home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Info 1993 / Internet Info CD-ROM (Walnut Creek) (1993).iso / standards / ansi / X3T9 / area17 / 88-160r0.txt < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-05-12  |  19.2 KB  |  474 lines
  1.                                                   X3T9.2/88-160
  2.                                                   December 2, 1988
  3.  
  4.  
  5.  
  6.                To:  X3T9.3 Members
  7.  
  8.           Subject:  Fiber Channel
  9.  
  10.  
  11. The Fiber Channel working group has gathered a considerable amount of 
  12. information on the technology available to implement a Fiber Channel, and 
  13. has also studied various planned and implemented applications.
  14.  
  15. The following attachment represents a summation of the characteristics which 
  16. we expect to provide in the standard, and contains a glossary of terms to 
  17. describe the functions. 
  18.  
  19. At this time, no company has stepped forward with a supported proposal 
  20. suitable for standardization. ICL has provided documentation on its 
  21. implementation of MacroLAN which will be distributed in the next mailing of 
  22. X3T9.3. 
  23.  
  24. It should be recognized that ICL has not committed to active participation 
  25. in editing or the technical development of the Fiber Channel. Tony Salthouse 
  26. provided the technical material at a working group earlier this year and 
  27. with over 20,000 installed nodes it has been a highly successful product. 
  28.  
  29. An appeal has been broadcast for proposals. In the event that nothing 
  30. suitable is volunteered, the ICL documents plus the SCSI, IPI and HSC 
  31. documentation will be used to develop the standard. 
  32.  
  33.  
  34.                                                   Yours sincerely,
  35.  
  36.  
  37.  
  38.  
  39.                                                   I. Dal Allan
  40.  
  41.  
  42.                          Fiber Channel Description
  43.  
  44. 1. Scope
  45.  
  46. The objective of the Fiber Channel is to provide a transport vehicle which 
  47. is capable of replacing the SCSI, IPI and HSC Physical Interfaces with a 
  48. protocol-efficient alternative that provides performance improvements in 
  49. distance and/or speed. 
  50.  
  51. SCSI and IPI commands may be intermixed, without impact on one another, on 
  52. the Fiber Channel. Proprietary and other command sets may also use and share 
  53. the Fiber Channel, but such use is not defined. 
  54.  
  55. The application of the Fiber Channel is to replace the first two layers of 
  56. the following figure, which is a broad generalization of characteristics: 
  57.  
  58.  +--------------+                      +--------------+    +--------------+
  59.  |SCSI Commands |                      |IPI-3 Commands|    | VU Commands  |
  60.  +--------------+                      +--------------+    +--------------+
  61.  
  62.  +--------------+   +--------------+   +--------------+    +--------------+
  63.  |     MSG      |   |    IPI-2     |   |   Packets    |    |Link Layer Ctl|
  64.  |   Packets    |   |   Commands   |   +--------------+    +--------------+
  65.  +--------------+   +--------------+   +--------------+   
  66.  | Half Duplex  |   | Half Duplex  |   | Half Duplex  |    +--------------+
  67.  | Physical I/F |   | Physical I/F |   | Physical I/F |    | Simplex I/F  |
  68.  +--------------+   +--------------+   +--------------+    +--------------+
  69.  
  70. 1.1 General
  71.  
  72. Included is an introduction and definition of terms. 
  73.  
  74. 1.2 General Description 
  75.  
  76. Previous generations of channels have gained performance advantages in the 
  77. transfer of data from a concept variously described as Data Streaming (IPI) 
  78. or Synchronous Transfers (SCSI). This advantage has not been provided by 
  79. protocols, which have relied on Interlocked (IPI) or Asynchronous (SCSI) 
  80. controls. 
  81.  
  82. The Fiber Channel introduces Control Streaming, the ability to stream the 
  83. protocol to improve performance. In addition to reducing the overhead 
  84. associated with processing each step in a protocol from opposite ends of the 
  85. cable, cable transmission delays are reduced to a minimum. 
  86.  
  87. Flow control over data transfers such as Throttling (IPI) is available as 
  88. well as the equivalent to the Prolong Data Streaming (Enhanced IPI) and 
  89. Ready (HSC) signals. 
  90.  
  91. The longer the distance between any two units attached to a Fiber Channel, 
  92. the more important these features become to maximize effective throughput 
  93. and utilization of bandwidth. 
  94.  
  95. The Fiber Channel is optimized for predictable transfers of large blocks of 
  96. data such as used for file transfers between processors (super, mainframe, 
  97. super-mini etc), storage systems (disk- and tape), communications, and to 
  98. output only devices such as laser printers and raster scan graphics 
  99. terminals. 
  100.  
  101. The physical components (cables, conductors, components) and the control 
  102. protocol for the transmission of digital data between pieces of equipment 
  103. are defined by the proposed standard. 
  104.  
  105. The Fiber Channel protocol is simple in order to minimize implementation 
  106. cost and to enhance throughput. The transmission medium is isolated from the 
  107. control protocol so that implementation of point to point links, multidrop 
  108. bus, rings, crosspoint switches, or other special requirements may be made 
  109. in a technology best suited to the environment of use. 
  110.  
  111. Although described as the Fiber Channel there may be three different kinds 
  112. of implementation depending on the technology of implementation. 
  113.  
  114.  +--------------+--------------+--------------+--------------+------------+
  115.  |  Serialized  |  Optical to  |  Serialized  |  Serial to   |  Parallel  |
  116.  |  Fiber       |  Electrical  |  Copper      |  Parallel    |  Copper    |
  117.  |  Channel     |  Conversion  |  Channel     |  Conversion  |  Channel   |
  118.  +--------------+--------------+--------------+--------------+------------+
  119.  
  120. Serialized does not mean that transmission occurs on only one conductor. 
  121. Both control and data signals are multiplexed into one or more conductors. 
  122. Information transfers occur at the high repetition rates associated with 
  123. communications technology. 
  124.  
  125. A parallel copper channel should represent a relatively small step for the 
  126. existing SCSI and IPI, as the installed base will be able to more easily 
  127. identify with the new physical interface. 
  128.  
  129. The only advantage to a parallel version of IPI would be the Control 
  130. Streaming service, and this is unlikely to provide enough technical 
  131. advantage to justify its implementation. 
  132.  
  133. There are several features desired in SCSI-3 which will affect the existing 
  134. SCSI physical interface, and if new silicon is needed then it would be 
  135. desirable that it be a decomposition of the serialized Fiber Channel. 
  136.  
  137. Systems integrators will be able to take advantage of the a common channel 
  138. architecture over several physical media. Fiber is well-suited for use over 
  139. long distances and copper is an inexpensive medium over short distances and 
  140. cabling internal to the cabinet. 
  141.  
  142. Given the ability of technology in serialized transfers, it is estimated 
  143. that the signal count for a parallel implementation will be about 25:1 over 
  144. fiber i.e. a 2-fiber Fiber Channel would be the equivalent of a 50-pin 
  145. parallel implementation. 
  146.  
  147. 1.3 Performance 
  148.  
  149. Multiple physical implementations may be made of the Fiber Channel, and the 
  150. technology of each will dictate the performance achievable per conductor, 
  151. and more than one conductor can be ganged together to build a composite 
  152. transfer rate many times higher than the speed of a minimum attachment. 
  153.  
  154. The Fiber Channel uses level definitions similar to those of IPI.
  155.  
  156.  - FC-0 defines the cabling medium, connectors and transmission criteria
  157.  - FC-1 defines the signaling protocol
  158.  
  159. The Fiber Channel signaling protocol is consistent across a range of 
  160. different FC-0 implementation alternatives. Transmission criteria such as 
  161. framing and the data reduction scheme are not part of the signaling 
  162. protocol. There are at least three types of data reduction choices which 
  163. shall be FC-0 dependent, and not affect the FC-1 protocol. 
  164.  
  165.  - encoding 
  166.  - scrambling
  167.  - naked transmission with in-line error detection and correction 
  168.  
  169. If a Fiber Channel was implemented with an FDDI-compatible FC-0 then the 
  170. nominal repetition rate of the transmitters/receivers would be 125 MHz. FDDI 
  171. uses a 4B/5B code which reduces this to a data transfer rate of 100 Mbs. 
  172. Assuming all-FDDI transmission characteristics, the transfer rate of a Fiber 
  173. Channel with three additional Data Bus Groups would be 50 MBs over a 
  174. distance of up to 2 Km. 
  175.  
  176. The performance goal of the Fiber Channel is to provide at least equivalent, 
  177. and preferably superior, transfer rates to the existing Physical Interface 
  178. definitions of SCSI, IPI and HSC (which covers a range from 1.5 MBs to 100 
  179. MBs with one cable).
  180.  
  181. A minimum Fiber Channel Physical Interface consists of control signaling and 
  182. one Data Bus Group. Additional Data Bus Groups may be added to increase the 
  183. transfer rate. If the additional Data Bus Groups are physically contained in 
  184. separate cables, they may have associated minimum signaling to control 
  185. transfer timing. 
  186.  
  187. The media choices for typical Fiber Channel configurations are:
  188.  
  189.  - a copper plant for distances up to 300M.
  190.  - a multimode fiber plant for distances up to 2 KM. 
  191.  - a single mode fiber plant for distances up to 50 KM.
  192.  
  193. A single installation may contain more than one cabling plant but the 
  194. various transmission media cannot be mixed and matched without conversion 
  195. through an adapter. 
  196.  
  197. The signaling and control sequences are low in overhead. On large 
  198. multiplexed file transfers the effective transfer rate shall approach the 
  199. nominal maximum. 
  200.  
  201. A unit which initiates an action on the Fiber Channel is solely responsible 
  202. to terminate the action by removing the control signaling associated with it 
  203. i.e. there is closure of the control signaling between source and 
  204. destination. 
  205.  
  206. A single cable may be used for point-point and ring configurations. This is 
  207. more susceptible to a single point of failure than having two primary buses. 
  208. The latter lends itself to star configurations as well as rings. 
  209.  
  210. A Fiber Channel could be cables using a single Primary Bus e.g.
  211.  
  212.      +------+                      +------+                      +------+
  213.  +=> |      | (m)================> |      | (n)================> |      |==+
  214.  +===|======|======================|======|======================|======|==+
  215.      +------+         m>0          +------+          n>0         +------+
  216.  
  217.                Figure 1-1  Single Primary Bus Configuration 
  218.  
  219. A Fiber Channel can be cabled with two Primary Buses between each unit e.g.
  220.  
  221.      +------+                      +------+                      +------+
  222.      |      | (m)================> |      | (n)================> |      |
  223.      |      | <================(n) |      | <================(m) |      | 
  224.      +------+     m>0    n>0       +------+     m>0    n>0       +------+
  225.  
  226.            Figure 1-2  Dual Single Primary Bus Configuration 
  227.  
  228. A Fiber Channel can have additional Data Bus Groups, which may be asymmetric 
  229. e.g. if there is a higher transfer rate required for input to an attachment, 
  230. then there may be more Data Bus Groups on Input than on Output. 
  231.  
  232. By adding seven Data Bus Groups to Input, an attachment could have a 
  233. bandwidth asymmetry of 8:1. This ability could prove useful to output-only 
  234. devices such as laser printers or high resolution monitors. Reconfiguration 
  235. of this capability on a dynamic basis is outside the scope of this proposal. 
  236.  
  237.  
  238. 2. Definition of Terms
  239.  
  240. Burst
  241.  
  242. A burst is the lowest indivisible element of an Information Transfer which 
  243. may be sent between a source to a destination. Signal conditions established 
  244. during transmission of a burst are used to identify whether or not an 
  245. Information Transfer is to be terminated at the end of the burst or followed 
  246. without interruption by another burst. The length of a burst is defined by 
  247. the Burst Prefix. 
  248.  
  249. Burst Prefix 
  250.  
  251. The control information preceding an Information Transfer burst.
  252.  
  253.       +-----+-------------------------+      +-----+--------------+
  254.       |   0 | Bit   7 - IPI-3         |      | 1-3 | Burst Size   |
  255.       |     | Bit   6 - IPI-2         |      +-----+--------------+
  256.       |     | Bit   5 - SCSI          |      |   4 | Source       |
  257.       |     | Bit   4 - Vendor Unique |      |   5 | Destination  |
  258.       |     | Bit 3-1 - Reserved      |      +-----+--------------+
  259.       |     | Bit   0 - Link Member   |      | 6-7 | Burst Number |
  260.       +-----+-------------------------+      +-----+--------------+
  261.  
  262. Burst Suffix
  263.  
  264. A single word of information sent from a source to a destination at the end 
  265. of each burst. If the contents of the word are all zero there is no error 
  266. checking on the integrity of the transfer. If the contents are nonzero, then 
  267. the word contains the integrity check data for a polynomial previously 
  268. agreed upon by the source and destination. 
  269.  
  270. NOTE: Neither the Burst Transfer Prefix nor the Burst Transfer Suffix are 
  271. included in the packet length. 
  272.  
  273. Control Streaming
  274.  
  275. Actions initiated by a source are concatenated together on the assumption 
  276. that the destination will accept the entire sequence e.g. a SCSI or IPI 
  277. sequence to write data requires an acknowledgment from the destination 
  278. between selection, command transfer and data transfer. With Control 
  279. Streaming the source concatenates them so that there is no cable delay 
  280. between each. If the source accepts the sequence it responds with 
  281. concatenated sequences that the source uses to confirm that the actions were 
  282. accepted. 
  283.  
  284.  
  285. Conductor
  286.  
  287. A single entity capable of carrying control and/or data signals. A conductor 
  288. may consist of more than one element e.g. if a Fiber Channel conductor was 
  289. implemented using differential logic then there would be two physical pieces 
  290. of twisted pair wire used to carry the signals. 
  291.  
  292. Data Bus Group 
  293.  
  294. A set of conductors which carry data. The number of conductors in a group is 
  295. a function of the technology used. More than one Data Bus Group may be added 
  296. to the Primary Bus to increase the bandwidth of the Fiber Channel. 
  297.  
  298. Destination
  299.  
  300. This term describes the equipment to which information flows. A destination 
  301. may be a master or slave (IPI), initiator or target (SCSI). 
  302.  
  303. NOTE: It is possible for information to be transferred from one Source to 
  304. more than one Destination by using the Link Member in the Burst Prefix.
  305.  
  306. Duplex
  307.  
  308. A configuration consisting of two Primary Buses, each transferring in a 
  309. different direction. Typically, but not necessarily, the number of Data Bus 
  310. Groups in each direction is the same. 
  311.  
  312. Information Transfer
  313.  
  314. Information transferred which may be data, commands or responses. 
  315.  
  316. Connection
  317.  
  318. A sequence of signals between a source and destination prior to performing 
  319. an Information Transfer. 
  320.  
  321. Disconnection
  322.  
  323. A sequence of signals between a destination and source following an 
  324. Information Transfer. A logical connection is required to perform further 
  325. Information Transfers. 
  326.  
  327. Multiplex
  328.  
  329. The ability to intermix data bursts for each packet on the interface with 
  330. control sequences between each burst. Data bursts for different packets may 
  331. be intermixed and are identified as such by the source in the Burst Prefix.
  332.  
  333. Packet
  334.  
  335. A transfer sent during one logical connection which may be composed of one 
  336. or more bursts. No maximum size is specified by the channel but a maximum 
  337. may be required by a higher level protocol. 
  338.  
  339. Primary Bus
  340.  
  341. The minimum number of conductors necessary to carry the signaling protocol 
  342. and one Data Bus Group. In a serialized implementation, this could be a 
  343. single conductor. A Fiber Channel requires two Primary Buses, one for Input 
  344. and the other for Output. 
  345.  
  346. Source
  347.  
  348. This term describes the equipment from which information flows. A source may 
  349. be a master or slave (IPI), initiator or target (SCSI). 
  350.  
  351. Unit
  352.  
  353. A unit defines any equipment which is attached to the Fiber Channel and is 
  354. capable of executing the signaling sequences of the Fiber Channel. 
  355.  
  356.  
  357. 4. Physical Specifications
  358.  
  359. 4.1 Electrical
  360.  
  361. Parallel to serial conversion can be done with chips available on the 
  362. market, such as the AMD TAXI chip. There are other competitive components.
  363.  
  364. Input to the TAXI chip is byte wide and the output is an encoded bit serial 
  365. data stream suitable for export over coaxial or fiber optic cables. Each bit 
  366. serial stream is rated at 12.5 MBs.
  367.  
  368. Suitable transmitters/receivers are needed to support the physical medium 
  369. chosen. 
  370.  
  371. 4.2 Cable and Connector Specifications
  372.  
  373. The cables and connectors are TBD.
  374.  
  375. It is desirable that a compact form factor be used to suit the smaller 
  376. cabinetry of today's computers. Recommendations on these is solicited from 
  377. connector and cable manufacturers. 
  378.  
  379. Parallel fiber is available in a cable size that is significantly smaller 
  380. than coaxial but the connectors are quite large. 
  381.  
  382.  
  383. 5. Functional Criteria
  384.  
  385. The following is a list of characteristics and criteria which represent the 
  386. domain of operation of the Fiber Channel. A rough but not completely 
  387. inaccurate grouping was made into major categories. This list was developed 
  388. at a working group focused on Functional Requirments.
  389.  
  390. 5.1 Application
  391.  
  392.  - Resources dedicated to a single operating system
  393.  - Closed system i.e. defined set of resources
  394.  - No provision for inter-networking
  395.  - Known topology
  396.  - Path implicit from address
  397.  - Master-Slave relationship may be dynamic
  398.  - Designed for the control of peripherals
  399.  - IPI and SCSI devices can coexist on the same channel 
  400.  - Multiple processors can coexist on the same channel
  401.  - Coordinated access to shared peripherals
  402.  - Compatible with existing SCSI and IPI-3 command sets
  403.  
  404. 5.2 Cost/Distance
  405.  
  406.  - Able to use multiple technology choices
  407.  - Achieve approximate cost parity with a copper connection in an equivalent 
  408.    environment
  409.  - Medium designed to accommodate future product generations
  410.  - High performance and long distance possible at a cost premium that scales 
  411.    with the parameters
  412.  - Cost effective at 50 meters, and designed to promote operation over 
  413.    longer distances
  414.  
  415. 5.3 Environment
  416.  
  417.  - Office compatible in terms of "weather" and shock and vibration
  418.  - User education requirements equivalent to FDDI, and greater than for 
  419.    existing copper interfaces
  420.  
  421. 5.4 Fault Tolerance
  422.  
  423.  - Feasible to create configurations with no single point of failure
  424.  - Support multiple pathing
  425.  - Continue operations with attachments powered off
  426.  - Support on-line servicing
  427.  - Permit operation-critical active elements if have acceptable MTBF
  428.  - Support system detection and isolation of all failures (including 
  429.    tolerated ones)
  430.  
  431. 5.5 Speed
  432.  
  433.  - Repetition rate dependent on technology 
  434.  
  435. 5.6 Performance
  436.  
  437.  - Performance expressed as burst data rate in real bytes
  438.  - Granularity of 5, 10, 50 and 200 Megabytes/second
  439.  - 80% protocol efficiency @ 4K burst and maximum number of units attached 
  440.  - Hardware error detection on tbd boundaries
  441.  - Flow control supported
  442.  
  443. 5.7 Distance
  444.  
  445.  - Distance can vary with different physical medium:
  446.      Optical - 5M to 2KM with a median of 500M
  447.      Copper  -  0 to 10M
  448.  
  449. 5.8 Error Rates
  450.  
  451.  - Random bit error rates on medium are a product of the technology
  452.  - Error rate of catastrophic events e.g. control protocol failure are 10E12 
  453.    on optical medium
  454.  - Aim for copper to achieve same rates (have EMI concerns)
  455.  
  456. 5.9 Protocol etc
  457.  
  458.  - Low latency control protocol
  459.  - Minimize station delays
  460.  - Provide for power sequencing
  461.  - Limited number of connections to 32
  462.  - Channel length (of all connections) measured at 20 usec (4KM) round trip 
  463.    for performance judgments
  464.  - A connection is the sum of all components from PCB trace to PCB trace 
  465.  - Cable costs are additional to the estimated cost of a connection 
  466.  - A connection will offer at least the same MTBF as SCSI or IPI today
  467.  - A limit will be set for the number of passive connector pairs between 
  468.    active units
  469.  - Connector footprint <= equivalent SCSI or IPI today
  470.  - Fiber Channel can achieve higher transfer rates using parallel conductors
  471.  - Fit into confined spaces with tight cable bend (not worse than Fast SCSI, 
  472.    Enhanced IPI, or HSC cable)
  473.  
  474.