21. Глава 2.10. Протокол Fibre Channel

Fibre Channel сочетает в себе преимущества канальных и сетевых технологий. Работы по разработке стандарта FC начаты группой ANSI в 1988 году. К настоящему времени разработано более 20 регламентирующих документов. Fibre Channel конкурирует как с Ethernet, так и с SCSI. Он легко стыкуется с протоколами локальных и региональных сетей. Fibre Channel имеет уникальную систему физического интерфейса и форматы кадров, которые позволяют этому стандарту обеспечить простую стыковку с канальными протоколами IPI (Intelligent Peripheral Interface), SCSI, HIPPI, ATM, IP и 802.2. Это позволяет, например, организовать скоростной канал между ЭВМ и дисковой накопительной системой RAID. Быстродействие сетей Fibre Channel составляет n*100Мбайт/с при длинах канала 10 км и более. Предусмотрена работа и на меньших скоростях (например, 12,5 Мбайт/c). Предельная скорость передачи составляет 4,25 Гбод. В качестве транспортной среды может использоваться одномодовое или мультимодовое оптическое волокно.

Любое устройство, которое имеет возможность обмениваться данными на основе Fibre Channel, называется N-Port (или узел). Множество связанных N-Port’ов образуют среду распространения сигнала в канале Fibre Channel. Понятие fabric независимо и не рассматривает физическую топологию соединения между узлами. Стек протоколов Fibre Channel приведен на рисунке 2.58.

Рис. 2.58.

FC-0 определяет физические характеристики интерфейса и среды, включая кабели, разъемы, драйверы, передатчики и приемники. Для снижения задержек и уменьшения перепадов в сети идет постоянная и равномерная передача и прием сигналов. Кроме этого передается с постоянным чередованием 0 или 1 сигнал вне зависимости от присутствия в нем полезных данных.

FC-1 определяет метод кодирования, декодирования (8В/10В) и определяет протокол передачи данных и синхронизирующей информации. Используются методы повышения достоверности (BER = 10^-12).

FC-0 и FC-1 образуют физический слой.

FC-2 определяет правила сигнального протокола, классы услуг, топологию, методику сегментации, задает формат кадра и описывает передачу информационных кадров.

Основные элементы FC-2:

1. слово. Т.е. передача FC идет 40-битовыми последовательностями из 4 байт.

2. кадр. Служит транспортным контейнером для пересылки между отдельными узлами решетки (рис. 2.59).

Рис. 2.59.

Максимальный размер кадра 2148 байт.

3. пакет – это серия из одного или нескольких кадров, которые несут отдельные порции единого блока информации.

При переходе данных по решетке некоторые кадры одного пакета могут быть задержаны и собираются на основе информации в блоке заголовка.

Для адресации в общем случае используется 3-битовое пространство, которое распределяется динамически при подключении к сети. Допускаются широковещательные адреса и адреса структур.

4. обмен, т.е. каждое взаимодействие между приложениями происходит в контексте обмена, который подразумевает инициатора и ответчика. Каждый порт способен начать и поддерживать до 64 тыс. конкурентных обменов.

Типы топологии вычислительной сети Fibre Channel приведены на рис. 2.60.

Рис. 2.60.

FC имеет независимый механизм контроля потоков и не связан с топологией среды распространения. Каждый N-Port при подключении к решетке проходит процедуру регистрации и получает информацию от адресного пространства, о возможностях остальных узлов, не зависимо от существующей топологии. При двухточечных соединениях один из узлов получает нулевой адрес, другой – единичный, и если нет необходимости в разграничении полномочий, то двухточечная схема может рассматриваться как вариант кольцевой схемы.

Кольцевая схема (или петля с арбитражным доступом – FC-AL) подразумевает до 126 портов. Любые 2 портя в кольце могут обмениваться в полнодуплесном режиме аналогично двухточечной схеме.

Схема коммутирующей решетки (звездообразная) предоставляет каждому N-Port’у выделенный канал; является наиболее надежным методом и позволяет комплексировать (соединять) коммутаторы друг с другом.

FC-3 определяет работу нескольких портов на одном узле и обеспечивает общие виды сервиса.

FC-4 обеспечивает реализацию набора прикладных команд и протокола верхнего уровня.

FC имеет 6 классов услуг, которые определяют стратегию обмена информацией и качество сервиса:

Класс 1: Соединение с коммутацией каналов по схеме точка-точка (end-to-end) между портами типа n_port Класс удобен для аудио и видео приложений, например, видеоконференций. После установления соединения используется вся доступная полоса пропускания канала. При этом гарантируется, что кадры будут получены в том же порядке, в каком они были посланы.

Класс 2: Обмен без установления соединения с коммутацией пакетов, гарантирующий доставку данных. Так как соединение не устанавливается, порт может взаимодействовать одновременно с любым числом портов типа n_port, получая и передавая кадры. Здесь не может быть гарантии того, что кадры будут доставлены в том же порядке, в каком были переданы, (за исключением случаев соединения точка-точка или арбитражное кольцо). В этом классе допустимы схемы управления потоком буфер-буфер и точка-точка. Этот класс характерен для локальных сетей, где время доставки данных не является критическим.

Класс 3: Обмен дейтограммами без установления соединения и без гарантии доставки. Схема управления потоком буфер-буфер. Применяется для каналов scsi.

Класс 4: Обеспечивает выделение определенной доли пропускной способности канала с заданным значением качества обслуживания (QoS). Работает только с топологией структура (fabric), где соединяются два порта типа n_port. При этом формируется два виртуальных соединения, обслуживающих встречные потоки данных. Пропускная способность этих соединения может быть различной. Как и в классе 1, здесь гарантируется порядок доставки кадров. Допускается одновременное соединение более чем с одним портом типа n_port. Используется схема управления потоком буфер-буфер. Каждое виртуальное соединение управляется независимо с помощью сигнала-примитива fc_rdy.

Класс 5: Предполагает изохронное обслуживание. Регламентирующие документы находятся в процессе подготовки.

Класс 6: Предусматривает мультикастинг-обслуживание в рамках топологии типа структура (fabric). При этом используется стандартный адрес 0xfffff5. n_port становится членом мультикаст-группы путем регистрации по адресу 0xfffff8.