FC 協(xié)議簡(jiǎn)介

     開發(fā)于1988年，最早是用來(lái)提高硬盤協(xié)議的傳輸帶寬，側(cè)重于數(shù)據(jù)的快速、高效、可靠傳輸。到上世紀(jì)90年代末， FC SAN 開始得到大規(guī)模的廣泛應(yīng)用。

     FC 協(xié)議其實(shí)并不能翻譯成光纖協(xié)議，只是FC協(xié)議普遍采用光纖作為傳輸線纜而不是銅纜，因此很多人把FC稱為光纖通道協(xié)議。在邏輯上，我們可以將FC看作是一種用于構(gòu)造高性能信息傳輸?shù)?、雙向的、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行數(shù)據(jù)通道。在物理上，F(xiàn)C是一到多對(duì)應(yīng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的互連鏈路，每條鏈路終結(jié)于一個(gè)端口或轉(zhuǎn)發(fā)器。FC的鏈路介質(zhì)可以是光纖、雙絞線或同軸電纜。

FC協(xié)議棧

FC-0：連接物理介質(zhì)的界面、電纜等；定義編碼和解碼的標(biāo)準(zhǔn)。

FC-1：傳輸協(xié)議層或數(shù)據(jù)鏈接層，編碼或解碼信號(hào)。

FC-2：網(wǎng)絡(luò)層，光纖通道的核心, 定義了幀、流控制、和服務(wù)質(zhì)量等。

FC-3：定義了常用服務(wù)，如數(shù)據(jù)加密和壓縮。

FC-4：協(xié)議映射層，定義了光纖通道和上層應(yīng)用之間的接口，上層應(yīng)用比如：串行 SCSI 協(xié) 議，HBA卡的驅(qū)動(dòng)提供了FC-4 的接口函數(shù)。FC-4 支持多協(xié)議，如：FCP- SCSI ，F(xiàn)C-IP，F(xiàn)C-VI。

光纖通道的主要部分實(shí)際上是FC-2。其中從FC-0到FC-2被稱為FC-PH，也就是“物理層”。光纖通道主要通過(guò)FC-2來(lái)進(jìn)行傳輸，因此，光纖通道也常被成為“二層協(xié)議”或者“類以太網(wǎng)協(xié)議”。

在此重復(fù)：光纖通道并不是 SCSI 的替代；一般而言SCSI是光纖通道的上層。光纖通道一 般是指FC-PHY層：FC0-FC2。術(shù)語(yǔ)FCP，即光纖通道協(xié)議，是指對(duì)SCSI的界面協(xié)議或FC-4層映射。我們這里討論的是光纖通道的內(nèi)在工作原理，而不是指光纖通道協(xié)議。

光纖通道的數(shù)據(jù)單元叫做幀。即使光纖通道本身就有幾個(gè)層，大部分光纖通道是指第2層協(xié)議。一個(gè)光纖通道幀最大是2148字節(jié)，而且光纖通道幀的頭部比起廣域網(wǎng)的IP和TCP來(lái)說(shuō)有些奇怪。光線通道只使用一個(gè)幀格式來(lái)在多個(gè)層上完成各種任務(wù)。幀的功能決定其格式。相比我們?cè)贗P世界中的概念，光纖通道幀格式是奇特而且奇妙的。

光纖通道幀起始于幀開始（SOF）標(biāo)志，隨后是幀頭部，這個(gè)一會(huì)進(jìn)行描述。數(shù)據(jù)，或光纖通道內(nèi)容，緊隨其后，然后是幀結(jié)束（EOF）。這樣封裝的目的是讓光纖通道可以在需要時(shí)被其他類似于TCP的協(xié)議所承載。

FC協(xié)議交換方式

按照連接和尋址方式的不同，F(xiàn)C支持三種拓?fù)浞绞剑?/p>

1. PTP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）：一般用于DAS（直連式存儲(chǔ)）設(shè)置

服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的環(huán)境里都是N_PORT. 通過(guò)一條上行一條下行兩條通道進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取。

2. FC-AL（光纖通道仲裁環(huán)路）：采用FC-AL仲裁環(huán)機(jī)制，使用Token（令牌）的方式進(jìn)行仲裁。光纖環(huán)路端口，或交換機(jī)上的FL端口，和HBA上的NL端口（節(jié)點(diǎn)環(huán)）連接，支持環(huán)路運(yùn)行。采用FC-AL架構(gòu)，當(dāng)一個(gè)設(shè)備加入FC-AL的時(shí)候，或出現(xiàn)任何錯(cuò)誤或需要重新設(shè)置的時(shí)候，環(huán)路就必須重新初始化。在這個(gè)過(guò)程中，所有的通信都必須暫時(shí)中止。由于其尋址機(jī)制，F(xiàn)C-AL理論上被限制在了127個(gè)節(jié)點(diǎn)。

FC-SW（FC Switchedl 交換式光纖通道）：在交換式 SAN 上運(yùn)行的方式。FC-SW可以按照任意方式進(jìn)行連接，規(guī)避了仲裁環(huán)的諸多弊端，但需要購(gòu)買支持交換架構(gòu)的交換模塊或FC交換機(jī)。

光纖信道（FC）中的基本實(shí)體是光纖信道網(wǎng)絡(luò)，與一般分層網(wǎng)絡(luò)不同的是，一個(gè)光纖信道網(wǎng)絡(luò)很大程度上由功能單元以及各單元間接口所指定，各部分組成如下：

N_PORTs – 光纖信道流量終點(diǎn)；

FC Devices –N_PORT 訪問(wèn)的光纖信道設(shè)備；

Fabric Port – 光纖網(wǎng)絡(luò)接口，連接 N_PORT ；

在 N_PORT 間傳輸數(shù)據(jù)幀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

交換結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)下的一組輔助服務(wù)器，包括支持設(shè)備發(fā)現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)地址解析服務(wù)的名稱服務(wù)器。

主要的光纖信道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣M成如下所示：

Arbitrated Loop –N_PORTs 以菊花鏈（daisy-chain）形式連接在一起；

Switched Fabric – 由交換單元組成的網(wǎng)絡(luò)；

Mixed Fabric – 由交換機(jī)和 "fabric-attached" 環(huán)路組成的網(wǎng)絡(luò)。 L_PORT 將 loop-attached N_PORT （NL_PORT）與環(huán)路連接起來(lái)，并且 NL_PORT 通過(guò) FL_PORT 接入該結(jié)構(gòu)。

光纖通道的尋址方式

在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，光纖通道（FC:Fibre Channel）是通過(guò) World Wide Name ( WWN )來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)唯一的設(shè)備。 WWN 是一個(gè) 64 位的地址。WWN 對(duì)于光纖通道設(shè)備就像Ethernet 的MAC 地址一樣都是全球唯一的，它們是由電器和電子工程協(xié)會(huì)(IEEE)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)指定給制造商，在制造時(shí)被直接內(nèi)置到設(shè)備中去的。

通常用 Node WWN 來(lái)標(biāo)示每臺(tái)不同的FC交換機(jī)，它是唯一的;對(duì)于FC交換機(jī)的端口，則使用Port WWPN 來(lái)標(biāo)示交換機(jī)的端口。所以一個(gè)交換機(jī)只有一個(gè) Node WWN 和多個(gè) Port WWPN。 根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)定義，WWN的定義方式有三種，可以見 《深度分析FC/FCOE中WWN的類型定義》 一文所述。

因?yàn)閃WN的地址太長(zhǎng)所以用這個(gè)地址來(lái)尋址的話會(huì)影響到路由的性能。這樣光纖通道網(wǎng)絡(luò)采用了另外一種尋址方案。這種方案是用基于交換光纖網(wǎng)絡(luò)中的光纖端口來(lái)尋址稱為FCID?；诮粨Q光纖網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)端口有一個(gè)唯一的 24 位的地址,FCID，這種FCID就類似TCP/IP中的IP地址。用這種 24 位地址方案，這樣得到了一個(gè)較小的幀頭，這能加速路由的處理。但是這個(gè) 24 位的地址必須通過(guò)某種方式連接到與World Wide Name 相關(guān)聯(lián)的 64 位的地址。

在光纖通道（SAN）環(huán)境中，F(xiàn)C交換機(jī)它本身負(fù)責(zé)分配和維持端口地址。當(dāng)有一個(gè)WWN 登錄到交換機(jī)的某一個(gè)端口時(shí)，交換機(jī)將會(huì)為其分配一個(gè)FCID地址，同時(shí)交換機(jī)也將會(huì)創(chuàng)建FCID和登錄的WWN 地址之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系表并維護(hù)他們的關(guān)系。交換機(jī)的這一個(gè)功能是使用名字服務(wù)器(NAME SERVER)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

名字服務(wù)器其實(shí)是光纖操作系統(tǒng)的一個(gè)組件，在交換機(jī)內(nèi)部運(yùn)行。它本質(zhì)上是一個(gè)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)，光纖設(shè)備在連接進(jìn)來(lái)時(shí)，向該數(shù)據(jù)庫(kù)注冊(cè)它們的值這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程。動(dòng)態(tài)的尋址方式同時(shí)也消除了手工維護(hù)地址出錯(cuò)的潛在的可能，而且在移動(dòng)和改變 SAN 方面也提供了更多的靈活性。

一個(gè) 24 位的FCID地址由三個(gè)部份所組成: Domain,Area,Port組成。
Domain ( 從 23 到 16 位)
Area(從 15 到 08 位)
Port 或仲裁環(huán)物理地址-AL_PA( 從 07 到 00 位)

Domain :端口地址中最重要的字節(jié)是 Domain。這是標(biāo)識(shí)交換機(jī)本身的地址。最多只能達(dá)到256個(gè)地址。除了一些被保留使用的地址外，實(shí)際上只有 239 個(gè)地址可用。這意味著在你的 SAN 環(huán)境中，所在在一個(gè)SAN網(wǎng)絡(luò)中最多只可能達(dá) 239 個(gè)交換機(jī)。同時(shí)Domain 可以用來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)san網(wǎng)絡(luò)一個(gè)FC交換機(jī)的唯一性。

Area :它提供 256 個(gè)地址。地址的這一個(gè)部份被用于識(shí)別個(gè)別的 FL_Ports 環(huán),或它可能被用于當(dāng)做一組F_Port 的識(shí)別符，例如，多端口的一個(gè)光纖卡的識(shí)別符。這意謂著每組端口有一個(gè)不同的 area 編號(hào)，即使對(duì)于只有一個(gè)端口的組也是如此。

Port :地址的最后部份提供 256 個(gè)地址，用于識(shí)別相連的 N_Port 和 NL_Port。

按上面介紹，可以計(jì)算出一個(gè)SAN網(wǎng)絡(luò)最大的地址數(shù)目: Domain x Area x Ports = 239 x 256 x 256=15,663,104 個(gè)地址。

光纖磁盤陣列

采用光纖通道技術(shù)的光纖磁盤陣列有兩層含義，一層是指其對(duì)外即對(duì)主機(jī)使用光纖通道接口連接方式，一層是指其內(nèi)部采用光纖通道技術(shù)來(lái)連接其內(nèi)部的各個(gè)磁盤。

通常意義來(lái)說(shuō)， 光纖磁盤陣列 指的是后一種含義。但在最初光纖磁盤陣列上市的時(shí)候，內(nèi)部往往采用SCSI、SSA 等存儲(chǔ)接口，對(duì)外才是光纖通道接口?，F(xiàn)在越來(lái)越多的光纖磁盤陣列逐漸向內(nèi)外俱是光纖通道接口的方向發(fā)展，這里我們想討論的就是這種磁盤陣列。至于內(nèi)部使用IDE 、SCSI、SSA 等接口技術(shù)、外部使用光纖通道技術(shù)，或者內(nèi)部使用光纖通道技術(shù)，外部使用SCSI等其他接口技術(shù)的磁盤陣列（盡管這有些違背常識(shí)，但這種磁盤陣列的確存在），雖然也是光纖磁盤陣列，但不在我們的討論范圍內(nèi)。

從光纖磁盤陣列的名詞解釋我們可以看出，從硬件構(gòu)成來(lái)說(shuō)它應(yīng)當(dāng)是由一堆磁盤和控制器及內(nèi)外接口組成。一般的中、低端光纖磁盤陣列也正是這種結(jié)構(gòu)：

光纖磁盤陣列 磁盤柜：主要特點(diǎn)是內(nèi)部一般至少采用冗余的雙FC-AL 仲裁環(huán)環(huán)路結(jié)構(gòu)，內(nèi)部硬盤實(shí)際上同時(shí)接在兩條仲裁環(huán)上。而中端磁盤陣列支持的環(huán)路數(shù)更多，可以達(dá)到4 、8 、16條之多。這種多冗余仲裁環(huán)結(jié)構(gòu)最主要的目的就是為了高可用性，它可以防止單個(gè)線路、接口的故障導(dǎo)致整個(gè)陣列的失效。而且每個(gè)環(huán)路采用旁路技術(shù)來(lái)防止無(wú)硬盤接入和硬盤故障對(duì)環(huán)路通信的影響。

本文內(nèi)容來(lái)自《 新浪博客 》，《 WatchStor 》《 datacentersky 》。