Fibre Channel SAN – Características Essenciais


 

Camadas do Fibre Channel

O modelo do Fibre Channel define uma arquitetura de múltiplas camadas para o transporte dos dados pela rede. No total são cinco camadas, numeradas de FC-0 a FC-4. A camada superior estabelece a interface entre o Fibre Channel e aplicativos de nível superior. O FC-3 está em desenvolvimento e poderá incluir funções para criptografia e compressão de dados. A camada FC-2 define como os blocos de dados enviados dos aplicativos de nível superior serão segmentados em uma seqüência de quadros para serem repassados para a camada de transporte. Essa camada inclui ainda classes de serviços e mecanismo para controle de fluxo. As camadas inferiores, FC-1 e FC-0, concentram-se no real transporte dos dados através da rede. O FC-1 é responsável pela codificação e decodificação de dados para que seja transmitida a velocidade gigabits e define a estrutura de comandos para o acesso do meio. FC-0 estabelece padrões para vários tipos de meios, extensão permitida, e sinalização.

Camada
Função
Conteúdo
FC-4
Interface ULP
Exemplos, SCSI-3 e IP
FC-3
Serviços Comuns
Reservado para funções futuras
FC-2
Gerenciamento dos Dados
Quadros, Controle de fluxo, Classe de Serviços
FC-1
Ordered sets e codificação
Codificação 8b/10b
FC-0
Interface Física
Cabos, conectores, etc
Tabela 02 – Retirada de Designing Storage Area Networks

O modelo Fibre Channel não mapeia de modo ordenado em referência ao modelo OSI. Uma comparação grosso modo entre as camadas do modelo Fibre Channel com as camadas do modelo OSI poderia ser feita da seguinte forma:

  • FC-4 mapeia nas camadas de aplicação e apresentação do modelo OSI.
  • FC-3 e FC-2 mapeiam nas camadas de sessão, transporte, e enlace do modelo OSI.
  • FC-1 e FC-0 mapeiam na camada física do modelo OSI.
Relação entre os modelos OSI e Fibre Channel
Figura 2.2 – Retirada de Storage Networking Protocol Fundamentals

Velocidade de Operação

Na Tabela 03 se encontra as velocidades de operação do Fibre Channel. Nesta tabela encontra-se as velocidades tradicionais de 1Gbps e 2Gbps, as novas 8Gbps e 10Gbps (10GFC e 10GFCoE).

A tecnologia empregada no 10GFC não é compatível com as baseadas na base 2, por este motivo não é muito adotada. Já 10GFCoE é a velocidade do Fibre Channel over Ethernet, um novo padrão do FC normalizado em abril de 2008.

Velocidade
Throughput (MBps)
Line Rate (Gbaud)
1GFC
200
1.0625
2GFC
400
2.125
4GFC
800
4.25
8GFC
1600
8.5
10GFC
2400
10.52
10GFCoE
2400
10.52
Tabela 03

obs: Na seção Fibre Channel – RoadMap encontrará tabelas mais completas e informativas.

Ordered Sets e Quadros

Para mover dados através da rede, o Fibre Channel utiliza uma sintaxe de comandos conhecida como ordered sets. Além disso, os blocos de dados são organizados em pacotes discretos para serem enviados pela rede. No FC, esses pacotes de dados são chamados de quadros.

ordered sets pode ser divido em três categorias básicas: start of frame (SOF), end of frame (EOF), e sinais primitivos. Os dois primeiros, SOE e EOF, indicam o início e fim de um quadro, e a classe de serviço usada pelo quadro. O Fibre Channel define 11 diferentes tipos de SOF, e 8 EOF. Os sinais primitivos são usados para indicar ações ou eventos no transporte. Por exemplo, o IDLE é usado para completar palavras entre quadros de dados ou durante períodos de inatividade.

Conforme a Figura 2.3, um quadro FC-2 é composto pelos ordered sets (SOE e EOF), Frame Header, unidade de dados, CRC. Nota-se também o sinal primitivo IDLE que é utilizado em certos casos.

Formato do Quadro do Fibre Channel
Figura 2.3 – Retirada de Cisco Networkers 2006 – SAN-1501 – Introduction to Storage Area Networking
  • SOF: O SOF é uma palavra de 4-byte que define a classe de serviço e especifica se um quadro é o primeiro de uma seqüência de quadros ou simplesmente um dos quadros de uma relacionada seqüência.
  • Frame Header: O cabeçalho do quadro, de 24-byte, contém o endereço do destino e de origem, como também campos de controle que indicam o conteúdo do quadro e a posição do quadro numa seqüência de quadros.
  • Unidade de dados: A unidade de dados é propriamente os dados que serão transportados. Seu tamanho varia entre 0 a 2,112 bytes. Esse tamanho variável do quadro de dados permite o Fibre Channel favorecer vários requerimentos de aplicações com um razoável equilíbrio entre overhead dos quadros e o payload.
  • CRC: Cyclic redundancy check (CRC) verifica a integridade dos dados contidos nos quadros. A verificação ocorre antes dos dados serem codificados, depois da verificação os 4-byte do CRC são codificados junto com o resto do quadro.
  • EOF: O EOF é incluído para notificar o receptor que o quadro está completo e especifica se um quadro é somente um quadro de uma relacionada seqüência ou é o último de uma seqüência de quadros.

Pode ser concluir agora que o tamanho máximo do quadro no FC é 2,148 bytes, com 2,112 bytes de payload.

Depois de o quadro ser formado, eles são entregados através de um protocolo hierárquico de seqüências (sequence) e troca (exchange), Figura 2.4. Uma seqüência pode ser composta de um ou mais quadros parentes, enquanto que uma troca pode ser composta de uma ou mais seqüências desassociadas. Em outras palavras, os quadros são transmitidos numa seqüência de quadros correlacionados.

Hierarquia da camada FC-2
Figura 2.4 – Retirada de Cisco Networkers 2006 – SAN-1501 – Introduction to Storage Area Networking

Uma comunicação entre dois pontos pode ocorrer várias trocas simultaneamente, com um identificador único de troca (Fully Qualified Exchange Identifier – FQXID), que é composto pelo endereço da origem (OX_ID) e o endereço do destino (RX_ID), e o identificador de seqüência (SEQ_ID) separando o tráfego.

Para minimizar o overhead no transporte de um quadro, o Fibre Channel limita a recuperação de erros ao nível de seqüências. É mais vantajoso reenviar toda a seqüência de quadros novamente, do que inserir uma lógica de achar e recuperar o erro de um único quadro.

Classes de Serviços

Para assegurar um transporte de dados apropriado, aplicações podem requer diferentes tipos de garantia de entrega, largura de banda disponível e conectividade entre dois pontos comunicantes. De acordo com esses requisitos, cinco classes de serviços são fornecidas pelo modelo Fibre Channel.

  • Classe de Serviço 1 é um serviço de conexão dedicada entre dois pontos comunicantes com confirmação de entrega do quadro, acknowledgment (ACK).
  • Classe de Serviço 2 é um serviço onde a conexão não é dedicada entre os pontos comunicantes, mas é confirmada a entrega do quadro.
  • Classe de Serviço 3 é um serviço onde a conexão não é dedicada e nem é confirmada a entrega do quadro.
  • Classe de Serviço 6 é um serviço multicast, transmissão simultânea para várias estações de trabalho, com acknowledgment.
  • Classe de Serviço F é usada em comunicações switch-to-switch ou switch-to-bridge.

Portas no Fibre Channel

Na terminologia Fibre Channel, um dispositivo de comunicação é chamado de nó. O HBA, por exemplo, é um nó no Fibre Channel. Na Figura 2.5, temos exemplos de tipos de portas comuns nas redes FC.

Exemplos de tipos de portas
Figura 2.5 – Retirada de Cisco Networkers 2006 – SAN-1501 – Introduction to Storage Area Networking

Cada tipo de porta tem uma função e de importância saber quais portas e como as portas são utilizadas na conexão dos componentes de uma rede Fibre Channel. Figura 2.6 ilustra os principais casos.

Tipos de portas do Fibre Channel
Figura 2.6 – Retirada de Cisco Networkers 2006 – SAN-1501 – Introduction to Storage Area Networking
  • Porta_N: Porta Nó (Porta_N) é usada para conectar dispositivos com os fabric switches ou com outra porta nó em configurações ponto a ponto.
  • Porta_F: Portas Fabric (Porta_F) são encontradas nos switches e são usadas para conectar o switches com as Portas_N.
  • Porta_E: Portas de Expansão (Porta_E) são usadas para conexão entre dois Fibre Channel switches.
  • Porta_G: Porta Genérica (Porta_G) são encontradas nos switches e é capaz de operar como uma Porta_E ou Porta_F.
  • Porta_B: Porta Ponte (Bridge Port – B_Port) é usada para conectar fabrics com componentes não Fibre Channel ou redes como LAN e WAN.
  • Porta_L: Portas Laços (Porta_L) são utilizadas na topologia laço arbitrado, onde não é usado FC switches. As portas F, G, N que tiverem interface com um laço arbitrado serão chamadas de Porta_FL, Porta_GL, e Porta_NL.

A conexão do tipo Porta_E para Porta_E, Figura 2.7, uma interconexão entre switches, é chamada de Inter-Switch Link (ISL). Suporta as classes de serviços 1, 2, 3 e a classe F.

Inter-Switch Link (ISL)
Figura 2.7 – Retirada de Cisco Networkers 2006 – SAN-1501 – Introduction to Storage Area Networking
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