파이버 채널
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1. 개요
파이버 채널은 1988년 개발을 시작하여 1994년 ANSI 표준으로 승인된 직렬 통신 기술이다. 초기에는 광섬유 케이블에서만 작동했지만, 구리 케이블에서도 사용할 수 있도록 사양이 확장되었다. 주요 특징은 순차적 전송과 무손실 원시 블록 데이터 전송이며, 세 가지 주요 토폴로지(점대점, 중재 루프, 스위치 패브릭)를 지원한다. 파이버 채널은 OSI 모형을 따르지 않고 FC-0부터 FC-4까지 5개의 계층으로 구성되며, 다양한 속도로 발전해 왔다. 주로 스토리지 영역 네트워크(SAN)를 구축하여 서버를 스토리지에 연결하는 데 사용되며, 호스트 버스 어댑터(HBA)를 통해 서버에 연결된다.
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| 파이버 채널 | |
|---|---|
| 계층 구조 | |
| 레이어 4 - 프로토콜 매핑 | 논리 단위 번호 마스킹 |
| 레이어 3 - 공통 서비스 | 해당 없음 |
| 레이어 2 - 네트워크 | 파이버 채널 패브릭 파이버 채널 영역 등록된 상태 변경 통지 |
| 레이어 1 - 데이터 링크 | 파이버 채널 8b/10b 인코딩 |
| 레이어 0 - 물리 | 해당 없음 |
| 일반 정보 | |
| 이름 | 파이버 채널 |
| 설명 | 컴퓨터 저장소 네트워킹 기술 |
2. 역사
파이버 채널은 1988년에 개발이 시작되어 1994년에 미국 국립 표준 협회(ANSI) 표준으로 승인되었다.[41] 초기에는 광섬유 케이블에서만 작동했기 때문에 "파이버 채널(Fiber Channel)"이라고 불렸으나, 이후 구리 케이블에서도 작동할 수 있도록 사양이 추가되었다. 혼란을 피하고 고유한 이름을 만들기 위해 업계는 철자를 변경하고 표준 이름에 영국 영어의 'fibre'를 사용하기로 결정했다.[5]
1992년에는 썬 마이크로시스템즈, IBM, 휴렛 패커드가 파이버 채널 시스템즈 이니셔티브(Fibre Channel Systems Initiative)를 구축하였다. 파이버 채널은 HIPPI 시스템을 단순화하고, 시리얼 스토리지 아키텍처(SSA)와의 경쟁에서 승리하면서 대용량 스토리지 시장에서 주도적인 기술로 자리 잡았다.
파이버 채널은 SCSI 및 HIPPI 물리 계층 병렬 신호 구리선 인터페이스의 제한을 극복하기 위해 직렬 인터페이스로 설계되었다. 상업용 제품은 표준이 초안 상태일 때 출시되었으며,[6] 표준이 비준될 즈음에는 더 낮은 속도 버전은 이미 사용이 줄어들고 있었다.[7] 파이버 채널은 기가비트 속도를 달성한 최초의 직렬 스토리지 전송 기술이며,[8] 1996년 이후 몇 년마다 속도가 두 배로 증가했다.
현대적인 물리 계층 외에도 파이버 채널은 ATM, IP (IPFC) 및 FICON을 포함한 다양한 "상위 계층" 프로토콜에 대한 지원을 추가했으며, SCSI(FCP)가 가장 널리 사용되었다.
2. 1. 파이버 채널의 발전 속도
파이버 채널은 1988년에 시작되어 1994년에 ANSI 표준 승인을 받았다.[54] 지속적인 발전을 통해 속도 향상을 이루어왔다. 다음은 파이버 채널의 속도 발전 과정을 나타낸 표이다.[9]| 이름 | 회선 속도 (기가보드) | 회선 코딩 | 공칭 처리량 (MB/s) | 시장 출시 |
|---|---|---|---|---|
| 133 Mbit/s | 0.1328125 | 8b10b | 12.5 | 1993 |
| 266 Mbit/s | 0.265625 | 8b10b | 25 | 1994[6] |
| 533 Mbit/s | 0.53125 | 8b10b | 50 | |
| 1GFC (Gen 1) | 1.0625 | 8b10b | 100 | 1997 |
| 2GFC (Gen 2) | 2.125 | 8b10b | 200 | 2001 |
| 4GFC (Gen 3) | 4.25 | 8b10b | 400 | 2004 |
| 8GFC (Gen 4) | 8.5 | 8b10b | 800 | 2008 |
| 16GFC (Gen 5) | 14.025 | 64b66b | 1,600 | 2011 |
| 32GFC (Gen 6) | 28.05 | 256b257b | 3,200 | 2016[11] |
| 64GFC (Gen 7) | 28.9 | 256b257b (FC-FS-5) | 6,400 | 2020 |
| 128GFC (Gen 8) | 56.1[12] | 256b257b | 12,800 | 2024년 계획 |
각 속도는 최소 두 개의 이전 세대와 하위 호환성을 유지한다. 예를 들어, 32GFC는 16GFC 및 8GFC와 하위 호환이 가능하다.
다음은 스위치 간 링크(ISL)에 사용되는 파이버 채널 변형이다.
| 이름 | 회선 속도 (기가보드) | 회선 코딩 | 공칭 처리량 (MB/s) | 시장 출시 |
|---|---|---|---|---|
| 10GFC | 10.51875 | 64b66b | 1,200 | 2009 |
| 128GFC (Gen 6) | 28.05 × 4 | 256b257b | 12,800 | 2016[11] |
| 256GFC (Gen 7) | 28.9 × 4 | 256b257b | 25,600 | 2020 |
파이버 채널 네트워크의 두 가지 주요 특징은 순차적 전송과 무손실 원시 블록 데이터 전송이다. 무손실 원시 데이터 블록 전송은 크레딧 메커니즘을 기반으로 달성된다.[1]
파이버 채널에는 3가지 주요 토폴로지(연결 형태)가 있다.[43]
3. 특징
4. 토폴로지
4. 1. 점대점 (Point-to-Point, FC-P2P)
두 개의 장치가 N_포트를 사용하여 서로 직접 연결되는 가장 단순한 형태이다.[3] 연결성이 제한적이며,[3] 대역폭은 전용으로 사용된다.4. 2. 중재 루프 (Arbitrated Loop, FC-AL)
토큰 링과 유사하게 모든 장치가 루프나 링 형태로 연결된다.[43] 루프에 장치를 추가하거나 제거하면 루프의 모든 활동이 중단된다.[43] 하나의 장치 오류는 링 연결을 끊는다. 파이버 채널 허브를 사용하여 여러 장치를 함께 연결하고 실패한 포트를 우회할 수 있다. 중재 루프는 2010년 이후 거의 사용되지 않으며, 새로운 세대 스위치에 대한 지원이 중단되고 있다.[43]- 두 개의 포트만 포함하는 최소 루프는 지점 간과 유사하게 보이지만 프로토콜 측면에서 상당한 차이가 있다.
- 루프에서 한 쌍의 포트만 동시에 통신할 수 있다.
- 최대 속도는 8GFC이다.
4. 3. 스위치 패브릭 (Switched Fabric, FC-SW)
파이버 채널 스위치에 모든 장치나 장치의 루프들이 연결되는 형태이며, 현대의 이더넷과 개념적으로 유사하다. 이 토폴로지는 다음과 같은 장점을 가진다.[3]- 패브릭은 수만 개의 포트까지 확장할 수 있다.
- 스위치는 Fabric Shortest Path First (FSPF) 데이터 라우팅 프로토콜을 통해 최적화된 경로를 제공하여 패브릭의 상태를 관리한다.
- 두 포트 간의 트래픽은 중재 루프와 같이 다른 포트를 통과하지 않고 스위치를 통해 흐른다.
- 포트 오류는 링크로 격리되며, 다른 포트의 작동에 영향을 미치지 않는다.
- 여러 쌍의 포트가 패브릭에서 동시에 통신할 수 있다.
5. 계층
파이버 채널은 OSI 모형 계층을 따르지 않고, 다음의 5개 계층으로 나뉜다.[45][46]
| 계층 | 설명 |
|---|---|
| FC-4 | 프로토콜 매핑 계층. 상위 프로토콜을 FC-2로 전달하기 위한 정보 단위(IU)로 캡슐화한다. |
| FC-3 | 공통 서비스 계층. 암호화, RAID 등의 기능을 구현한다. |
| FC-2 | 네트워크 계층. 데이터 전송 제어, 프레임 조립 방법을 규정한다. |
| FC-1 | 전송 프로토콜 계층. 신호의 선로 부호화를 구현한다. |
| FC-0 | 물리 계층. 케이블, 커넥터 등 물리적 요소를 정의한다. |
FC-0, FC-1, FC-2는 통칭하여 FC-PH (파이버 채널 물리 계층)라고도 불린다.
5. 1. FC-4
NVM Express(NVMe), SCSI, IP 및 FICON과 같은 상위 계층 프로토콜이 FC-2로 전달되기 위해 정보 단위(IU)로 캡슐화되는 프로토콜 매핑 계층이다.[45][46] 현재 FC-4에는 FCP-4, FC-SB-5 및 FC-NVMe가 포함된다.[48] 특히 SCSI로 변환된 것은 파이버 채널 프로토콜이라고 부른다.[49]FC-4는 다음과 같은 상위 프로토콜에 매핑하는 규칙을 규정한다.
- SCSI
- Intelligent Peripheral Interface (IPI)
- High Performance Parallel Interface (HIPPI) Framing Protocol
- IP
- ATM Adaptation Layer for computer data (AAL5)
- Link Encapsulation (FC-LE)
- Single Byte Command Code Set Mapping (SBCCS)
- IEEE 802.2
- FICON - 메인프레임용
5. 2. FC-3
암호화 또는 RAID 중복 알고리즘, 다중 포트 연결과 같은 기능을 구현할 수 있는 얇은 계층이다.[45][46]5. 3. FC-2
FC-2는 신호 프로토콜로, ''파이버 채널 프레이밍 및 신호'' 표준에 의해 정의되며, 하위 레벨의 파이버 채널 네트워크 프로토콜로 구성된다. FC-2는 포트 간 연결을 담당한다.[45] FC-2는 데이터의 최소 단위인 프레임의 조립 방법과 데이터 전송 제어 방법을 규정한다.[47]5. 4. FC-1
FC-1은 전송 프로토콜 계층으로, 신호의 선로 부호화를 구현한다.[47] 파이버 채널은 1, 2, 4, 8, 10, 16, 32 및 128 Gbit/s의 속도를 제공하며, 이들은 각각 1GFC, 2GFC, 4GFC, 8GFC, 10GFC, 16GFC, 32GFC, 128GFC로 불린다. 1GFC, 2GFC, 4GFC, 8GFC 설계는 8b/10b 인코딩을 사용하며, 10GFC 및 16GFC 표준은 64b/66b 인코딩을 사용한다. 16GFC는 8GFC의 두 배, 4GFC의 네 배의 처리량을 제공하여 4GFC 및 8GFC와의 하위 호환성을 제공한다.5. 5. FC-0
물리 계층으로, ''파이버 채널 물리 인터페이스'' 표준에 의해 정의되며, 케이블, 커넥터 등을 포함한다.[45][46]6. 포트
파이버 채널은 다양한 종류의 포트를 정의하며, 이들은 논리적 구성에 따라 분류된다. 주요 포트 유형은 다음과 같다.[13][14][15][16]
| 포트 유형 | 설명 |
|---|---|
| 노드 포트 | |
| 패브릭 포트 | |
| 확장 포트 | |
| 기타 포트 |
6. 1. 일반 포트
파이버 채널(Fibre Channel)은 다양한 논리적 구성을 가진 포트 유형을 정의한다. 가장 일반적인 포트 유형은 다음과 같다.[14][13]
- '''N_Port (노드 포트)''': 일반적으로 스위치의 F_Port 또는 다른 N_Port에 연결되는 HBA 포트이다. 루프 포트 상태 머신을 작동하지 않는 PN_Port를 통해 통신하는 Nx_Port이다.
- '''F_Port (패브릭 포트)''': N_Port에 연결된 스위치 포트이다.
- '''E_Port (확장 포트)''': 다른 E_Port에 연결되어 인터-스위치 링크를 만드는 스위치 포트이다.
- '''L_Port (루프 포트)''': 임의 루프 토폴로지와 관련된 임의 루프 기능을 포함하는 FC_Port이다.
- '''FL_Port (패브릭 루프 포트)''': 임의 루프 토폴로지에서 하나 이상의 NL_Port에 링크를 통해 연결되어 F_Port의 기능을 수행할 수 있는 L_Port이다.
- '''NL_Port (노드 루프 포트)''': 루프 포트 상태 머신을 작동하는 PN_Port이다.
- '''Fx_Port''': F_Port 또는 FL_Port로 작동할 수 있는 스위치 포트이다.
- '''Nx_Port''': 고유한 주소 식별자와 Name_Identifier를 가지고, 상위 레벨에 독립적인 FC-2V 기능을 제공하며, 원본, 응답자 또는 둘 다 역할을 할 수 있는 파이버 채널 프레임 통신의 엔드 포인트이다.
6. 2. 루프 포트 (중재 루프에서 사용)
- '''L_Port''' (루프 포트)는 파이버 채널 임의 루프 토폴로지와 관련된 임의 루프 기능을 포함하는 FC_Port이다.[13]
- '''FL_Port''' (패브릭 루프 포트)는 임의 루프 토폴로지에서 하나 이상의 NL_Port에 링크를 통해 연결되어 F_Port의 기능을 수행할 수 있는 L_Port이다.[13]
- '''NL_Port''' (노드 루프 포트)는 루프 포트 상태 머신을 작동하는 PN_Port이다.[13]
6. 3. 기타 포트 유형
- '''Fx_Port:''' F_Port 또는 FL_Port로 작동할 수 있는 스위치 포트이다.[14]
- '''Nx_Port:''' 고유한 주소 식별자와 Name_Identifier를 가지고, 상위 레벨에 독립적인 FC-2V 기능을 제공하며, 원본, 응답자 또는 둘 다 역할을 할 수 있는 파이버 채널 프레임 통신의 엔드 포인트이다.[14]
- '''A_Port (인접 포트):''' 함께 작동하는 하나의 PA_Port와 하나의 VA_Port의 조합이다.[13]
- '''B_Port (브리지 포트):''' 스위치의 E_Port와 브리지 장치를 연결하는 데 사용되는 패브릭 내부 요소 포트이다.[14]
- '''D_Port (진단 포트):''' 다른 D_Port와의 링크에 대한 진단 테스트를 수행하는 데 사용되는 구성된 포트이다.[16]
- '''EX_Port:''' FC 라우터 패브릭에 연결하는 데 사용되는 E_Port의 한 유형이다.[16]
- '''G_Port (일반 패브릭 포트):''' E_Port, A_Port 또는 F_Port로 작동할 수 있는 스위치 포트이다.[13]
- '''GL_Port (일반 패브릭 루프 포트):''' E_Port, A_Port 또는 Fx_Port로 작동할 수 있는 스위치 포트이다.[13]
- '''PE_Port:''' 다른 PE_Port 또는 B_Port에 링크를 통해 연결되는 패브릭 내의 LCF이다.[14]
- '''PF_Port:''' 링크를 통해 PN_Port에 연결되는 패브릭 내의 LCF이다.[14]
- '''TE_Port (트렁킹 E_Port):''' VSAN 트렁킹, 전송 품질(QoS) 매개변수 및 파이버 채널 추적(fctrace) 기능을 지원하기 위해 E 포트의 기능을 확장하는 트렁킹 확장 포트이다.[15]
- '''U_Port (범용 포트):''' 다른 포트 유형이 되기를 기다리는 포트이다.[16]
- '''VA_Port (가상 A_Port):''' 다른 VA_Port에 연결되는 파이버 채널의 FC-2V 서브 레벨의 인스턴스이다.[13]
- '''VEX_Port:''' VEX_Port는 기본 전송이 FC가 아닌 IP라는 점을 제외하면 EX_Port와 다르지 않다.[16]
- '''VF_Port (가상 F_Port):''' 하나 이상의 VN_Port에 연결되는 FC-2V 서브 레벨의 인스턴스이다.[13]
- '''VN_Port (가상 N_Port):''' FC-2V 서브 레벨의 인스턴스이다. VN_Port는 단일 멀티플렉서(예: 단일 PN_Port를 통해)에서 여러 Nx_Port에 대한 지원을 강조하려는 경우에 사용된다.[14]
7. 매체 및 모듈
유형
(MB/s)
광섬유 (SMF)
100-SM-LC-L
광섬유 (MMF)
