Fibre Channel

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Fibre Channel ist ein Standardprotokoll aus dem Bereich der Speichernetzwerke.

Die meisten Storage Area Networks basieren heute auf der Implementierung des Fibre Channel-Standards. Die erreichten Bandbreiten liegen heute bei 4 Gb/s (4GFC), was im Vollduplex-Betrieb für Datentransferraten von 800 MB/s ausreicht. Es sind jedoch auch geringere Bandbreiten möglich, so war bis vor wenigen Jahren noch 1 Gb/s (1GFC) die maximale Bandbreite im Fibre Channel. Als Übertragungsmedium findet man Kupferkabel (hauptsächlich innerhalb von Storagesystemen) und Glasfaserkabel (meist zur Verbindung der Storage-Systeme untereinander).

Ähnlich wie bei klassischen Netzwerken, wo jede Netzwerkkarte eine MAC-Adresse hat, hat bei Fibre Channel jedes Gerät einen WWNN (World Wide Node Name) sowie jeder Port pro Gerät einen WWPN (World Wide Port Name) Es handelt sich dabei um eine 64-Bit-Hexadezimalzahl, die jedes Fibre Channel-Gerät eindeutig identifiziert. Fibre Channel Geräte können über mehr als nur einen Port verfügen, in diesem Fall hat das Gerät weiterhin nur eine WWNN, aber es besitzt WWPNs in der gleichen Anzahl wie es Ports besitzt. Die WWNN und die WWPN sind sich in der Regel sehr ähnlich.

Die Erweiterungskarten, die es den Servern ermöglichen, über Fibre Channel zu kommunizieren, werden als Host Bus Adapter (kurz: HBA) bezeichnet. Typische HBAs benötigen einen PCI-X-Steckplatz mit 64 Bit Busbreite und mindestens 100 MHz Taktrate.

[Bearbeiten] Topologien

Es können generell zwei Arten von Fibre Channel-Implementierungen unterschieden werden, die Switched Fabric, die meist als Fibre Channel, oder kurz FC-SW, bezeichnet wird und die Arbitrated Loop, kurz als FC-AL bekannt. Bei der Fibre Channel-Switched Fabric werden Punkt-zu-Punkt-Verbindungen (Point To Point) zwischen den Endgeräten geschaltet, beim Fibre Channel-Arbitrated Loop handelt es sich um einen logischen Bus, bei dem sich alle Endgeräte die gemeinsame Bandbreite teilen.

[Bearbeiten] Arbitrated Loop (FC-AL)

FC-AL wird auch als Low Cost-Fibre Channel bezeichnet, es bildet häufig den Einstieg in die Welt der Storage Area Networks. Häufig findet man FC-AL-Implementierungen bei kleineren Clustern, in denen es mehreren physikalischen Nodes möglich ist, auf einen gemeinsamen Massenspeicher direkt zuzugreifen. Hier hat SCSI seine Grenze erreicht, weshalb man die Eigenschaft des Fibre Channel nutzt, die es erlaubt, mehrere Hosts mit mehreren Speichersubsystemen zu verbinden.

FC-AL erlaubt es, bis zu 127 Geräte an einem logischen Bus zu betreiben. Dabei teilen sich alle Geräte die verfügbare Bandbreite (je nach eingesetzter Technik 133MBit/s - 4 GBit/s). Die Verkabelung erfolgt zumeist sternförmig über einen Fibre Channel Hub, es ist jedoch auch möglich, die Geräte hintereinander zu schalten (Daisy Chain), da viele Fibre Channel-Geräte über zwei Ein- bzw. Ausgänge verfügen. Unüblich ist die Verkabelung als Ring.

[Bearbeiten] Switched Fabric (FC-SW)

Bei der Fibre Channel-Switched Fabric handelt es sich um die leistungsfähigste und ausfallsicherste Implementierung von Fibre Channel, in den meisten Fällen ist Switched Fabric gemeint, wenn nur von Fibre Channel gesprochen wird. Im Zentrum der Switched Fabric steht der Fibre Channel Switch oder der Director. Über dieses Gerät werden alle anderen Geräte miteinander verbunden, so dass es über den Fibre Channel Switch möglich wird, direkte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen je zwei beliebigen angeschlossenen Geräte zu schalten.

Um die Bandbreite weiter zu steigern ist es möglich, mehrere HBAs in einem Server einzubauen. Nachdem sich jeder HBA des Server mit einem Fabric Login (FLOGI), der seine WWPN und WWN enthält, am Switch angemeldet hat, registriert der Switch den Host im lokalen Name Server mit der WWPN/WWNN und einer eindeutigen Adresse bestehend aus DomainID (eindeutige Adresse des Switches in der Fabric (siehe unten)), dem Port auf dem Server, gefolgt von 00 für "Switched Fabric". Diese 6-Byte Adresse wird für die Adressierung des Ports in der Fabric benutzt.

Außerdem können bei Verwendung mehrerer Switches diese untereinander kombiniert werden (Fabric). Die Switches erkennen dann untereinander die Topologie und nutzen diese intelligent. So wird stets der am geringsten belastete Weg genutzt (FSPF - Fabric Shortest Path First). Wenn der Server über mehr als einen HBA verfügt und jeder HBA auf einem anderen Switch gesteckt ist, kann der Server somit ein Speichersubsystem auf mehreren Wegen erreichen. Diese Fähigkeit im Fibre Channel wird als Multi-Pathing bezeichnet. Sie erhöht die Ausfallsicherheit und die Leistung des Storage Area Networks (SAN), da zwischen verschiedenen Geräten mehr als ein möglicher Datenweg besteht.

Um die Ausfallsicherheit weiter zu steigern, ist man in vielen Fibre Channel Implementierungen dazu übergegangen, mit redundanter dualer Fabric zu arbeiten. Es werden also zwei vollkommen unabhängige Switched Fabrics betrieben, jedes Speichersubsystem und jeder Server ist mit mindestens einem HBA an jede der beiden Fabrics angeschlossen. Das Gesamtsystem kann neben dem Ausfall einzelner Datenwege sogar den Ausfall einer ganzen Fabric verkraften, da es keinen Single Point of Failure mehr gibt. Diese Fähigkeit spielt besonders im Bereich der High Availability eine wichtige Rolle.