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

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
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
FibreChannelNetwork 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
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
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
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 FabricArbitrated 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
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
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
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。
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
ストレージの例
テープライブラリの例

Fibre Channel基本特性
15© 2015 BROCADE COMMUNICATIONS SYSTEMS, INC. INTERNAL USE ONLY

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
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)

ケーブル・コネクタ
銅線ケーブル
DB9コネクタ
銅線ケーブル
HSSDCコネクタ
SCコネクタ
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
MTPコネクタ/DACケーブル

【参考】接続規格と接続距離
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 – 10km2, 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)

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
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
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
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
• 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)
N_Port F_Port
I
D
L
E
I
D
L
E
R
R
D
Y
F
R
A
M
E
I
D
L
E
I
D
L
E
I
D
L
E
I
D
L
E
I
D
L
E
I
D
L
E
F
R
A
M
E
I
D
L
E
I
D
L
E
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

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”
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
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
E_Port
N_Port
NL_PortF_Port
E_Port EX_Port
E_Port
N_PortN_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
Switch Port
Device (Node) Port Fabric
Node N_Port
F_Port F_Port
E_Port
E_Port
FL_Port
NodeN_Port
Switch 2
Switch 1
NodeNL_Port
NodeNL_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
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
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)
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
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 = 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
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
13 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
210
VC_RDY
送信可能なフレーム数: 210
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
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
Node
Node
N_Port
Node
N_Port
SAN Fabric
F_Port
F_Port
F_Port
N_Port
Buffers
Buffers
Buffers
BuffersBuffers
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
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
Initiator
N_Port
Responder
N_Port
ファブリック
データフレー
ム
ACKR_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
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

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

ファブリックサービス
42
FC-SW-5
© 2015 BROCADE COMMUNICATIONS SYSTEMS, INC. INTERNAL USE ONLY

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

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
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
• 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

NPIV概要続き
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
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 ﾎﾟｰﾄ･ｱﾄﾞﾚｽは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 ﾎﾟｰﾄ･ｱﾄﾞﾚｽは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
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
・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
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
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
© 2015 BROCADE COMMUNICATIONS SYSTEMS, INC.

FC の初期化フロー
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
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
19:20:14.970 LOOP loopscn 19 TMO 4040001
19:20:15.020 LOOP loopscn 19 TMO 4040001
19:20:15.070 LOOP loopscn 19 TMO 4040001
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)

E_Port初期化プロセス
Fabricコンフィグレーションプロセス
Step1:
リ
ン
ク
の
初
期
化
Fabric
初期化
Step2:
ポ
ー
ト
操
作
モ
ー
ド
の
検
出
Step3:
プ
リ
ン
シ
パ
ル
ス
イ
ッ
チ
選
択
Step4:
ド
メ
イ
ン
ア
ド
レ
ス
配
布
Step5:
パ
ス
選
択
(FSPF)
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

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

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）
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
１２３４
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
• 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
10001000
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
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
• 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
zone4zone1
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
• 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
LUN5 LUN6LUN3 LUN4LUN1 LUN2
zone2
zone1 zone3
0 1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14 15
WWN1 WWN2 WWN3
5 63 41 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
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 )

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

Fibre Channel 基礎講座

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Fibre Channel 基礎講座

Similar to Fibre Channel 基礎講座 (20)

More from Brocade

More from Brocade (19)

Fibre Channel 基礎講座