Контакты Доставка Вакансии
Контакты Доставка Вакансии
 
О компанииПродукцияПрайс-листПолезноеБлоки питания
 
Укажите артикул для поиска

НОВОСТИ LAB-VM

19.6.2013
LAB-VM - Доступны для заказы новые коммутаторы Mellanox FDR 56Gb/s InfiniBand
Подробнее »

15.3.2013
Запуск обновленного онлайн магазина LAB-VM
Подробнее »

20.10.2012
Компания LAB-VM объявляет о начале поставок сетевого оборудования Finisar
Подробнее »

11.1.2012
Компания LAB-VM приступила к выпуску серверов на базе первых в мире 16-ти ядерных процессоров класса x86
Подробнее »



Fibre channel. Интерфейс передачи данных.

Назад - Полезное - Оглавление

Fibre Channel — высокоскоростной интерфейс передачи данных, используемый для соединения вместе рабочих станций, мейнфреймов, суперкомпьютеров и устройств хранения данных.

Порты устройств могут быть подключены напрямую друг к другу, быть включены в управляемую петлю или в коммутируемую сеть, называемую тканью.

Поддерживается как оптическая, так и электрическая среда, со скоростью передачи данных от 133 мегабит/с до 8 гигабит/с на расстояния до 10 километров.

Сетевая модель Fibre Channel состоит из пяти уровней:

- FC-0 Описывает среду передачи, трансиверы, коннекторы и типы используемых кабелей. Включает определение электрических и оптических характеристик, скоростей передачи данных и других физических компонентов.
- FC-1 Описывает процесс 8b/10b Кодирования - каждые 8 бит данных кодируются в 10-битовый символ; специальные символы и контроль ошибок.
- FC-2 Описывает сигнальные протоколы. На этом уровне происходит разбиение потока данных на кадры и сборка кадров. Определяет правила передачи данных между двумя портами и классы обслуживания.
- FC-3 Определяет такие особенности, как расщепление потока данных, возможность передачи потока данных через несколько соединений и отображение множества портов на одно устройство.
- FC-4 Предоставляет возможность переноса других протоколов.

Логические элементы потока данных

При передаче данных выделяют следующие логические последовательности:

Упорядоченные наборы

Четырёхбайтные слова, содержащие данные и специальные символы. Разбиение потока данных на упорядоченные наборы позволяет сохранять синхронизацию между передатчиком и ресивером на уровне битов и слов. Упорядоченные наборы всегда начинаются с символа K28.5. Основные типы наборов определяются сигнальным протоколом.

Разделители кадров

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

- Начало кадра
- Конец кадра

Базовые сигналы

Сигнал бездействия. Передаётся для обозначения готовности принимать и отправлять кадры. * Сигнал готовности ресивера. Используется при управлении потоком данных для индикации наличия места в буфере ресивера. * Базовые последовательности. Передаются для оповещения о нестандартном состоянии порта. При получении такой последовательности в ответ посылается соответствующая последовательности или сигнал бездействия. Стандарт поддерживает четыре последовательности:

1. Offline
2. Not Operational
3. Link Reset
4. Link Reset Response

Они служат транспортными контейнерами для пересылок между отдельными узлами решетки. Начало кадра определяется служебным словом Начало кадра, структуру которого мы рассматривали ранее. Непосредственно за этим словом располагаются шесть слов заголовка и от 0 до 528 смысловых слов. Кадр завершается контрольным словом CRC и словом Конец кадра. Размер каждого кадра может варьировать от 9 до 537 слов, что позволяет его гибко подстраивать под объем передаваемой информации.

Следующее сразу за словом начало кадра первое слово заголовка содержит адрес маршрутизации по решетке Fibre Channel. Остальные пять слов заголовка содержат уникальные идентификаторы последовательностей, обменов, определяют номер кадра в этих конструкциях, относительное смещение в оперативной памяти и тип сообщений — SCSI, IP, AV, VI etc.

Далее размещаются смысловые слова. Их количество определяется передающим портом с учетом собственных возможностей и возможностей остальных портов, информацию о чем он получает во время процедуры подключения.

Служебное слово CRC является всегда предпоследним в кадре и служит для проверки правильности передачи заголовка и смысловых слов на основе содержащихся в нем четырёх контрольных байт.

После завершения кадра, порт обязан также передать не меньше 6 слов IDLE.

В основе требования передачи шести слов IDLE между кадрами заложена та же самая идея, что и при выборе кодировки 8b/10b — пожертвовать некоторой частью полосы канала для получения простого, недорогого и вместе с тем надежного механизма передачи. Кодировка 8b/10b «съедает» 20 % пропускной способности канала в обмен на простой и надежный механизм распознавания слов. Шесть слов IDLE между кадрами нужны для обработки самих кадров - в процессе передвижения кадра по решетке все встречающиеся ему на пути узлы имеют слегка отличающиеся собственные опорные частоты. В итоге, узел с несколько меньшей собственной частотой посылает кадры несколько медленнее, чем принимает, поэтому во избежание конфликта кадров он просто время от времени выкидывает слова IDLE между ними. C той же целью более быстрый узел также может вставлять недостающие IDLE.

Учитывая 20 % избыточность 8b/10b, то в данном случае 1 Гигабит/с = 100 Мегабайт/с. А чтобы иметь возможность обеспечить поток пользовательских данных 100 Мегабайт/С с учетом избыточности CRC, адресных заголовков и других служебных слов, сейчас на уровне FC-0 используется скорость аппаратной передачи 1.0625 Гигабит/с.

Обмены

Каждое взаимодействие между приложениями через Fibre Channel происходит в контексте обмена. Каждый обмен имеет инициатора и ответчика. Для начала обмена инциатор посылает первый кадр первого пакета обмена ответчику. Содержимое кадра может составлять, например, SCSI команду. В заголовке этого кадра инициатор присваивает значение OX_ID. После этого все кадры данного обмена будут возвращаться от ответчика с этим же OX_ID, что позволит инициатору получать контекстную информацию о приложениях и протоколах более высокого уровня из собственной таблицы соответствий. Одновременно с этим ответчик присваивает собственное значение RX_ID в первом кадре своего первого пакета в пределах данного обмена. После получения этого кадра инициатором все дальнейшие кадры содержат уникальные идентификаторы сторон в контексте данного обмена, что позволяет точно установить принадлежность кадров при нескольких одновременных обменах. К примеру, кадры пакетов обмена SCSI командами могут приходить вперемешку с кадрами пакетов обмена IP, но порт сможет рассортировать их на лету. Когда обмен завершен, соответствующие значения OX_ID и RX_ID освобождаются для использования в будущих обменах. Таким образом порт Fibre Channel может рассматриваться, как многопротокольный маршрутизатор.

Каждый порт способен начать и поддерживать до 64 тыс. конкурентных обменов. Одновременно с этим он способен отвечать еще на 64 тыс. обменов с их поддержкой.

Оригинальность синтаксической структуры Fiber Channel, поддерживаемая словами 1-5 заголовка, отличает его от остальных протоколов передачи. Во-первых, порт имеет возможность конкурентной поддержки различных протоколов высокого уровня. Во-вторых, управление типами передачи выполняется на аппаратном уровне с минимальными микросекундными задержками. И, всё это происходит без участия системной шины, центрального процессора и операционной системы, то есть не создавая потенциально узкие места.

Адресация

Уникальный адрес устройства

Каждое устройство имеет уникальный 8-байтовый адрес, называемый Node World Wide Name, состоящий из нескольких компонент:

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.

Уникальный адрес порта устройства

Каждый порт устройства имеет уникальный 8-байтовый адрес, называемый Port World Wide Name, состоящий из нескольких компонент:

A0:00:BB:BB:BB:CC:CC:CC
|| | |
|| | +------ Назначаются производителем устройства.
|| +--------------- Назначаются IEEE для каждого производителя.
|+-------------------- Уникально идентифицируют порт устройства или коммутатора.
+--------------------- Число произвольно выбирается производителем.

Топологии

- Точка-Точка

Используется для связи между двумя устройствами — передатчик первого соединён с ресивером второго и наоборот. Все отправленные кадры предназначены для второго устройства — адресация отсутствует.

- Управляемая петля

Устройства объединены в петлю — передатчик каждого устройства соединён с ресивером следующего. Каждое устройство имеет уникальный для петли Физический Адрес Управляемой Петли. Естественно такое подключение не является надёжным — при сбое любого члена петли нарушается её работа, поэтому часто используются повторители, представляющие из себя многопортовые устройства и замыкающие петлю при сбое компонента.

- Коммутируемая Ткань

Основана на применении коммутаторов. Позволяет подключать огромное количество устройств и легко расширяется.

Логические типы портов

В зависимости от поддерживаемой топологии и типа устройства порты разделяются на несколько типов:

Порты узлов:
- Node port, порт устройства с поддержкой топологии Точка-Точка.
- Node Loop port, порт устройства с поддержкой топологии Ткань.

Порты коммутатора/маршрутизатора (только для топологии Коммутируемая Ткань):
- Fabric port, порт ткани. Используется для подключения портов типа Node port к коммутатору.
- Fabric Loop port, порт ткани с поддержкой петли. Используется для подключения портов типа Node Loop port к коммутатору.
- Expansion port, порт расширения. Используется для соединения коммутаторов. Может быть соединён только с портом аналогичного типа.
- EX_port
- Trunking Expansion port

Общий случай:
o Loop port, порт устройства с поддержкой топологии Петля.
o Generic port, порт с автоопределением. Автоматически может определяться как порт типа Expansion port, Node port или Node Loop port.

Физические типы портов

 

Типы физических FC-интерфейсов
Тип волокна Скорость (MB/s) Передатчик Тип интерфейса Расстояние
Single-Mode Fiber 400 1300nm Longwave Laser 400-SM-LL-I 2m — 2km
200 1550nm Longwave Laser 200-SM-LL-V 2m — >50km
1300nm Longwave Laser 200-SM-LL-I 2m — 2km
100 1550nm Longwave Laser 100-SM-LL-V 2m — >50km
1300nm Longwave Laser 100-SM-LL-L 2m — 10km
1300nm Longwave Laser 100-SM-LL-I 2m — 2km
Multimode Fiber (50µm) 400 850nm Shortwave Laser 400-M5-SN-I 0.5m — 150m
200 200-M5-SN-I 0.5m — 300m
100 100-M5-SN-I 0.5m — 500m
100-M5-SL-I 2m — 500m
Multimode Fiber (62.5µm) 400 850nm Shortwave Laser 400-M6-SN-I 0.5m — 70m
200 200-M6-SN-I 0.5m — 150m
100 100-M6-SN-I 0.5m — 300m
100-M6-SL-I 2m — 175m

Инфраструктура Fibre Channel

Коммутаторы Fibre Channel разделяются на два класса. Эти классы не являются стандартом и коммутатор классифицируется производителем в каждом конкретном случае.

- Директоры - обладают большим количеством физических портов на основе слотов в модульном шасси высокодоступной архитектуры.
- Коммутаторы - меньше по размеру, обладают фиксированным количеством физических портов, менее отказоустойчивы.

Brocade, Cisco и QLogic поставляют и директоры и коммутаторы.

Классы обслуживания

Fiber Channel поддерживает следующие классы обслуживания.

Стандарт FC-PH определяет Классы 1-3, Класс 4 определён в стандарте FC-PH-2, Класс 5 предложен для изохронного режима, но стандартизирован недостаточно, Класс 6 определён в стандарте FC-PH-3, Класс F — в стандартах FC-SW и FC-SW2.

Класс 1 — выделенные каналы с подтверждением. Между двумя устройствами через коммутатор или ткань устанавливается выделенное соединение. Принимающее устройство отправляет на передающее устройство подтверждения приёма каждого кадра. Соединение остается открытым до тех пор, пока передача данных не будет завершена. Время установки соединения составляет несколько микросекунд. Предоставляемый канал обычно дуплексный, хотя по необходимости возможна организация симплексного. Устройствам доступна вся его пропускная способность. Используется сквозное управление потоком. Гарантируется высокая скорость обмена и правильный порядок приема кадров. Идеально подходит для приложений, работающих с большими объемами данных. Если пропускная способность не используется полностью данным приложением, она все равно недоступна для других приложений, пока соединение не будет закрыто. Нерациональное использование пропускной способности может быть обусловлено не только малым потоком данных, но и разной скоростью работы портов. Возможность коммутатора отслеживать занятый порт и ставить его в очередь на соединение.

Класс 2 — передачи без организации соединения с подтверждением. Каждый кадр коммутируется независимо от остальных, конечный порт может одновременно передавать и принимать данные от нескольких узлов, при этом канал между двумя взаимодействующими не выделяется. Каждый кадр подтверждается принимающим устройством. Кадры могут доставляться по различным маршрутам, упорядочивание последовательности кадров осуществляется протоколами вышележащих уровней. Утилизация доступной полосы пропускания значительно выше, чем в Классе 1, что полезно для передачи неравномерного трафика.

Класс 3 — передачи без организации соединения и без подтверждения. Аналогичен классу 2 за исключением того, что используется межбуферное управление потоком, а следовательно, нет настоящего подтверждения доставки. За счет этого удается достичь более высокой пропускной способности, но упорядоченная доставка кадров не гарантирована. Упорядочивание последовательности кадров и запрос на повторную передачу потерянных кадров осуществляется протоколами вышележащих уровней. Используется для организации многоадресных и широковещательных рассылок, применяется также в системах массовой памяти. Наиболее распостранённый класс коммутируемых сетей.

Класс 4 — соединение с дробной полосой пропускания точка-точка. Сходен с Классом 1, так как тоже предполагает установление соединения, подтверждение доставки, фиксированную задержку, соблюдение порядка кадров. Соединение между портами устанавливается в виде виртуального канала с полосой пропускания, достаточной для предоставления услуг с предсказуемым качеством. Такой виртуальный двунаправленный канал состоит двух однонаправленных виртуальных соединений, на каждом из которых могут обеспечиваться различные классы. Каждый порт может устанавливать несколько таких соединений. Используется для критичных ко времени доставки данных.

Класс 5 — изохронное соединение. Предназначен для приложений, требующих немедленной доставки данных без промежуточной буферизации.

Класс 6 — однонаправленное соединение. Аналогичен Классу 1, но является исключительно однонаправленным. Используется для широковещательных и многоадресных рассылок через соответствующий сервер. Порт может затребовать соединения Класса 6 на одно или несколько устройств. Установленное соединение существует, пока инициатор в явном виде не закроет его. Разработан для доставки трафика в реальном времени.

Смешанный класс — является подвидом класса 1. Позволяет передавать кадры класса 2 или 3 в те моменты, когда приложение первого класса не занимает канал. Был специально разработан с целью частично устранить блокировку ткани передачами первого класса. * Класс F — используется коммутаторами для управления и передачи служебной информации, передача идёт без установления соединения между портами расширения.

Сферы применения Fiber Channel

Fibre Channel широко применяется для создания Сетей Хранения Данных. Благодаря высокой скорости передачи данных, малой задержке и расширяемости практически не имеет аналогов в этой области.

13.5.2013
Supermicro® выпускает на рынок новое решение для хранения данных на НЖМД 4U 72x 3.5" с возможностью «горячей» замены
Подробнее »

10.4.2013
Выход третьего поколения технологии Adaptec maxCache 3.0
Подробнее »

20.3.2013
Supermicro® представляет NVIDIA GRID™ для облачных вычислений
Подробнее »

5.3.2013
На CeBIT представлены революционная технология FatTwin и широчайшая линейка энергоэффективных серверов компании Supermicro
Подробнее »

19.2.2013
Выпуск новых контроллеров Adaptec HBA SAS/SATA, PCIe 2.0/3.0, 6 Гбит/с - серий 7H, 6H и 7He
Подробнее »

24.3.2011
Компания Supermicro представила на CeBIT системы 8-Way Enterprise Server и GPU- Сервер 8-Way 5U и 20-GPU SuperBlade® с двумя коммутаторами QDR IB в 7U
Подробнее »

18.3.2011
Microsoft представляет Windows Small Business Server 2011 Standard
Подробнее »

22.12.2010
Компания Supermicro расширила семейство решений Double-Sided Storage(TM)
Подробнее »

21.12.2010
Облачные возможности новейшей ERP от Microsoft снижают затраты на интеграцию и удаленный доступ
Подробнее »

13.12.2010
Контроллеры Adaptec с пропускной способностью 6 Гб/с
Подробнее »

Все новости »

 

115172, г. Москва, Новоспасский переулок, дом 7а, строение 4; Тел/Факс: +7 (495) 120-30-28; ООО “Лаборатория вычислительных машин”, © 2017