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了解光纤通道Fibre Channel

发布时间: 2008年09月08日
自从10多年前赢得了传输协议之争的胜利后,光纤通道成为如今大多数SAN(存储局域网)技术的基础。

如果没有一个叫做SCSI的建筑在其上方的技术,光纤通道将很少被使用。光纤通道是一种底层的传输数据的协议,但是就主机而言,它们一般是通过SCSI进行通讯的。在SAN中,网络集线器,交换机和HBAs(主机总线适配器) 都叫做光纤通道,而使用SAN存储方式的应用仍然使用我们所熟悉的协议,如SCSI。

设计光纤通道的目的是为了建立一个高流量,低延迟,可靠而且可升级的协议。正是为了满足高存储需求,以太网才采用了这种技术。光纤通道目前的上行速度可以达到10Gb/s,标准的主机连接速度可以达到4Gb/s,而且光纤通道提供小型连接器。

SCSI电缆会随着时间而不稳定,而小股的光纤显然更容易管理。连接到一个光纤通道SAN(每个主机多个HBAs,光纤,以及交换器)所需要的设备非常昂贵,这也是SAN技术需要很长时间才能得到广泛应用的主要原因。

拓扑

实际上,两种不同的协议,或拓扑,构成了光纤通道协议。光纤通道支持所有的拓扑方式,但是拓扑方式影响到协议改变的方式。下面是目前支持的三种拓扑方式:

PTP(点对点):一般用于DAS(直连式存储)设置

FC-AL(光纤通道仲裁环路):光纤环路端口,或交换机上的FL端口,和HBA上的NL端口(节点环),支持环路运行。

FC-SW(FC Switched 交换式光纤通道):在交换式SAN上运行的方式。

FC-AL运行有兼容问题,但是有时候因为一个设备不支持FC-SW,因此没有选择。一个集线器只有在FC-AL模式下工作,因而相连的主机也得如此。当一个设备加入FC-AL的时候,或出现任何错误或需要重新设置的时候,环路就必须重新初始化。在这个过程中,所有的通信都必须暂时中止,因此对一些应用来说会产生一些问题。由于其寻址机制,FC-AL理论上被限制在了127个节点,但是实际上更接近20。FC-AL目前大多数都是用于特殊用途,包括但不限于内部磁盘阵列通信,以及高端服务器的内部存储。

FC交换机可以按照你喜欢的任意方式进行连接,因为光纤通道协议本身规避了循环错误的可能。以太网就没有这么幸运了,虽然其使用的寻址架构的上限是239台交换机。光纤交换机使用FSPF,一种类似于IP世界中OSPF的链路状态协议,以此保证不会循环错误,并保证高效率的连接。

光纤网络一般按两种方式设计:一个大星,或者一个大星加上边缘交换机。一般称之为"中心式"或"中心-边缘式"。一般而言,一个SAN包括两种这种网络,而且每个主机的HBA或存储设备的控制器连接到每个网络。这里不需要像FC-AL拓扑结构那样需要将这些网络隔离开来。即使是采用FC-SW设置,它还是可以提供完全的隔离,并保证一个光纤网络的问题不会影响到其他网络。例如,一个FSPF的重新计算,会导致服务的短暂中断。

端口

如同上面所提到过的,SAN有不同的端口类型,可能会导致一些疑惑。这里澄清一些术语:

N端口:Node Port节点端口;节点连接点;光纤通道通信的终端

F端口:Fabric Port 光纤端口;一种交换连接端口,也就是两个N端口连接的"中间端口"

NL端口:Node Loop Port 节点环路端口;通过它们的NL端口连接到其他端口,或通过一个单独的FL端口连接到交换后的光纤网络;或是NL端口连接到F端口到F端口到N端口(通过交换机)

FL端口:Fabric Loop Port光纤环路端口;一种共享的位AL设备提供进入光纤网络服务的端口;例子,NL端口到FL端口到F端口到N端口

E端口:Expansion Port 扩展端口;用于通过ISL(内部交换链接)连接多个交换机

G端口:Generic Port 通用端口;可根据连接方式,在F端口和E端口之间进行切换

TE端口:Trunked Expansion Port 汇聚的扩展端口;为了获得高流量而将多个E端口连接在一起

如果是一个单独的SAN交换机,你一般只会看到F端口和FL端口。知道它们之间的区别还是有帮助的。如果是FL端口则意味着你在讨论FC-AL,而且该端口连接的是集线器。集线器只能在FC-AL下工作,或其他特别的环境。如果连接的设备仅支持环路,那么端口将自动设置为FL端口,否则为F端口。一些品牌的FC交换机如果不支付更高的许可费用的话,则不能获得E端口。除非你计划将多个交换机连接起来,否则没有必要考虑这个。

光纤通道层

光纤通道拥有自己的层,因此实际上,即使是为了理解方便而把它称为"类以太网"也不是很准确。它们是:

FC-0:连接物理介质的界面;电缆等

FC-1:传输协议层或数据链接层,编码或解码信号

FC-2:网络层,光纤通道的核心

FC-3:常用服务,例如寻线组

FC-4:同SCSI,iSCSI,FCP,IP以及其他应用的协议映射

光纤通道的主要部分实际上是FC-2。FC-PH是指从FC-0到FC-2,被称为"物理层"。

光纤通道同时也有自己的命名和寻址机制,它们导致了前述的FC-AL和FC-SW的限制。下一次,我们将讨论FC-2的表头格式,以及光纤通道的地址分配和命名机制。

小知识

FC (光纤通道)是传输机制,而且SCSI或甚至IP都是光纤通道的上层

FC-AL是环路,所有连接的设备连接各自的其他设备,而且一次重新初始化需要整个SAN的重新初始化

端口类型告诉我们实际上发生什么,并且在观察交换机设置的时候知道这些端口的含义可以帮助我们理解其视觉上的拓扑结构。
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