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Es Fibre-Channel Protokoll ist einer der wichtigsten Standards für Storage Area Networks oder SANs.

Mit dem Aufkommen von SANs als Gegenstück zu den bis dahin vorherrschenden direkt angeschlossenen Speichersystemen war Fibre Channel die erste Netzwerktechnologie, die hohe Durchsatzgeschwindigkeiten zwischen den Servern und dem SAN-Speichersystem ermöglichte.

Entwicklungen

Die Entwicklung von Fibre Channel begann um 1988 und der erste Standard folgte 1994. FC musste eine viel einfachere und kostengünstigere Lösung für HPPI (High Performance Parallel Interface) bieten: eine Bustechnologie, die in SupercomputerUmgebungen.

Ende der 1990er Jahre wurden Geschwindigkeiten zwischen Servern und den SANs von 1 Gbit/s realisiert. Besonders in Rechenzentrumsumgebungen und gruppiert Systemen war eine Alternative zu direkt angebauter SpeicherLösungen (Systeme, bei denen das Speichermedium direkt (physisch) mit dem Prozessor/Server verbunden ist). Bei größeren Systemen, SCSI die bis dahin am häufigsten verwendete Technik, die es unter anderem ermöglichte, Redundanz realisiert werden durch RAIDLösungen.

Der Nachteil von DAS war, dass ein Storage-System permanent mit dem Server verbunden war: Wollte man einen Cluster aufbauen, um bei einem Ausfall sehr schnell von einem System auf einen anderen Server wechseln zu können, so musste jeder Knoten eines solchen ein Cluster musste ein eigenes Speichersystem mit allen Daten haben.

Die ersten Lösungen bestanden darin, einen speziellen Server einzurichten, der nur für diesen Zweck zuständig war: einen sogenannten Fileserver, aber wenn man diesen Fileserver auch redundant betreiben wollte, musste man jedem Fileserver ein eigenes Speichersystem zur Verfügung stellen.

Die Lösung war ein SAN, in dem mehrere (Datei-)Server ein gemeinsames Speichermedium nutzen konnten.

Es war notwendig, ein System zu entwickeln, das die Hochgeschwindigkeitskommunikation zwischen diesen Servern und dem Speichersystem selbst unterstützte, und die Lösung war Fibre Channel: ein Protokoll, das Glasfaserverbindungen verwendet und hohe Geschwindigkeiten unterstützt; wodurch auch diese Kommunikation möglich wurde Schalter und das wurde für diese Anwendung optimiert.

Nach den ersten FC-Plattformen mit einer Leitungsgeschwindigkeit von 1 Gbit/s wurde die Geschwindigkeit 2001 auf 2 Gbit/s verdoppelt, 4 Jahre später folgten 4 Gbit/s. Diese hohen Geschwindigkeiten konnten durch den Einsatz spezieller ASICs für Fibre Channel: Erlaubte Verarbeitung in dedizierter Hardware anstelle von generischem integrierte Schaltkreise mit einer Softwarelösung.

In den letzten Jahren wurden Fibre-Channel-Standards auf 16 und 20 Gbit/s entwickelt.

Hauptsächlich Marktführer McData Corporation und Brocade Kommunikationssysteme leitete die Entwicklung dieser ASICs und der Produkte, die diese ICs verwendeten.

Fibre Channel-Entwicklungen

^[1]

* - Durchsatzgeschwindigkeit bei Duplexverbindungen

Protokoll

Fibre Channel unterscheidet vier Protokollschichten oder -schichten, ähnlich der OSIA Schichten, die beispielsweise von TCP/IP bekannt sind, das auf Schicht 3 auftritt und Ethernet auf Schicht 2 verwendet usw. Aber FC folgt nicht das Standard-7-Schichten-Modell von OSI.

Die Schichten in FC werden wie folgt beschrieben:

• FC4 — Protocol Mapping-Schicht, in dieser findet die Anwendungsschicht statt wie zum Beispiel iSCSI wenn es IP. FC4 wird gekapselt in einem Protokolldateneinheit oder PDU und der FC2-Schicht präsentiert.
• FC3 — Common Services-Schicht, eine dünne Zwischenschicht, die Dienste wie services Verschlüsselung oder RAID Algorithmen;
• FC2 — Netzwerkschicht, beschrieben im FC-PI-2 Standardmäßig ist dies der Ader der wichtigsten Fibre Channel-Netzwerkprotokolle;
• FC1 — Sicherungsschicht, wo die Leitungscodierung und Signalisierung beschrieben;
• FC0 — PHY, physikalische Schicht, wo die Verkabelung, (elektrische oder optische) Signale usw.;

Die Schichten FC0 bis FC2 werden zusammenfassend als FC-PH, die physischen Schichten von Fibre Channel.

Fibre Channel-Router arbeiten auf FC4-Ebene, Switches bis FC2 und Hubs auf FC0.

Die Standards, die 1, 2, 4, 8 und 16 Gb unterstützen, sind abwärtskompatibel: Auf einem 16 Gb-Switch können auch langsamere Geschwindigkeiten verwendet werden, aber die jüngsten 10 Gb- und 20 Gb-Standards unterstützen diese Kompatibilität nicht. Sie können einen 20-Gb-Switch nicht in einer vorhandenen 4-Gbit/s-FC-Umgebung verwenden.

Topologie

Fibre Channel hat 3 verschiedene Topologien:

FC P2P

Die einfachste Anwendung von FC ist eine Punkt-zu-Punkt-Topologie, bei der zwei Komponenten direkt miteinander verbunden sind: Der Host ist direkt mit dem Speichersystem verbunden. Die gesamte Bandbreite steht ausschließlich dem Host zur Verfügung, um mit dem Speicher zu kommunizieren und umgekehrt. Obwohl P2P am einfachsten ist, ist es in seinen Möglichkeiten auch sehr eingeschränkt und die Vorteile eines SAN gegenüber einer DAS-Lösung sind sehr gering.

Arbitrierte Schleife

Auch als FC-AL bekannt, bei dem die Hosts und ein oder mehrere Speichermedien in einer Schleife verbunden sind. Dadurch können viele Hosts auf ein einzelnes Speichersystem zugreifen. Die Bandbreite im Netzwerk wird geteilt und die Kommunikation erfolgt nur in eine Richtung. Der FC-AL war eine kostengünstige Alternative zu einer geswitchten Topologie: In den Anfangsjahren waren Fibre-Channel-Switches sehr teuer und FC-AL bot eine kostengünstige Lösung, um weiterhin mehrere Server und Storage Nodes in einer Topologie verwenden zu können FC-AL sind:

• Im FC-AL können 127 Nodes verwendet werden (Server oder Storage Nodes)
• Es ist ein serielles Kommunikationsprotokoll
• Es können immer nur zwei Knoten miteinander kommunizieren
• Wird die Verkabelung tatsächlich als Loop realisiert, können die anderen Knoten auch bei Ausfall eines Knotens weiter miteinander kommunizieren.

Gewechselter Stoff

Eine FC-SW verwendet in ihrem Netzwerk einen speziellen FC-Switch, der die Kommunikation zwischen den verschiedenen Knoten im Netzwerk steuert. Durch den Einsatz eines Switches ist es möglich, dass mehrere Knoten gleichzeitig das FC-Netzwerk nutzen. Dadurch lassen sich komplexe Strukturen mit optimaler Redundanz aufbauen: Ein Server kann mehrere FC-Schnittstellen und auch einen Storage Node nutzen, so dass die Anzahl der „Single Point of Failures“ minimiert werden kann: Der Ausfall eines beliebigen Teils im Netzwerk wird dann nicht zum Funktionsverlust führen. Mit der Technik „FC Zoning" lässt sich eine FC-Umgebung in Partitionen aufteilen. Eine FC-SW-Umgebung nutzt die Vorteile einer Fibre-Channel-Lösung optimal aus: Sie unterstützt effiziente Redundanz, bietet sichere Zugriffsmöglichkeiten und kann vorhandene the Bandbreite optimal.

Vergleichstopologien

Fibre Channel-Infrastruktur

Eine FC-Infrastruktur in einer "Switched Fabric" Fibre-Channel-Lösung kann in 2 Infrastrukturmodelle unterteilt werden. Diese Unterscheidung ist übrigens nicht Bestandteil der FC-Standards, sondern eher ein allgemein anerkannter Begriff, der aus den Marketingmaterialien stammt, um zwischen verschiedenen FC-Anwendungen klar zu unterscheiden:

FC-Direktor

Ein FC Director bietet eine große Anzahl von Ports/Schnittstellen in einem - normalerweise - modularen Chassis. In einer Infrastruktur, in der ein Director eingesetzt wird, können Sie ein System ohne „Single Point of Failure“ realisieren.

FC-Schalter

Qlogic SAN Fibre Channel-Switch

FC-Switches sind im Allgemeinen feste Konfigurationen oder begrenzte modulare Systeme und bieten weniger Ports als ein Director.

FC-Hostbusadapter

Ein HBA verbindet den Knoten mit anderen Teilen des FC-Netzwerks (häufig der Switch oder Director in einem FC-SW-Netzwerk). HBAs sind für die meisten gängigen Computersysteme verfügbar. Dies kann ein Standardserver sein (z. B. ein Server basierend auf einem Intel-Prozessor, der unter Fenster oder Linux), aber auch ein Supercomputer oder ein anderes High-End-System.

Physikalische Schicht

Je nach gewünschter Anwendung und Topologie des Netzwerks können unterschiedliche Medien verwendet werden wie z.B. „Multimode“ Ballaststoff (MMF) oder "Single-Mode-Faser" (SMF). MMF ist generell günstiger und für kürzere Distanzen geeignet: Wenn alle Teile des Netzwerks physisch am selben Ort untergebracht sind (zum Beispiel in einem Rechenzentrum), bietet sich oft eine MMF-Infrastruktur an. Mit einer SMF-Infrastruktur ist es möglich, die Knoten eines einzelnen FC-Netzwerks bis zu mehreren zehn Kilometern voneinander entfernt zu platzieren.

FCoE

Fibre Channel over Ethernet: Kapselt Fibre Channel-Frames in a EthernetFrame, damit ein FC-Netzwerk moderne Highspeed-Ethernet-Standards nutzen kann. Dies ist nicht dasselbe wie der folgende iSCSI-Standard: Bei iSCSI wird das SCSI-Protokoll über ein IP-basiertes Netzwerk gesendet, das in der Praxis übrigens ein Ethernet-Netzwerk sein wird.Bei FCoE werden Fibre-Channel-Frames in ein Ethernet-Netzwerk verpackt .frame: also eine reine OSI-Layer-2-Lösung, während bei iSCSI ein SCSI-Frame in ein IP-Paket gepackt und dann über ein TCP/IP-Netzwerk gesendet wird und die Pakete auf OSI-Layer 3 geroutet werden können.

iSCSI

Aufgrund der Entwicklungen auf dem Gebiet der Ethernet ist der iSCSI Protokoll übernimmt schnell den Fibre-Channel. Da iSCSI Ethernet-Verbindungen verwendet, können sowohl die "normalen" Datenverbindungen als auch die SAN-Verbindungen dieselbe Infrastruktur wie Switches verwenden. Moderne (High-End-)Ethernet-Switches bieten Optionen für besondere VLANKonfigurieren Sie s optimiert für SANs über iSCSI. Obwohl ein iSCSI-Netzwerk in fast allen Fällen eine Ethernet-Infrastruktur verwendet, ist dies nicht erforderlich: Es wäre auch ein Paket über SONET/SDH Netzwerk sein kann.

Logische Einheitennummer

LUNs ist eine Zahl, die in einem Speichersystem verwendet wird, um eine logische Einheit zu adressieren. LUNs werden in verschiedenen Speicherlösungen verwendet, werden jedoch heutzutage von den meisten Menschen mit einer Fibre-Channel- oder iSCSI-Umgebung in Verbindung gebracht. Eine LUN kann jedem Gerät zugewiesen werden, das Lese- und Schreibvorgänge unterstützt (z. B. ein Bandlaufwerk), wird jedoch hauptsächlich zur Identifizierung eines logischen Datenträgers in einem SAN verwendet.
Beispiel: Wenn Sie an ein SCSI-Speichersystem denken, besteht das Speichersystem aus mehreren physischen Festplattenlaufwerken und ist als RAID 5-Array formatiert. Das gesamte RAID 5-Array wird dann in mehrere Speichervolumes partitioniert. Um die unterschiedlichen Speicher-Volumes zu identifizieren, wird jedem Volume eine LUN zugeordnet, eine LUN muss übrigens gar keine „Zahl“ sein: der Begriff logische Einheit Nummer stecken, ist aber eigentlich ein 64-Bit-Identifier, der in 4 - 16-Bit-Teile unterteilt ist. Eine solche 16-Bit-Kennung wird im Allgemeinen durch eine Dezimalzahl angegeben.

SAN vs. NAS

Ein SAN ist ein Speichersystem, das es mehreren Servern ermöglicht, dieselbe Speicherumgebung zu verwenden. Während es dem Endbenutzer ähnlich erscheinen mag Network Attached Storage es ist etwas ganz anderes. Ein NAS-System stellt ein Speichermedium auf Dateiebene über ein Netzwerk bereit. Beispiele sind NFS oder CIFS. Ein SAN bietet Zugriff auf Daten auf Blockebene und nicht auf Dateiebene.

Siehe auch

• Speicherbereichsnetz oder SAN
• RAID
• Network Attached Storage oder NAS
• Direkt angeschlossener Speicher oder DAS

Ressourcen und Referenzen

Externe Links

• Verband der Fibre-Channel-Industrie (FCIA)
• Technisches Komitee von INCITS, zuständig für FC-Standards (T11)
• IBM SAN Survival-Handbuch
• Einführung in Storage Area Networks
• Fibre Channel-Übersicht
• Fibre Channel-Tutorial (UNH-IOL)
• Branchenverband für Speichernetzwerke (SNIA)