Canal de fibra | |
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Capa 4. Mapeo de protocolos | |
Enmascaramiento de LUN | |
Capa 3. Servicios comunes | |
Capa 2. Red | |
Notificación de cambio de estado registrado de estructura de canal de fibra de distribución de zonas de canal de fibra | |
Capa 1. Enlace de datos | |
Codificación de canal de fibra 8B / 10B | |
Capa 0. Física |
Fibre Channel ( FC ) es un protocolo de transferencia de datos de alta velocidad que proporciona una entrega ordenada y sin pérdidas [1] de datos de bloques sin procesar. [2] El canal de fibra se utiliza principalmente para conectar el almacenamiento de datos informáticos a servidores [3] [4] en redes de área de almacenamiento (SAN) en centros de datos comerciales .
Las redes de canal de fibra forman una estructura conmutada porque los conmutadores de una red funcionan al unísono como un gran conmutador. El canal de fibra generalmente 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 gigabit por segundo como resultado de las mejoras en las sucesivas generaciones de tecnología.
Existen varios protocolos de nivel superior para Fibre Channel, incluidos dos para almacenamiento en bloque. 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 mainframe de IBM , a través de Fibre Channel. El canal de fibra 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 .
Cuando se ideó originalmente la tecnología, pasaba únicamente por cables de fibra óptica y, como tal, se llamaba "Fibre Channel". Posteriormente, se agregó a la especificación la capacidad de pasar sobre cableado de cobre. Para evitar confusiones y crear un nombre único, la industria decidió cambiar la ortografía y utilizar la fibra inglesa británica para el nombre del estándar. [5]
El canal de fibra 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). El canal de fibra se inició en 1988, con la aprobación del estándar ANSI en 1994, para fusionar los beneficios de las implementaciones de múltiples capas físicas, incluidas SCSI , HIPPI y ESCON .
El canal de fibra 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 e HIPPI. Tales 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 masiva a medida que aumentan las frecuencias de las señales de datos, y parte de la compensación técnica consiste en reducir la longitud del cable de conexión paralelo de cobre admitido. Consulte Parallel_SCSI . FC fue desarrollado con fibra óptica multimodo de vanguardiatecnologías 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.
Los productos comerciales se lanzaron mientras la norma aún estaba en borrador. [6] Cuando se ratificó el estándar, las versiones de menor velocidad ya estaban dejando de utilizarse. [7] El canal de fibra fue el primer transporte de almacenamiento en serie en alcanzar velocidades de gigabit [8] donde vio una amplia adopción, y su éxito creció con cada velocidad sucesiva. El canal de fibra ha duplicado su velocidad cada pocos años desde 1996.
El canal de fibra 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 del canal de fibra nativo: [9]
Nombre | Velocidad de línea ( gigabaudios ) | Codificación de línea | Rendimiento nominal por dirección (MB / s) | Disponibilidad |
---|---|---|---|---|
133 Mbit / s | 0.1328125 | 8b10b | 12,5 | 1993 |
266 Mbit / s | 0.265625 | 8b10b | 25 | 1994 [6] |
533 Mbit / s | 0.53125 | 8b10b | 50 | ? |
1GFC | 1.0625 | 8b10b | 100 | 1997 |
2GFC | 2.125 | 8b10b | 200 | 2001 |
4GFC | 4.25 | 8b10b | 400 | 2004 |
8GFC | 8.5 | 8b10b | 800 | 2005 |
10GFC | 10.51875 | 64b66b | 1200 | 2008 |
16GFC | 14.025 | 64b66b | 1600 | 2011 |
32GFC "Gen 6" | 28.05 | 256b257b | 3200 | 2016 [10] |
64GFC "Gen 7" | 28,9 | 256b257b (FC ‑ FS-5) | 6.400 | 2019 [11] |
128GFC "Gen 6" | 28.05 × 4 | 256b257b | 12,800 | 2016 [10] |
256GFC "Gen 7" | 28,9 × 4 | 256b257b | 25.600 | 2019 [12] |
128GFC "Gen 8" | 57,8 | 256b257b | 12,800 | Planeado 2022 |
Además de una capa física moderna, Fibre Channel también agregó soporte para cualquier número de protocolos de "capa superior", incluidos ATM , IP ( IPFC ) y FICON , siendo SCSI ( FCP ) el uso predominante.
Dos características principales de las redes de canal de fibra es que proporcionan una entrega ordenada y sin pérdidas de datos de bloques sin procesar. La entrega sin pérdidas del bloque de datos sin procesar se logra en base a un mecanismo de crédito. [1]
Hay tres topologías principales de canal de fibra que describen cómo se conectan entre sí varios puertos . Un puerto en la terminología de 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 el almacenamiento en disco, una conexión de red del Adaptador de bus de host ( HBA ) en un servidor o un conmutador de canal de fibra . [3]
Atributo | Punto a punto | Bucle arbitrado | Tejido conmutado |
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Puertos máximos | 2 | 127 | ~ 16777216 (2 24 ) |
Tamaño de la dirección | N / A | ALPA de 8 bits | ID de puerto de 24 bits |
Efecto secundario de la falla del puerto | El enlace falla | El bucle falla (hasta que se omite el puerto) | N / A |
Acceso al medio | Dedicado | Juzgado | Dedicado |
El canal de fibra no sigue las capas del modelo OSI , [ cita requerida ] y se divide en cinco capas:
Este diagrama de FC-FS-4 define las capas.
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 el estándar 10GFC y 16GFC usa 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.
Los puertos de canal de fibra vienen en una variedad de configuraciones lógicas. Los tipos de puertos más comunes son:
Los protocolos de bucle de canal de fibra crean varios tipos de puertos de bucle:
Si un puerto puede admitir la funcionalidad de bucle y no bucle, el puerto se conoce como:
Los puertos tienen componentes virtuales y componentes físicos y se describen como:
Los siguientes tipos de puertos también se utilizan en Fibre Channel:
La capa física de Fibre Channel se basa en conexiones en serie que utilizan fibra óptica a cobre entre los módulos enchufables correspondientes. Los módulos pueden tener un solo carril, dos carriles o cuatro carriles que corresponden a los factores de forma SFP, SFP-DD y QSFP. Fibre Channel no ha usado módulos de 8 o 16 carriles (como CFP8, QSFP-DD o COBO) usados en 400GbE y no tiene planes de usar estos costosos y complejos módulos.
El módulo transceptor enchufable de factor de forma pequeño (SFP) y su versión mejorada SFP +, SFP28 y SFP56 son factores de forma comunes para los puertos de canal de fibra. Los módulos SFP admiten una variedad de distancias a través de fibra óptica multimodo y monomodo, como se muestra en la siguiente tabla. El módulo SFP utiliza cableado de fibra dúplex que tiene conectores LC.
El módulo SFP-DD se utiliza para aplicaciones de alta densidad que necesitan duplicar el rendimiento de un puerto SFP. El SFP-DD está definido por el SFP-DD MSA y permite la conexión a dos puertos SFP. Como se ve en la imagen, dos filas de contactos eléctricos permiten duplicar el rendimiento del módulo de manera similar al QSFP-DD.
El módulo cuádruple enchufable 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. El QSFP utiliza el conector LC para 128GFC-CWDM4 o un conector 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 de canal de fibra utilizan módulos SFP o QSFP.
Tipo de fibra | Velocidad (MB / s) | Transmisor [17] | Variante media | Distancia |
---|---|---|---|---|
Modo singular Fibra (SMF) | 12,800 | Luz de onda larga de 1.310 nm | 128GFC-PSM4 | 0,5 m - 0,5 km |
Luz de onda larga de 1.270, 1.290, 1.310 y 1.330 nm | 128GFC-CWDM4 | 0,5 m - 2 km | ||
6.400 | Luz de onda larga de 1.310 nm | 64GFC-LW | 0,5 m - 10 km | |
3200 | Luz de onda larga de 1.310 nm | 3200-SM-LC-L | 0,5 m - 10 km | |
1600 | Luz de onda larga de 1310 nm [ITS 1] | 1600-SM-LC-L [SU 2] | 0,5 m - 10 km | |
Luz de onda larga de 1490 nm [ITS 1] | 1600-SM-LZ-I [SU 2] | 0,5 m - 2 km | ||
800 | Luz de onda larga de 1310 nm [ITS 3] | 800-SM-LC-L [ITS 4] | 2 m - 10 km | |
800-SM-LC-I [SU 4] | 2 m - 1,4 km | |||
400 | Luz de onda larga de 1310 nm [ITS 3] [ITS 5] | 400-SM-LC-L [ITS 6] | 2 m - 10 km | |
400-SM-LC-M [SU 4] | 2 m - 4 km | |||
400-SM-LL-I [ITS 7] | 2 m - 2 km | |||
200 | Luz de onda larga de 1.550 nm [ITS 8] | 200-SM-LL-V [ITS 8] | 2 m - 50 km | |
Luz de onda larga de 1310 nm [ITS 5] [ITS 3] | 200-SM-LC-L [ITS 6] | 2 m - 10 km | ||
200-SM-LL-I [ITS 7] | 2 m - 2 km | |||
100 | Luz de onda larga de 1.550 nm [ITS 8] | 100-SM-LL-V [ITS 8] | 2 m - 50 km | |
Luz de onda larga de 1310 nm [ITS 9] [ITS 3] | 100-SM-LL-L [ITS 10] 100-SM-LC-L [ITS 6] | 2 m - 10 km | ||
100-SM-LL-I [ITS 10] | 2 m - 2 km | |||
Multimodo Fibra (MMF) | 12,800 | Luz de onda corta de 850 nm [ITS 11] [ITS 12] [ITS 13] | 128GFC-SW4 | 0 - 100 m |
6.400 | 64GFC-SW | 0 - 100 m | ||
3200 | 3200-SN | 0 - 100 m | ||
1600 | 1600-M5F-SN-I [SU 14] | 0,5 m - 125 m | ||
1600-M5E-SN-I [SU 14] | 0,5-100 m | |||
1600-M5-SN-S [SU 14] | 0,5–35 m | |||
1600-M6-SN-S [SU 15] | 0,5-15 m | |||
800 | 800-M5F-SN-I [SU 14] | 0,5-190 m | ||
800-M5E-SN-I [SU 16] | 0,5-150 m | |||
800-M5-SN-S [SU 16] | 0,5–50 m | |||
800-M6-SN-S [SU 16] | 0,5-21 m | |||
400 | 400-M5F-SN-I [SU 14] | 0,5–400 m | ||
400-M5E-SN-I [SU 16] | 0,5–380 m | |||
400-M5-SN-I [SU 17] | 0,5-150 m | |||
400-M6-SN-I [SU 17] | 0,5–70 m | |||
200 | 200-M5E-SN-I [SU 16] | 0,5–500 m | ||
200-M5-SN-I [SU 17] | 0,5–300 m | |||
200-M6-SN-I [SU 17] | 0,5-150 m | |||
100 | 100-M5E-SN-I [SU 18] | 0,5–860 m | ||
100-M5-SN-I [SU 19] | 0,5–500 m | |||
100-M6-SN-I [SU 19] | 0,5–300 m | |||
100-M5-SL-I [ITS 19] | 2-500 m | |||
100-M6-SL-I [SU 20] | 2-175 m |
Fibra multimodo | Diámetro de la fibra | Designación de medios FC |
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OM1 | 62,5 µm | M6 |
OM2 | 50 µm | M5 |
OM3 | 50 µm | M5E |
OM4 | 50 µm | M5F |
OM5 | 50 µm | N / A |
Los dispositivos de canal de fibra modernos admiten transceptores SFP + , principalmente con conector de fibra LC (conector Lucent). Los dispositivos 1GFC más antiguos usaban un transceptor GBIC , principalmente con conector de fibra SC (Subscriber Connector).
El objetivo del canal de fibra es crear una red de área de almacenamiento (SAN) para conectar los servidores al almacenamiento.
La SAN es una red dedicada que permite que varios servidores accedan a los datos de uno o más dispositivos de almacenamiento. El almacenamiento empresarial utiliza 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 todavía puede acceder al almacenamiento. Los servidores también pueden acceder al almacenamiento desde múltiples dispositivos de almacenamiento a través de la red.
Las SAN a menudo se diseñan con tejidos duales para aumentar la tolerancia a fallas. Dos tejidos completamente separados están operativos y si el tejido principal falla, entonces el segundo tejido se convierte en el principal.
Los conmutadores de canal de fibra 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:
Se considera homogéneo un tejido que consta en su totalidad de productos de un proveedor . Esto a menudo se denomina funcionamiento en su "modo nativo" y permite al proveedor agregar funciones patentadas que pueden no cumplir con el estándar Fibre Channel.
Si se utilizan varios proveedores de conmutadores dentro de la misma estructura, es heterogéneo , los conmutadores solo pueden lograr adyacencia si todos los conmutadores se colocan en sus modos de interoperabilidad. Esto se denomina modo de "tejido abierto", 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 "tejido abierto". Estos modos de "interoperabilidad nativa" permiten que los conmutadores operen en el modo nativo de otro proveedor y aún mantienen algunos de los comportamientos propietarios de ambos. Sin embargo, la ejecución en modo de interoperabilidad nativo aún puede deshabilitar algunas características patentadas y puede producir estructuras de estabilidad cuestionable.
Los HBA de canal de fibra , así como los CNA , están disponibles para todos los principales sistemas abiertos , arquitecturas de computadora 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 de Ethernet en el sentido de que utiliza un identificador único organizativo (OUI) asignado por el 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.