光纖通道和存儲區(qū)域網(wǎng)

1、05 光纖通道和存儲區(qū)域網(wǎng)湖北文理學(xué)院 數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)學(xué)院課程目的：2341光纖通道層次模型物理結(jié)構(gòu)、FC0、FC1、FC2、FC3、FC4存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、仲裁環(huán)SAN、交換網(wǎng)SAN采用存儲區(qū)域網(wǎng)的企業(yè)信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置例如光纖通道和存儲區(qū)域網(wǎng)光纖通道層次模型物理結(jié)構(gòu)FC-0：物理接口和介質(zhì)FC-1：傳輸協(xié)議FC-2：成幀和信令協(xié)議FC-3：公共效勞鏈路效勞交換網(wǎng)效勞：名字效勞器和控制器FC-4：上層協(xié)議映射存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)仲裁環(huán)SAN交換網(wǎng)SAN采用存儲區(qū)域網(wǎng)的企業(yè)信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置例如1 光纖通道層次模型光纖通道光纖通道又稱FCFiber Channel；是當(dāng)前存儲網(wǎng)絡(luò)實際使用的主流技術(shù)；光纖

2、通道是一種千兆位傳輸技術(shù)，目前的實現(xiàn)支持最高可達10Gbps的傳輸速率；光纖通道協(xié)議光纖通道從下到上分為5層：物理層傳輸協(xié)議層幀和信號協(xié)議層公共效勞層FC-0FC-3FC-2FC-1FC-4銅，光連接8b/10b編碼FC-AL、FC-AL-2光纖物理與信號接口 FC- PH、FC-PH2、FC-PH3 SCSI-3命令集映射FC鏈路封裝FC-LEFC-ATMSCSI-3IPATMIPI-3命令集映射物理和信令層高層光纖通道模型層次FC-0為各種介質(zhì)類型、所允許的長度和物理信號建立了標(biāo)準FC-1提供數(shù)據(jù)編碼和解碼的工具，還了訪問介質(zhì)的命令結(jié)構(gòu)FC-2定義如何把上層應(yīng)用傳下來的數(shù)據(jù)塊切分成幀，也包

3、含對各種效勞類別的定義和流量控制機制FC-3定義了公共效勞，例如多路復(fù)用和地址綁定功能FC-4為光纖通道提供與上層應(yīng)用的接口，它定義了把應(yīng)用協(xié)議映射到下面的光纖通道網(wǎng)絡(luò)。光纖通道協(xié)議映射ATMFC - ATMIPFC鏈路封裝FC - LESCSI-3SCSI 3命令集映射 IPI - 3 命令集映射 (IPI-3 STD)FC-4FC - AL -2FC-3通用服務(wù)FC-0FC-1FC-2光纖物理與信號接口 ( FC- PH， FC-PH2， FC-PH3 )物理變換編碼 / 解碼結(jié)構(gòu)協(xié)議FC - AL8b/10b 編碼銅， 光連接光纖通道模型與OSI參考模型光纖通道的層次根本上相當(dāng)于OSI參

4、考模型的低層，并且可以看成是數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)。光纖通道采用五層模型結(jié)構(gòu)，但是所分的層不能直接映射到OSI模型的層上。其中FC-0到FC-3對應(yīng)OSI的物理層、鏈路層，F(xiàn)C-4是為上層應(yīng)用協(xié)議(如SCSI、IP等等)提供到光纖通道的接口 光纖通道地址OSI模型應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層以太網(wǎng)和TCP/IP應(yīng)用層(i.e. POP3， SMTP， DNS， DHCP，F(xiàn)TP， WWW 協(xié)議)TCP / UDP動態(tài) IP 地址7固定 MAC 地址x00-00-0E-21-17-6B物理接口光纖通道高層協(xié)議 (ULP)FC-4: ULP MappingFC-3: 通用服務(wù)動態(tài) Na

5、tive 地址 (8/24-bits)固定 World-Wide Name (64-bits)FC-1: 8b/10b 編碼FC-0:物理接口光纖通道可以在沒有任何高層協(xié)議支持的條件下生成所有網(wǎng)絡(luò)地址(固定與動態(tài)) 智能!光纖通道的優(yōu)點為上層協(xié)議(SCSI， IP等)提供一個通用硬件傳輸平臺。高速: 現(xiàn)在可以提供4Gbit(400MB)/秒的數(shù)據(jù)傳輸速率， 全雙工專有連接，未來可升級至10Gbit/秒無阻塞數(shù)據(jù)傳輸最大10公里連接距離(通過擴展器可連接上千公里，非常適于災(zāi)難恢復(fù)應(yīng)用)先進的流控制系統(tǒng)保證數(shù)據(jù)按順序傳輸.不存在無線電信號散射 (RFI)，從而消除了電磁信號串行數(shù)據(jù)傳輸， 每傳輸一

6、位需要納秒(極小的時間延遲)使用8b/10b編碼方式將8位轉(zhuǎn)換為10b格式進行串行傳輸(內(nèi)置時鐘信號)最多可以連接1千6百萬個節(jié)點(交換Fabric模式)強大的錯誤更正能力(位錯誤率 = 1x10-12)， 比原有銅連接網(wǎng)絡(luò)強大1000倍2 物理結(jié)構(gòu)光纖通道支持的傳輸介質(zhì)光纖銅纜FC線纜Glass CoreGlass CladdingCoatingGlass CoreGlass CladdingCoatingMultimode FiberSingle-mode FiberMultimode FibreInput to fiberOutput from fiberLEDOptical Recei

7、ver50m up to 500 Metersor 62.5m up to 300 MetersSingle Mode FibreSingle path-length, or mode, imposed by the fiber preserves the shape of the pulseLEDOptical Receiver9m up to 10 KilometersInput to fiberOutput from fiber點對點Point-to-Point 仲裁環(huán)Arbitrated Loop交換式Switch Fabric光纖通道拓撲結(jié)構(gòu)光纖通道拓撲結(jié)構(gòu)點對點只能連接 2個設(shè)備(

8、直接連接)雙向連接交換式 Fabric最多支持1千6百萬個設(shè)備(光纖通道交換機)雙向連接Arbitrated Loop (仲裁環(huán))最多支持126個設(shè)備(光纖集線器)單向連接Point to Point主機ProcessorMemoryI/O BusN_Port 0BridgeTXRX200 MB/sRXTX磁盤柜N_Port1控制器Transmit (TX) 信號發(fā)射 Receive (RX) 信號接收Fibre Channel Arbitrated LoopTXRXNL_port 0TXRXNL_port 3RXTXNL_port 1RXTXNL_port 2最大連接126的節(jié)點FC-ALP

9、ronounced “F-kalSwitched FabricFabricTXRXN_port 0TXRXN_port 1TXRXN_port 2TXRXN_port 3TXRXN_port 4224 = 16 million nodes possibleF_port AF_port EF_port DF_port CF_port B光纖通道端口類型設(shè)備 (節(jié)點)端口N_Port = “Fabric直接連接設(shè)備描述一個端口作為端點設(shè)備效勞器、存儲設(shè)備，也稱為結(jié)點，參加交換網(wǎng)絡(luò)拓撲或點到點拓撲的能力。N端口在光纖通道SAN的通信中代表存儲發(fā)起者和目標(biāo)。它們有管理幀的責(zé)任。L_Port = “Lo

10、op環(huán)仲裁環(huán)使用與交換網(wǎng)不同的協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換。這里的L表示Loop環(huán)。L端口描述一個端口作為一個端點設(shè)備效勞器、存儲設(shè)備參加仲裁環(huán)拓撲的能力。L端口較多地用于早期端點設(shè)備，現(xiàn)代端口設(shè)備普遍配置NL端口代替L端口。NL_Port = 結(jié)點和環(huán)端口NL端口同時具有N端口和L端口的能力。一個NL端口既可以連到一個交換網(wǎng)，也可以連到一個仲裁環(huán)。 端口鏈接輸入輸出 點對點 Arbitrated Loop Fabric交換機端口E_Port = “擴展端口 (交換機到交換機)二個光纖通道交換機通過E端口連接在一起。這里的E表示Expansion擴展。E端口使得連接到二個不同交換機的端點設(shè)備可以互相傳送數(shù)

11、據(jù)。光纖通道交換機通過E端口在整個通道網(wǎng)絡(luò)上中轉(zhuǎn)信息。F_Port = “Fabric端口是N端口在光纖通道交換機中的對接點。F端口知道怎樣把一個N端口發(fā)送的幀通過光纖通道網(wǎng)絡(luò)傳遞給所希望的端點設(shè)備。FL_Port = “Fabric Loop端口交換機的FL端口允許把一個交換網(wǎng)連接到一個仲裁環(huán)。FL、NL和L端口都可以用來構(gòu)成仲裁環(huán)。G_Port = “普通(Generic)端口 可以轉(zhuǎn)化為E或F現(xiàn)代光纖通道交換機可以自動配置它們的端口。這樣的端口稱為G端口。根據(jù)連接情況可以在E端口和F端口之間切換。B_Port = “橋接(Brigde)端口 通過ATM或SONET/SDH把二個光纖通道交

12、換機連接在一起。Fabric端口狀態(tài)Fabric節(jié)點 N_PortF_PortF_PortE_PortE_PortFL_Port節(jié)點N_Port交換機 2交換機 1節(jié)點NL_Port節(jié)點NL_PortU_Port3 FC-0：物理接口和介質(zhì)FC-0FC-0是物理層底層標(biāo)準。定義傳輸介質(zhì)、傳輸距離、信號機制標(biāo)準、定義光纖、銅線接口及電纜指標(biāo)。FC-0層定義了連接的物理端口特性，包括介質(zhì)和連接器驅(qū)動器、接收機、發(fā)送機等的物理特性、電氣特性和光特性、傳輸速率以及其它的一些連接端口特性。物理介質(zhì)有光纖、雙絞線和同軸電纜。定義系統(tǒng)中的物理鏈路，包括線纜、接插件和光電參數(shù)，指定使用什么樣的物理信號傳輸二進

13、制位1和0。在SCSI總線中，每一比特都有自已的數(shù)據(jù)線，并且另有控制線。與此不同的是，光纖通道通過單條線路順序地發(fā)送二進制數(shù)位。線纜連接器與收發(fā)器光纖銅線50光纖線纜種類多模：Multi-mode Fiber纖芯直徑為50或主要用于短距離的系統(tǒng)中低于 2km，如房屋通信系統(tǒng)、個人專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等單模：Single-mode Fiber纖芯直徑為9m長距離和高帶寬方面的應(yīng)用125 um cladding125 um cladding50 um core62.5 um core125 um cladding9 um core50/125 500 meters62.5/125 240 meters9/

14、125 10 kilometers介質(zhì)100MBps200MBps400MBps1GBps(串行)1GBps(4路)1GBps(CWDW)銅纜柜內(nèi)24m銅纜柜間59m光纖62.5um300m90m50m33m75m290m光纖50um500m300m175m82m150m290m光纖50um(高帶寬)300m300m550m光纖9um10000m2000m2000m10000m10000m4 FC-1：傳輸協(xié)議FC-1：傳輸協(xié)議定義光纖通信的編碼和解碼規(guī)那么。FC-1根據(jù)ANSI X3 T11標(biāo)準，規(guī)定了8b/10b的編碼方式和傳輸協(xié)議，包括串行編碼、解碼規(guī)那么、特殊字符和錯誤控制。傳輸編碼必

15、須是直流平衡以滿足接收單元的電氣要求。特殊字符確保在串行比特流中出現(xiàn)的是短字符長度和一定的跳變信號，以便時鐘恢復(fù)。8b/10b碼在現(xiàn)實中的應(yīng)用是穩(wěn)定和簡單的。數(shù)字傳輸技術(shù)中的時鐘同步問題在所有的數(shù)字傳輸技術(shù)中，發(fā)送器和接收器都必須同步它們的時鐘脈沖頻率。并行總線中，總線時鐘通過附加的線路傳送串行傳輸中，接收器必須從數(shù)據(jù)流中再生傳輸時鐘曼徹斯特編碼8b/10b編碼把一個8位字節(jié)轉(zhuǎn)換成一個10位字符后，再在通信介質(zhì)上傳送。IBM公司首先開發(fā)出了8b/10b編碼算法；對于光纖通道，也意味著100MBps的數(shù)據(jù)傳送將需要1Gbps的傳輸速度。千兆以太網(wǎng)使用8b/10b編碼有序集傳輸字用來作控制信號，主

16、要有以下的作用：數(shù)據(jù)幀分界符原語信號原語連續(xù)信號5 FC-2：成幀和信令協(xié)議FC-2：成幀和信令協(xié)議交換、序列和幀流控制效勞類別FC-2層的作用FC-2層定義了傳輸機制，包括幀格式、流量控制和效勞質(zhì)量等。利用FC-1層提供的發(fā)送和接收傳輸字的根本功能來執(zhí)行更復(fù)雜的功能，這些功能又作為根本功能提供給更上層FC-3等。FC-2指定獨立于上層協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸機制。它是自我配置的，支持點到點、仲裁環(huán)和交換網(wǎng)的環(huán)境。FC-2確定通過光纖通道網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元可以有多大，它調(diào)節(jié)流控制，保證發(fā)送方僅以接收方可以處理的速度發(fā)送數(shù)據(jù)，它還定義了適合于各種應(yīng)用需求的效勞類別。5.1 交換、序列和幀交換光纖通道中最高

17、層的語法叫做交換。定義了在二個端點設(shè)備之間的一條邏輯通信連接交換由序列組成。一個交換可以只有一個序列。交換既可以是單向的，也可以是雙向的，比方兩個N/L/NL端口之間互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。作為頂層結(jié)構(gòu)，交換一般在相對較長的時間間隔內(nèi)才發(fā)生。端口間的交換并不阻止參與的端口和其他端口交換信息。一個端口可以管理幾個交換。序列是從發(fā)送方向接收方傳送的一個數(shù)據(jù)單元。同一時刻，在一個交換內(nèi)部只能有一個序列在傳送。FC-2保證序列以與在發(fā)送方發(fā)送時同樣的順序投遞給接收方，且僅當(dāng)一個序列的所有的幀都到達接收方時，才會把該序列投遞給下一個較高的協(xié)議層。例：一個序列可以代表一個文件的寫過程或者代表數(shù)據(jù)庫的一個事務(wù)處

18、理。序列1序列1序列1 幀1序列1 幀2序列1 幀3序列2 幀1序列2序列2端口2端口1交換光纖通道的幀格式光纖通道的幀可分成二種控制幀數(shù)據(jù)幀控制幀不含數(shù)據(jù)載荷數(shù)據(jù)幀最多可達2112字節(jié)的有用數(shù)據(jù)。幀=幀起始界標(biāo)+頭部+載荷+CRC+幀結(jié)束界標(biāo)光纖通道的字節(jié)長度必須是4的整數(shù)倍，否那么，必須要用額外的字節(jié)來填充至4個字節(jié)的整數(shù)倍?？蛇x的幀頭字段：用來擴充幀的功能幀的最大長度是2148字節(jié)光纖通道的幀格式幀的頭部=目的地址+源地址+序列ID+幀編號+交換ID5.2 流控制為何要流控制? 確保沒有端口會因為接收了超過其極限的數(shù)據(jù)而導(dǎo)致崩潰. 光纖通道中，我們先行檢查! (在TCP/IP中， 包在發(fā)

19、送時并不考慮接收方是否已經(jīng)準備就緒)節(jié)點 N_PortF_Port交換機基于緩沖到緩沖信用的流控制可用傳輸_端口緩沖緩沖緩沖bufferbufferbuffer智能 ASIC緩沖每端口信用數(shù)量 動態(tài)緩沖池 完整和微型緩沖當(dāng)一個幀到達接收端口后， 端口會首先將其儲存在共享動態(tài)緩沖池之中! 流控制保證發(fā)送方僅以接收方可以接受的速度發(fā)送數(shù)據(jù)。光纖通道使用信用量方式實施流量控制信用量：表示接收方接收光纖通道幀的能力。流量控制的原理：接收端口傳輸一個返回幀給發(fā)送者來確認收到了傳輸幀。當(dāng)發(fā)送者收到了應(yīng)答幀的反響，就會將信用值設(shè)為1，這樣就可以發(fā)送下一幀了。緩沖區(qū)到緩沖區(qū)的流控制是用于fabric端口和節(jié)點

20、端口之間的或者二個節(jié)點端口之間的用來保證設(shè)備能夠接收到最大數(shù)量的幀的機制。一個R_RDY接收方就緒原語信號發(fā)送出去，就說明接收者可以接受幀了，如果就收者發(fā)出一定數(shù)量的R_RDY信號，說明它有足夠的緩存空間來接受這一數(shù)量的幀。FC-2的流量控制機制有二種端到端的流量控制在端點設(shè)備的主機總線適配卡上實現(xiàn)鏈路流量控制在每物理連接上實現(xiàn)5.3 效勞類別光纖通道標(biāo)準針對端到端的數(shù)據(jù)交換，定義了6個不同的效勞類別：級別1：發(fā)送者與接收者之間的專用連接級別2：二個端口間有應(yīng)答功能的無連接通道級別3：二個端口間無應(yīng)答功能的無連接通道級別4：面向連接的虛電路級別5：等時效勞級別6：多點傳送效勞當(dāng)前光纖通道交換機

21、，一般都申明只支持2類和3類效勞級別1：發(fā)送者與接收者之間的專用連接在二個設(shè)備之間定義一條專用連接，并帶有對數(shù)據(jù)傳輸確實認。通信雙方一旦建立起一條1類連接，就可以認為該連接是固定的，并全帶寬可用，直到這條連接被撤除為止。優(yōu)點：一般不會被干擾，不會出現(xiàn)掉線的情況，按序傳送。缺乏：增加了處理負擔(dān)的資源消耗，實施復(fù)雜?，F(xiàn)在廠商的一般產(chǎn)品中都不支持1類效勞。級別2：有應(yīng)答功能的無連接通道在對話前，通信雙方不需要建立專用的連接，但提供對傳輸?shù)膽?yīng)答功能。優(yōu)點：交換機不必為具體的事務(wù)處理分配專用帶寬，可以在資源許可的時候再傳送被緩沖的幀。缺乏：不過網(wǎng)絡(luò)擁塞或多路由傳輸可能會導(dǎo)致幀的喪失和亂序，重傳和數(shù)據(jù)塊的

22、重需要附加的處理開銷應(yīng)用：2類效勞通過對傳送幀的應(yīng)答來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕m用于處理關(guān)鍵性任務(wù)的應(yīng)用，也適合較小型的事務(wù)處理，這些事務(wù)的流量具有突發(fā)性。級別3：無應(yīng)答功能的無連接通道與級別2類似，但沒有對幀傳送結(jié)果的報告信息。與數(shù)據(jù)報相似，如果發(fā)生過失，就需要上層協(xié)議來恢復(fù)。以降低開銷來追求高性能，在一定程度上犧牲了可靠性。應(yīng)用：廣泛地應(yīng)用于仲裁環(huán)存儲網(wǎng)絡(luò)級別4：面向連接的虛電路給每條連接分配局部帶寬和可能不同的QoS參數(shù)。在一對和多對通信者之間可以建立多條虛電路，為每條虛電路指定QoS參數(shù)時，需要優(yōu)先保證對時延第三的應(yīng)用帶寬需求。由于級別4的交換機設(shè)計復(fù)雜，所以并沒有在光纖通道產(chǎn)品中普遍實

23、現(xiàn)級別5：等時效勞用于沒有緩沖區(qū)，且當(dāng)數(shù)據(jù)到達時需要立即投遞的應(yīng)用該級別尚沒明確定義級別6：多點傳送效勞是1類效勞的一個變種。它為可靠多播提供專用連接，并帶有確認應(yīng)答。應(yīng)用：級別6的設(shè)計目標(biāo)是用于諸如音頻和視頻等需要多播的應(yīng)用。存在的問題：反響給數(shù)據(jù)發(fā)送方的應(yīng)答所產(chǎn)生的流量會消耗大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，甚至?xí)虥]整個網(wǎng)絡(luò)。級別6的效勞也沒有能夠在實際滸的產(chǎn)品中得以實現(xiàn)。級別2和級別3的比照2類和3類效勞都是面向分組的數(shù)據(jù)報效勞2類效勞使用端到端的流控制和鏈路控制接收方的應(yīng)答既被用于對喪失幀的感知，也被用于端到端的流控制，當(dāng)接收不到應(yīng)答就意味著發(fā)生了傳輸錯誤，并立即通知高層協(xié)議，高層協(xié)議可以啟動錯誤糾正

24、操作。3類效勞只支持鏈路控制由于沒有應(yīng)答功能，也就沒有端到端的流控制，所以高層協(xié)議必須自已檢查是否有分組喪失。高層協(xié)議通過預(yù)期的序列沒有到達的事實感知幀的喪失。所以這種超時值一般比較大。6 FC-3：公共效勞FC-3：公共效勞FC-3定義的效勞有：條塊化復(fù)用：使多個N端口通過多條FC-2鏈路并行地傳輸單個用戶的信息單元，從而可以把所使用的帶寬增加假設(shè)干倍組合端口地址綁定：把一個結(jié)點上的多個N端口綁定到同一個地址。多播：把一個信息傳輸?shù)蕉鄠€結(jié)點或同一個結(jié)點的多個端口一個結(jié)點只有一個FC-3層實體。一個結(jié)點只有一個FC-3層實體ATMFC - ATMIPFC鏈路封裝FC - LESCSI-3SCS

25、I 3命令集映射 IPI - 3 命令集映射 (IPI-3 STD)FC-4FC - AL -2FC-3通用服務(wù)FC-0FC-1FC-2光纖物理與信號接口 ( FC- PH， FC-PH2， FC-PH3 )物理變換編碼 / 解碼結(jié)構(gòu)協(xié)議FC - AL8b/10b 編碼銅， 光連接基于站點基于端口7 鏈路效勞鏈路效勞登錄編址7.1 登錄登錄登錄是指二個端口連接時，互相交換一些參數(shù)，以便用于雙方之間隨后的通信。光纖通道標(biāo)準提供了一個3階段的登錄機制：交換網(wǎng)登錄FLOGI：Fabric Login端口登錄 PLOGI：Port Login 進程登錄 PRLI：Process Login 交換網(wǎng)登錄

26、FLOGI：Fabric Login指在一個N端口和對應(yīng)的F端口之間建立一個會話。仲裁網(wǎng)的交換網(wǎng)登錄是可選的端口登錄 PLOGI：Port Login 指二個N端口之間建立一個會話，端口登錄協(xié)商諸如端到端的信用量這樣的效勞參數(shù)進程登錄 PRLI：Process Login 指基于二個不同的N端口的二個FC-4進程之間建立一個會話。交換網(wǎng)登錄交換網(wǎng)登錄OK端口登錄端口登錄OK進程登錄進程登錄OK交換網(wǎng)登錄交換網(wǎng)登錄OK端口登錄端口登錄OK進程登錄進程登錄OK端口登錄端口登錄OK進程登錄進程登錄OK進程登錄進程登錄OK進程登錄OK進程登錄存儲設(shè)備FC-4效勞器FC-4效勞器FC-2存儲設(shè)備FC-2

27、交換機FC-2交換機FC-2SCSI ASCSI AFCP AFCP A序列1 幀1序列1 幀1序列1 幀1序列1 幀2序列1 幀37.2 編址編址光纖通道設(shè)備效勞器、交換機、端口通過64位的標(biāo)識符區(qū)分。一個光纖通道的設(shè)備，稱為結(jié)點。一個結(jié)點可以有多個物理接口，稱為端口。世界范圍名World Wide Name，WWN 向IEEE注冊，全球唯一，64位二進制位WWN對于光纖通道設(shè)備就像Ethernet的MAC地址一樣，它們是由電器和電子工程師協(xié)會(IEEE)標(biāo)準委員會指定給制造商，在制造時被直接內(nèi)置到設(shè)備中去的。世界范圍結(jié)點名World Wide Node Name，WWNN 標(biāo)識結(jié)點的WWN

28、世界范圍端口名World Wide Prot Name，WWPN 標(biāo)識端口的WWN問題：在光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸時，如果把兩個WWN 地址放到傳送幀的幀頭，那么為指明目標(biāo)地址和源位址，就需要占用16字節(jié)的數(shù)據(jù)位，這個在幀中占的位數(shù)就太多了。所以64位的方式尋址是會影響到路由的性能。光纖通道網(wǎng)絡(luò)采用了另外一種尋址方案。這一個方案是用基于交換光纖網(wǎng)絡(luò)中的光纖端口來尋址?；诮粨Q光纖網(wǎng)絡(luò)中的每個端口有它獨有的24位的地址。用這種24位地址方案，我們得到了一個較小的幀頭，這能加速路由的處理。但是這個24位的地址必須通過某種方式連接到與World Wide Name 相關(guān)聯(lián)的64位的地址。 64位WWN地址到24

29、位端口地址的映射在基于交換的光纖環(huán)境中，交換機它本身負責(zé)分配和維持端口地址。當(dāng)含有某WWN的裝置進入在某一個特定的端口上登錄到交換機時，交換機將會分配端口的地址到那一個端口，而且交換機也將會維護那個端口地址和在那個端口上的設(shè)備的WWN 地址之間的關(guān)聯(lián)。交換機的這一個功能是使用名字效勞器(NAME SERVER)來實現(xiàn)的。名字效勞器是光纖操作系統(tǒng)的一個組件，在交換機內(nèi)部運行。它本質(zhì)上是一個對象數(shù)據(jù)庫，光纖設(shè)備在連接進來時，向該數(shù)據(jù)庫注冊它們的值這是一個動態(tài)的過程。動態(tài)的尋址方式同時也消除了手工維護地址出錯的潛在的可能，而且在移動和改變SAN方面也提供了更多的靈活性。端口地址一個 24個位的端口地

30、址由三個部份所組成：Domain：端口地址中最重要的字節(jié)是Domain。這是交換機本身的地址。一個字節(jié)最多允許256個可能的地址。因為有一些地址被保存(例如播送地址等)，實際上只有239個地址可用。這意味著在你的 SAN 環(huán)境中，可以有多達 239個交換機。Domain編號允許每個交換機有一個獨有的識別符，如果在你的環(huán)境中有多個互相連接交換機，可以用Domain編號來區(qū)別它們。Area：它提供 256個地址。地址的這一個部份被用于識別個別的FL_Ports 環(huán),或它可能被用于當(dāng)做一組F_Port的識別符，例如，多端口的一個光纖卡的識別符。這意謂著每組端口有一個不同的area編號，即使對于只有一

31、個端口的組也是如此。Port：地址的最后部份提供256個地址，用于識別相連的N_Port 和 NL_Port。固定與動態(tài)地址格式固定地址 (64-位)WWN (類似于出生證明編號)每個fabric設(shè)備 (HBA， 交換機， 存儲)都擁有一個(或多個)WWN地址使用IEEE分配的地址格式動態(tài)地址 (8/24-位)本地生成 (類似于家庭住址)注冊到光纖通道網(wǎng)絡(luò)時動態(tài)獲得FC-AL = 8-位 (例如xE0) = 126 AL_PA地址FC-SW = 24-位= 16，000，000 Fabric地址DomainID8 BitsAreaID8 BitsPort ID8 Bits24位地址空間 10:

32、00:00:60:69:00:60:02 N_Port/F_Port可用范圍:x01 0000到xEF EFFFIEEE 格式節(jié)點 WWN: 1 = b0001 000 000 000端口 WWN: 2 = b0010 000 000 000廠商定義IEEE分配8 交換網(wǎng)效勞：名字效勞器和控制器交換網(wǎng)效勞交換網(wǎng)效勞為登錄到交換機的端口提供輔助信息。交換網(wǎng)效勞是由交換機或其他設(shè)備上的效勞器提供。主要的交換網(wǎng)效勞器有：交換網(wǎng)登錄效勞器交換網(wǎng)控制器名字效勞器交換網(wǎng)登錄效勞器處理使用地址FFFFFE進入交換網(wǎng)的登錄請求交換網(wǎng)控制器管理使用地址FFFFFD對交換網(wǎng)的改變名字效勞器管理使用地址FFFFFC

33、的關(guān)于N端口的數(shù)據(jù)庫存儲諸如WWNN、WWPN、端口地址、支持的效勞類別和支持的FC-4的協(xié)議等信息N端口可以向名字效勞器注冊自已的信息，也可以請求關(guān)于其他N端口的信息9 FC-4：上層協(xié)議映射FC-4：上層協(xié)議映射定義了光纖通道與上層應(yīng)用之間的接口。FC-4層把應(yīng)用協(xié)議的信息單元映射成光纖通道的幀序列，然后發(fā)送出去。同樣FC-4層也把從光纖通道接收到的幀序列映射成應(yīng)用協(xié)議的信息單元，然后交給應(yīng)用協(xié)議。FC-4層支持的高層協(xié)議包括SCSI、IPI智能外設(shè)接口、HIPPI高性能并行接口、IP和ATM適配層AAL5等，也即這些協(xié)議可以直接把它們的數(shù)據(jù)單元交給FC-4層去發(fā)送，不需要考慮FC-4是怎

34、樣把它們的數(shù)據(jù)單元分割成光纖通道數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去的。光纖通道協(xié)議FCP：Fiber Channel Protocol面向SCSI的協(xié)議映射稱為光纖通道協(xié)議FCP。FCP的根本思想：系統(tǒng)管理員只要在效勞器上安裝一個新的設(shè)備驅(qū)動器，就實現(xiàn)了FCP協(xié)議。操作系統(tǒng)把通過光纖通道連接的存儲設(shè)備看成SCSI設(shè)備，對它的尋址跟常規(guī)的SCSI設(shè)備一樣。這種對傳統(tǒng)SCSI設(shè)備的住址可以把光纖通道SAN比較容易地集成進已有硬件和軟件。光纖通道上的IPIPFC：IP over Fiber ChannelIPFC定義了如何在光纖通道網(wǎng)絡(luò)傳送IP分組。IPFC使用在二個效勞器之間的光纖通道連接作為IP數(shù)據(jù)交通的媒介10

35、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN與DAS和NAS的比較采用光纖通道網(wǎng)絡(luò)的原因光纖通道SAN的組成結(jié)構(gòu)存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN通常由磁盤陣列連接光纖通道組成。10.1 SAN與DAS和NAS的比較SAN與DAS和NAS的比較DAS ： Direct Attached Storage，直接連接存儲以效勞器為中心NAS ： Network Attached Storage，網(wǎng)絡(luò)附加存儲以數(shù)據(jù)為中心SAN ： Storage Area Network，存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)絡(luò)為中心存儲體系架構(gòu)-DAS概念：通過IDE、SCSI以及光纖FC接口或線纜與效勞器直接相連，以效勞器為中心。優(yōu)點：磁盤與效勞器別離，便于統(tǒng)一管

36、理缺點：2.連接距離短，連接數(shù)量有限3.數(shù)據(jù)分散，共享、管理困難4.存儲資源利用率低，單位本錢高5.擴展性差 ,新增效勞器需單獨配置存儲設(shè)備Direct Attached StorageDAS以效勞器為中心存儲體系架構(gòu)-NASNetwork Attached StorageNAS概念：使用一個專用存儲效勞器與網(wǎng)絡(luò)直接相連，通過NFS或CIFS對外提供文件級訪問效勞。優(yōu)點：1.基于NFS、CIFS文件級共享存取，支持HTTP和FTP2.存儲設(shè)備功能上獨立于網(wǎng)絡(luò)中的主效勞器，不占用效勞器資源3.擴展較容易，廣泛支持操作系統(tǒng)及應(yīng)用，安裝簡單方便4.即插即用 缺點：1.相比SAN架構(gòu)，存取速度慢2.訪

37、問需要經(jīng)過文件系統(tǒng)格式轉(zhuǎn)換，不適合Block級應(yīng)用以數(shù)據(jù)為中心存儲體系架構(gòu)-SANStorage Area Network SAN以網(wǎng)絡(luò)為中心概念：將存儲系統(tǒng)、效勞器和客戶端都通過網(wǎng)絡(luò)相互連接的架構(gòu)。優(yōu)點：1.設(shè)備整合，多臺效勞器可以通過存儲網(wǎng)絡(luò)同時訪問后端存儲系統(tǒng)2.數(shù)據(jù)集中，易管理 3.高擴展性，存儲硬件功能的發(fā)揮不受LAN的影響 4.高可用性，復(fù)制、備份、恢復(fù)數(shù)據(jù)和平安的管理，容錯能力強缺點：10.2 采用光纖通道網(wǎng)絡(luò)的原因采用光纖通道網(wǎng)絡(luò)的原因光纖通道具有通道特征：主機和應(yīng)用程序可以把連接到它的存儲設(shè)備看作好似是在本地附接的光纖通道具有計算機網(wǎng)絡(luò)的特征：光纖通道能夠支持多種協(xié)議和廣闊范

38、圍的設(shè)備，它可以被作為一個網(wǎng)絡(luò)來管理。光纖通道結(jié)合了傳統(tǒng)I/O通道和計算機網(wǎng)絡(luò)的最好特征光纖通道 = 通道和網(wǎng)絡(luò)的完美結(jié)合光纖通道網(wǎng)絡(luò)通道有限的擴展能力短連接距離有限的管理能力高速度低延遲數(shù)據(jù)完整性大量數(shù)據(jù)傳輸超級錯誤檢測能力脆弱非阻塞數(shù)據(jù)傳輸錯誤檢測能力路由連接能力遠距離管理能力10.3 光纖通道SAN的組成結(jié)構(gòu)光纖通道SAN的組成結(jié)構(gòu)效勞器連接卡存儲網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備存儲設(shè)備存儲軟件SAN硬件概覽效勞器端的主機接口卡電纜光纖通道交換機GBIC存儲子系統(tǒng)光纖通道主機接口卡(HBA)為效勞器或客戶機內(nèi)部總線(PCI和SBUS等)提供與光纖通道網(wǎng)絡(luò)的接口HBA軟件驅(qū)動為操作系統(tǒng)提供所須存儲信息對I/O

39、進行操作I/O同時對正常請求進行控制銅/光介質(zhì)支持 (可能是雙接口卡)連接線和接口部件光纖通道并不等于只使用光纖連接線銅纜和光纖連接線介質(zhì)種類速度距離 (m=米)9m單模光纖(長距離)100 MB/秒200 MB/秒2 m 10 km50m短模光纖(短距離)100 MB/秒200 MB/秒2 m 500 m電信號 (銅介質(zhì))100 MB/秒0 m 24 m1Gb光纖使用SC接口, 2Gb使用LC接口 (SFP)千兆接口轉(zhuǎn)換器(Gigabit Interface Converters; GBICS) 銅 GBIC光纖 SFP光纖 GBICGBIC = 小型串行到串行熱交換模塊, 主要功能是提供相

40、應(yīng)介質(zhì)接口(銅或光)2Gbit設(shè)備使用的GBIC叫做Small Form Factor Plug-able (SFP)短波光GBIC或SFP 最大500米長波激光GBIC或SFP 最大10公里增強長波激光GBIC - 最大80公里光纖通道交換機:網(wǎng)絡(luò)智能的核心連接多個端口 (8, 16, 32, 64, 128 口)支持交換Fabric和傳統(tǒng)loop設(shè)備1Gbit/秒和2Gbit/秒傳輸速率(自適應(yīng))全雙工性能, 使用cut-through路由算法交換機間提供8Gbit/秒邏輯干線合并拓撲結(jié)構(gòu)自動協(xié)調(diào), 自動配置 (自恢復(fù))端到端性能監(jiān)控存儲設(shè)備RAID 冗余獨立磁盤陣列系統(tǒng)JBOD 只是一組

41、盤(磁盤組)磁帶 主要用于數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)存儲軟件存儲軟件用于控制存儲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各種設(shè)備及相互間的通信，提供存儲系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間的編程界面以及存儲系統(tǒng)與操作人員之間的人機界面。存儲軟件主要有：SAN管理軟件數(shù)據(jù)管理軟件設(shè)備控制和管理軟件存儲虛擬化、可視化軟件協(xié)議軟件11 仲裁環(huán)SAN仲裁環(huán)SANFC Arbitrated Loop,FC-AL 通過把一個設(shè)備的發(fā)送端連接到另一個設(shè)備的接收端，直至最終所有的設(shè)備都被連到一個環(huán)中來實現(xiàn)。仲裁環(huán)(Arbitrated Loop)架構(gòu)，比點對點連接架構(gòu)具備更多彈性：一個環(huán)路最多可以有127個地址126個NL_Prot， 1個FL_Prot ，其中一個

42、地址FL_Prot被保存用于仲裁環(huán)連接到光纖通道交換機，所以一個仲裁環(huán)連接的效勞器和存儲設(shè)備數(shù)最多為126個；其單位本錢較Switched Fabric 來得低。因此Arbitrated Loop 結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最廣泛的SAN架構(gòu)。Fibre Channel Arbitrated LoopTXRXNL_port 0TXRXNL_port 3RXTXNL_port 1RXTXNL_port 2最大連接126的節(jié)點FC-ALPronounced “F-kal仲裁環(huán)的二種連接方式簡單的菊花鏈連接的仲裁環(huán)使用集線器連接的仲裁環(huán)Fibre Channel Arbitrated LoopTXRXNL_po

43、rt 0TXRXNL_port 3RXTXNL_port 1RXTXNL_port 2最大連接126的節(jié)點FC-ALPronounced “F-kal菊花鏈Daisy Chain連接的仲裁環(huán)這種方式是最直接、最經(jīng)濟的；但也是風(fēng)險最高、最不可靠的架構(gòu)。如果有任何一段Cable 斷落，或任何一個節(jié)點發(fā)生故障或失去電源，整個回路就不能工作。使用集線器連接的仲裁環(huán)為了解決上述問題，人們設(shè)計了一種環(huán)路專用 Hub叫Loop Hub 。Loop Hub根本功能是將回路建立在機體線路內(nèi)：Loop Hub中硬件線路將第一個NL_Port的Tx接到第二NL_Port的Rx，如此串接下去，最后再把最后NL_Por

44、t的Tx接到第一個NL_Port的Rx。仲裁環(huán)集線器典型的仲裁環(huán)集線器提供7-12個端口，可以通過級聯(lián)建立大型的仲裁環(huán)；仲裁環(huán)集線器在每個端口上使用旁路電路，以便隔離損壞的節(jié)點，防止損壞的節(jié)點干擾整個仲裁環(huán)的數(shù)據(jù)通信；仲裁環(huán)在其節(jié)點之間共享光纖通道的帶寬，為保證傳輸速率和可靠性，一般在一個環(huán)上的活潑節(jié)點應(yīng)保持在10個節(jié)點以下。例：一個1Gbps的仲裁環(huán)網(wǎng)，有50個活潑節(jié)點，那么每個節(jié)點的分得的帶寬為1Gbps/50。另外，盡管某個仲裁環(huán)擁有超過100個的磁盤驅(qū)動器，但通常只有4-6個效勞器對磁盤進行訪問，那性能也是可行的。集線器連接的仲裁環(huán)的特點Loop Hub每個Port都具備自動Bypas

45、s功能。在連接到任何一個NL_Port的裝置移除或關(guān)機時，都能自動Bypass。確保環(huán)路不會斷落。Loop Hub的根本功能還包括：偵測裝置的參加和移除，并正確執(zhí)行參加或移除的工作，如Bypass電路的開路或短路；支持動態(tài)重新尋址等。集線器連接的仲裁環(huán)的優(yōu)點利用Loop Hub建立的Arbitrated Loop，形成一個星狀的回路架構(gòu)。這種架構(gòu)既解決上述可靠性的問題，同時也提供了更多的彈性與方便性：系統(tǒng)建設(shè)時布線工作更方便；設(shè)備故障時可以直接拔除維修設(shè)備，不必關(guān)閉整個回路；可方便的新增設(shè)備、串接新的Loop HubCascading以擴充系統(tǒng)。Arbitrated 環(huán)路技術(shù)仲裁環(huán)集線器NL端口NL端口NL端口NL端口NL端口NL端口NL端口NL端口光纖通道交換機FL端口仲裁環(huán)的工作機制仲裁環(huán)中，每個設(shè)備都