Ständig wachsende Anforderungen, die nur noch schwierig mit dem traditionellen SCSI-Interface realisiert werden können, führten zur Entwicklung der Fibre Channel Technologie. Übertragungen mit SCSI zeigten ihre Grenzen im Datenvolumen und in den Kabellängen.
Was ist Fibre Channel ?
Fibre Chanel ist eine serielle, high-speed Datentransfer-Technologie, die sowohl für Netzwerke als auch für Massenspeicher geeignet ist. Ein offener Standard, definiert durch ANSI und OSI, der alle wichtigeren Protokolle wie Internet Protocol, ATM (Asynchronous Trasfer-Mode), IEEE 802 (Institute of Electrical and Electronics Engineers Standard), HIPPI (High Performance Parallel Interface), SCSI (Small Computer System Interface) usw. unterstützt. Fibre Channel stellt den Datentransfer zwischen den einzelnen Fibre-Channel-Geräten her und verfügt über keinen eigenen Befehlssatz.
Die französische Schreibweise "fibre" begründet sich daraus, das diese Technologie nicht nur Signale durch Glasfaserkabel (engl. fiber) sondern auch durch die kostengünstigeren Kupferkabel (Twisted Pair oder Koax-Kabel) senden kann.
Verbindungs-Methoden
Innerhalb der Fibre Channel Spezifikation sind mehrere Verbindungsmethoden vorgesehen:
1. Point-to-Point Verbindung
Die einfachste Verbindung von zwei Fibre Channel (FC) Geräten, z.B. einem Server und einem Festplatten-Subsystem. Die FC-Geräte bezeichnet man als Nodes. Diese wiederum haben einen oder auch mehrere sogenannte N_Ports (Schnittstelle). Jeder N_Port hat jeweils einen Transmitter (Sender) und einen Receiver (Empfänger). Sender und Empfänger sind über kreuz durch sogenannte Links (Kupferkabel oder Glasfaserkabel je nach Übertragungsart) miteinander verbunden. Dabei steht die gesamte Bandbreite von 100 MB/sec. zur Verfügung
2. Arbitrated Loop Verbindung
Hier können bis zu 127 Ports in einer Ringstruktur zusammengeschaltet werden, die Daten werden von Node zu Node weitergereicht. Die Ports einer Arbitrated Loop werden als NL_Ports bezeichnet. In dieser Konfiguration sind jeweils zwei Ports gleichzeitig aktiv. Die anderen Ports arbeiten als Repeater (Verstärker) und reichen lediglich die Signale weiter. Die Bandbreite von 100 MB/sec. verteilt sich auf alle Teilnehmer. Jeder Teilnehmer "sieht" alle Daten und leitet diejenigen, die nicht für ihn bestimmt sind, weiter.
3. Switched Fabric
Darunter ist eine netzartige Konfiguration zu verstehen. Die Verbindung zwischen den einzelnen Nodes wird über das Netzwerk (Switched Fabric) geschaltet. In diesem Netz kann es die unterschiedlichsten Verbindungen, wie Point-to-Point, Ringe, Hubs, Switches usw. geben.Zur Adressierung stehen 24 Bits zur Verfügung, damit können mehr als 16 Millionen Teilnehmer angesprochen werden
Datentransfer - Theorie
FC unterstützt unterschiedliche Daten-Paket-Längen (von 0 bis 2048 Bytes pro Paket) und ist daher für geringe als auch Massen-Daten-Übertragung geeignet.
Da Fibre Channel extrem vielseitig ist (unterschiedliche Kabel, Verbindungen, Übertragungsmodi usw.) ist die Definition des FC Protokolls in 5 verschiedene Protokoll-Schichten unterteilt:
- FC-0 Schicht definiert die physikalischen Verbindungen (Kabel, Stecker, Transmitter und Receiver).
- FC 1 Schicht regelt die Einkoppelung der Datenbits in den Übertragungstakt.
- FC-2 Schicht ist für die Steuerung des Datenflusses verantwortlich. Die Zusammenstellung der Datenpakete, die Adressierung und Bestätigung erfolgt hier.
- FC-3 Schicht definiert die gemeinsame Funktionalität von Gruppen von Netzwerkteilnehmern.
- FC-4 Schicht regelt die Unterstützung von höheren Protokollen (IP, IEEE 802, HIPPI, SCSI usw).
Warum ist ein Kabel besser als mehrere?
Wieso kann eine Übertragung durch ein serielles Kabel besser sein als eine Übertragung durch mehrere parallele Leitungen? Bei SCSI z.B. hat man bei Narrow SCSI 8 bzw. bei Wide SCSI 16 Leitungen im Kabel, die gleichzeitig Daten übertragen, das sollte doch eigentlich schneller sein.
Das Problem bei paralleler Datenübertragung ist die Art der Übertragung. Die einzelnen Signale werden gleichzeitig vom Sender losgeschickt und beim Empfänger wieder zusammengefügt. Genau hier sitzt der "Flaschenhals", wenn es um große Datenmengen geht. Durch die unterschiedliche Belastung der Signale (Unterschiede in den Sendern, Empfängern, Leitungen, Steckern etc.) kommen die gleichzeitig losgeschickten Signale beim Empfänger nicht gleichzeitig an. Damit das Zusammenfügen wieder klappt, müssen die Signale beim Empfänger eine Mindestgültigkeit haben. Um das zu erreichen müssen die Signale vom Sender eine gewisse Zeit lang gesendet werden. Genau diese Mindest-Sendezeit aber beschränkt die max. mögliche Sendefrequenz, was wiederum die Kabellänge beeinflußt. Um einen einwandfreien Empfang zu gewährleisten darf die Kabellänge bei Datenfrequenz 10 MHz (Fast SCSI) nicht mehr als 3 m betragen. Vergrößert man die Datenfrequenz auf 20 MHz (Ultra SCSI),muß die Kabellänge auf 1,5 m verkürzt werden.
Bei der seriellen Übertragung mit nur einer Leitung tritt dieses Problem nicht mehr auf, da alle Signale über ein Kabel gesendet werden und entsprechend auch alle ankommen.
Allerdings gibt es auch hier andere Effekte, die eine Sendung behindern können. Mit Multi Mode Glasfasern können Entfernungen bis zu 500 m ohne Verzerrungen realisiert werden; mit Single Mode Glasfaserkabeln sogar Distanzen bis zu 10 km. Da Glasfaser-Kabel jedoch sehr teuer sind, werden sie nur dort eingesetzt, wo extreme Entfernungen überbrückt werden müssen.