파이버 채널

파이버 채널(Fibre Channel)은 주로 스토리지 네트워킹에 쓰이는 기가비트 속도의 네트워크 기술이다. 파이버 채널은 미국 표준 협회인 INCITS의 T11 Technical Committe에 표준화되어 있다.

개요

슈퍼컴퓨터 분야에 주로 사용되기 시작하였으나 지금은 기업용 자료 보관을 위한 SAN의 표준 연결 형태가 되어가고 있다. 파이버 채널의 파이버는 "섬유"를 뜻하지만 실제로 파이버 채널의 신호 표현은 연선 구리 케이블과 광학 섬유 케이블 두 곳에서 이용할 수 있다.

파이버 채널은 데이터 센터, 컴퓨터 서버, 스위치 및 스토리지 간에 데이터를 최대 128Gbps의 데이터 전송 속도로 전송하는 데 주로 사용되는 고속 네트워킹 기술이다. 신뢰할 수 있고 확장성이 뛰어난 고처리 및 저지연성 프로토콜과 인터페이스에 대한 필요성을 채워 소형 컴퓨터 시스템 인터페이스(SCSI)와 고성능 병렬 인터페이스(HIPI)의 단점을 극복하기 위해 개발되었다. 파이버 채널은 특히 서버를 공유 스토리지 장치에 연결하고 스토리지 컨트롤러와 드라이브를 상호 연결하는 데 적합하다. SAN(Storage Area Network)을 위해 Fibre Channel 인터페이스가 생성됨

다중모드 광섬유를 물리적 매체로 사용할 경우 파이버 채널 장치는 최대 10km(약 6마일)의 거리를 둘 수 있다. 더 짧은 거리에는 광섬유가 필요하지 않다. 파이버 채널은 또한 동축 케이블과 일반 전화기 트위스트 페어를 사용하여 작동한다. 그러나 구리 케이블을 사용할 때는 권장 거리가 100피트를 넘지 않도록 한다.

파이버 채널은 무손실, 주문형 원시 블록 데이터를 제공하기 위해 포인트 투 포인트, 스위치 및 루프 인터페이스를 제공한다. 오늘날 파이버 채널은 SCSI보다 몇 배 더 빠르기 때문에 서버와 클러스터링된 스토리지 장치 사이의 전송 인터페이스로서 그 기술을 대체했다. 그러나 파이버 채널 네트워크는 FCP(Fibre Channel Protocol)를 사용하여 SCSI 명령과 정보 단위를 전송할 수 있다. SCSI뿐 아니라 인터넷 프로토콜(IP) 및 기타 프로토콜과 상호운용하도록 설계되었다.

파이버 채널은 이더넷 및 InfiniBand를 통한 RDMA(원격 직접 메모리 액세스)와 함께 네트워크 상에서 플래시 스토리지 성능을 향상시키기 위해 NVMe-oF(Nonvolative Memory Express over Fabrics) 사양에 따라 데이터를 전송하는 고성능 컴퓨팅 환경에서 주로 사용되는 옵션이기도 하다. 100개 이상의 회원 비영리 기술 단체인 NVM Express Inc.는 NVMe-oF를 개발하여 2016년 6월 5일 규격 1.0 버전을 발표하였다. 국제정보기술표준위원회(INCITS)의 T11 위원회는 Fibre Channel에 NVMe-oF를 적용하기 위한 프레임 형식과 매핑 프로토콜을 책정했다. 그것은 2017년 8월에 FC-NVMe 표준 배너에 따라 매핑 프로토콜의 첫 번째 버전을 확정하여 INCITS에 제출하였다.

파이버 채널의 표준은 파이버 채널 물리 및 신호 표준과 미국 국립 표준 연구소(ANSI) X3.230-1994로 지정되며, 또한 ISO(국제 표준화 기구) 14165-1이다.

역사

파이버 채널은 1988년에 시작되었다. 1992년에 썬 마이크로시스템즈, IBM, 휴렛 패커드사가 파이버 채널 시스템즈 이니셔티브(Fibre Channel Systems Initiative)를 구축하였다. 1994년에는 ANSI 표준으로 "비슷한 역할을 수행하는 HIPPI 시스템을 단순화하기 위한 한 방법으로" 표준화가 승인되었다. HIPPI는 50페어 케이블을 사용하여 육중하였기 때문에 케이블 길이에 제한이 있었다. 파이버 채널이 대용량 스토리지 시장에서 경쟁하기 시작했을 때 주 경쟁자는 IBM사의 시리얼 스토리지 아키텍처 (SSA) 인터페이스였다. 마침내 SSA를 통해 시장이 파이버 채널을 선택하게 되었다. 파이버 채널은 속도를 빠르게 하는 것과는 반대로 주로 접속을 단순케 하고 거리를 늘리게 하는 데 주 목적이 있다. 나중에 디자이너들은 SCSI 디스크 스토리지를 연결하는 목표를 추가하면서 더 빠른 속도와 훨씬 더 많은 수의 연결 장치를 제공하게 되었다.

파이버 채널 프로토콜의 개발은 1988년 지능형 주변 인터페이스(IPI) 강화 물리적 프로젝트의 일환으로 시작되었으며, 1989년에 표준 초안이 완료되었다. ANSI는 1994년에 파이버 채널을 승인했다. 기가비트 속도에 도달한 최초의 직렬 스토리지 전송인 파이버 채널의 성능은 지난 20년 동안 매 몇 년마다 꾸준히 두 배가 되었다.

역사적으로 파이버 채널 네트워킹 속도는 Gbps - 1Gbps, 2Gbps, 4Gbps, 8Gbps, 16Gbps, 32Gbps, 64Gbps, 128Gbps로 처리량 성능을 나타내었다. 명명 규칙은 FCIA(Fibre Channel Industry Association)에 의해 1GFC, 2GFC, 4GFC, 8GFC 등 기가비트 파이버 채널(Gigabit Fibre Channel)으로 변경되었다. 각 파이버 채널은 적어도 두 이전 세대와 역호환된다. 예를 들어, 8GFC는 4GFC와 2GFC와의 역호환성을 유지한다.

16GFC라고 불리는 5세대 파이버 채널과 함께 인코딩 메커니즘이 바뀌었다. 5세대(5세대)는 FCIA 로드맵에 따라 단차 처리량이 1600MBps, 양방향 처리량이 3,200MBps인 15.025Gbaud 회선 속도로 성능을 발휘한다.

6세대 파이버 채널은 Fibre Channel 링크의 안정성을 개선하고 데이터 스트림 오류를 방지하여 애플리케이션 성능 저하 또는 중단을 방지하기 위해 N_Port ID 가상화(NPIV), 에너지 효율성 향상 및 FEC(Forward Error Correction) 등의 기능을 추가했다. 32GFC와 128GFC 맛으로 나온다. 전자는 28.05 Gbaud의 회선 속도에 6,400 MBps의 처리량을 가진 단일 차선이며, 병렬 기능을 가진 후자는 112.2 Gbaud 회선 속도에 대한 4차선(28.5 Gbaud x 4)과 25,660 MBps 처리량을 가지고 있다.

FCIA 로드맵은 향후 1테라비트 파이버 채널(1TFC)까지 확장되며, 20만4800MBps에서 성능을 발휘하고 2029년에 T11 사양을 완성할 예정이다. 그 사이 6세대에는 2019년 이후 시장 가용성이 있는 싱글레인 64GFC(57.8Gbaud, 1만2800MBps)와 4레인 256GFC(4 x 57.8Gbaud, 5만1200MBps)가 포함된 세대다. 로드맵에는 또 2023년과 2026년으로 추정되는 T11 사양 완성일을 가진 128GFC와 256GFC의 발전된 버전과 512GFC(T11, 102,400MBps의 경우 2026년)의 버전도 수록돼 있다. 로드맵에는 이들 또는 1TFC 중 어느 하나에 대한 라인 요금이나 시장 가용성이 아직 명시되어 있지 않다.

구조

점대점 (FC-P2P): 두 개의 장치가 맞대어 연결되어 있다. 제한된 연결을 가지는 가장 단순한 토폴로지이다. 중재 루프 (Arbitrated loop, FC-AL): 모든 장치는 루프나 링으로 되어 있으며 이는 토큰 링과 비슷하다. 스위치 패브릭 (Switched fabric, FC-SW): 모든 장치나 장치의 루프들이 파이버 채널 스위치에 연결되어 있고 이는 현대의 이더넷과 개념이 비슷하다.

파이버 채널은 계층화된 프로토콜이다. 모두 5가지가 있으며 다음과 같다:

FC0 : 물리 계층 FC1 : 데이터 링크 계층 FC2 : 네트워크 계층 FC3 : 공통 서비스 계층 FC4 : 프로토콜 매핑 계층 FC0, FC1, FC2는 파이버 채널의 물리 계층인 FC-PH로도 알려져 있다.

파이버 채널 라우터는 최대 FC4 수준까지 운영하며 최대 FC2까지 스위치 처리하고 FC0만 허브 처리한다. 파이버 채널 제품은 초당 1 기가비트, 2 기가비트, 4 기가비트, 8 기가비트, 10 기가비트, 20 기가비트의 속도를 지원한다. 파이버 채널이 정의한 포트의 종류는 다음과 같다. 노드 포트 : N_port, NL_port, F_port, FL_port, E_port, EX_port, TE_port 일반 포트 : 자동/자동 감지 포트, Fx_port, G_port/generic port, L_port, U_port

파이버 채널은 OSI(Open Systems Interconnect) 모델과 유사하지만 다른 통신 층을 정의한다. OSI와 마찬가지로 파이버 채널은 네트워크 통신 프로세스를 관련 기능의 계층 또는 그룹으로 분할한다. OSI는 7개의 그러한 레이어를 포함하고, 파이버 채널은 5개의 레이어를 가지고 있다. IP 네트워크는 패킷을 사용하고 파이버 채널은 프레임에 의존하여 노드 간 통신을 촉진한다.

파이버 채널 프레임의 5개 레이어에는 다음이 포함된다.

상위 계층 프로토콜 매핑: FC 계층 4 공통 서비스 계층: FC 계층 3 신호/프레밍 계층: FC 계층 2 전송 계층: FC 계층 1 물리적 계층: FC 계층 0 파이버 채널 토폴로지 내에서 다섯 개의 프레임 레이어는 각각 그 아래 및 그 위에 있는 프레임 레이어와 함께 작동하여 서로 다른 기능을 제공한다.

관련 장비

스위치. Fibre Channel 스위치는 Fibre Channel 패브릭에서 고가용성, 짧은 지연 시간, 고성능 및 무손실 데이터 전송을 가능하게 한다. 그것은 의도된 목적지에 보낼 데이터 패킷의 출발지와 목적지를 결정한다. SAN에서 사용되는 주요 구성 요소로서 파이버 채널 스위치는 수천 개의 스토리지 포트와 서버를 상호 연결할 수 있다. 파이버 채널 디렉터급 스위치의 기능에는 원하지 않는 트래픽과 암호화를 차단하는 조닝이 포함된다.

호스트 버스 어댑터(HBA) 파이버 채널 HBA는 서버를 스토리지 또는 네트워크 장치에 연결하는 카드다. HBA는 데이터 스토리지 작업의 서버 처리를 오프로드하고 서버 성능을 향상시킨다. 파이버 채널과 이더넷 네트워크가 융합되기 시작하자, HBA 벤더는 파이버 채널 HBA의 기능을 이더넷 네트워크 인터페이스 카드(NIC)와 결합한 CNA(Converged Network Adapter)를 개발했다.

포트. 파이버 채널 스위치와 HBA는 포트를 통해 서로 및 서버에 연결되며, 이는 물리적 또는 가상일 수 있다. Fibre Channel 패브릭 노드의 데이터는 다양한 논리적 구성으로 제공되는 포트를 통해 전송 및 수신된다. 파이버 채널 스위치는 한 섀시에 10개 미만의 포트에서 수백 개의 포트까지 포함할 수 있다.

파이버 채널 프로토콜

설계 및 구성 파이버 채널 프로토콜은 세 가지 주요 토폴로지를 지원하여 스위치와 HBA와 같은 장치가 서버를 네트워크와 스토리지에 연결할 수 있도록 파이버 채널 포트를 함께 연결할 수 있도록 한다.

포인트 투 포인트 가장 단순하고 가장 제한된 파이버 채널 토폴로지는 호스트 서버를 DAS(Direct Attached Storage)에 연결하는 것과 같이 두 장치(포트)를 직접 연결한다.

중재 루프. 기기는 원형으로 고리처럼 연결되어 있다. 링의 각 노드 또는 장치는 다음 노드 등으로 데이터를 전송한다. 대역폭은 모든 장치에서 공유되며, 하나의 장치 또는 포트에 장애가 발생하면 여러 장치를 연결하고 장애가 발생할 때 포트를 바이패스하기 위해 파이버 채널 허브를 사용하지 않는 한 모든 장치가 중단될 수 있다. 중재 루프에 있을 수 있는 장치의 최대 수는 127개지만, 실제적인 이유 때문에 그 수는 훨씬 더 적게 제한된다.

교환 원단. 이 토폴로지의 모든 장치는 스위치를 통해 연결하고 통신하는데, 이 스위치는 Fabric 최단 경로 우선(FSPF) 라우팅 프로토콜을 사용하여 데이터 경로를 최적화하고 여러 쌍의 포트가 동시에 상호 연결되도록 한다. 포트는 직접 연결되지 않고 스위치를 통해 흐른다. 즉, 한 포트가 고장 났을 때 다른 포트의 운영은 영향을 받지 않아야 한다는 것을 의미한다. 패브릭의 모든 노드는 동시에 작동할 수 있어 효율성이 향상되는 반면 기기 간 경로 중복은 가용성을 높인다. 네트워크를 다운시키지 않고 패브릭에 스위치를 추가할 수 있다.

파이버 채널과 iSCSI SAN 비교

레이어 2 스위칭 기술로서 하드웨어는 파이버 채널 패브릭에서 전체 프로토콜을 처리한다. 반면 인터넷 SCSI(iSCSI)는 이더넷을 통해 실행되는 레이어 3 스위칭 기술이다. 여기서 소프트웨어, 하드웨어 또는 소프트웨어와 하드웨어 모두 프로토콜을 제어할 수 있다. 이더넷 기반 iSCSI는 TCP/IP 네트워크를 통해 SCSI 패킷을 전송한다. iSCSI는 평범한 이더넷을 사용하기 때문에 비용이 많이 들고 종종 복잡한 어댑터와 네트워크 카드를 구입하지 않아도 된다. 이것은 iSCSI를 더 저렴하고 배치하기 쉽게 만든다.

미션 크리티컬 워크로드를 위한 대용량 SAN을 갖춘 데이터 센터의 대다수는 iSCSI보다 파이버 채널 네트워킹을 선호한다. 이는 대부분 파이버 채널이 데이터 패킷을 삭제하지 않고 가장 까다로운 워크로드도 안정적으로 처리할 수 있는 검증된 기업이기 때문이다.

Fibre Channel SAN을 올바르게 시작하고 실행하려면 전문 설치 및 구성 기술이 필요하다. IT 직원은 공통 스위치와 이더넷 NIC를 사용하여 기존 네트워크에서 iSCSI SAN을 구현할 수 있다. 즉, iSCSI를 사용하면 구축 및 관리할 네트워크는 하나뿐이고 파이버 채널은 스토리지를 위한 파이버 채널 SAN과 기타 모든 것을 위한 이더넷 네트워크라는 두 개의 네트워크를 필요로 한다.

오늘날의 모든 주요 스토리지 벤더는 파이버 채널 메인스테이와 더불어 iSCSI SAN 어레이를 제공하고 있으며, 일부는 iSCSI와 파이버 채널이 모두 포함된 유니파이드 멀티프로토콜 스토리지 플랫폼을 판매한다.

같이 보기

• 스토리지
• SAN

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