▪️ 🙇🏼 💿 ファイバーチャネルの基本 👙 📛 👂🏿

FC SANの基本概念を明確にするというトピックについては、引き続き放送します。最初の投稿へのコメントで、私は十分に深く掘ったと非難されました。特に、彼はFC自体についてはほとんど語らず、BBクレジット、IP、およびマルチパスについては何も語っていません。マルチパスとIPは個々の出版物のトピックですが、おそらくFCについては続けます。または、見方を開始します。

まず、小さな用語の余談（以前の投稿へのコメントから再び刺激を受けた）。

ファイバーまたはファイバー？：当初、ファイバーチャネルテクノロジーは、光ファイバー回線のみをサポートするように設計されていました。ただし、銅線のサポートが追加されたとき、原則として名前を保持することが決定されましたが、標準を参照するために英国語のファイバーを使用します。 American Fiberは、主にファイバーへの送信用に保持されます。

オリジナル
ファイバーチャネルはもともと、光ファイバーケーブルのみをサポートするように設計されました。銅線のサポートが追加されたとき、委員会は原則として名前を維持することを決定しましたが、標準を参照する場合は英国英語のスペル（ファイバー）を使用することにしました。一般的に光ファイバーとケーブルを指す場合、米国英語のスペル（ファイバー）は保持されます。

IBM Redbook「SANおよびシステムネットワーキングの概要」

開始する

OSIネットワークモデルと同様に、ファイバーチャネルは5つの層で構成されます。各レベルは、特定の機能セットを提供します。

FC-0は、物理インターフェイスとメディアのレベルです。物理的環境について説明します：ケーブル、コネクタ、HBA、トランシーバ、電気的および光学的パラメータ。

FC-1-伝送およびエンコードレベル。送信前にデータをエンコードし、送信後にデコードする方法について説明します。このレベルでは、3つの主要な機能が定義されています。

FC-2-フレーミングと信号のレベル。送信される情報の構造と構成、およびその送信の制御と管理を決定します。このレベルで実行される機能：

FC-3-基本サービス層。このレベルは、将来ファイバチャネルに導入される可能性がある新しい機能のために規定されています。このレベルでは、送信前のデータの暗号化と圧縮、およびいくつかの方法でのデータストリームの分割（ストライピング）などが提供されます。しかし、私はこれまでそのような部分の実装に遭遇していません。

FC-4-プロトコルマッピングレベル。トランスポートとしてFCを使用できるプロトコル、および実際には使用順序（これらのプロトコルをより低いレベルのFC0-3にマッピングする）について説明します。 SANの場合、これらは次のとおりです。

SCSI-3のファイバーチャネルプロトコル（SCSI-FCP）-SCSI転送
ファイバーチャネルリンクカプセル化（FC-LE）-TCP / IP転送

そして今、これらと他のあいまいなフレーズについての詳細。この記事では、FC SANインフラストラクチャを作成および管理するときに最も重要な下位3レベルのみを検討します。

FC-0

おそらく、ケーブル、トランスミッター、およびそれらの特性の種類の複雑な表は提供しません。第一に、ここにテーブルを挿入するのは不便だから、第二に、これらのテーブルは、FC（ロシアのウィキペディア、非ロシアのウィキペディア）について少なくとも何かが書かれているどこにでもあるので、第三に（そして重要な）、主なことは本質を理解することですが、参照データを見つけることは問題ではありません。

肝心なのは、マルチモードとシングルモードの2種類のファイバーがあることです。

マルチモード（マルチモードファイバー、MMF） -短波レーザービーム用に設計された比較的広い断面（50-62.5ミクロン）。「マルチモード」とは、光がさまざまな方法でチャネルを通過できることを意味します-ファイバーの壁から多重反射します。これにより、ケーブルの曲げに対する感度は低下しますが、信号の強度と品質が低下し、このタイプは最大500 mの短い距離に制限されます。

シングルモードファイバー（SMF）は、直径が小さい（8〜10ミクロン）ファイバーで、信号は長波レーザーによって伝送され、その光は人間の目には見えません。ここでは、光は唯一の方法で移動できます-それぞれ直線で、信号はより速く、より正確に送信されますが、そのような信号を提供する機器ははるかに高価なので、主に長距離（最大50 km）での通信に使用されます。シングルモードファイバは、ねじれや曲率の影響を受けやすくなっています。

繊維の種類に関する詳細な記事はこちらにあります。

2つのデバイスを接続するために2本のケーブルが使用されることに注意してください。 1つは送信に使用され、もう1つは受信に使用されます。したがって、それらを正しく接続することが重要です（一方のTxを他方のRxに）。

また、 ダークオプティクス （ ダークファイバー ）などの用語についても言及したいと思います。この用語は、何らかの方法で特別な方法で色付けされていることを意味しません。これらは、原則として、リースされている長距離通信（都市または遠方の建物間）、および追加の信号増幅装置を使用する必要のない専用の光通信回線です（所有者によって提供されます）。ただし、これは光ケーブルであり、独自の判断で配置されるため、光信号が通過するまで「暗」のままです。

HBA、ディスクアレイ、スイッチなどのデバイスの要素であるASICによって、FC-0からFC-1へ、またはその逆へのスムーズな移行が提供されます。

ウィキペディアから：

ASIC （英語からの略語。 特定用途向け集積回路 、「特別な目的のための集積回路」）-特定の問題を解決するために特化した集積回路。汎用集積回路とは異なり、特殊な集積回路は特定のデバイスで使用され、このデバイスに固有の厳密に制限された機能を実行します。その結果、関数の実行が高速になり、最終的には安価になります。 ASICの例としては、携帯電話の制御専用に設計されたマイクロチップ、オーディオおよびビデオ信号（信号プロセッサ）をエンコード/デコードするハードウェア用のマイクロチップがあります。

ファイバチャネル機器では、ASICは次の機能要素で構成されています。

エンコーダー/デコーダー-送信データの8ビットごとのエンコードを10ビット表現で提供します。そして、受信したデータをデコードします。
SERDES（Serializer / Deserializer）-10ビットのデータのパラレルストリームを10ビットのデータのシリアルストリームに変換します。
トランシーバー-電気インパルスを光信号に変換します。

ASIC

トランシーバー、トランシーバー、またはSFP — FCスイッチの場合、これらはケーブルをポートに接続するために必要な個別のモジュールです。それらは、短波（短波、SW、SX）と長波（長波、LW、LX）が異なります。 LWトランシーバーは、マルチモードおよびシングルモードファイバーと互換性があります。 SWトランシーバー-マルチモードのみ。そして両方に、ケーブルはLCコネクターによって接続されます。

また、 SFP xWDM （Wavelenght Division Multiplexing）もあり、単一の光ビームで複数のソースから長距離にわたってデータを送信するように設計されています。ケーブルを接続するには、SCコネクタが使用されます。

FC-1

8/10および64/66

このレベルで最初に発生するのは、情報のエンコード/デコードです。これはかなり洗練されたプロセスであり、その間、着信情報の8ビットごとに10ビット表現に変換されます。これは、データの整合性の制御を強化し、データをサービス信号から分離し、データストリームからクロック信号を復元する機能（ゼロと1のバランスを維持）を目的として行われます。

これにより、計算できるように、データストリームの20％が冗長オーバーヘッドであるため、有用な帯域幅が著しく減少します。しかし、とりわけ、公式トラフィックはこのストリームのかなりの部分を占める可能性があります。

ただし、1G、2G、4G、および8G機器では8/10コーディングが使用されていることは朗報です。 10Gの実装と16Gからは、64/66の原則に従ってエンコードが実行され、ペイロードが大幅に増加します（8/10の場合は80％に対して最大97％）。

順序付きセット

ロシア語版ウィキペディアでは、この用語は「順序付きセット」として翻訳されています。私の意見では、ここでの語順は、「順序」の意味ではなく、「順序、命令」の意味で理解されるべきです。

そもそも、FCのコンテキストで使用される別の用語- 送信ワード -送信するデータの最小部分で、4バイトに相当します。送信された情報の量が少ない場合、送信ワードは、受信側で切り取られた特別な充填バイト（充填バイト）によって補完されます。

したがって、 順序付きセットは特別なユーティリティ送信ワードです。これらは3つのカテゴリに分類されます。

フレーム区切り（フレームの開始、SOFおよびフレームの終了、EOF）。
2つの基本信号-IDLE（ポートはデータを受信または送信する準備ができている）およびR_RDY（受信者が準備ができている-ポートはデータの次の部分を受信するためのバッファーを解放した
基本シーケンス（プリミティブシーケンス）：
- NOS（操作不可）-ポートが切断を検出/接続なし
- OLS（オフライン状態）-ポートが接続の確立を開始するか、ポートがNOSを受信したか、ポートがオフライン状態になります
- LR（リンクリセット）-接続リセットの初期化。 OLSまたはいくつかの送受信エラー（通常はフロー制御のレベル）を受信した場合に送出されます。送信ポートは、バッファとそのカウンタをクリアします。
- LRR（リンクリセット応答）-LRへの応答。送信ポートは、バッファとそのカウンタをクリアします。

リンクの初期化

ポートAとポートBの間に物理接続が確立されると、ポート間で次の「代謝」が発生します。

FC-2

フレーム

ファイバーチャネル環境で送信されるすべてのデータは、フレーム（フレーム）に分割されます。フレーム構造は次のとおりです。

SoF-4バイト（1 tw）-フレームの開始の識別子。
ヘッダー-24バイト（6 tw）-ヘッダー。送信元と受信者のアドレス、フレームタイプ（FT-0-制御またはFT-1-データ）、シーケンス番号とフレームシリアル番号、その他の制御情報などの情報が含まれています。
データ-0〜2112バイト（0〜528 tw）-直接データ（SCSIコマンドなど）。
CRC-4バイト（1 tw）-チェックサム。
EoF-4バイト（1 tw）-フレームの終わりの識別子。

フレーム間のギャップは、特別な「フィルワード」で埋められます-フィルワード。通常、これはIDLEですが、FC 8G以降では、銅線機器の電気ノイズを減らすためにIDLEの代わりにARB（FF）の使用が標準化されました（ただし、デフォルトではスイッチはIDLEを使用します）。

シーケンス

ほとんどの場合、ソースは2112バイト（1フレームの最大データ量）よりもはるかに多くの情報をレシーバに送信しようとします。この場合、情報はいくつかのフレームに分割され、これらのフレームのセットはシーケンスと呼ばれます。パラレル送信中に余分なものがフレームの論理シーケンスにくぎ付けになるのを防ぐため、各フレームのヘッダーにはフィールドSEQ_ID（シーケンス識別子）およびSEQ_CNT（シーケンスのフレーム番号）があります。

交換

単一の操作を担当する1つ以上のシーケンスは、交換と呼ばれます。送信元と受信者は複数の並列交換を行うことができますが、単位時間あたりの各交換には1つのシーケンスのみを含めることができます。 Exchangeの例：イニシエーターはデータを要求し（シーケンス1）、ターゲットはイニシエーターにデータを返し（シーケンス2）、その後ステータスを報告します（シーケンス3）。無関係なフレームのセットは、このシーケンスセットに割り込むことができません。

このプロセスを制御するために、各フレームのヘッダーには、フィールドOX_ID（発信者交換ID-交換の発信者が入力）とRX_ID（応答者交換ID-受信者が応答フレームに入力し、値OX_IDをコピーする）が含まれます。

サービスのクラス

アプリケーションごとに、サービスレベル、配信保証、接続時間、帯域幅の要件が異なります。一部のアプリケーションでは、動作中に保証された帯域幅が必要です（バックアップ）。その他のアクティビティは可変であり、一定の保証されたチャネル帯域幅を必要としませんが、送信された各パケットの受信時に確認が必要です。これらのニーズを満たし、柔軟性を提供するために、FCは次の6つのサービスクラスを定義します。

クラス1

このクラスでは、2つのデバイス間の最大帯域幅を予約する専用接続が確立されます。領収書の確認が必要です。フレームがソースを離れたのと同じ順序で受信機に到着する必要があります。他のデバイスが伝送媒体を使用することを許可しないという事実により、非常にまれにしか使用されません。

クラス2

常時接続なしで、配信確認あり。送信フレームと配信フレームの順序を一致させる必要がないため、さまざまな方法で工場を通過できます。クラス1よりもリソースに対する要求は少なくなりますが、配信を確認すると帯域幅の使用率が増加します。

クラス3

永続的な接続および配信の確認なし。ファクトリリソースを使用するという観点からは最適ですが、上位レベルのプロトコルがフレームを正しい順序で収集し、欠落したフレームの転送を再要求できることを前提としています。最も一般的に使用されます。

クラス4

クラス1と同様に、一定の接続、確認、フレームの順序が必要です。主な違いは、帯域幅全体を予約するのではなく、その一部のみを予約することです。これにより、特定のQoSが保証されます。接続品質の保証が必要なマルチメディアおよびエンタープライズアプリケーションに適しています。

クラス5

まだ完全には説明されておらず、標準に含まれていません。以前は、接続を必要としないが、デバイスにバッファリングせずに、表示されたとおりにデータを即座に配信する必要があるクラス。

クラス6

クラス1オプション、ただしマルチキャスト。つまり、1つのポートから複数のソースまでです。

クラスf

クラスFは、スイッチ間リンク（ISL）で使用するためにFC-SW標準で定義されています。これは、工場の監視、管理、および構成に使用される配信障害通知を備えた非永続的なサービスです。原則はクラス2に似ていますが、その原則はNポート（ノードポート）間の相互作用に使用され、クラスF-Eポートの通信（スイッチ間）に使用されます。

フロー制御

送信側が過剰なフレームで受信側を過負荷にして受信側が破棄し始める状況を防ぐために、FCは送信データのフローを制御するメカニズム（フロー制御）を使用します。それらの2つがあります-バッファからバッファへのフロー制御とエンドツーエンドのフロー制御。それらの使用は、サービスクラスによって規制されています。たとえば、クラス1はエンドツーエンドメカニズムのみを使用し、クラス3はバッファツーバッファを使用し、クラス2はこれらのメカニズムの両方を使用します。

バッファー間フロー制御

技術の原則- ~~各住宅へ~~の~~ローン;~~フレームの送信は、送信するローンの存在によって保証される必要があります。

ポート入力に到着するすべてのフレームは、特別なキュー（バッファー）に配置されます。これらのバッファの数は、ポートの物理特性によって決まります。 1つのバッファー（キュー位置）は1つのローンに対応します。各ポートには2つのクレジットカウンターがあります。

TX BB_Credit-クレジットカウンターを転送します。各フレームの送信後、1ずつ減少します。カウンタ値がゼロになった場合、送信は不可能です。 R_RDYが受信ポートから受信されるとすぐに、カウンターが1増加します。

RX BB_Credit-クレジットローンのカウンター。フレームが受信され、バッファに配置されるとすぐに1減少します。フレームが処理または送信されると、カウンターが1増加し、R_RDYが送信者に送信されます。カウンタ値が0に低下した場合、原則として、新しいフレームの受信を停止する必要があります。実際には、クレジット同期エラーが原因で、RX BB_creditがゼロになった後にソースがすでに1つまたは複数のフレームを送信したという状況が発生する場合があります。この状況は、 バッファオーバーフローと呼ばれます。ほとんどの実装では、ポートはそのような状況を「良い方法で」処理します-予備のバッファが原因です。ただし、このような場合の一部の機器はリンクリセットをリンクする場合があります。

ここからは、ポート間隔がパフォーマンスに大きく影響します。距離が長く、スループットが高いほど、受信者が少なくとも最初のフレームを受信する前であっても、より多くのフレームが送信されます（消費された転送クレジットを読み取ります）。この状況は、FCスイッチのアーキテクチャの機能によって促進されます。実際には、バッファの数は各ポートに厳密に固定されているわけではありません（8つの必須を除く）が、すべてに共通です。また、「遠方リンク」が（自動または手動で）検出された場合、このポートに対してスイッチによって割り当てられたバッファーの数が増加します。共有メモリのもう1つの利点は、スイッチ内で1つのポートから別のポートにバッファを駆動する必要がないことです。

エンドツーエンドのフロー制御

これは、EE_Creditカウンターによって実装されます。このカウンターは、確認（Acknowledge、ACK）を受信せずにソースがレシーバーに送信できる最大フレームを決定します。 BB_Creditとは異なり、データフレームにのみ適用され、エンドノード間で交換/アカウンティングが行われます。

終わり

最初は、記事は半分になると思われましたが、執筆中に多くの詳細が明らかになり、それなしでは幸福は不完全に見えました。私はまだ強調したいものをたくさん落とさなければなりませんでした-執筆プロセスは無限になると脅かされていました。誰かがコメント、提案、他に書く価値があるものについての提案を持っている場合、私は感謝します。そして、この場所を読んでくれたみんなに感謝します。

材料は次のソースから使用されました。

IBM Redbook「SANおよびシステムネットワーキングの概要」

EMCネットワークストレージの概念とプロトコル

Brocade SAN Fabric Administrationベストプラクティスガイド

ファイバーチャネルの基本