Fibre Channel ist eine Standardschnittstelle aus dem Bereich der Speichernetzwerke. Die Abkürzung des zugehörigen Protokolls ist FC-P.
Überblick Bearbeiten
Fibre Channel ist für serielle, kontinuierliche Hochgeschwindigkeitsübertragung großer Datenmengen konzipiert worden.
Viele Storage Area Networks basieren heute auf der Implementierung des Fibre-Channel-Standards. Die erreichten Datenübertragungsraten liegen heute bei 4, 8, 16 und 32 Gbit/s, was im Vollduplex-Betrieb für Datentransferraten von bis zu 3,2 GB/s ausreicht. Es sind jedoch auch geringere Datenübertragungsraten möglich. So war bis vor wenigen Jahren noch 1 Gb/s (1GFC) die maximale Datenübertragungsrate im Fibre Channel. Als Übertragungsmedium findet man Kupferkabel (hauptsächlich innerhalb von Storage-Systemen; überbrückt bis zu 30 m) und Glasfaserkabel (meist zur Verbindung der Storage-Systeme untereinander; überbrückt bis zu 10 km). Fibre Channel wurde zur Ablösung des alten SCSI-Busses entwickelt. Die Hauptanwendung von Fibre Channel ist der Transport von SCSI-Kommandos, -Daten und -Status. Es gibt aber viele weitere sogenannte Upper-Layer-Protokolle, wie z. B. SNMP, IP oder Virtualinterface.
Ähnlich wie bei klassischen Netzwerken, bei denen jede Netzwerkkarte eine MAC-Adresse hat, hat bei Fibre Channel jedes Gerät einen WWNN (World Wide Node Name) sowie jeder Port pro Gerät einen WWPN (World Wide Port Name). Es handelt sich dabei um einen 64-Bit-Wert (meist hexadezimal dargestellt), der jedes Fibre-Channel-Gerät eindeutig identifiziert. Fibre-Channel-Geräte können über mehr als nur einen Port verfügen, in diesem Fall hat das Gerät weiterhin nur eine WWNN, aber es besitzt WWPNs in der gleichen Anzahl wie es Ports besitzt. Die WWNN und die WWPN sind sich in der Regel sehr ähnlich.
Die Erweiterungskarten, die es den Servern ermöglichen, über Fibre Channel zu kommunizieren, werden als Host-Bus-Adapter (kurz: HBA) bezeichnet. Typische HBAs benötigen einen PCI-Express-Steckplatz, ältere HBAs hatten einen PCI-X-Steckplatz mit 64-Bit-Busbreite und mindestens 100-MHz-Taktrate.
Der Payload (tatsächlich übertragbare Daten) eines FC-Frames beträgt bis zu 2112 Bytes, der Protokoll-Overhead liegt bei lediglich 36 Bytes (vergl. iSCSI, TCP/IP ohne Jumbo Frames: 1460 Bytes/78 Bytes; mit Jumbo Frames 8960 Bytes/78 Bytes). Er dient zur Adressierung und Integritätsprüfung der Daten und besteht aus:
- Start of frame, 4 Byte: kennzeichnet den Anfang des Datenblocks
- FC frame header, 24 Byte: beinhaltet Metadaten zum Block
- CRC, 4 Byte: Prüfsumme zu Prüfung der Datenintegrität
- End of frame, 4 Byte: kennzeichnet das Ende des Datenblocks
Topologien Bearbeiten
Es können generell drei Arten von Fibre-Channel-Topologien unterschieden werden:
Schichten Bearbeiten
Der Fibre-Channel-Protokoll-Stack ist, wie auch das OSI- und TCP/IP-Modell, in Schichten unterteilt. Anders als bei diesen beiden, gibt es hier fünf Schichten (Layer), die sich im Vergleich wie folgt abbilden lassen:
| OSI | TCP/IP | Fibre Channel |
|---|---|---|
| Anwendungen | FTP, Telnet, SMTP, NFS, SMB, … | FC-4 (Protocol Mapping Layer): SCSI, IP, FICON, … |
| Darstellung | ||
| Sitzung | FC-3 (Common Services Layer): RAID, Verschlüsselung, … FC-2 (Network Layer): FC Core | |
| Transport | TCP, UDP, RSVP, … | |
| Vermittlung | IP, ICMP, IGMP, … | (kein Äquivalent zur Vermittlungsschicht) |
| Sicherung | Ethernet, FDDI, Token Ring, … | FC-3 (Common Services Layer): RAID, Verschlüsselung, … FC-2 (Network Layer): FC Core |
| Bitübertragung | FC-1 (Data Link Layer): Line Coding FC-0 (Physical): Kabel, Stecker, … |
- FC-4 – Im Protocol Mapping Layer werden Anwendungsprotokolle, wie z. B. SCSI oder IP in eine Protocol Data Unit verpackt, damit diese über den FC-2 Layer zugestellt werden kann.
- FC-3 – Im Common Services Layer können erweiterte Funktionen wie beispielsweise RAID-Absicherung oder Verschlüsselung implementiert werden.
- FC-2 – Der Network Layer. Definiert im FC-PI-2 Standard, stellt er den eigentlichen Kern des FC-Protokolls dar.
- FC-1 – Im Data Link Layer ist die Umsetzung der Daten in Leitungssignale implementiert.
- FC-0 – Der Physical Layer, der die Verkabelung, Stecker und Steckertypen usw. definiert.
Die Schichten FC-0, FC-1 und FC-2 können unter der Bezeichnung FC-PH als die physischen Schichten des Fibre Channels zusammengefasst werden.
Fibre-Channel-Router arbeiten bis hoch zur FC-4 Schicht (d. h., sie können z. B. als SCSI-Router fungieren), Switche bis FC-2 und Hubs nur auf Schicht FC-0.
Fibre-Channel-Produkte gibt und gab es in den Geschwindigkeitsausprägungen 1, 2, 4, 8, 10, 16 und 20 Gbit/s. Der 16-Gbit/s-Standard wurde 2010 durch das INCITS-T11-Komitee freigegeben. FC-Produkte sind nur zwei Generationen abwärtskompatibel, d. h., ein 4 Gbit/s HBA beherrscht auch 2 und 1 Gbit/s, während jedoch ein 8 Gbit/s Adapter eine 1 Gbit/s FC-Infrastruktur nicht mehr unterstützt. Die 10 und 20 Gbit/s Standards sind Sonderfälle. Sie sind zu keinem anderen FC-Standard abwärtskompatibel und werden praktisch ausschließlich zur Inter-Switch-Link Kommunikation verwendet.
Port-Typen im Fabric Bearbeiten
| Kürzel | Typ | Beschreibung |
|---|---|---|
| U_Port | Universal Port | Startstatus |
| FL_Port | Fabric Loop Port | ist mit einer Loop verbunden |
| G_Port | Generic Port | Vorstufe zu E- oder F-Port |
| F_Port | Fabric Port | ist mit einem N_Port verbunden |
| E_Port | Expansion Port | Verbindung zu anderem SAN-Switch |
| N_Port | Node-Port | Gerät ist direkt am Switched Fabric (FC-SW) angeschlossen |
| NL_Port | NodeLoop-Port | Gerät ist an einer Arbitrated Loop (FC-AL) angeschlossen |
Kabellängen Bearbeiten
| Verkabelung | max. Kabellänge bei Datenrate in GBit/s | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 | |
| Kupfer | DE9 | 25 m | |||||
| twisted pair | 50 m | ||||||
| Multi- Mode- Licht- wellen- leiter- | OM1 62,5/125 µm | 300 m | 150 m | 70 m | 21 m | 15 m | |
| OM2 50/125 µm | 500 m | 300 m | 150 m | 50 m | 35 m | ||
| OM3 50/125 µm | 860 m | 500 m | 270 m | 150 m | 100 m | 70 m | 70 m |
| OM4 50/125 µm | 400 m | 190 m | 125 m | 100 m | 100 m | ||
| OM5 50/125 µm | 100 m |
Die Angabe OM1...3 bezieht sich dabei auf die Einstufung der Glasfaser. Mit 50/125 µm bei der Verkabelung von z. B. 1 Gbit/s OM2-LWL-Kabeln ist erst der Durchmesser der Seele, dann der des Mantels gemeint. Vergleiche hierzu Faserkategorien und Einsatzgebiete und dessen Unterpunkt für Kategorien von Multi-Mode-Fasern.
Glasfaservarianten Bearbeiten
| Medientyp | Datenrate | Transmitter | Variante | Entfernung |
|---|---|---|---|---|
| Single-Mode- Faser | 400 MB/s | 1300 nm Langwellenlaser | 400-SM-LL-I | 2 ...2.000 m |
| 200 MB/s | 1550 nm Langwellenlaser | 200-SM-LL-V | 2 ...50.000 m | |
| 1300 nm Langwellenlaser | 200-SM-LL-I | 2 ...2.000 m | ||
| 100 MB/s | 1550 nm Langwellenlaser | 100-SM-LL-V | 2 ...>50.000 m | |
| 1300 nm Langwellenlaser | 100-SM-LL-L | 2 ...10.000 m | ||
| 1300 nm Langwellenlaser | 100-SM-LL-I | 2 ...2.000 m | ||
| Multi-Mode- Faser (50 µm) | 400 MB/s | 850 nm Kurzwellenlaser | 400-M5/6-SN-I | 0,5 ...150 m |
| 200 MB/s | 200-M5/6-SN-I | 0,5 ...300 m | ||
| 100 MB/s | 100-M5/6-SN-I | 0,5 ...500 m | ||
| 100-M6-SL-I | 2 ...175 m |
Ähnliche Standards Bearbeiten
- ATA over Ethernet: Bei ATA over Ethernet (ATAoE) werden ATA/ATAPI-Pakete in Ethernet gekapselt. Ähnlich zu FC ist ATAoE nicht in TCP/IP gekapselt, ATAoE ist daher ebenfalls nicht routingfähig.
- iSCSI (SCSI over IP): Bei iSCSI werden SCSI-Pakete in TCP/IP gekapselt. Hieraus resultiert ein höherer Overhead, dafür ist iSCSI aber routingfähig und kann, wie Fibre Channel over IP, auch in Weitverkehrsnetzen eingesetzt werden.
- HyperSCSI Bei HyperSCSI werden SCSI-Pakete in Ethernet gekapselt. Im Unterschied zu iSCSI erfolgt aber keine Kapselung in TCP/IP, hieraus resultieren geringe Performancevorteile, HyperSCSI ist aber nicht routingfähig.
Siehe auch Bearbeiten
Literatur Bearbeiten
- Roland Döllinger, Reinhard Legler, Duc Thanh Bui: Praxishandbuch Speicherlösungen. dpunkt, Heidelberg 2010. ISBN 978-3-89864-588-1
- Björn Robbe: SAN – Storage Area Network. Hanser, München 2001. ISBN 978-3-446-21662-4