Canal de fibra

El Canal de fibra, del inglés Fibre Channel, es una tecnología de red utilizada principalmente para redes de almacenamiento, disponible primero a la velocidad de 1 Gb/s, y posteriormente a 2, 4 y 8 Gb/s.

El Canal de fibra está estandarizado por el Comité Técnico T11 del Comité Internacional para Estándards de Tecnologías de la Información, comité acreditado por el Instituto de Estándares Nacional Americano.

Nació para ser utilizado principalmente en el campo de la supercomputación, pero se ha convertido en el tipo de conexión estándar para redes de almacenamiento en el ámbito almacenamiento empresarial. A pesar de su nombre, la señalización del Canal de Fibra puede funcionar tanto sobre pares de cobre, como sobre cables de fibra óptica.

El protocolo del Canal de fibra (FCP) es el protocolo de interfaz de SCSI sobre Fibre Channel.

Historia

El canal de fibra comenzó su desarrollo en 1988, con la aprobación del estándar por ANSI en 1994, como una forma de simplificar el sistema HIPPI, entonces en uso para funciones similares. HIPPI utilizaba una manguera de 50 pares y conectores muy grandes, y estaba limitado en la longitud de los cables. El Canal de fibra fue especialmente interesante para simplificar las conexiones y aumentar las distancias, más que para aumentar la velocidad. Más tarde amplió su aplicación al almacenamiento en disco SCSI, permitiendo velocidades más elevadas y un número mucho más elevado de dispositivos.

También aportó soporte para un número elevado de protocolos de nivel superior, incluyendo SCSI, ATM e IP, siendo para SCSI su uso más frecuente.

Topologías del Canal de fibra

Un enlace en el Canal de Fibra consiste en dos fibras unidireccionales que transmiten en direcciones opuestas. Cada fibra está unida a un puerto transmisor (TX) y a un puerto receptor (RX). Dependiendo de las conexiones entre los diferentes elementos, podemos distinguir tres topologías de Canal de fibra principales:

• Punto a punto (FC-P2P)

Dos dispositivos se conectan el uno al otro directamente. Es la topología más simple, con conectividad limitada a dos elementos.

• Anillo arbitrado (FC-AL)

En este diseño, todos los dispositivos están en un bucle o anillo, similar a una red token ring. El añadir o quitar un elemento del anillo hace que se interrumpa la actividad en el mismo. El fallo de un dispositivo hace que se interrumpa el anillo. Existen concentradores de Fibre Channel que conectan múltiples dispositivos entre sí y que pueden puentear los dispositivos que han fallado. Un anillo también se puede hacer conectando cada puerto al siguiente elemento formando el anillo. A menudo, un anillo arbitrado entre dos dispositivos negociará para funcionar como conexión P2P, pero ese comportamiento no es requerido por el standard.

• Medio conmutado (FC-SW)

Todos los dispositivos o bucles de dispositivos se conectan a conmutadores (switches) de Canal de fibra, conceptualmente similares a las modernas implementaciones ethernet. Los conmutadores controlan el estado del medio físico, proporcionando interconexiones optimizadas.

Característica	Punto a punto	en Anillo	Conmutada
Puertos (max.)	2	127	~16777216 (224)
Ancho de banda (max.)	2× velocidad enlace	2× velocidad enlace	(Número de puertos) × velocidad enlace
Tamaño de dirección	N/A	8-bit ALPA	24-bit Port ID
Asignación de dirección	N_Port Login	Inicialización de bucle y Login del medio	Login del medio
Conexiones simultáneas	1	1	Puertos/2
Efecto de fallo puerto	Falla enlace	Falla anillo, excepto si puentea	Fallo de enlace entre switch y puerto
Mantenimiento simultáneo	Enlace caído	Puede afectar al anillo completo	Caída del enlace entre switch y puerto
Expansión	Enlaces adicionales P2P	Conexión de nuevo enlace al concentrador	Conexión de nuevo enlace al conmutador
Redundancia	Añadir enlace P2P redundante	Uso de enlaces duales	Uso de conmutadores redundantes
Velocidades de enlace soportadas	Todas	Todas (todos los dispositivos la misma)	Todas (posibilidad de mezcla)
Tipos de medio soportados	Todos	Todos	Todos
Clases de servicio soportadas	Todas	1, 2 y 3	Todas
Entrega de tramas	ordenadas	ordenadas	orden no garantizado
Acceso al medio	dedicado	arbitrado	dedicado
Coste por puerto	coste de puerto	coste de puerto + coste del anillo (concentrador)	Coste de puerto + Coste de puerto en switch

Capas del Canal de fibra

El Canal de fibra es un protocolo con 5 capas, llamadas:

• FC0 La capa física, que incluye los cables, la óptica de la fibra, conectores, etc.
• FC1 La capa de enlace de datos, que implementa la codificación y decodificación de las señales.
• FC2 La capa de red, definida por el estándar FC-PI-2, que constituye el núcleo de Fibre Channel y define los protocolos principales.
• FC3 La capa de servicios comunes, una fina capa que puede implementar funciones como el cifrado o RAID.
• FC4 La capa de mapeo de protocolo, en la que otros protocolos, como SCSI, se encapsulan en unidades de información que se entregan a la capa FC2.

FC0, FC1 y FC2 también se conocen como FC-PH, las capas físicas de fibre channel.

Las implementaciones del Canal de fibra están disponibles a 1 Gbps, 2 Gbps y 4 Gbps. Un estándar a 8 Gbps está en desarrollo. Un desarrollo a 10 Gbps ha sido ratificado, pero en este momento sólo se usa para interconectar switches. No existen todavía iniciadores ni dispositivos de destino a 10 Gbps basados en el estándar. Los productos basados en los estándar a 1, 2, 4 y 8 Gbps deben ser interoperables, y compatibles hacia atrás; el estándar a 10 Gbps, sin embargo, no será compatible hacia atrás con ninguna de las implementaciones más lentas.

Puertos

En el Canal de fibra se definen los siguientes puertos:

• E_port es la conexión entre dos switches fibre channel. También conocida como puerto de expansión, cuando dos E_ports entre dos switches forman un enlace, ese enlace se denomina enlace de InterSwitch o ISL.
• EX_port es la conexión entre un router de Canal de fibra y un switch de Canal de fibra. En el extremo del switch, el puerto es como el de un E_port, pero en el extremo del router es un EX_port.
• F_port es una conexión de medios en una topología conmutada. Un puerto F_port no se puede utilizar para un bucle de dispositivo.
• FL_port es la conexión de medios en un bucle público en una topología de anillo arbitrado. También conocido como puerto de bucle. Nótese que un puerto de switch pude convertirse automáticamente en un F_port o un FL_port dependiendo de qué se esté conectando.
• G_port o puerto genérico en un switch puedo operar como E_port o F_port.
• L_port es el término genérico utilizado para cualquier tipo de puerto de bucle, NL_port o FL_port. También conocido como puerto de bucle.
• N_port es la conexión de nodo de los servidores o dispositivos de almacenamiento en una topología conmutada. También se conoce como puerto de nodo.
• NL_port es la conexión de nodo de los servidores o dispositivos de almacenamiento en una topología de anillo arbitrado. También conocido como puerto de bucle de nodo.

• TE_port es un término utilizado para múltiples puertos E_ports unidos juntos para crear un ancho de banda mayor entre switches. También conocidos como puertos de expansión trunking.

Variantes del medio óptico portador

Tipo de medio	Velocidad (MBps)	Transmisor	Variante	Distancia
Fibra monomodo	400	Láser de 1300nm de longitud de onda	400-SM-LL-I	2 m - 2 km
	200	Láser de 1550nm de longitud de onda	200-SM-LL-V	2 m - >50 km
		Láser de 1300nm de longitud de onda	200-SM-LL-I	2 m - 2 km
	100	Láser de 1550nm de longitud de onda	100-SM-LL-V	2 m - >50 km
		Láser de 1300nm de longitud de onda	100-SM-LL-L	2 m - 10 km
		Láser de 1300nm de longitud de onda	100-SM-LL-I	2 m - 2 km
Fibra multimodo (50µm)	400	Láser de 850nm de Longitud de onda	400-M5-SN-I	0.5 m - 150 m
	200		200-M5-SN-I	0.5m - 300m
	100		100-M5-SN-I	0.5 m - 500 m
			100-M5-SL-I	2 m - 500 m
Fibra multimodo (62.5µm)	400	Láser de 850nm de longitud de onda	400-M6-SN-I	0.5 m - 70 m
	200		200-M6-SN-I	0.5 m - 150 m
	100		100-M6-SN-I	0.5 m - 300 m
			100-M6-SL-I	2 m - 175 m

Infraestructura del Canal de fibra

Los interruptores del Canal de fibra se dividen en dos clases. Esta clasificación no es parte del estándar, y se deja en manos del fabricante.

• Los interruptores directores se caracterizan por ofrecer un elevado número de puertos y un chásis modular (basado en placas) sin punto único de fallo (alta disponibilidad).

• Los interruptores llamados fabric tienen normalmente una configuración fija (algunas veces semi-modular) sin redundancias.

Brocade, *Cisco y *McData disponen de conmutadores tanto directores como fabric. *QLogic dispone de switches fabric. Si se utilizan conmutadores de diferentes proveedores en la misma instalación, trabajarán por defecto en modo de interoperabilidad, deshabilitando algunas funciones avanzadas propietarias.

Host Bus Adapters para el Canal de fibra

Host Bus Adapter

Hay disponibles HBAs para Canal de fibra para los principales sistemas, arquitecturas de ordenador y buses, incluyendo PCI y SBus (ya obsoleto). Cada HBA tiene un identificado único (World Wide Name), similar a la dirección MAC en Ethernet en el hecho de que utiliza un identificador único repartido por rangos entre los fabricantes (reparto realizado por IEEE), y que le sirve al switch del Fibre Channel para identificar las tarjetas (HBA) que tiene conectadas. Sin embargo, los WWNs son más largos (8 bytes). Además, se distinguen dos tipos de WWNs en un HBA: WWN de nodo, compartido por todos los puertos de un adaptador de host, y un WWN de puerto, único para cada puerto. Ejemplo de fabricantes de HBAs: Emulex, LSI Logic, QLogic, [Alacritech y ATTO Technology.

Referencias sobre el Canal de fibra

RFCs

• RFC 4369 - Definiciones de objetos contemplados por el protocolo del Canal de fibra de Internet (iFCP)
• RFC 4044 - Gestión del Canal de fibra (MIBs)
• RFC 3723 - Seguridad en los protocolos de almacenamiento de bloques sobre IP
• RFC 2837 - Definición de objetos administrados para el elemento conmutador en el estándar Canal de fibra
• RFC 2625 - IP y ARP sobre Canal de fibra

Borradores

• draft-ietf-imss-fc-rtm-mib-00.txt MIB de información de enrutado en Canal de fibra.
• draft-ietf-imss-fc-fspf-mib-00.txt MIB para el protocolo de primero el camino más corto en la red de Canal de fibra

Otras referencias

• Clark, T. Designing Storage Area Networks, Addison-Wesley, 1999. ISBN 0201615843

Véase también

• Red de área de almacenamiento
• Virtual Storage Area Network
• Host Bus Adapter (HBA)
• Fibre Channel zoning
• IDE, ATA, SATA, AoE, SCSI, iSCSI, SAS, PCI Express

Enlaces externos

• Asociación de la industria de Fibre Channel (FCIA)
• Comité técnico del INCITS responsable de los standards FC (T11)
• Guía de supervivencia de SAN de IBM
• Generalidades sobre Fibre Channel
• Tutorial sobre Fibre Channel (UNH-IOL)
• Asociación de la Industria de Redes de Almacenamiento (SNIA)