Fibre Channel (FC)
Fibre Channel (FC) ist ein Übertragungssystem, das für Speichernetze (Storage Area Networks) eingesetzt wird. Ursprünglich sollte es in LAN-Backbones Fast-Ethernet und FDDI ablösen. Deshalb kann es weite Entfernungen mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit überbrücken.
Fibre Channel ist eine logische Erweiterung des SCSI-Busses. Im Gegensatz zum SCSI-Bus ist Fibre Channel ein serielles Netz mit Knoten, Switches anderen Kopplungselementen.
Im Gegensatz zur Protokoll-Kombination aus TCP/IP/Ethernet besteht das FC-Protokoll aus einem Guss. Dadurch ist es sehr effizient.
Eigenschaften von Fibre Channel
- serielle Übertragungstechnik
- geringe Fehlerrate
- geringe Latenz
- Implementierung in der Hardware
Fibre Channel definiert:
- Transportmedium
- Übertragungstechnik
- Adressierung
- Schnittstellen zu höheren Protokollen
Fibre Channel ist Übertragungssystem gedacht, um Server mit entfernten Speichergeräten zu verbinden. Damit etabliert sich neben TCP/IP over Ethernet eine eigenständige Netzwerktechnik. Vorteil von Fibre Channel ist die Optimierung des Transfers von Massendaten, also blockorientiertem Datentransfer. Diesen Vorteil gegenüber Ethernet führte dazu, dass Fibre Channel das am häufigsten verwendete Verbindungsmedium in SANs (Storage Area Networks) ist. Als Verbindungsmedium ist Fibre Channel auf den höheren Schichten des OSI-Schichtenmodells auf ein anderes Protokoll angewiesen. Z. B. das erwähnte SCSI oder sogar IP. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass an Treibern und Software nur geringfügige Änderungen erforderlich sind.
Fibre Channel hat eine Nutzdatenauslastung von über 90%, während z. B. Ethernet nur zwischen 20 und 60% der maximal möglichen Übertragungsrate mit Nutzlast belegen kann.
Architektur und Topologie von Fibre Channel
Je nach Topologien werden unterschiedliche Protokolle verwendet. Als Übertragungsmedien kommen Glasfaserkabel und Kupferkabel (meistens Twin Axial) zum Einsatz.
- Fibre Channel Point-to-Point
- Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL)
- Fibre Channel Switched Fabric
Fibre Channel Point-to-Point
Die Point-to-Point-Topologie sieht vor, ein Speichergerät an nur einen Server anzubinden. Dafür verwendet man üblicherweise SAS oder SATA.
Fibre Channel Arbitrated Loop
Arbitrated Loop (FC-AL) definiert einen unidirektionalen Ring mit bis zu 126 Fibre-Channel-Geräten. Dazu zählen Server und Speichergeräte. Das AL-Protokoll erlaubt immer nur den Datenaustausch zwischen zwei Geräten. Die anderen Geräte müssen warten. Deshalb setzt man den Arbitrated Loop auch nur innerhalb von Disksubsystemen ein, um Festplatten und Bandlaufwerke anzubinden.
Um die Ausfallsicherheit zu erhöhen wird der Ring doppelt ausgelegt. Zum Verbinden werden auf kurzen Strecken Kupferkabel, auf längeren Strecken Glasfaserkabel verwendet.
Fibre Channel Switched Fabric
Die Switched-Fabric-Topologie sieht den Einsatz von Hubs und Switches zum Koppeln der einzelnen Geräte vor. Im Gegensatz zum Arbitrated Loop unterstützen sie den zeitgleichen Datenverkehr. Werden die Switches kaskadiert spricht man von einer Fabric. Im Innern eines solchen Netzwerks werden ausfallsichere Core-Switches eingesetzt. Die Endgeräte werden über Edge-Switches mit den Core-Switches verbunden.
Innerhalb der Fabric können die Endgeräte beliebig miteinander verbunden werden und aufeinander zugreifen. Die Fabric-Technik erlaubt den Anschluss von 16 Millionen Geräten.
Die Fabric ist in fast allen Szenarien die beste Wahl. Im einfachsten Fall besteht eine Fabric aus mehreren Servern und ein bis zwei Disksubsystemen. Über FC-Switches werden die Geräte miteinander verbunden. So können alle Geräte parallel untereinander Daten austauschen.
SSA - Serial Storage Architecture
SSA beruht auf der Serial Link Architecture von IBM. Die wird schon seit 1989 in Systemen wie IBM 9333 eingesetzt. Seit 1995 bietet IBM SSA-Adapter für PCs und SSA-Festplatten an.
SSA hat mit Fibre Channel einen direkten Konkurrenten. Bevor SSA gegen Fibre Channel antreten konnte, hatte sich IBM bereit erklärt SSA mit FC-AL (Fibre Channel Arbitrated Loop) zu vereinen. Herausgekommen ist dabei FC-EL (Fibre Channel Enhanced Loop).
SSA basiert auf einer zweischichtigen Architektur. Die physikalische Schicht (SSA-PHx) ist für den Datentransfer definiert. Die logische Schicht (SSA-SxP) ist SCSI-2-konform ausgelegt. Das bedeutet, dass hier mit SCSI-2-Kommandos gearbeitet werden kann. Die Geräte konfigurieren sich selbst.
SSA-Devices haben zwei Ports für das gleichzeitige Senden und Empfangen. Neben Punkt-zu-Punkt-Verbindungen erlaubt SSA auch Ring- und Stern-Topologien. In einer Ring-Topologie (Loop) werden die Geräte hintereinander geschaltet.
FCIP - Fibre Channel over IP
FCIP ist eine Ergänzung zu Fibre Channel, um ein vorhandenes IP-Netzwerk mit zu benutzen. FCIP (Fibre Channel over IP) darf man nicht mit IPFC (IP over Fibre Channel) verwechseln.
FCIP ist ein Tunneling-Protokoll, um FC-Daten über eine IP-Strecke zu übertragen. In der Regel werden die FC-Frames mit IP-Paketen zwischen zwei FC-Switches getunnelt, um zwei Speichernetze miteinander über eine vorhandene IP-Strecken zu verbinden. Zum Beispiel um Daten zu duplizieren.
Bei der Nutzung von FCIP muss man mit einer gewissen Ausfallrate rechnen und den zusätzlichen Protokoll-Overhead einkalkulieren.