FIBRE CHANNEL

Fibre channel ( vláknový kanál?) je vysokovýkonový obousměrný kanál pro přenos sériových dat. Jeho rychlost je od 100Mb/s, což je 250 krát rychlejší než LAN do několika Gb/s. Pracuje do vzdálenosti 10km.

Původně byl Fiber Chanel určen pro připojení I/O zařízení k procesoru u superpočítačů s omezenou vzdáleností . Dnes se používá jako kanál mezi medii nebo jako síť. Na rozdíl od běžných protokolů (SCSI,IPI) je obousměrná.

Fiber Chanel slouží jako transportní struktura nezávislá na síťových protokolech.

Do jiných sítí se připojuje přes bridge nebo routery. Může přenášet data v rozličných protokolech jako je FDDI (Fiber Distributed Data Interface0, HIPPI (High Performance Parallel Interface). SCSI, IPI.

Hlavní použití FC jsou sítě pro ukládání dat SAN - Storage Area Network.

Clustering

Vysoká rychlost přenosu umožňuje clustrování (sdružování) pracovních stanic. Velké šetření nákladů se projeví při propojení superpočítačů a sálových počítačů. Toto sdružování je implementováno na Ethernetu, Token Ring nebo FDDi. Lze takto dosáhnout až 1GB/s.

Kanály a sítě

Fibre Channel kombinuje vlastnosti kanálů a sítí a lze na něm provozovat protokoly jak kanálové, tak i síťové. Fibre channel je lhostejný jak k typu přenášených dat, k jejich formátování, příkazům, paketům, rámcům apod. Jednoduše vysílá obsah vysílacích bufferů a přenáší je do příjimacích. Fibre channel přebírá pouze řízení jejich přenosu a jednoduchou kontrolu chyb.

Fabric station

Fabric channel užívá ke spojení pakety proměnné délky pomocí spojované topologie. Lze vytvořit spojované mnohonásobné spojení. Zařízení nevyžadují spojopvací cesty. Fibre channel používá optických vláken k přenosu. Vyvolání požadovaného ID portu je obdobné vytáčení čísel v telefonní síti. ID je obsahem hlavičky zprávy. V případě, že volená stanice je obsazená, provede další pokus spojení po chvíli. V případě vadného spojení provede spojení jinou cestou.

Fabric je spojovací mechanizmus, který má zodpovědnost za spojovou cestu. Rozlišení jednotlivých fabric je jejím adresovým prostorem, kterému je vzhrazeno 24 bitů, to znamená, že lze rozlišit více než 16 milionů stanic.

· FC-0 nejnižší vrstvu, která provádí vysílání, příjem, definuje konektory a elektrické a optické vlastnosti. Dále určuje napojení na stíněný kroucený twist, koax.,

· FC-1 definuje kódování 8b/10b - integrace dat se synchronizací. To znamená, že na přenos 8 bitů potřebuje 10 bitů, bezchybovost CRC, soubor příkazů, přenášená slova, speciální znaky.

· FC-2 definuje pravidla pro frame protokol . Čísluje postupně všechny frame patřící jednomu přenosu. To umožňuje jednoznačně identifikovat vadný frame. Sestavuje z frame sekvence, které se tedy skládají ze stratovacího frame, středních (3) frame a frame ukončující sekvenci. Zpráva může mít několik sekvencí. Velikost sekvencí se řídí velikostí vyrovnávacích pamětí. Velikost frame je do 2kB.

· FC-3 poskytuje další služby jako je striping (několikanásobné pásmo) a hunt groups (umožňující, aby několik portů reagovalo na stejnou alias adresu- to znamená že vyzvání linka která je právě volná). Další službou je login/logout.

· FC-4 provádí integraci standardů. (FDDI,HIPI,IPI3,SCSI,IP,SBCCS-single Byte Command Code Set, Ethernet,TokenRing, ATM)

Hardware

Fibre Channel směruje data přímo do paměti alokované úlohou a I/O žádostmi. Většina je řešena hardwareově, protože, při 100 MB/s je čas pro software nepatrný.

Třídy zpráv

· 1. Třída hostitel a zařízení jsou propojeny a toto propojení nemůže využít žádný další uživatel nebo zařízení. Rychlé propojení bez zpětné kontroly. Vyžaduje čas na ustanovení linky.

· 2. Třída Nestanovuje je privátní propojení, což urychluje prvotní fázi propojení. Linka je společná a v případě nedodání lze pomocí signálu BUSY zopakovat přenos.

· 4, třída rozdělené pásmo obdoba třídy 1. S virtuálním propojením sdílených pásem.

· 6. Třída jednosměrné dedikované spojení pro multicast fabric topologii.

Topologie

Topologie vyjadřuje způsob propojení bran - koncových stanic. Fibre Channel nemá závislost na topologii sítě. Je to uzavřený systém, bez limitu velikosti přenášených dat. Pro detekci chyb je užitý 32 bitový CRC - (cycle redundance check).

NODE 1 NODE 2

Transmitter Receiver

Receiver Transmitter

NODE 1 NODE 2

Transmitter Receiver

Receiver Transmitter

NODE 3 NODE 4

Transmitter Receiver

Receiver Transmitter

NODE NODE

NODE 0 NODE

FABRIC

NODE NODE

Parametry

Zdroje optického záření

Laser - v oblasti stimulované emise vydává vysoký výkon koherentního záření a v této oblasti je závislost výkonu na proudu skoro lineární. proto lze zde realizovat přímou modulaci. Vícevidové lasery mají ve výstupním spektru více spektrálních čar odpovídající násobkům délky optické dutiny. Jednomodové lassery mají jen jeden spektrální vrchol. 3ířky spektrálních čar jsou 10kHz až 100kHz.

Budící pulsy pro velmi rychlé přenosy (20GB/s) musí být speciálně tvarované, aby se neomezil projev chromatické disperze a nelinearity vláken. Tyto impulsy se nazývají solitony.

LED jsou zdrojem nekoherentního monochromatického světla. Světlo je emitováno buď kolmo na přechod PN (NP) - SLED - Surface Emitting LED, nebo po hraně přechodu PN - ELED -Edge Emitting LED. Pro svou nekoherentnost umožňují pouze intenzitní modulaci (výkonovou ).

Detektory optického záření

· PN - uvolňují při dopadu fotonu na přechod dvojici nábojů, která se zesílí a vytvoří el. puls. Jsou vhodné pro kratší vlnové délky - 900nm.

· PIN - jsou doplněny v přechodu čistou (intrinsickou) vrstvou. Jsou vhodné pro běžné vlnové délky 1300 a 1550 nm.

· ADP - avalanche Photodiode mají energii uvolněných elektronů tak velkou, že způsobí lavinovité šíření - ionizaci přechodu. Tyto diody jsou dražší, složitější výroba a potřebují vysoké napětí až 500V.

U koherentních signálů je v přijímači modulovaný signál směšován s nemodulovaným signálem místního laseru. Jsou-li vlnové délky obou signálů shodné, mluvíme o homodynech, nejsou li stejné o heterodynech.

Optické zesilovače

· elektroopické, kdy signál je převáděn na elelktrický, zesílen a pak opět změněn na optický. Nevýhodné

· čistě optické. Zesilovač tvoří jednovidové několik metrů dlouhé vlákno, ke kterému je v blízkosti rovnoběžně přiloženo vazební vlákno napájeno laserem. Signální vlákno pak přečerpává energii z vazebního vlákna. Zesílení je 40dB.

Optická vlákna

Přenosová kapacita komunikačního kanálu se šumem je úmměrná šířce pásma B a závisí na poměru signál/šum. Optické kabely jsou imunní vůčí elmag poruchám, včetně elmag. rázové vlny vznikající při jaderném výbuchu. Navíc tato vlákna neruší okolí aje vyloučen odposlech bez destrukce vlnovodu. Další výhodou je nízký výkon zdroje záření (miliwaty). Na obr je znázorněno provedení optoelektrického komunikačního systému.

zdroj el. vysílací elektro opticko- přijímací koncový

signálu procesor optický optické elektrický procesor stupeň

měnič přenosové měnič

vedení

V současné době se pro telekomunikační účely používají vlákna jednovidová. Mnohovidová vlákna se používají pouze pro LAN , FDDI. A to na vzdálenosti do 3km.

Mnohovidová vlákna

Mnohovidová vlákna jsou tak zvaná gradientní, tj. index lomu jádra roste od pláště ke středu parabolicky.

se skokovou změnou n

gradientní

Rychlost šíření je nepřímoúměrná indexu lomu, a tedy u gradientních vláken se délková rychlost vyrovnává a nedochází ke zpoždění u různých vidů jako u vlákna se skokovou změnou indexu lomu.

Americké normy prosazují 62,5mm, kdežto evropské jen 50um. S větším průměrem vlákna roste vstupní apretura - tj možnost většího poloměru zdroje, ale výroba je nákladnější. [3]

Jednovidová vlákna

jsou vlákna, které mají šířku přibližně velikosti l nebo je malý rozdíl n mezi jádrem a pláštěm. Paprsky u jednovidových vláken se šíří jen jedním směrem, tj všechny jsou rovnoběžné.

Optické kondicionéry

jsou zvláštní propojovací jednovidové kabely, které se používají pro přechod z jedno do vícevidového kabelu.Zaručují vybuzení dostatečného počtu vidů, aby se nevytvářely jasně časovš oddělené- posunuté signály, které při detekci způsobují jitter v přijímači. Výsledkem v tomto případě je větší chybovost, menší spolehlivost, zejména na dlouhých trasách.

Optická osa vícevidového (výstupního) kabelu musí být definovaně, ale souose, posunuta proti optické ose kondicionéru. Tím vznikne velký počet vidů. Dále musí spoj splňovat požadavky na útlum a zpětný odraz.

NZDF

Non Zero Dispersion Fiber - vlákna s nenulovou disperzí jsou určena pro vvsokokapacitní sítě využívající technologie vláknového multiplexu s kombinaci se vláknovými zesilovači.

Vlastnosti optických vláken

Parametry jsou útlum a disperze. Charakteristický útlum je dán poklesem signálu na ddané frekvenci na 1km délky o 3dB.

· disperze zapříčiňují roztažení pulsu a tím případné znehodnocení zprávy

· chromatická disperze <3,5ps/km.nm - různé zpoždění jednotlivých paprsků

· polarizační disperze - vlivem osové anisotropie (dvojplochy indexu lomu) a tím různé rychlosti šíření v různých směrech (projevuje se i u jednovidových )

· průměr vidového pole l, tj. asi 7 až 10mm. Obal - primární ochrana- akrylátové pryskyřice - je 125mm.

· těsná - materiály s vyšší pevností a menší pružností. Používá se pro kabely namáhané tahem (např. zavěšené apod)

· volná - je ve formě trubiček z plastických hmot pro cca 12 vláken. Trubičky jsou seskupeny kolem středového podpůrného prvku, snášejícího tahové namáhání.

· venkovní pláště chránící kabely proti vlhkosti, hlodavcům apod. Vnitřní kabely musí být z nehořlavých látek, vnější zase odolné proti vlhkosti.

Další vlastnosti optických vláken

Spoje

Vlákna se před spojováním očistí od izolací, upnou do přípravků, zaříznou s přesností 1^o a pak se spojují pomocí diamantového ostří připojeného na vibrující hrotu s ultrazvukovou frekvencí. Diamanten se vlákno jen naštípne, pak se samo zlomí.

· svařováním - el. Obloukem při 1600 až 2000^oC. Oblouk umožňuje dobrou kontrolu nad teplotou, spoj je trvalý a kvalitní. Parametry spoje velmi závisí na kvalitě lomové plochy, útlum má být <0.05dB. Před svářením se musí vycentrovat vlákna ve svářečce. Svar se chrání smršťovací ochranou, která se dodatečně zahřeje. Ochrana obsahuje ocelový prvek, ke zvýšení odolnosti spoje proti mechanickému namáhání. Celek se umístí do spojkové krabice.

· mechanickými spojkami. Podstatou spojek je přesný element, který mechanicky fixuje proti sobě dvě očištěná optická vlákna. Vlákna nesmí být na doraz. Mezera se vyplňuje kapalnou látkou se stejným n. Používané konektory jsou

· ST pro vícemodová vlákna. Jedná se o bajonetové propojení s adaptérem (obdoba klasického konektoru pro asymetrické kabely). Kromě bajonetu je tělo plastové. Výstupní dřík - ferrule XE "ferrule" je z nerezové oceli, plastová, zirkoniová nebo keramická (ST/PC). Do této ferrule, která je zabroušená se vlepuje optické vlákno. A pak se musí opět zabrousit. Průměr ferrule je 2,5mm. Ztráty jsou od 0,3 do 1,0dB (provedení APC je horší). Kontakt vláken je zajištěn tlakem pružiny, a tedy tyto spoje nesmí být zatěžovány axiální silou (může dojít k přerušení kontaktu). Levný konektor.

· ST pro jednomodová vlákna vyžadují větší přesnost uložení vlákna. (obykle umožňují natáčení ferrule, tak, aby jádro vlákna se krylo co nejvíce).

· ST II, znemožňují oddělení ferrulí od konektorů působením axiální síly

· SC konektory jsou plastové a mají keramickou ferruli o průměru 2,5mm. Spojení je dosaženo systémem PUSH-PULL. Vlákna jednovidová musí ležet přesně proti sobě. Konektor je hranatý, plastový a dotyk je proveden zatlačením vnitřní části konektoru a zpětným zaskočením do fixované polohy. Útlum je 0,15 dB a zpětný odraz až 70 dB.

· LC konektory jsou menší, mají ferruli jen 1,25mm oproti ST s 2,5mm. Dosahovaný útlum je 0,1dB. Zapojení do konektoru je západkou jako u RJ-45.

· E2000 má čelo ferrule broušeno pod úhlem 8⁰. Ke konektorování se dodává speciální svářečka. Ferrule je vyrobena z více vrstev (Zirkonium, NiCu, Invar) a je teplotně velmi stabilní.

· OPTI-JACK je pro vícemodová vlákna a dodáváse jako duplexní. Tvarem je podobný konektoru RJ45. Spojení se provádí stylem zásuvka - zástrčka. Je poloviční než konektor SC. Útlum 0,3 dB.

· FuseLine má továrně nakonektované vlákno na ferruli. V terénu se k němu připojí svařováním vlákno z kabelu.

· VF 45 stejný tvar jako konektory RJ45 slouží jako náhrada konektorů SC. Jehoo výrobní ccena je 7x nižší než dvojice SC.

· zahřátím ferrule a roztavením adheziva z ferrule. Pak se prostrčí vlákno a zabrousí. Adhezivo působí jak o ochrana proti vlhkosti, tak i zvyšuje odrazivost vlákna.

· tovární optika. Ferrule je již vyplněna přesně položeným optickým vláknem. Kabel se připojí tak, že do konektoru se vloží vlákno a to se uprostřed konektoru svaří s pevně vloženým a přesně zabroušeným jádrem ferrule. Odpadá broušení a leštění plochy konektoru.

Konektorování jednovidových vláken je věcí výrobce, kdežto vícevidová vlákna lze konektorovat na místě. Každý spoj musí být chráněn proti poškození a namáhání a tedy je ve spojce vytvářena smyčka.

Vytvořený spoj se měří tak, že se vytvoří ostřejší ohyby kus od spojů a jedním se injektuje světlo, druhým se měří.

Primární ochrana vláken

chrání vlákno před chemickými, mechanickými a klimatickými vlivy. Bývá z UV vytvrditelných pryskyřic. Pokud je dvouvrstvá, tak vnitřní je měkká a vnější tvrdá. Ochrana celých kabelů může být dielektrická nebo kovová. Je-li dielektrická, pak nelze kabel pod povrchem identifikovat. Kovové pláště jsou odolnější, ale náchylné na zásah blesku. Některé kabely mají nosné kovové lanko.

Počet vláken

Značení kabelů

¨WDM

neboli DWDM - Dense WDM je systém pro přenášení až 8mi resp. 16ti různých vlnových délek po jednom vlákně. Vlnové délky se od sebe liší velmi málo (0,8 nm) a tedy při přenosu 10GB/s lze současně přenést až 160GB/s. DWDM redujkuje počet zesilovačů po cestě - po 30ti km.

Zesilovače jsou čistě optické EDFA, které zesilují současně na všech vlnových délkách.

Přijímače využívají Braggovy mřížky, které jsou přímo ve vlákně. Totální odraz pro jednu frekvenci se dosahuje periodickým modulováním indexu lomu.

Připojení na stávající optickou síť je buď přímo, pokud vyhovují frekvence nebo přes transpodér, který konvertuje frekvence pro konál DWDM.

Srovnání Fiber Channel a ATM

· Token Ring - spotřebuje mnoho času pro předávání token (peška) mezi stanicemi, které nepotřebují vysílat

· otevřené pro nové technologie jako jsou optická vlákna, laserové budiče o malých vlnových délkách, velké vzdálenosti, současný přenos po rozdílných protokolech

Fiber Channel je určen zejména pro přenos dat (Classes 1,2 a 4) a to vyžaduje důraz na spolehlivost. Teprve druhořadě je přenos zvuku a videa (Class 3)

ATM je určen zejména pro multimediální přenos , tj. zvuk a video a proto je hlavní důraz kladen na včasné dodání informací a velké vzdálenosti.

Měření kabelů a vláken

Měření nehomogenit

Při měření útlumu a nehomogenit je důližitým parametrem přístroje a metody rozlišovací schopnost, která udává jak ddaleko od sebe mohu být dvě nehomogenity, abychom je spolehlivě rozlišili. Za nehomogenitou je mrtvá zóna, kdy přístroj je zahlcen předchozí odezvou a tedy tuto oblast nemůže prověřit. Tyto mrtvé zóny se nacházejí

Nejvýznamnějším prostředek pro zmenšení mrtvé zóny je maskování., které omezuje její negativní vliv (saturaci);na optický detektor. Maskování je založeno na optických přepínačích které programově odvádí část odražené energie mimo detektor. Proto měření probíhá v několika fázích a to první měření bez masky, druhé s maskou v místě nehomogenity a případně se provede součet obou měření ( u tzv. kumulativního měření).