ファイバーチャネル

ファイバーチャネル（英: Fibre Channel^[1]、略称：FC）はギガビット級ネットワーク技術の一種であり、主にストレージエリアネットワーク (SAN) の構成要素としてデータセンターで使用されている。情報技術規格国際委員会（INCITS, 米国国家規格協会：ANSIが信任した委員会）のT11技術委員会が標準化した^[2]。接続には主に光ファイバーを使用し、長区間(最大100 km)かつ高速(最大128Gb/s)な伝送を実現する。種々の上位プロトコルがサポートされているが、主にSCSIコマンドがネットワーク上でやり取りされる。メインフレームではFICONが利用される場合もある。

歴史

ファイバーチャネルはIPI (Intelligent Peripheral Interface)プロトコルの拡張プロジェクトの一部として検討が始まり、1988年にANSI X3T9によりプロジェクトとして承認、1994年には規格が承認された^[3]。スループットは下記の通り1 Gb/s (1GFC)から始まり世代毎に2倍になってきた^[4]。

ロードマップ - FC （英語版より、本表のみ反映）
名称	Line Rate (GBaud)	Line Coding	公称スループット (MByte/sec)	発売日
133 Mbit/s	0.1328125	8b10b	12.5	1993
266 Mbit/s	0.265625		25	1994
533 Mbit/s	0.53125		50	?
1GFC	1.0625		100	1997
2GFC	2.125		200	2001
4GFC	4.25		400	2004
8GFC	8.5		800	2005
10GFC	10.51875	64b66b	1,200	2008
16GFC	14.025	64b66b	1,600	2011
32GFC "Gen 6"	28.05	256b257b	3,200	2016
64GFC "Gen 7"	28.9	256b257b (FC-FS-5)	6,400	2019
128GFC "Gen 6"	28.05 ×4	256b257b	12,800	2016
256GFC "Gen 7"	28.9 ×4		25,600	2019
128GFC "Gen 8"	57.8		12,800	planned 2022

ロードマップ - スイッチ間接続
名称	Line Rate (GBaud)	スループット (MByte/sec)	発売日
10GFC	10.52	2,400	2009
20GFC	21.04	4,800	2008
128GFCp	28.05 x4	25,600	2016
256GFCp	56.10 x4	51,200	2019 (予定)

接続形態

3つの主要なトポロジー（接続形態）がある^[5]。

ポイント・ツー・ポイント (FC-P2P): ふたつの機器が相互に接続される。最も単純なトポロジー。
調停ループ (FC-AL): 全ての機器がループ状に接続される。高価なスイッチなしで複数の機器を接続できるが、帯域を共有するためパフォーマンス(バンド幅)に制限がある。またループから機器を取り外したり接続する場合、ループ全体が使えなくなる。機器のひとつが故障するとループ全体の通信ができなくなる。
ファブリック (FC-SW): 全ての機器をファイバーチャネル・スイッチに接続する。拡張性やパフォーマンスに優れる。

接続形態の比較^[6]
項目	P2P	調停ループ	ファブリック
最大ポート数	2	127	~16777216 (2^24)
最大バンド幅	2×リンクレート	2×リンクレート	(ポート数)×リンクレート
ポート障害の影響	リンク障害	ループ障害	スイッチおよびポートリンク障害
メンテナンスの影響	リンクダウン	ループ全体ダウンの可能性あり	スイッチおよびポートリンクダウン
可能なリンクレート	全て	全て(ただし全体が同じレート)	全て(レートの混在可)

プロトコル

ファイバーチャネルは階層化されたプロトコルを持つ。以下の5層から構成される^[7]^[8]。

FC0

物理層。ケーブル、光ファイバー、コネクタやスループットなどを規定。

FC1

データ符号化・復号の方法を規定。8b/10b及び64b/66b符号化方式を採用^[9]。

FC2

データの最小単位であるフレームの組み立て方やデータ転送の制御方法を規定。

FC3

共通サービス層。暗号化やRAIDなどの拡張機能を規定。

FC4

プロトコル変換層。FC0-FC3を下記のような上位プロトコルにマッピングするルールを規定^[10]。特にSCSIに変換されたものをファイバー・チャネル・プロトコル（英語版）と呼ぶ^[11]。

・Small Computer System Interface (SCSI)

・Intelligent Peripheral Interface (IPI)

・High Performance Parallel Interface (HIPPI) Framing Protocol

・Internet Protocol (IP)

・ATM Adaptation Layer for computer data (AAL5)

・Link Encapsulation (FC-LE)

・Single Byte Command Code Set Mapping (SBCCS)

・IEEE 802.2

・FICON - メインフレーム向け

FC0、FC1、FC2は総称してFC-PH（ファイバーチャネル物理層）とも呼ばれる。

光伝送媒体

ポートのフォームファクターはSFP (Small Form-factor Pluggable transceiver)及びそれを拡張したSFP+が主流である^[12]。128GFCではQSFP (Quad Small Form-factor Pluggable)が用いられる事もある(右図)。SFPモジュールはレシーバー・ポート(RX)とトランスミッター・ポート(TX)があり、これらで一つの光インターフェースを構成している。SFP/SFP+にはShort Wavelength Laser(SWL)、Long Wavelength Laser (LWL)及びExtended distanceがあり、最大の伝送距離はそれぞれ550 m、10 km、70-100 kmまでとなっているが^[13]、下記の通りケーブルのカテゴリとスループットの組み合わせにもよって異なるので注意する。

ファイバーケーブルの比較^[14]
カテゴリ	モード	コア直径 (um)	波長 (nm)	バンド幅 (MHz)	色
OM1	マルチモード	62.5	850/1300	200	オレンジ
OM2		50		500	オレンジ
OM3				2000	水色
OM4				4700	水色
OM5	ワイドバンド・マルチモード		850 - 953	4700 -2470	黄緑
OS1	シングルモード	9	1310/1550	NA	黄色

最大伝送距離 (m)
	OM1	OM2	OM3	OM4
1 GFC	300	500	860	NA
2 GFC	150	300	500	NA
4 GFC	70	150	380	400
8 GFC	21	50	150	190
10 GFC	33	82	Up to 300	Up to 400
16 GFC	15	35	100	125
25 GFC	NA	20	70	100
32 GFC	NA	20	70	100

スイッチ

ファイバーチャネルスイッチは2つに分類される。この分類は標準ではなくメーカーに依るものである。ブロケード（含むMcDATA、CNT）、シスコシステムズは両方を販売している。QLogicはファブリックスイッチを販売している。

ダイレクタースイッチ: 一般にポート数が多く、コントローラーが二重化されていたり一箇所が故障しても動作し続ける (no single-point-of-failure) 高可用性が特徴。
ファブリックスイッチ: 一般にシンプルで冗長でないスイッチ

ホストバスアダプタ

詳細は「ホストバスアダプタ」を参照

ホストバスアダプタ(HBA = コンピュータ用コントローラカード)は様々なシステム、バスに用意されている。PCI Expressが主要なバスであり、ホストやコンピューターのPCI Expressに当該ボードを刺すことでファイバーネットワークへの参加が可能となる^[15]。

RFC

RFC 4369 - Internet Fibre Channel Protocol (iFCP) のための管理オブジェクト定義
RFC 4044 - ファイバーチャネル管理MIB
RFC 3723 - Securing Block Storage Protocols over IP
RFC 2837 - ファイバーチャネル標準におけるファブリック要素のための管理オブジェクト定義
RFC 4338 - ファイバーチャネル上のIPv4、IPv6およびARP
RFC 4625 ファイバーチャネル・ルーティング情報MIB
RFC 4626 ファイバーチャネルのFSPF (Fabric Shortest Path First) ルーティングプロトコルのためのMIB

脚注

^ ファイバーはアメリカ英語で「Fiber」とつづることが多いが、ファイバーチャネルではイギリス英語の「Fibre」とつづる。詳細:ファイバチャネルFAQ。
^ T11 - Fibre Channel Interfaces、2017年12月16日閲覧。
^ An Introduction to Fibre Channel、2017年12月16日閲覧。
^ ロードマップ、2017年12月16日閲覧。
^ 接続形態、2017年12月16日閲覧。
^ トポロジーの比較
^ プロトコル階層“特集：IP技術者のためのSAN入門”. atmarkIT. (2002年8月22日)
^ “Fibre Channel Overview” (英語). 2017年12月16日閲覧。
^ “Fibre Channel 基礎講座”. 2017年12月16日閲覧。
^ プロトコルのマッピング“ストレージ・ネットワークの技術”. ITmedia エンタープライズ. (2006年6月24日)
^ “Storage Networking 101: Understanding the Fibre Channel Protocol” (英語). 2017年12月16日閲覧。
^ ポート・コネクタ
^ SFPモジュール
^ ファイバーケーブルの比較
^ ファイバーチャネルアダプター QLogic

外部リンク

FCIA Fibre Channel Industry Association（英語）
JDSF ストレージ・ネットワーキング技術部会
IBM ストレージ講座
SNIA日本フォーラム
INCITS technical committee responsible for FC standards(T11)（英語）
Fibre Channel overview（英語）

[1] ファイバーはアメリカ英語で「Fiber」とつづることが多いが、ファイバーチャネルではイギリス英語の「Fibre」とつづる。詳細:ファイバチャネルFAQ。

[2] T11 - Fibre Channel Interfaces、2017年12月16日閲覧。

[3] An Introduction to Fibre Channel、2017年12月16日閲覧。

[4] ロードマップ、2017年12月16日閲覧。

[5] 接続形態、2017年12月16日閲覧。

[6] トポロジーの比較

[7] プロトコル階層“特集：IP技術者のためのSAN入門”. atmarkIT. (2002年8月22日)

[8] “Fibre Channel Overview” (英語). 2017年12月16日閲覧。

[9] “Fibre Channel 基礎講座”. 2017年12月16日閲覧。

[10] プロトコルのマッピング“ストレージ・ネットワークの技術”. ITmedia エンタープライズ. (2006年6月24日)

[11] “Storage Networking 101: Understanding the Fibre Channel Protocol” (英語). 2017年12月16日閲覧。

[12] ポート・コネクタ

[13] SFPモジュール

[14] ファイバーケーブルの比較

[15] ファイバーチャネルアダプター QLogic

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