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10Gb光纖通道技術及其測試挑戰分析

上網時間: 2006年06月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:10 Gigabit Fibre Channel  10G光纖通道  storage area networks  儲存網路  FC-FS 

本文介紹了10Gb光纖通道(Fibre Channel),將其與1G/2G FC進行比較,並就它與10Gb乙太網路的關係進行了解釋。文章還討論了驗證一台10GFC設備與標準的一致性所需的測試,以及評測誤差性能的方法。

隨著1、2Gb光纖通道開始應用在儲存網路(SAN)中,光纖通道產業已經開始著眼於10Gb光纖通道。這將帶來何種發展趨勢?對評估10G光纖通道產品所需的測試類型又會有何種影響?要全面了解光纖通道向10Gb發展對光產業的影響,首先必須瞭解10Gb光纖通道技術的要求,以及光纖通道標準的變化。

10Gb光纖通道

10Gb光纖通道協議的執行訊號速率為10.518Gbps,其結構與所有數據率下的光纖通道結構相同(見圖1)。光纖通道協議定義了5個功能層,FC-0、FC-1、FC-2、FC-3和FC-4,每層包含的功能如圖1所示。ANSI INCITS 373-2003 (FC-FS)標準對FC-1、FC-2和FC-3層的功能均做了規定。

圖1:光纖通道分層結構。

而針對10Gb光纖通道,FC-FS只對FC-1層的功能做了一些微小的改變。10Gb光纖通道帶來的最大的變化是產生了ANSI INCITS 364-2003 (10GFC)標準,該標準定義了10Gb光纖通道介面的實體層要求。另外,10Gb光纖通道協議不支援針對較低訊號速率定義的仲裁迴路(arbitrated loop)拓樸。

圖2描述了在10GFC標準中定義的10Gb光纖通道埠內的協議組成。除了ANSI以外,ISO/IEC也具備定義光纖通道協議的文件。

10GFC標準

10GFC標準描述了要在一系列不同的FC-0實體層下達到超過10Gbps的數據傳輸率所需滿足的訊號和實體介面要求。另外,該標準還在FC-3層上導入了可選的埠管理功能。標準定義了四種四分之一速率通道(quarter speed lane)光學實體類型的兩種格式,以及一種光纖上的全速通道格式。由於光纖類型上的全速通道格式是三種格式中最常見的,因而本文將對其進行著重介紹,後文中的陳述可能並不適用於前兩種格式。

除了具備較高的傳輸率,10GFC標準還採用了10Gb乙太網路(10GE)的實體層設計,並用64B/66B傳輸碼取代了FC-FS中為1Gb和2Gb光纖通道設計FC-1 8B/10B傳輸碼。儘管對許多已經採用了光纖通道的用戶而言,轉變為8B/10B碼似乎更直接,但64B/66B程式碼卻能實現更高的頻寬效率,並利用現有的10Gb光纖通道技術。在IEEE Std. 802.3ae-2002中針對10GE定義了圖2所示的XGMII(10G媒體獨立介面層)、PCS(64B/66B編解碼功能所在的實體編碼子層)、PMA(實體媒體連接子層)和PMD(實體媒體關聯子層),在10GFC中對這些層的定義得到了擴展,以便使它們能工作在10.518Gbps。值得注意的是,10GE標準中導入了一個特殊的抖動訊號,用於評估接收機在較差條件下的性能。

在10GFC標準中,為了使FC-FS中定義的FC-1資訊能夠適應於XGMII,製作了一個10GFC層,這就使FC-FS中定義的FC-1層功能與10GE中定義的XGMII層功能的標準作業都得以保持不變。

就單通道10Gb光纖通道而言,根據FC-FS的定義,8B/10B傳輸編碼已經不再是FC-1層功能的一部份。但FC-1層功能中仍保留了原語訊號(Primitive Signal)、原語序列(Primitive Sequence)和埠狀態機功能。

10GFC層的功能

10GFC層提供了必要的FC-1層和XGMII層之間的轉換功能。無需對來自FC-2層的數據進行轉換,因為XGMII能夠不改變這些數據而直接傳遞它們。然而,FC-FS和XGMII中對FC-1有序集(ordered set,例如訊框分隔符、原語訊號和原語序列)的定義不同。例如,所有FC-FS有序集都以一個K28.5特殊字符開始,後跟3個決定該有序集含義的位元組。而在10GE中則為每個有序集定義一個控制碼。因此,一個來自FC-1的有序集必須首先轉換成能夠為XGMII識別和支援的格式,才能被傳輸。類似的,一個來自XGMII的有序集也需要轉換成FC-1能夠識別的格式才行。同時,10GFC層也會在將一個來自XGMII的原語序列發送給FC-1功能之前先將其轉換為合適的格式。

圖2:10G光纖通道。

XGMII中並沒有FC-FS中定義的NOS(不可作業性)有序集,10GFC會將FC-FS中的NOS有序集映射到||RF||有序集。來自XGMII的合格的||LF||將轉換為到FC-1層的帶外訊號‘loss_of_sync’。

儘管10GFC利用了10GE中定義的XGMII,出現在10GFC和10GE的XGMII中的資訊流動管理規則卻不同。例如,這兩種技術中,訊框間隙(IFG)、原語序列和原語訊號的產生規則就不同。有關XGMII、PCS、PMA和PMD的詳細資訊可參照IEEE Std. 802.3ae-2002。

10Gb光纖通道的測試

10Gb光纖通道的測試包括實體層測試與協議測試(即FC-2層及以上層的測試)。實體層測試用於評估被測設備(DUT)從一個地點到另一個地點無錯地承載資訊的能力,協議測試則用於評估DUT交換資訊以設立或釋放一個連接的能力,以及依照某特定建議、規格或標準傳送和交換數據的能力。

在進行協議測試之前,必須首先滿足實體層性能要求。10Gb光纖通道的實體層包括FC-1、XGMII、PCS、PMA和PMD子層。其中,PMD子層的性能評估需使用光學儀器,測量波形、時脈以及靈敏度等收發機特性。用來進行接收機測試的儀器比用來進行發射機測試的儀器更難找,因為市場上大部份產品都很難滿足接收機測試對輸入光訊號的特殊要求。

PCS子層和XGMII子層的測試需要特殊的,能夠對DUT發送的64B/66B程式碼進行分析的工具。理想的儀器應該能報告PCS錯誤和統計資訊,擷取並以一個可讀的格式顯示接收到的64B/66B程式碼。這就允許測試對輸入訊號與標準中規定的IFG規則、原始訊號、原始序列和連接故障訊號的一致性進行檢查,因為這些資訊都包含在64B/66B程式碼流中。此外,該儀器還應該能夠產生適當的64B/66B程式碼,允許插入錯誤條件並編輯被傳送的位元,強制DUT接收機進入或跳出規定狀態,以驗證其實現與標準的一致性。一旦FC-1層及以下層測試完畢,就可以透過評估有效載荷的誤碼率(BER)來確定用戶數據性能。

在DUT的傳輸能力通過驗證之後,就必須使用一台10GFC協議測試儀來評估其設立和釋放一個連接、處理資訊流、以及根據標準將用戶數據映射到光纖通道訊號的能力。需要測試的內容很大程度上取決於DUT的屬性及其期望的功能。

作者:Gaoyao Tang

Innocor公司





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