Hierarchischer Aufbau des Fibre-Channel

27.11.2002
Die Fibre-Channel Struktur setzt sich aus insgesamt fünf übereinander liegenden Schichten zusammen.

Die unterste Ebene (FC-0) definiert die physikalische Verbindung. Hierzu zählen Glasfaserkabelspezifikationen, Anschlussstecker sowie optische und elektrische Parameter für die jeweiligen Datenraten.

FIBRE CHANNEL LAYER 0

Die maximal zulässige Bitfehlerrate ("Bit Error Rate", BER) liegt hier bei einem Wert von kleiner zehn bis zwölf, je nach eingesetzter Datentransferrate.

Fester Bestandteil der Schicht 0 ist ferner das sogenannte Open-Fibre-Control-System (OFC). Dieses garantiert, daß die beim Fibre Channel verwendeten kurzwelligen Laser mit ihrer Sendeleistung nicht die Grenzen des Sicherheitsstandards überschreiten. Wird eine offene Glasfaserverbindung entdeckt, wird automatisch die Sendeleistung der jeweiligen Strecke heruntergeregelt. Die verringerten Pulse führen beim Empfänger dazu, daß er seinerseits die Leistung auf dem Sendeport herunter regelt. Ist irgendwann der gesamte Glasfaserpfad wieder geschlossen, so empfangen beide Ports der Verbindung die pulsierenden Signale. Damit kann eine doppelte Handshake-Prozedur initiiert und die Verbindung automatisch innerhalb weniger Sekunden aktiviert werden,

FIBRE CHANNEL LAYER 1

Die Schicht 1 des Fibre Channels legt das Übertragungsprotokoll fest. Dieser Layer definiert also die Regeln zur Kodierung der Signale, verleiht ihnen den speziellen Signalisierungscharakter und aktiviert die Mechanismen zur Fehlerkontrolle.

Beim Transport über ein Fibre-Channel System kommt die sogenannte 8B/10B-Codierung zum Zuge. Dabei werden jeweils acht Bits in ein 10-Bit-langes Zeichen umgewandelt. Die somit zusätzlich zur Verfügung stehenden 768 Zeichen sorgen für die Entkopplung der bei der Übertragung verwendeten Codes von Gleichstromanteilen. Außerdem ermöglichen diese Übertragungszeichen, daß die weitergeleiteten Informationen immer eine gewisse Länge aufweisen. Dies dient zur Realisierung einer Clock-Synchronisation über einen seriellen Bitstrom.

FIBRE CHANNEL LAYER 2

Das Signalisierungsprotokoll der Schicht 2 beim Fibre Channels (FC-2) legt die Transportmechanismen fest. Diese umfassen die Paketierungsregeln, die verschiedenen Mechanismen zur Kontrolle der drei Serviceklassen und das Management der Datenströme, die als Pakete über eine aktive Fibre-Channel Verbindung übertragen werden.

Außerdem sorgt der Fibre-Channel Layer 2 für die Aufteilung der Daten in die korrekte Paketgrößen und stellt mittels des sogenannten Reassemblierungsmechanismus kontinuierliche Datenströme her. So beginnt und endet ein jedes Paket mit einem "Frame Delimiter". Auf den Start-of-Frame-Delimiter (SOF) folgt unmittelbar der Paket-Header. Dieser enthält zusätzliche Kontrollinformationen und die spezifischen Adressen. Über das optionale "Parameter-Header"-Feld können bei Bedarf Sender und Empfänger weitere Link-Kontrollinformationen austauschen. Das Payload-Feld (maximal 2.112 Byte lang) umfaßt die eigentlichen Informationen (Daten), die vom Sende- zum Ziel-Port übermittelt werden. Der vier Byte lange "Cyclic Redundancy Check" (CRC) folgt direkt auf das Payload-Feld. Mit Hilfe des CRC-Feldes werden möglicherweise bei der Übertragung aufgetretene Fehler ermittelt. Den Abschluß des Fibre-Channel Pakets bildet schließlich der End-of-Frame-Delimiter (EOF).

FIBRE CHANNEL LAYER 3

Die Schicht 3 des Fibre Channels stellt folgende zusätzliche Dienste und Funktionen bereit:

  • Striping: Möglichkeit, bestimmte Informationen parallel zu mehreren N-Ports über mehrere Verbindungen gleichzeitig zu übertragen
  • Hunt Groups: die Option, unter einem Alias-Namen oder einer Alias-Adresse, mehrere physikalische Ports zusammenzufassen
  • Multicast damit können einzelne Pakete an mehrere Zielports, also eine Gruppe, gleichzeitig übertragen werden

FIBRE CHANNEL LAYER 4

Die Schicht 4 des Fibre Channels stellt die höchste Ebene der FC-Technologie dar. Auf diesem Layer können höhere Protokolle mittels standardisierter Schnittstellen über einen Fibre Channel versendet werden. Die Schicht 4 definiert die Regeln zur Anpassung dieser Protokolle an die Spezifikationen des Fibre Channels. Bei deren Übermittlung über die FC-Schicht 4 kommen folgende Mechanismen zum Zuge: Small Computer System Interface (SCSI), Intelligent Peripheral Interface (IPI), High Performance Parallel Interface (HIPPI), Internet Protocol (IP), ATM Adaptation Layer (AAL5), Link Encapsulation (LE), Single Byte Command Code Set Mapping (SBCCS) und der IEEE Standard 802.2.

FLOW-CONTROL MECHANISMUS

Flußregulierung

Den Datenfluß bei Fibre Channel regeln die sogenannten Flow-Control-Mechanismen. Sie agieren auf dem FC-Layer 2 und verhindern, daß Pakete bei der Überlastung eines Empfängers verlorengehen. Dabei sind die jeweiligen Flow-Control Mechanismen von der verwendeten Dienstklasse abhängig. So werden etwa Pakete der Klasse 1 für eine Ende-zu-Ende Flußkontrolle eingesetzte wohingegen Pakete der Klasse 2 nur eine Puffer-zu-Puffer Flußkontrolle gewährleisten. Dafür unterstützen Pakete der Klasse 3 sowohl eine Ende-zu-Ende als auch eine Puffer-zu-Puffer Flußkontrolle.

Vermittelt wird die Flußkontrolle immer zwischen einem Sequenzinitiator, als dem Sender, und einem Sequenzempfänger. Die an der Flußkontrolle beteiligten Ports verwenden dazu die Parameter "Credit" und "Credit CNT". Mit der ersten Größe wird die Anzahl der reservierten Puffer des Sende-Ports definiert, der Parameter "Credit-CNT" beschreibt hingegen die Anzahl der Datenpakete, die vom Empfänger der Sequenz noch nicht bestätigt wurden.

Der Ende-zu-Ende Flußkontrollprozess regelt den Datentransport zwischen den N-Ports. Hierbei muß der Empfänger den Erhalt von gültigen Datenpaketen mit Hilfe der Acknowledgment-Pakete (ACK) bestätigen. Verfügt der Empfänger über einen zu geringen Datenpuffer, um etwa weitere Pakete empfangen zu können, erzeugt er ein sogenanntes "Busy"-Signal. Beim Empfang eines fehlerhaften Pakets übermittelt er ein "Reject"-Paket an den ursprünglichen Sender. Dieser wiederum zeichnet sich für das Management der Übertragungskredite (EE-Credit-CNT) verantwortlich. Beim Login-Prozeß handeln die N-Ports einen EE-Credit untereinander individuell aus.

Die Puffer-zu-Puffer Flußkontrolle erfolgt dagegen immer zwischen einem N-Port und einem F-Port oder zwischen N-Ports in Punkt-zu-Punkt Topologien. Jeder Port ist individuell für das Management des hierfür notwendigen "BB-Credit-CNT"-Parameters verantwortlich. Dieser etabliert sich während des Login-Prozesses in der "Fabric". Falls der Empfänger-Port noch über genügend Empfangspuffer verfügt, signalisiert er dies durch das Aussenden von Receiver-Ready-Signalen.


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