбивается поток данных на кадры. Определяются правила передачи данных между двумя портами.
FC-3 Общих для узла служб. Он определяет базовые и расширенные службы для транспортного уровня. Кроме того, производит расщепление потока данных (страйпинг), передачу потока данных через несколько соединений (маршрутов), отображение множества портов на одно устройство.
FC-4 Отображения протоколов. Он предоставляет возможность инкапсуляции других протоколов (SCSI, ATM, IP, HIPPI , AV, VI, IBM SBCCS и многих других.)

Логические типы портов

Порты различаются в зависимости от поддерживаемой топологии и типа устройства:

Порты узлов

N_Port (Node port), порт с поддержкой топологии FC-P2P ("Точка-Точка") или FC-SW (с коммутатором).
NL_Port (Node Loop port), порт с поддержкой топологии FC-AL (arbitrated loop - управляемая петля).

Порты коммутатора/маршрутизатора (только для топологии FC-SW)

F_Port (Fabric port), порт «фабрики» (switched fabric - коммутируемая связная архитектура). Подключение портов типа N_Port к коммутатору. Не поддерживается топология петли.
FL_Port (Fabric Loop port), порт «фабрики» с поддержкой петли. Подключение портов типа NL_Port к коммутатору.
E_Port (Expansion port), порт расширения. Применяется для соединения коммутаторов. Может быть соединен только с портом типа E_Port.
EX_port порт для соединения FC-маршрутизатора и FC-коммутатора. Со стороны коммутатора он выглядит как обычный E_port, а со стороны маршрутизатора как EX_port.
TE_port (Trunking Expansion port (E_port)). Расширенный ISL или EISL. TE_port предоставляет помимо стандартных возможностей E_port маршрутизацию множественных VSANs (Virtual SANs). Реализовано применением нестандартного кадра Fibre Channel (vsan тегирование).

Общее

L_Port (Loop port), любой порт устройства с поддержкой топологии «Петля» - NL_port или FL_port.
G_port (Generic port), порт с автоопределением. Автоматически может определяться как порт типа E_Port, N_Port, NL_Port.

Варианты оптической среды передачи данных

Коннекторы Fibre channel LC (слева) и SC (справа)

Тип среды

Скорость (Mbyte/s)

Передатчик

Модификация

Расстояние

1300 нм Длинноволновой лазер

1550 нм Длинноволновой лазер

1300 нм Длинноволновой лазер

1550 нм Длинноволновой лазер

1300 нм Длинноволновой лазер

Многомодовое волокно (50µм)

850 nm Коротковолновой лазер

Инфраструктура

Директоры — многопортовые модульные коммутаторы, обладающие высокой степенью доступности.
Выделенные коммутаторы (standalone switches) — коммутаторы, обладающие фиксированным количеством портов.
Стэкируемые коммутаторы (stackable switches) — коммутаторы, обладающие дополнительными высокопроизводительными портами для связи независимых шасси между собой.
Встраиваемые коммутаторы (embedded switches) — коммутаторы, встраиваемые в блейд-корзину (blade enclosure). В корзине имеется разделение портов по функции.
Концентраторы (hubs) — связующие устройства в управляемой петле (Arbitrated Loop).
Концентраторы-коммутаторы (loop-switches) — связующие коммутаторы в управляемой петле (Arbitrated Loop). Концентраторы и концентраторы-коммутаторы практически не используются для подключения оконечных устройств; используются для подключения дисков к контроллерам в дисковых массивах.

Также возможно увеличить дальность соединения, благодаря использованию дополнительного трансмиссионного оборудования (мультиплексоров, созданных на основе WDM и прочее)

Главные производители оборудования Fibre Channel: Brocade, Cisco, QLogic, Emulex.

Логические элементы передачи данных

Упорядоченные наборы (Ordered Sets)

Слова размером в 4 байта (Transmission Words) со специальными данными и символами. Разбиение потока данных на упорядоченные наборы сохраняет синхронизацию между передатчиком и ресивером на уровне битов и слов. Упорядоченные наборы начинаются с символа K28.5. Типы наборов определяются сигнальным протоколом.

Разделители кадров

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

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

Базовые сигналы

Сигнал бездействия (Idle). Обозначает готовность принимать и отправлять кадры.
Сигнал готовности ресивера (Receiver Ready, R_RDY). Управление потоком данных, применяется для индикации наличия места в буфере ресивера.
Базовые последовательности. Служат для повещения о нестандартном состоянии порта. В ответ отправляется соответствующая последовательность или сигнал бездействия. Поддерживается четыре последовательности:

Offline (OLS)
Not Operational (NOS)
Link Reset (LR)
Link Reset Response (LRR)

Уникальный адрес устройства

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.

Классы служб (CoS)

В Fibre Channel поддерживается такие классы служб (Classes of service, CoS):

Класс 1 — Acknowledged Connection Service (выделенные каналы с подтверждением). Выделенное соединение образуется между двумя устройствами через коммутатор или фабрику. Принимающее устройство отправляет на передающее подтверждение приема каждого кадра. Соединение остается открытым до того момента, пока передача данных не будет завершена. Соединение устанавливается всего несколько микросекунд. Канал, как правило, дуплексный, но в случае необходимости есть возможность организовать симплексный (к примеру, в случае необходимости одновременной передачи данных от одного и другого узла). Доступна максимальная пропускная способность устройства. Применяется сквозное управление потоком. Гарантированы высокая скорость обмена и правильный порядок приема кадров. Данный класс идеально подходит приложениям, работающим с большими массивами данных, к примеру, системы моделирования или обработки видео. Если пропускная способность не используется полностью, она все равно недоступна для других приложений до тех пор, пока соединение не будет закрыто. Главным недостатком данного класса является невозможность работы между собой портов с разной скоростью работы. Стандартизованные в FC-PH-2 однонаправленная передача, буферизация класса 1 и Camp on, начиная с FC-FS, считаются устарелыми.
Класс 2 — Acknowledged Connectionless Service (передача без организации соединения с подтверждением). Каждый кадр коммутируется независимо от остальных, конечный порт может одновременно передавать и принимать данные от нескольких узлов. Однако при этом канал между двумя взаимодействующими не выделяется (происходит мультиплексирование коммутатором трафика). Каждый кадр подтверждается принимающим устройством. Кадры могут доставляться по различным маршрутам. Упорядочивание последовательности кадров осуществляется на уровне FC-2. Утилизация доступной полосы пропускания ниже, чем в Классе 1, по причине включения механизмов регулирования потока на покадровой основе.
Класс 3 — Unacknowledged Connectionless Service, иногда называется Datagram Connectionless Service (передачи без организации соединения и без подтверждения). Схож с предыдущим классом, за исключением того, что в нем не существует подтверждения доставки. Пропускная способность в отсутствие ошибок, из-за отсутствия подтверждений немного увеличивается (от 0% до 3%), в сравнении с классом 2, однако гарантий доставки нет. Упорядоченная доставка кадров не гарантирована. Упорядочивание последовательности кадров осуществляется на уровне FC-2, запрос на повторную передачу потерянных кадров осуществляется протоколами верхних уровней. При возникновении ошибок в передаче, а также если кадр отклоняется или ресурс занят, кадр теряется, и подключаются протоколы верхних уровней. Пропускная способность снижается, поскольку у протоколов верхних уровней время реакции и тайм-ауты существенно выше, чем на уровне FC-2. Однако для протоколов реального времени, задержка с повтором может быть такой, что передаваемая информация уже устарела. Данный класс применяется для организации многоадресных и широковещательных рассылок, также используется в системах массовой памяти. Это наиболее распространенный класс коммутируемых FC-сетей, поскольку наиболее прост в реализации и в нем работают наиболее распространенные протоколы верхних уровней SCSI и IP.
Класс 4 — Fractional Bandwidth Connection-oriented Service (соединение с дробной полосой пропускания) между N_Ports. Схож с Классом 1, поскольку также предполагает установление соединения, подтверждение доставки, фиксированную задержку, соблюдение порядка кадров. Соединение устанавливается в виде виртуального канала с полосой пропускания между портами. Полоса достаточна для предоставления услуг с предсказуемым качеством. Виртуальный двунаправленный канал состоит двух однонаправленных виртуальных соединений (Virtual Circuit, VC), причем на каждом VC могут обеспечиваться различные QoS. Каждый N_port может устанавливать несколько таких соединений (до 254). Применяется для критичных ко времени доставки данных (видео-, аудиопотоки).
Класс 5 — Isochronous Service (изохронное соединение). Не стандартизован. Предназначается для приложений, требующих немедленной доставки данных без промежуточной буферизации.
Класс 6 — Unidirectional Connection Service (однонаправленное соединение). Аналогичен Классу 1, однако 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. Применяется для доставки трафика реального времени (видео-, аудиопотоки).
Смешанный класс — Intermix — подвид класса 1. Позволяет передавать кадры класса 2 или 3 в те моменты, когда приложение первого класса не занимает канал. При этом кадры классов 2 или 3 необязательно должны быть адресованы тому же получателю, что и у класса 1. Разработан для частичного устранения блокировки фабрики передачами первого класса.
Класс F — применяется для управления и передачи служебной информации. Передача осуществляется без установления соединения по Inter Switch Links (ISL) между E_ports.

Стандарт FC-PH определяет Классы 1-3, Класс 4 определается в стандарте FC-PH-2 (в FC-FS-2 установлен устарелым), Класс 5 - для изохронного режима, однако недостаточно стандартизирован, Класс 6 определился в стандарте FC-PH-3, Класс F — в стандартах FC-SW и FC-SW2.

Где применяется?

Fibre Channel широко применяется для создания сетей хранения данных (Storage Area Networks). Высокая скорость передачи данных, низкая задержка и расширяемость, не имеющая аналогов в этой области делают Fibre Channel поистине уникальным интерфейсом. Впрочем, за последние несколько лет, область его применения постепенно перемещается в сегмент высокопроизводительных систем, бюджетный сегмент активно осваивается недорогими решениями iSCSI, простренными на базе Gigabit Ethernet и 10G Ethernet.

В последнее время четко обозначились тенденции в развитии информационных и телекоммуникационных технологий. Они вызваны требованиями со стороны пользователей по увеличению пропускной способности сетей и повышению производительности вычислительных систем. При этом заказчиков интересует рациональное использование имеющегося своего оборудования, а снижение капитальных и эксплуатационных расходов.

Новые времена – новые технологии

При создании протокола FCoE его разработчики не стали особенно мудрить и воспользовались проверенным принципом инкапсуляции. В данном случае пакеты Fibre Channel без каких-либо изменений переносятся в Ethernet-пакеты. Такой подход гарантирует прозрачность среды передачи для протокола верхнего уровня. Это позволяет обеспечить интеграцию с существующими системами и использовать привычные инструменты управления сетью хранения данных. Побочным эффектом такого решения является увеличение служебной информации в Ethernet-пакете, что снижает эффективную скорость передачи данных. Однако с этой избыточностью можно мириться на фоне многократного увеличения общей пропускной способности сетей Ethernet.
Гораздо большей проблемой для протокола FCoE является отсутствие гарантированной доставки в обычном протоколе Ethernet. Поэтому потребовалось создание нового стандарта, получившего название Converged Enhanced Ethernet (CEE). Впрочем, пока это еще только кандидат в стандарты, его окончательное утверждение ожидается летом 2010 года.
В стандарте CEE реализованы механизмы доставки пакетов без потерь на основе распределения трафика по различным уровням приоритета и выделения для каждого уровня заданной пропускной способности (создание виртуального канала). В период перегрузки на сети, потоки с низким уровнем приоритетов "притормаживаются", пропуская вперед трафик чувствительный к задержкам, к которому относится трафик SAN. Другой важной характеристикой CEE является поддержка им протокола обмена Data Center Bridging (DCB). Так как основным методом работы FCoE является инкапсуляция, то задачей стандарта CEE становится минимизация перегрузки сети Ethernet и времени задержки на ней. Вопросы гарантированной доставки пакетов SAN продолжают решаться протоколом Fibre Channel.

На практике, внедрение стандартов FCoE и CEE позволит упростить сетевую инфраструктуру дата-центров и корпоративных сетей, в которых необходимо поддерживать распределенные системы хранения. Протоколы CEE и FCoE позволяют объединить потоки традиционного Ethernet и Fibre Channel на интерфейсах 10 GbE и тем самым сократить число физических портов в коммутационном и серверном оборудованиях.
Специалисты считают, что наибольшие преимущества от внедрения технологии FCoE и развертывания сетей CEE будут достигнуты в трех областях применения. Это, в первую очередь, консолидация ресурсов на базе использования серверной виртуализации. Помимо несомненных достоинств виртуализация породила новые проблемы, одна из которых это более интенсивная нагрузка физического сервера операциями ввода-вывода. Сейчас, по данным компании Brocade, на одном блайд-шасси в среднем запускается порядка 256 виртуальных машин. В ближайшее время их число может увеличиться до 4096 машин. Применение интерфейсов CEE 10 GbE позволит сократить число каналов ввода-вывода.
Другой областью применения FCoE станет объединение на уровне аппаратной стойки серверного оборудования с сетями передачи данных и сетями хранения данных. Такой вариант использования часто именуется Top-of-Rack. Коммутаторы с поддержкой FCoE смогут заменить ныне используемые коммутаторы Ethernet и SAN. При этом снизится энергопотребление и освободится пространство в аппаратной стойке.
Наконец, применение коммутаторов CEE с поддержкой FCoE позволит иначе создавать магистральные сегменты сети не только на уровне центров обработки данных, но также в рамках всей корпоративной сети. Такая реализация позволяет полностью внедрить новые технологии в диапазоне от серверов до ядра сети и носит название End-of-Row.

Типовая схема конвергентной сети дата-центра

Для создания инфраструктуры FCoE помимо наличия коммутаторов, поддерживающих данный протокол, также требуется использование конвергентных сетевых адаптеров CNA (с поддержкой CEE и FCoE). Поэтому в нашем обзоре мы рассмотрим не только предложения ведущих поставщиком коммутационных решений, но и производителей сетевых адаптеров.

Производители оборудования FCoE и их предложения

Компания Cisco так же не осталась в стороне от этого многообещающего направления развития сетей и предлагает на рынке две модели коммутаторов семейства Nexus, поддерживающих технологию FCoE. Это коммутаторы Cisco Nexus 5010 и 5020, которые отличаются числом портов, производительностью и, соответственно, габаритами.
Старшая модель имеет 40 фиксированных портов 10 GbE с поддержкой протокола СЕЕ и 16 портов Fibre Channel, выполненных как сменные интерфейсные модули. Первые 16 портов 10 GbE так же поддерживают подключение на скорости Gigabit Ethernet, что позволяет осуществлять плавную интеграцию оборудования в существующую инфраструктуру. Суммарная производительность Nexus 5020 составляет 1,04 Тбит/с.
Коммутатор Nexus 5010 выполнен в корпусе высотой 1U и имеет вдвое меньшее число портов, чем старший брат. Это 20 фиксированных портов 10 GbE с поддержкой протокола СЕЕ, из которых первые 8 портов имеют возможность подключения Gigabit Ethernet. Это 8 портов Fibre Channel, выполненных в виде сменных модулей. Пропускная способность коммутатора составляет 520 Гбит/с.
Для обеих моделей коммутаторов выпускается четыре вида интерфейсных модулей, отличающихся числом и типами портов. Кроме модулей с оптическими интерфейсами FC, работающих на скоростях от 1 до 4 или 8 Гбит/с, в коммутаторы можно установить комбинированные модули с интерфейсами 10 GbE CEE и FC или только с интерфейсами 10 GbE CEE.

Для конвергентных сетей, совмещающих функции передачи данных локальных сетей и сетей хранения, компания HP предлагает два коммутатора и сетевой адаптер CAN. Модель HP 2408 FCoE Converged Network имеет 8 портов Fibre Channel 8 Гбит/с и 24 порта Ethernet 10 Гбит/с. Порты Ethernet 10 Гбит/с поддерживают передачу по стандарту CEE. Агрегированная полоса пропускания по всем портам и видам трафика достигает 608 Гбит/с. Для интерфейсов FC обеспечивается автоматическое определение скорости работы портов коммутатора 1, 2, 4 и 8 Гбит/с. Модель НР 2408 обладает встроенной системой управление FCoE и FC, что позволяет использовать единую, унифицированную среду мониторинга и контроля. Коммутатор выполнен в корпусе размером 1U и отличается низким уровнем энергопотребления.
Так же компания HP предлагает своим заказчикам две разновидности более мощных коммутаторов, выпускаемых по лицензионному соглашению с компанией Cisco. Это модели HP Nexus 5010 и 5020, которые рассматриваются в части обзора, посвященному предложениям Cisco.
Для установки в серверное оборудование предлагается сетевой адаптер, поддерживающий передачу на едином порту трафика Ethernet и FC. Адаптер имеет два порта 10 Гбит/с СЕЕ, к которым могут подключаться медные или оптические кабели.

Из производителей сетевых адаптеров для конвергентных сетей следует выделить компании QLogic и Emulex. Их продукцию часто используют на основе OEM-соглашений многие ведущие поставщики оборудования. В настоящее время Emulex предлагает две модели CNA, это LightPulse 21000 FCoE и OneConnect OCe10102-F FCoE. Обе модели имеют один интерфейс 10 GbE с поддержкой СЕЕ и FCoE и предназначены для установки PCI-интерфейс сервера. Компания QLogic поставляет для конвергентных сетей одну модуль QLogic QLE8042, но которая имеет два интерфейса 10 GbE.

Стоит отметить, что в сегменте сетевого оборудования с поддержкой технологии FCoE поставки продукции на основе OEM-соглашений практикуются очень широко. Все без исключения производители в своих линейках в той или иной мере используют такое оборудование. Именно поэтому в обзоре не были отдельно упомянуты предложения компаний EMC и NetApp, чьи продукты FCoE полностью основаны на моделях других вендоров.

Рыночная ниша FCoE

Ожидается, что серьезный спрос на оборудование конвергентных сетей возникнет в 2011 – 2012 годах. К этому времени технология достигнет определенной зрелости и, естественно, продукция с ее использованием заметно подешевеет.
Впрочем, гарантировать успех любой новой технологии следует с оглядкой, время покажет, какую рыночную нишу она сможет занять.

Читайте также: