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Fibre Channel基礎講座
はじめに
本資料はFibre Channelを理解するための参考資料として作成しています。
資料内に出てくるコマンド及び出力結果はFabric OSのバージョンによって結果が異なる場合があります。
詳細情報はFabric OS Command Reference及びAdministrator’s Guideをご参照下さい。
© 2015 BROCADE COMMUNICATIONS SYSTEMS, INC. 2
目次
• Fibre Channel基礎
• Fibre Channel基本特性
• ファブリックサービス
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Fibre Channel の基礎
4 © 2015 BROCADE COMMUNICATIONS SYSTEMS, INC. INTERNAL USE ONLY
オープン規格としてのFibreChannel T11は、Ethernet/IPの世界におけるIEEE, IETFに相当
• Fibre Channelの開発は1988年に開始し、NCITS T11: I/Oインタフェース(X3.230-1994)規格が1994年に完成。URL: http://www.t11.org を参照
• 多くの規格団体やベンダーからの支持
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業界標準
ビジネス ソリューション
製品相互操作性
ANSI DMTF IETF
オープン,
マルチ-ベンダー
SAN
FC-PH
FC-GS
FC-SW
FC-AL
FC-CT
FC-LS
FC-FG
FC-FLA
1. FC-SB (Single Byte Mapping Protocol) 2. FC-SB-2 (Single Byte Protocol Mapping 2) 3. FC-LE (Link Encapsulation) 4. FC-PH (Physical and Signaling) 5. FC-PH (Physical and Signaling) Amendment 1 6. FC-PH (Physical and Signaling) Amendment 2 7. FC-PH-2 (Physical and Signaling 2) 8. FC-PH-3 (Physical and Signaling 3) 9. FC-FG (Fabric Generic Requirements) 10. FC-GS (Generic Services) 11. FC-GS-3 (Generic Services 3) 12. FC-SW (Switch Fabric) 13. FC-SW-2 (Switch Fabric 2) 14. FC-AL (Arbitration Loop) 15. FC-AL-2 (Arbitration Loop 2) 16. FC-BB (Backbone) 17. FC-FP (Mapping to HIPPI-FC) 18. HIPPI-FC (FC-PH Encapsulation)
Fibre Channelの成り立ち Network技術とChannel技術の融合
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FibreChannel
Network Channel
高速度 低レイテンシー データ整合性 大規模データの移動 上級のエラー検出
もろい ブロックデータ転送なし 不良エラー検出
ルーティング 大規模 接続性 長距離 管理性
メインフレームにおける技術 IPなどのネットワーク技術
制限された拡張性 短距離 制限された管理性
FCとOSIのネットワークスタックの実装の違い FCもOSI参照モデルに該当するレイヤーがある
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Ethernet
TCP IP
Hardware Software 実装形態:
Ethernet TCP/IP Fibre Channel
OSI参照モデル
アプリケーション
プレゼンテーション
セッション
トランスポート
ネットワーク
データ リンク
物理
アプリケーション:
- データベース アクセス
- ファイル アクセス
セッション:
ルーティングプロトコル
トランスポート: フローコン
トロール、
転送順序保障
ネットワーク:
アドレス、ルーティング
リンク層: フレーミング
物理層: シグナリング
FC-4:上位レイヤプロト
コルマッピング
FC-3:共通サービス
FC-2:データ配信
FC-1:バイト符号化
FC-0:物理層
一部ソフトウエア 実装
全てがハードウエア 実装
ファイバチャネルとイーサネットの比較
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Fibre Channel : I/O保障あり Gigabit Ethernet : I/Oはベストエフォート
物理層の帯域幅 14.025 GB (全二重通信のみ) 1.03Gbps (半二重・全二重に対応)
最大フレーム長(パケット長) 2148バイト(固定長) Payloadは2112バイト
1518バイト (MTUに依存), Jumbo Frameは9000バイト前後、Payloadは1478バイト~(MTU - IP/TCP
ヘッダ)
フロー制御 Port-to-Port , BBクレジットによる ビット誤り率の要求値は10-12以下
End-to-End , Pauseフレームによる ビット誤り率の要求値は10-9以下
ネットワーク速度の依存関係 ネットワーク速度に依存しないバッファ制御 ネットワーク速度の差を吸収できるだけのバッファ
を用意
バルクデータ転送 FCフレームの “Sequence” で対応
128MB = 2KB (最大フレームサイズ) x 64K (最大シーケンスカウント)
TCPウィンドウで対応 (上位レイヤ)
ルーティング FSPFによる複数パスで負荷分散可能 STPによる負荷分散不可能
(1パスのみ利用可能)
アドレス管理 Loginサーバによる自動管理 BOOTP/DHCPなどの上位プロトコルによる
名前管理 Nameサーバによる自動管理 ARPはホストにより管理
DNSなどの上位プロトコルによる
FCトポロジの種類
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コンピュータ
ストレージ
現在の SANの形 SANではない
(DAS)
初期の SANの形
Point to Point Switched Fabric Arbitrated Loop
2デバイスのみ (直接接続) •1:1の接続 •帯域は独占使用
1600万デバイスまで (FCスイッチ) •帯域はポートごと •拡張性がある
126デバイスまで (FCハブ) •帯域を共有 •アドレス調停が必要
FC-SANの構成要素
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ストレージプール
サーバプール
IPネットワーク
ホストバスアダプタ
(HBA)
ファイバーケーブル
トランシーバ
(GBIC/SFP)
ストレージ サブシステム
SAN (FC) スイッチ
FCコンポーネント : Host Bus Adapter LAN環境では「NIC」に該当
• サーバの内部バスと FC ネットワークを接続するためのインタフェース
‒ 1/2/4/8/16 Gbpsなどのインタフェース速度を持つ
• HBAソフトウェアドライバは様々なストレージ情報を提供する
‒ I/Oや制御情報の取り扱い
‒ ファームウエアやドライバのバージョン情報を提供
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ブレードサーバー用HBA
PCIe用HBA
FCコンポーネント :ケーブル・トランシーバ
• ケーブルは、光ファイバケーブルを使用。2/4/8/16Gbpsでは、主にLCコネクタ形状の物を使用
• モジュールは、2/4/8/16Gbpsの製品ではSmall Form-factor Plug (SFP/SFP+)を使用
• Short Wavelength Laserでは、500m (1Gbps), 300m (2Gbps), 150m (4Gbps), 100m (8Gbps)まで対応
• Long Wavelength Laserでは、10Kmまで対応
• Extended Long Wavelength Laser では、25Km (16Gbps) まで対応
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光ファイバケーブル LCコネクタ
光トランシーバ
SFP/SFP+
光トランシーバ
QSFP
LW (Long Wave)
SW (Short Wave)
FCコンポーネント : FC Director/Switch LAN環境では、「LANスイッチ」に該当
• SANの中心において、サーバとストレージを接続 する役割を持つコンポーネント
• スイッチでも、2種類に分別される
• コントローラが二重化されたり、ブレード型で拡張性のあるダイレクタと呼ばれる製品
• シンプルな構造で作成されている、スイッチ(ボックス型とも)呼ばれる製品
• ダイレクタ/スイッチ間でトランクなどを設定して、使用することもできる。
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Brocade 6510 Switch
Brocade 6505 Switch
Brocade 8510 Back born Director
Brocade 6520 Switch
FCコンポーネント : ストレージデバイス
• ストレージデバイスの分類
‒ RAID – Redundant Array of {Independent | Inexpensive} Disks
• 高機能ストレージアレイ
• 複数のスピンドルから論理ボリュームを構成する機能のこと
‒ JBOD – Just a Bunch of Disks
• 安価なストレージ
• 複数のスピンドルがそのまま論理ボリュームとして見えるディスクのこと
‒ Tape / Tape Library / Virtual Tape Library
• バックアップリカバリ用メディアの主流
• ディスクの種類
‒ SSD : Solid State Drive
‒ Fibre Channel
‒ Serial-Attached SCSI
‒ Serial ATA
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ストレージの例
テープライブラリの例
Fibre Channel基本特性
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Fibre Channelプロトコルマッピング FC上でSCSI, IPなどのマルチプロトコルが使用可能
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CCWs
(CUP)
FC-SB2/FC-SB3
(FICON)
IP
FCリンク カプセル化
FC-LE
上位レベルプロトコル (ULP)
• 既存プロトコルのサポート • OSに対し透過的 • 変更なし + 新しい能力
SCSI-3
SCSI-3 コマンドセット マッピング(FCP)
IPI-3 コマンドセットマッピング(IPI-3 STD)
FC-4
FC - AL -2
FC-3
FC-0
FC-1
FC-2 FibreChannel 物理的 & 信号 インタフェース
(FC-PH,FC-PH2, FC-PH3) 物理的 各種
エンコード / デコード
フレーミング プロトコル FC - AL
8B/10B (64/66B) 符号化
カッパー,オプティカル
Common Services
FC-0 レイヤー(FC-PI-5) メディア層(物理インタフェース ):物理面は、Ethernetとほぼ同等
• データ伝送メディアと速度、伝送距離、コネクタ等を規定
‒ メディア
• 光ケーブル
• STP (Shielded Twisted Pair)
• 同軸ケーブル etc.
‒ 速度
• 1/2/4/8/16 Gbps
• 32/128 Gbpsは規格化中
‒ コネクタ
• SC
• LC
• DB-9
• HSSDC など
• ファイバケーブルの種類
‒ 大まかな種別
• シングルモード
‒ 伝送性能に優れ、高速・長距離通信が可能
• マルチモード
‒ 通常使うファイバーケーブル
‒ 波長
• 長波 (Long Wave)
‒ 1300nm(シングルモード用)
• 短波 (Short wave)
‒ 850nm(マルチモード用)
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ケーブル・コネクタ
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銅線ケーブル DB9コネクタ
銅線ケーブル HSSDCコネクタ
光ファイバケーブル SCコネクタ
光ファイバケーブル LCコネクタ
銅線ケーブル(2Gのみ) HSSDC2コネクタ
GBIC DB9コネクタ
GBIC HSSDCコネクタ
GBIC SCコネクタ
SFP/SFP+ LCコネクタ
SFP (2Gのみ) HSSDC2コネクタ
1GFC製品で使用 2,4,8,16GFC製品で使用
現在の主流
QSFP MTPコネクタ
光ファイバケーブル MTPコネクタ/DACケーブル
【参考】接続規格と接続距離
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規格 ケーブル 速度 メディア 距離
SWL (Short Wavelength Laser
770nm–860nm)
62.5µm MMF (OM1)
1 SFP 0.5m – 300m
2 SFP / SFP+ 0.5m – 150m
4 SFP / SFP+ 0.5m – 50m
8 SFP+ 0.5m – 21m
16 SFP+ 0.5m – 15m
50µm MMF (OM2)
1 SFP 0.5m – 500m
2 SFP / SFP+ 0.5m – 300m
4 SFP / SFP+ 0.5m – 150m
8 SFP+ 0.5m – 50m
16 SFP+ 0.5m – 35m
50µm MMF (OM3)
1 SFP 0.5m – 860m
2 SFP / SFP+ 0.5m – 500m
4 SFP / SFP+ 0.5m – 380m
8 SFP+ 0.5m – 150m
16 SFP+ 0.5m – 100m
50µm MMF (OM4)
4
SFP+
0.5m – 400m
8 0.5m – 190m
16 0.5m – 125m
LWL (Long Wavelength
Laser1270nm–1355nm)
9µm SMF (OS1)
1 SFP
2m – 10km 2, 4 SFP / SFP+
8, 16 SFP+
FC-1 レイヤー(FC-FS-3) シリアル・パラレル変換層 (符号化、フレーミング)
• 8B/10B(64B/66B) Encode/Decode
‒ 安定したビット列の転送を実現するための変換
‒ “1”や”0”が連続することを防いで、光信号の同期をとりやすくする
• Ordered Sets
‒ 特殊な意味を持つ4ワード (=40ビット)のビット列
• デリミタオーダセット - OF (Start of Frame)やEOF (End of Frame)
• プリミティブシグナルオーダセット - R_RDYやIDLE/ARBなどのレスポンス
• プリミティブシーケンスオーダセット - リンク制御 (確立、切断、初期化)
• Link Control Protocols
‒ リンク制御を使って、ポートの状態遷移 (Port State Machine)が定義されている
‒ 大まかには、4つの状態
• Active State (AC)
• Link Reset (LR1, LR2, LR3)
• Offline (OL1, OL2, OL3)
• Link Failure (LF1, LF2)
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8b/10b、64b/66b符号化 10/16GFCは、64b/66b 符号化を行う
• 信号の直流成分を少なくするために2ビットの冗長化を行い、信号を符号化する方法
• Running Disparity +/-が交互に伝送される
• Bit Error Rate (BER)が非常に小さい
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0 1 0 1 1 0 0 1
0 1 0 1 1 0 0 1
3B/4Bエンコーダ 5B/6Bエンコーダ
1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
RD
元データ
符号化済みデータ
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
※ もし0や1が連続しすぎると、
信号を区別できなくなる恐れがあるため、
0と1が適度な割合で混合していることが望ましい
符号化の背景
E-of-F S-of-F
Payload Area of Frame – up to 2112 bytes of data
8b/10b (since 1950s but patented in 1983)
8b/10b符号化と64b/66b符号化
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8bit BYTE
c111c11111
8bit BYTE
c111c11111
8bit BYTE
c111c11111 8bit BYTE
c111c11111 °°°
8b/10b: 8ビット毎に2ビットのチェックビットを付加する。 – オーバーヘッドは 20%
E-of-F S-of-F
Payload Area of Frame – up to 2112 bytes of data
64b/66b (available since 2003)
8 BYTEs
cc◊◊◊◊◊◊◊◊
8 BYTEs
cc◊◊◊◊◊◊◊◊
8 BYTEs
cc◊◊◊◊◊◊◊◊
8 BYTEs
cc◊◊◊◊◊◊◊◊ °°°
64b/66b: 8バイト毎に2ビットのチェックビットを付加する – オーバーヘッドは 約3%
All Rights Reserved.
1/2/4/8Gbps は8b/10b 符号化を採用 10/16Gbps は 64b/66b 符号化を採用
Ordered Set
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• FCフレームよりも小さな (4バイト)情報伝達単位
‒ フレームの始まりや終わり、バッファ制御のメッセージ等を表す特殊なバイト
‒ リンクレベル制御には最適
‒ フレーム解析が必要ないため FibreChannel
Transmission Word
Ordered Set Data Word
【フレームデリミタ】
-ファイバチャネルフレームの区
切り
・SOF (Start Of Frame)
・EOF (End Of Frame)
【プリミティブシグナル】
-レスポンスを返す際に使用
IDLE/ARB
R_RDY
VC_RDY 等
【プリミティブシーケンス】
-リンク確立/切断、ループ初期化
NOS/OLS/LR/LRR/AC
LIP 等
Primitives
• プリミティブはシグナルイベントで使用
• FCの転送は常時行われている
‒ フレーム
‒ プリミティブ
• フレームが無いときは下記のプリミティブが送信されている
‒ R_RDY:受信バッファが空いて他のフレーム受信が可能になったときに通知される
‒ IDLE/ARB:リンクの維持 (Fill word)
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N_Port F_Port
IDLE
IDLE
RRDY
FRAME
IDLE
IDLE
IDLE
IDLE
IDLE
IDLE
FRAME
IDLE
IDLE
1~4Gbps FCではFill WordとしてIDLEが使用される
8Gbps以降ではIDLEの代わりにARBが使用される様になった
FC-2 レイヤー (FC-FS-3) シグナリング層(ファイバチャネルの中心となるレイヤ)
• ノード / ポートタイプ / トポロジーの規定
• フレーム・シーケンス・エクスチェンジの規定
• 「プロトコル」の規定
‒ プリミティブシーケンスプロトコル
‒ アービットレイテッドループ初期化プロトコル
‒ Fabric/N_Port Loginプロトコル
• ファブリックモデルに関する規定
• フロー制御に関する規定
• Class of Serviceの規定
‒ トポロジーには依存しない
‒ Class N (1/2/3/4/6)
‒ Class F
• 基本/拡張リンクサービスコマンド
• アービットレイテッドループ機能
• エラー検知およびリカバリ
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FC-2 ポートタイプ 接続デバイスによるポートタイプの変化
• Switch Port が取りうるポートタイプ
‒ U_Port = “Universal Port” (自動でポート検出する表現の語)
‒ FL_Port = “Fabric Loop Port”
‒ G_Port = “Generic Port” — EあるいはFポートとして操作可能
‒ F_Port = “Fabric Port”
‒ E_Port = “Expansion Port” (switchからswitch)
• Device (Node) Port が取りうるポートタイプ
‒ N_Port = “直接にFabricアタッチされたデバイス”
‒ NL_Port = “ループにアタッチされたデバイス”
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Port
リンク 送信
受信
• Point-to-Point • Arbitrated Loop • Fabric
EX_Port/VE_Port/VEX_Port
• EX_Port
‒ ファブリックを分離する特殊なE_Port
• EX_Portを境にして、ファブリックを分離
‒ FC Routing環境で使用
‒ 以下の機種でサポート
• Brocade 6510,6520,8510-4,8, 7800, 7840
• (Integrated Routingライセンスが必要)
• VE_Port
‒ IPネットワーク上に構成される特殊なE_Port
‒ FCIP (Fibre Channel over IP)環境で使用
• Brocade 7800、FX8-24ブレードなどでサポート
• VEX_Port
‒ IPネットワーク上に構成される特殊なEX_Port
‒ FCIP (Fibre Channel over IP)環境で使用
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EX_Port
FC-SAN
EX_Port
FC-SAN IP-WAN
VE_Port VEX_Port
FC-SAN
FC-2 ポートタイプ構成例 FC Routingで二つのファブリックを接続した構成例
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E_Port
N_Port
NL_Port F_Port
E_Port EX_Port
E_Port
N_Port N_Port
FL_Port
F_Port
VE_Port VE_Port
VEX_Port
IP Network
左図はFCIPを使う構成例(スイッチのみ記載)
Fabric ポートの対応 デバイスおよびスイッチにおけるポートの種類
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Switch Port
Device (Node) Port Fabric
Node N_Port F_Port F_Port
E_Port
E_Port
FL_Port
Node N_Port
Switch 2
Switch 1
Node NL_Port
Node NL_Port
Node Port
(直接にFabricアタッチされたデバイス)
Node Loop Port
(ループにアタッチ
されたデバイス)
Universal Port
(汎用ポート)
Fabric Port
Expansion Port
(switchからswitch)
Fabric
Loop
Port
U_Port
Brocadeスイッチのポート初期化プロセス
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y/n
成長したら私は何になりたい?
y/n ループに話掛けたい?
G - Port 誰かが私に話し掛けるのを待っている…
yes
no
あなたはswitch? あるいは Fabric point-to-point デバイス? F - Port Fabric pt-to-pt
E - Port
switch
y/n ポートに何か接続されている? no
yes
U - Port
FL - Port
FibreChannelフレーム形式
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フレームは分割できない最小のデータパケットであり、FibreChannelリンク (上位レイヤのプロトコルには見えない)上に送出される
S O F
4
PAYLOAD
Up to 2112
E O F
4
C R C
4
HEADER
24
2148 bytes
フレーム
Fibre Channel Frame
ファイバ/チャネルのフレームヘッダ構造 Fibre ChannelのフレームとEthernetのフレームの相違
• Ethernetと同様に、送信先・送信元・フレームの管理方法についての情報がある
• FC特有な物としてOX_ID, RX_IDという項目がある。
• 転送は FCID ベースで行なう(Ethernet は MAC)
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R_CTL Destination Address (D_ID)
CS_CTL Source Address (S_ID)
SEQ_ID DF_CTL SEQ_CNT
OX_ID (Originator Exchange ID)
RX_ID (Responder Exchange ID)
Parameter Field
TYPE Frame Control (F_CTL)
Word 0
Word 1
Word 2
Word 3
Word 4
Word 5
R_CTL: Routing Control Field CS_CTL: Class Specific Control Field DF_CTL: Data Field Control
Destination MAC
Destination MAC Source MAC
Source MAC
Type/Length field
<参考> Ethernet Frame
フレーム/シーケンス/エクスチェンジ FC-2レイヤの構成と動作における役割
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エクスチェンジ
シーケンス x
フレーム1 フレーム2 フレーム3 フレーム4 フレーム5
シーケンス x+1
フレーム6 フレーム7 フレーム8 フレーム9 フレーム10
ホスト FCスイッチ ストレージ
FCP_CMND READフレーム
FCP_DATAフレーム (SEQ CNT = 0)
FCP_DATAフレーム (SEQ CNT = 1)
FCP_DATAフレーム (SEQ CNT = 2)
FCP_DATAフレーム (SEQ CNT = N)
FCP_RSP Statusフレーム
SCSI READの例
シーケンス
シーケンス
シーケンス
エクスチェンジ
Buffer Credit について
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Exchange Link Parameters
(ELP)
E_Port から E_Portへ
Fabric Login (FLOGI)
N_PortからF_Portへ
5個のバッファを使えます。 2個のバッファを使えます。
5個のバッファを使えます。 2個のバッファを使えます。
5個のバッファを保有 2個のバッファを保有
2個のバッファを保有 5個のバッファを保有
1 3 2
2個のバッファを受領可能
VC_RDY VC_RDY (Virtual Channel Ready)
使用可能なバッファ数 2 1 0
VC_RDY
送信可能なフレーム数: 2 1 0
VC_RDY
送信バッファ 受信バッファ
【参考】 TCP/IPにおけるバッファ制御 動作イメージ
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1000 Mbps Ethernet
100 Mbps Ethernet
IP WAN
バッファ
領域
入力されるレート > 出力されるレート
100 Mbps
Overflow
1000Mbps
パケット
ルータなど
TCP セグメントのWindowサイズ Bit Bucket
フロー制御 「クレジット」ベースの制御方式
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Node Node
N_Port
Node N_Port
SAN Fabric
F_Port F_Port
F_Port
N_Port
Buffers
Buffers
Buffers Buffers Buffers
Buffers
Routing
EE クレジット(End-to-End)
BBクレジット
BBクレジット (Buffer-to-Buffer)
BB_Credit
物理的に接続しているポート間でのフロー制御
すべてのクラスのデータ伝送で使用(Class3
除く) R_RDYの受信により BB_Credit を増加
EE_Credit
送信元ポートとあて先ポートの間でのフロー制御
ACKの受信により EE_Credit を増加
Class-of-Services 柔軟なノードのデリバリサービス
• 広範囲の通信要求に適応するように、FibreChannelはデリバリの要請とプロセス指令と合致する様々なサービスクラスを定義する
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N_Port
N_Port
パス リソース 確保?
コネクション優先
Class 1 (circuit switching)
Class 4 (virtual circuits)
Yes
コネクションレス
Class 2 (frame switching)
Class 3 (frame datagram)
No 製品あり
※Class1~4の他、スイッチ間通信用のサービスクラスとしてClass Fが定義されている。 BrocadeスイッチではClass 2/3/Fをサポート
製品なし
IPの世界では、TCPに該当
IPの世界では、UDPに該当
クラス2とクラス3の比較
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Initiator N_Port
Responder N_Port
ファブリック
データフレーム
ACK R_RDY
EE Credit -1
EE Credit +1
Initiator N_Port
Responder N_Port
ファブリック
R_RDY
BB Credit -1
BB Credit +1
データフレーム
ACK
データフレーム
ACK
データフレーム
データフレーム
データフレーム
クラス3 BBクレジットのみによるフロー制御 R_RDYによるフロー制御のみ
クラス2 BBクレジットとEEクレジット両方によるフロー制御 ACKによるEnd-to-Endの送達確認あり ※クラスFはクラス2に近いコネクションレス型で、ACKを使用
Fabric Class F : 管理サービス
• Class FはFibreChannelスイッチ間でのみ使用
‒ スイッチ間リンク情報交換
• スイッチはClass Fフレームを用いて、ネームサーバ同様の調整サービスやFabric階層の解決を行う
• N_PortsからはClass Fトラフィックは認識する必要がない
• E_Port間通信はコネクションレスサービス (Class 2)
• Class FではE_Portにより、フレームを基に要求を行う
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Fabric
F_Port F_Port
E_Port
E_Port
FL_Port
Switch 2
Switch 1
U_Port
Class F サービス
FC-3(FC-FS-3) サービス層
• 複数のポートに共通するサービスを提供するレイヤ
‒例えば暗号化
• 将来のために非常に緩やかに定義された階層で、現時点でこのレイヤに属する機能は無い
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FC-4 (FC-DA-2) マッピング層(ULPマッピング)
• 上位プロトコル (Upper Layer Protocol : ULP)とのマッピング
‒ FC-4の定義を変更することにより、FibreChannelをさまざまなプロトコルに対応させることが可能
• 代表的なULP
‒ Fibre Channel Protocol : SCSI-3
• 最もよく使用されるFC-4プロトコル
• SCSIとのマッピングを提供することにより、OSカーネルはFibreChannel機器をSCSI機器として取り扱うことが可能
‒ ISO/IEC 8802-2 LLC : IP
• IPFC (IP over FibreChannel)として使用
‒ SBCCS : FICON
• IBM製メインフレームで使用
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ファブリックサービス
42
FC-SW-5
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ファブリックサービスとは何か
•ファブリックサービスとは ‒FCファブリック内で行なわれる、データ転送以外の様々なサービス
• アドレス管理
• ネームサーバ管理
• 通知サービス
• ルーティングサービス
• ゾーニング
• 時刻サービス
• その他
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スイッチ型Fabricのアドレス空間
• Fabricは一般的なスイッチング環境を説明するのに使われる用語
• 1個、もしくはそれ以上の相互接続スイッチ(ドメイン)から構成 「1個のFibreChannelスイッチ = 1個のFabricドメイン」
• Fabric階層は、24-bitsアドレス空間の分割に基づく
• 1個のFabricで最大239ドメイン
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特別なエージェント: • プリンシパルスイッチ 特別なデリバリ: • Class Fサービス
ファイバチャネルアドレス : FC ID , Port ID IPの世界における、DHCPによるIPアドレスの割り当てに相当
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• ファイバチャネルアドレスとは
‒ Fabric に接続されたデバイスの各ポートに割り当てられるアドレス番号
• 送信元: S_ID
• 送達先: D_ID
‒デバイスが Fabric にログインするプ ロセスの中で、スイッチがデバイスに 対してファイバチャネルアドレスを通 達する
‒ 24 bits (3 bytes) のアドレス空間
• ドメイン ID 部 (8 bits) … スイッチのドメイン番号(1~239) ⇒1ファブリックで最大239スイッチ
• ポート ID (エリア ID) 部 (8 bits) … スイッチのポートを特定する番号
• AL_PA 部 (8 bits) … ループ内のデバイスを特定。Fabric デバイスでは通常 00。最近はNPIVのノードIDとして使用
X X Y Y Z Z
Domain Port (Area)
AL_PA (Node)
ファイバチャネルアドレス (24-bits)
8-bits 8-bits 8-bits
NPIV 概要
• NPIVの必要性
‒ VMware, Zen, LPAR などの仮想マシン環境を使用する際に、仮想マシン毎に別々のWWNを持つための機能
• 通常では、仮想マシンは1つのHBAを共有できるが、仮想マシン毎に別々のWWNを持つことが出来ない
• (従来の方法では仮想マシンはHBAのWWNを共有使用しなければならない)
• LUNマスキングやWWNゾーニングが仮想マシン単位で設定できない →セキュリティ上問題がある
• NPIV – “N-Port ID Virtualization”
‒ ‘N-Port’はサーバHBAなどデバイスを指す。NPIVはN-Portデバイスを仮想化する標準化された手法
• NPIVのメリット
‒ 柔軟性と可用性が向上:
• OS インスタンスとアプリケーションがハードウェアに拘束されない
• 他のサーバ ハードウェアへアプリケーションのフェイルオーバー・マイグレーションが容易
‒ セキュリティーが向上:
• 複数の仮想マシン単位にゾーニング、ボリュームマッピングが設定可能
• NPIVを利用するために必要なもの
‒ NPIV対応 OS; NPIV対応 FC HBA; NPIV対応 FC Switch
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NPIV概要 続き
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FC switch
NPIVがない場合
共有HBAのWWNを使うため、どの仮想マシンからでも同じLUNにアクセスできてしまう
NPIVがある場合
各仮想マシン毎にWWNを持つことが出来るので、各仮想マシン毎にLUNマスキングとWWNゾーニングでアクセス制御が出来る
VM1 VM2 VM3
FCP Channel
FC switch
VM1 VM2 VM3
FCP Channel
Fibre Channel Address 例
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FL Port
09 0C E9
09: デバイスはFabric Aware, Domain=9 0C: ループはポート12に接続 E9: Arbitrated Loop ポート・アドレスはE9
Switch Domain 09
09 03 00 N Port
09 :デバイスのDomain ID=9 03 : デバイスはポート 3に接続 00 : ファブリック・デバイス
N Port 09 0A 00
09: デバイスのDomain=9 0A: デバイスはポート10に接続 00: ファブリックデバイス
09 0C 04
09: Fabric Awareデバイス, Domain=9 0C: ループはポート12に接続 04: Arbitrated Loop ポート・アドレス は04
NL Port
NL Port
F Port
F Port
N Port
F Port
09 17 00
09: Fabric Awareデバイス, Domain=9 11: 物理サーバ(NPIV)はポート17に接続 01: 仮想サーバ#1 02: 仮想サーバ#2 03: 仮想サーバ#3
09 17 01
09 17 02
09 17 03
VM
VM
VM
Well-known Fabricアドレス FCファブリックで予約されている特別なアドレス
x‘000000’— 未確認 N_Port
x‘FFFFF5’ — マルチキャストサーバ
x‘FFFFF6’ — クロック同期サーバ
x‘FFFFF7’ — セキュリティ キー配布サーバ
x‘FFFFF9’ — QoSファシリテータ
x‘FFFFF8’ — エイリアスサーバ
x‘FFFFFA’ — 管理サーバ
x‘FFFFFB’ — タイムサーバ
x‘FFFFFC’ — ネームサーバ
x‘FFFFFD’ — Fabricコントローラ
x‘FFFFFE’ — Fabricログイン サーバ
x‘FFFFFF’ — ブロードキャストアドレス
-------------------------------------------------------
x’FFFCxx’— Brocade Domain Controller
(Brocade Switch自身のアドレス)
ネームサーバや他のSwitchとの通信で利用
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・ファブリックコントローラの主な機能
ファブリック初期化の実施
Well-known Address宛てフレームの処理
ルーティング
F_BSYおよびF_RJTの生成
SCRやRSCNへの応答
・ログインサーバの主な機能
FLOGIへの応答、アドレス割り当て
・ネームサーバの主な機能
接続ノードの情報管理
・管理サーバの主な機能
ファブリックの情報を管理ソフトなどへ提供
(SNMP管理、MIB)
IPの世界における、IANA割り当てのWell-knownアドレスに相当
World Wide Name Ethernetの世界における、MACアドレスに相当
• WWN とは
‒ 各 Fabric デバイスが保有する固定値
• 64 bits
‒ MACアドレス は 48bit
• ベンダーは IEEE よりアドレスブロックの割り当てを受けて、WWN内に組み込んで使用
• スイッチ、HBA、ストレージのそれぞれがWWNを持つ
‒ MAC レイヤを使うもの(ポート)が持つ
‒ 2種類ある
• MAC はポートのみに設定される
• Node WWN
‒ ノードとして保有する WWN
• Port WWN
‒ ポートとして保有する WWN
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Node WWN 10:00:00:60:69:90:02:c0
Port WWN 20:06:00:60:69:90:02:c0
Port WWN 10:00:00:00:c9:26:41:8a 10:00:00:00:c9:26:41:8b
Node WWN 20:00:00:00:c9:26:41:8a
Port WWN 20:09:00:60:69:90:02:c0
Port WWN 10:00:00:00:0e:24:4d:19
Node WWN 10:00:00:80:17:84:74:dc
サーバ
ストレージ
HBA
Brocade Switch の WWNの例 MACアドレス同様に、ベンダコード(OUI)が埋め込まれる位置がある
• WWN のフォーマット
‒ 2 Bytes: 標準+ベンダ固有値
‒ 3 Bytes: IEEE 割り当て
‒ 3 Bytes: ベンダ固有値
• Brocade Switch の WWN
‒ IEEE 割り当て部分
• 00:60:69 または 00:05:1e など
‒ Node WWN
• 10:00:00:60:69:xx:yy:zz
‒ Port WWN
• 20:PP:00:60:69:xx:yy:zz
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10:00:00:60:69:90:02:c0
ベンダ固有値
IEEE からの割り当て
20:06:00:60:69:90:02:c0
Brocade Switch の Port WWN は 2 で開始
スイッチのポート番号 マザーボードのシリアル番号 (スイッチのシリアル番号とは別)
Fabric Login 通信
52
52
1) Login Serverへのlogin処理は、 WindowsやNISドメインへのログイン 処理に該当 2) Name Serverへのlogin処理は、 DNSサーバへ名前解決のための 登録を行う処理に該当
• ネットワークへのログイン (Fabric Login - FLOGI)
• Name Server への登録 (Port Login - PLOGI)
• 通信する許可を得る (Port Login - PLOGI)
ファブリック
Name Server (x‘FFFFFC’)
Login Server (x‘FFFFFE’) サーバ ストレージ
スイッチのポート番号 3番に接続
ドメインID = 9
スイッチのポート番号 1番に接続
FCアドレス
090300
サーバ : 090300
ストレージ : 090100
⑪PLOGI(接続要求)
⑫Accept(接続許可)
ストレージの FCアドレスは 「090100」!
Extended Link Service
FCアドレス
090100
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FC の初期化フロー
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P O S T -
Power On
Test
Light/ Signal
Char Sync/ Word Sync
Loop Init / Link Init
F L O G I
P L O G I
N S
Query/ Registr.
ゾ
| ニ ン グ
セ キ ュ リ テ ィ
ACL
スイッチの電源投入
Nx_port同士 の通信手順
デバイス がNSに 追加
S p e e d
N e g
デバイス がリモート
NSに 追加
スイッチ上の動作 End-to-Endの動作
Ordered Set でやりとり
FC-2 Link Serviceでやりとり
HBAとFCスイッチ間のやりとり スイッチのポートのログ
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19:20:14.531 SPEE sn 19 WS 00000000,00000000,00000000 19:20:14.827 SPEE sn 19 NM 00000000,00000000,00000000 19:20:14.827 SPEE sn 19 NF 00000000,00000000,00000000 19:20:14.827 SPEE sn 19 NC 00000004,00000000,00000000 19:20:14.827 LOOP loopscn 19 LIP 8002 19:20:14.870 LOOP loopscn 19 TMO 4040001 19:20:14.870 LOOP loopscn 19 LIP 801e 19:20:14.920 LOOP loopscn 19 TMO 4040001 19:20:14.920 LOOP loopscn 19 LIP 801e 19:20:14.970 LOOP loopscn 19 TMO 4040001 19:20:14.970 LOOP loopscn 19 LIP 801e 19:20:15.020 LOOP loopscn 19 TMO 4040001 19:20:15.020 LOOP loopscn 19 LIP 801e 19:20:15.070 LOOP loopscn 19 TMO 4040001 19:20:15.070 LOOP loopscn 19 LIP 801e 19:20:15.120 LOOP loopscn 19 TMO 4040001 19:20:15.121 INTR pstate 19 OL1 19:20:15.128 INTR pstate 19 AC 19:20:15.128 PORT scn 19 11 00000000,00000000,00000002 19:20:15.129 PORT Rx3 19 116 22fffffe,00000000,22a4ffff,04000000 19:20:15.129 PORT scn 19 1 00000000,00000000,00000001 19:20:15.129 PORT debug 19 00000001,00654320,00000001,00000000 19:20:15.129 PORT debug 19 00000001,00654320,00000002,00000000 19:20:15.129 PORT scn 19 1 00000000,00000000,00000020 19:20:15.129 PORT debug 19 00000001,00654320,00000003,00000000 * 8 19:20:15.139 PORT Tx3 19 116 23011300,00fffffe,22a40001,02000000 19:20:15.139 PORT Rx3 19 116 22fffffc,00011300,22a6ffff,03000000 19:20:15.140 PORT Rx3 19 8 22fffffd,00011300,22a8ffff,62000000 19:20:15.140 PORT scn 19 2 00011300,00000003,00000004 19:20:15.140 PORT Tx3 19 116 23011300,00fffffc,22a60002,02000000 19:20:15.140 PORT Tx3 19 4 23011300,00fffffd,22a80003,02000000
Speed Negotiation
Loop Initialization
Port State Machine/Link Control Protocol
Fabric Login (FLOGI)
Reply from FLOGI
Port Login (PLOGI)
State Change Registration
Name ServerとFabric Controller LANではName ServerはDNSに該当
• Name Serverの機能 ‒ Name Serverは下記のデータベースを保持しています。
‒ Port属性 • Port ID (Fabricからアサインされた24bitのファイバーチャネルアドレス)
• Port Name (Port WWN) • サービスClasss (2,3)
• FC-4 Type (SCSI,IP) • Port Type (N,NL) • Symbolic Port Name (形式自由な情報)
‒ Node属性 • Node Name (Node WWN) • Fibre Channel IP Address • Symbolic Node Name (形式自由な情報)
‒ 複数のFC Switchが相互に接続している場合、全FC Switchは同じ情報を保持し、単一障害点を排除しています
• Fabric Controllerの機能 ‒ ファブリック初期化の実施 ‒ Well-known Address宛てフレームの処理 ‒ フレームルーティング ‒ F_BSYおよびF_RJTの生成 ‒ SCRやRSCNへの応答
‒ SCR (State Change Registered) ‒ RSCN (Registered State Change Notifications)
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E_Port初期化プロセス Fabricコンフィグレーションプロセス
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Ste
p 1:
リンクの初期化
Fabric
初期化
Ste
p 2
:
ポート操作モードの検出
Ste
p 3
:
プリンシパルスイッチ選択
Ste
p 4
:
ドメインアドレス配布
Ste
p 5
:
パス選択 (F
SP
F)
Fabric
作動可
CLASS F通信
(Switch Fabric内部リンクサービス)
E_Port初期化プロセス (続き)
• SW_ISL (Switch Internal Link Service)
‒ ファブリックの構成に関連する一連のコマンド群
1. リンク初期化 (前述)
2. ポート操作モードの検出 -> ポートが「E_Port」に決定
‒ ELP (Exchange Link Parameters) SW_ILSを送受信
• タイムアウト値 (E_D_TOV、R_A_TOV)を交換
• PWWN / Switch Nameを交換
• フロー制御の方法 (ISL Flow Control Mode)を交換
‒ ESC(Exchange Switch Capabilities)
• ベンダー情報の交換
• Virtual Fabric Support情報の交換
3. プリンシパルスイッチの決定
‒ EFP (Exchange Fabric Parameters) SW_ILSの交換
• プリンシパルスイッチの選定
• スイッチ名 (WWN)、優先度 (Priority)、ドメインIDリストを交換
‒ 優先度が等しい場合は、スイッチ名の大小比較でプリンシパルスイッチを決定
• ベンダー固有情報の交換
• ゾーニングデータベースの交換
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E_Port初期化プロセス (続き)
4. Domain IDの割り当て
‒ プリンシパルスイッチ = ドメインアドレスマネージャ
‒ DIA (Domain Identifier Assigned) SW_ISL
• プリンシパルスイッチが選定されたことを、ファブリック内の他のスイッチに通知
‒ RDI (Request Domain Identifier) SW_ISL
• プリンシパルスイッチに対してドメインIDを要求
5. パス選択
‒ FSPF (Fabric Shortest Path First)アルゴリズム
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Fabricプリンシパルスイッチ
• プリンシパルスイッチ = Fabric内に1個だけ存在
‒ Domain Address Manager (固有のDomain IDを割当てる)
‒ 時刻の同期(非Virtual Fabric環境のみ)
• プリンシパルスイッチの選定
‒ 最も WWN が低いスイッチがプリンシパルスイッチになる (設定情報は全てのスイッチが保有)
‒ プリンシパルスイッチとなるスイッチをあらかじめ明示的に指定しておくことも可能(fabricprincipal)
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プリンシパル スイッチ
私はこのファブリックの代表です。あなたのDomain IDは6を使ってください
新たにこのファブリックに参加します。Domain IDを割り当ててください
1 2 3 4
5
Fabric Shortest Path First (FSPF) IPの世界における、OSPFより派生したルーティング技術
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• FSPFはリンクにおけるパス選択プロトコル (OSPFから派生)
‒ リンクコスト/ウェイトを使用
‒ ホップカウントの考慮
‒ 利用可能な帯域の認識
‒ 複数の同コストリンクをラウンドロビンで負荷共有
• ファブリックアドレス (スイッチのドメインナンバ)によるルーティング
‒ WWNによるフレームフォワーディングはしない
• 容易な6個のステップ:
‒ 隣接スイッチ間で “Hello”
‒ 全体のリンク状況をとなりと交換
‒ リンク状況記録を更新
‒ ソースと宛先間の最短パスを計算
‒ ルートをセットアップ
Hello!
Hello!
Hello!
Hello!
Hello!
※それぞれの丸は スイッチを示します
※パスコストは横切る リンクコストの合計
1000
1000 1000
500
500
???
すべてのスイッチが、他の スイッチへの最短パスを計算
Registered State Change Notification RSCNの役割と発生要因
• ファブリックの状態変更を通知
‒ Nx_Port対象
‒ ファブリックにログインしているポートに通知
‒ 対象となるNx_PortはClass 2もしくは3をサポート
• SCR (State Change Registration)
‒ RSCNを受け取るように事前に登録
‒ スイッチはSCRを行ったデバイスにRSCNを送信
• 以下の起因により発生
‒ Nx_Portのログイン
‒ Nx_Portのログアウト
• HBA障害、ポート障害など含む
‒ ファブリックの構成変更 (Reconfigure)
‒ Zone情報の変更
• RSCNはファブリック (スイッチ)より送信される
‒ RSCN受信時の動作はデバイス (サーバ/ストレージ)の実装に依存 © 2015 BROCADE COMMUNICATIONS SYSTEMS, INC. 61
デバイス障害、ポート障害 により、RSCN発生
RSCN発生をファブリック内 のデバイスに通知
新規デバイス追加により、 RSCN発生
RSCN発生をファブリック内 のデバイスに通知
×
×
E_Port
F_Port
Zoning Ethernetの世界における、VLAN機能に相当
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• Zoningの目的
‒ Fabric内の任意のNode間でのアクセスを制御する機能
• 1つのFabricを論理的なアクセスグループに分割する機能
• L2-SwitchにおけるV-LAN(Virtual LAN)に似ている
‒ セキュリティーの向上
‒ 障害伝搬範囲の低減
• RSCNやLIPの伝達範囲を、影響のあるゾーン内に制限
• Zoneとは
‒ Zoning機能を使用する際に、アクセスを可能にするNode群を1つにまとめたグループの単位
• Best Practice: イニシエータ1つにつき1つのゾーン
‒ Brocade Switchでは、任意の数のZoneを作成することが可能
‒ 各メンバーは任意の数のZoneに含まれることが可能
• Overlappingする事が可能
0 1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14 15
zone2 zone3 zone4 zone1
ゾーニングの構成 名称
ポートのみ ポートゾーニング
WWNのみ WWNゾーニング
ポートとWWN Mixedゾーニング
一般的なゾーニングの実装
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• スイッチ側はポートゾーニングし、ストレージ側ではLUNマスキング
• スイッチ側でポートゾーニング
‒ 下記のようなゾーンを設定
• Zone1 “port1, port10”
• Zone2 “port2, port10, port12”
• Zone3 “port4, port12”
• ストレージ側でLUNマスキング
‒ 下記のような設定をストレージ側で実施
• LUN1とLUN2をWWN1に見せる
• LUN3とLUN4をWWN2に見せる
• LUN5とLUN6をWWN3に見せる
LUN5 LUN6 LUN3 LUN4 LUN1 LUN2
zone2
zone1 zone3
0 1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14 15
WWN1 WWN2 WWN3
5 6 3 4 1 2
RSCNの抑制 (ゾーニング)
• Registered State Change Notification (RSCN)はファブリックの状態変化を通知するためのサービス
‒ ゾーニングの変更、スイッチのon/off、新規デバイスの追加で発生
‒ RSCNが発生するとパス変更やデバイス検索のためにI/Oが中断する
‒ FC-FS標準に準拠
• ゾーニングによりRSCNやLIPの伝達範囲を、影響のあるゾーン内に制限する。
‒ 「1 (イニシエータ):n (ターゲット)」ゾーンを推奨
• Brocade Fabric OSはRSCNの発生を最低限に抑え、アプリケーションレベルの可用性を向上
‒ Zone変更、デバイスオフライン、スイッチ名変更等により発生
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Zone 1
Zone 2
RSCN が通知 される
新規サーバが 接続されると スイッチがRSCN を発生
RSCN が通知 されない
RSCN が通知 されない
RSCN が通知 されない
RSCN が通知 されない
RSCN Zoneが切ってあると 他のZoneには影響 なしでゾーン構成変 更が可能
ファブリックサービスのまとめ
• フレーム損失の無い転送
‒ BB Credit によるフロー制御
• 高効率なデータ転送
‒ Exchange/Sequence 単位
‒順序配信
• 各種設定の自動構成
‒ルーティング構成
‒アドレッシング
‒ネームサービス
• セキュリティ
‒ Zone によるアクセス分離
‒ WWN, デジタル証明書による認証
( この資料ではカバーしていません )
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ありがとうございました
本件に関するお問い合わせ ブロケード コミュニケーションズ システムズ株式会社 https://www.brocadejapan.com/form/contact
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