Fibre Channel im Überblick

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Switched Fabric: eine vermaschte Topologie

Die Switched Fabric ist eine vermaschte Topologie. FC-Geräte sind über so genannte F_Ports oder FL_Ports an dieses Netzwerk angeschlossen – je nachdem, ob es sich um einfache oder Loop-fähige Ports handelt.

Die Verbindung zwischen den einzelnen Ports wird durch das Netzwerk geschaltet. Das FC-Gerät wird über einen F_Port oder FL_Port an die Switched Fabric angeschlossen. Möchte nun zum Beispiel Node A mit Node B kommunizieren, wird die entsprechende Adresse an die Switched Fabric übergeben. Die Switched Fabric schaltet eine entsprechende Verbindung vom Initiator zum Target, wobei jedoch beide nicht wissen, welchen Weg die Signale nehmen. Die Verbindung wird vollständig durch die Switched Fabric hergestellt und ist vollkommen transparent für die Teilnehmer.

Zur Adressierung stehen 24 Bits zur Verfügung (bei Arbitrated Loop werden nur die untersten 8 Bit genutzt). Das reicht für 16 Millionen Teilnehmerstationen.

Es gibt im FC fünf Serviceklassen:

• 1: Verbindungsorientiert
• 2: verbindungslos, mit Bestätigung
• 3: verbindungslos, ohne Bestätigung
• 4: parallele Übertragung
• 5: parallel und isochron

Die Serviceklasse 1 stellt eine dedizierte Verbindung zwischen Sender und Empfänger her. Alle gesendeten Pakete werden vom Empfänger quittiert. Während des Bestehens dieser Verbindung können keine anderen Teilnehmer die verbundenen Partner ansprechen.

Serviceklasse 2 ist eine „verbindungslose“ Methode mit Bestätigung des Datentransfers. Dies bedeutet, der Weg der Datenpakete ist unbestimmt. Die verfügbare Bandbreite kann hierbei unter mehreren Teilnehmern aufgeteilt werden.

Serviceklasse 3 arbeitet ähnlich wie Klasse 2, jedoch ohne Bestätigung des Datentransfers. Diese Verbindungsklasse wird in der Regel bei Massenspeichersystemen genutzt. Durch die Möglichkeit der Aufteilung der Bandbreite können mehrere FC-Geräte parallel miteinander kommunizieren. Zum Beispiel kann der RAID-Controller Daten sehr schnell aufeinanderfolgend an mehrere Festplatten senden, ohne auf die Bestätigung der einzelnen Datenpakete warten zu müssen. Da die Empfangsbestätigung durch das höhere SCSI-Protokoll ausgeführt wird, ist auf der unteren FC-Protokollebene keine Empfangsbestätigung notwendig.

In Serviceklasse 4 werden Datenpakete zwischen zwei Teilnehmern in einem Netzwerk unter Ausnutzung mehrerer Verbindungsmöglichkeiten bei garantierter Bandbreite ausgetauscht.

Serviceklasse 5 arbeitet ähnlich wie Klasse 4, jedoch läuft die Datenübertragung hier zusätzlich isochron ab.

Die Nachbildung von FC über Ethernet

An diesen Serviceklassen sieht man sofort, dass die Nachbildung von FC über Ethernet mit FCoE und DCB durchaus üble Lücken hat, denn hier werden FC-Pakete einfach in Ethernet-Pakete eingepackt – die Logik an den Enden wird aber wiederum FC-Funktionseinheiten zu überlassen.

Eine FC-Funktionseinheit, die aber jetzt z.B. eine isochrone Klasse-5-Übertragung bereitstellen möchte, weiß ja nicht, dass statt des bisher üblichen Weges nunmehr eine Ethernet Switching Fabric durchlaufen werden soll, die auch beim besten Bemühen keine Isochronität hinbringt.

FC unterstützt unterschiedliche Paketlängen von prinzipiell Null bis 2.048 Bytes pro Paket und ist deshalb einerseits optimal geeignet für kleine IOs, wie sie typischerweise bei Datenbanken auftreten; andererseits ist der FC aber auch in der Lage, größere Datenmengen, wie sie zum Beispiel in Video-Applikationen vorkommen, effektiv und ohne viel zusätzlichen Overhead zu übertragen.

Die Definition des FC-Protokolls

Die Definition des FC-Protokolls ist in fünf verschiedene Protokollschichten untergliedert. Die Definitionen der physikalischen Verbindungen (Kabel, Stecker, Transmitter und Receiver) werden in der so genannten FC-0-Schicht zusammengefasst. Die FC-1-Schicht beschreibt die Bitübertragung und steuert die 8/10-Bit-Kodierung/Dekodierung. Diese ermöglicht eine extrem niedrige Bit-Fehlerrate, erhöht aber die zu transportierende Datenmenge um 25 Prozent.

Die FC-2-Schicht ist für die Steuerung des Datenflusses verantwortlich. Hier werden die einzelnen Pakete mit Adresse, Daten und CRC-Information zusammengestellt. Diese Schicht übernimmt auch das ACK-Handling. In der FC-3-Schicht werden gemeinsame Funktionalitäten von Gruppen von Netzwerkteilnehmern definiert. Die Unterstützung der höheren Protokolle (IP, IEEE 802, HIPPI oder SCSI) wird schließlich in der FC-4-Schicht geregelt. Insgesamt können in dieser Schicht bis zu 255 verschiedene höhere Protokolle definiert werden, was noch genügend Raum für zukünftige Protokolle lässt.