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1、光纤通道协议简介 (Fibre Channel) 日期：2013年 3月28日 研发部 王文斌 FC基础知识 FC概述 FC优势 FC端口名称 FC端口类型 FC拓扑结构 FC组网模式 FC概述 nFiber Channel简称FC（Fiber Channel），是一种高速网络技术标 准（T11），主要应用于存储网络。 nFibre Channel （FC）技术标准是1994年由ANSI标准化组织制订 的一种适合于千兆位数据传输通信的网络技术。光纤通道用于 服务器共享存储设备的连接，存储控制器和驱动器之间的内部 连接。 n从分层协议栈的角度看，FC仅仅包含了从物理层到传输层的规 范。它的上层定
2、义了把其他协议作为应用层协议进行封装的接 口，如SCSI或IP协议。而将SCSI封装起来后整个协议，就是FCP （FC Protocol）。 nFC物理层具有很高的传输带宽，从1Gb/s、2Gb/s、4Gb/s到 8Gb/s、16Gb/s，采用NMb的编码方式，同步串行方式传输。 FC的优势 通道 连接业务 物理电路 可靠的硬件传输 高速 低延迟 短距离 基于硬件 网络 无连接 逻辑电 路 不可靠的传输 高连接 更高的延迟 更远的距离 基于软件 光纤通道 电路和分组交换 可靠性传输 误码 率(BER)10-12 高数据完整性 错误检测 高数据传输 速率 800和1600MB/s 高带宽 ，低延
3、迟 8Gbps/16Gbps 高连接数 24位地址 长距离 10公里到100公里 IEEE MAC 地址预留NAA ID FC端口名称 有多种名称格式 IEEE 名称、IP名称、IEEE注册名称、 IEEE注册扩展名称 所有这些都称为World Wide Name(WWN)，因为它们是唯一的 例如: 1 0 : 0 0 : 0 0 : 6 0 : 6 9 : 0 0 : 6 0 : 0 2 HBA卡上对应的有WWPN号和WWNN号，分别代表端口号和节点号， 端口号和节点号可以相同，也可以不相同。我们存储上设置的是 一样的。 FC端口类型 E_PortE_Port 节点 节点 节点 光纤通道交换
4、机 光纤通道交换机 节点 节点 NL_Port NL_Port NL_PortFL_Port F_Port F_PortN_Port N_Port N端口：Node Port节点端口；光纤通道通信的终端 ； 主机端口、存储端口，或者开启AG模式的光纤交 换机端口 NL端口：Node Loop Port 节点环路端口 F端口： Fabric Port 光纤端口；一种交换连接端 口 FL端口：Fabric Loop Port光纤环路端口；AL设备提 供进入光纤网络服务的端口 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 Po
5、rt 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 光纤交换机端口类型 Fibre Channel有三种拓扑结构: 点对点(Point-to-Point) 两个设备之间互连 仲裁环(Arbitrated Loop) 最多支持126个设备互连，形成一个仲裁环 交换式Fabric(Switch Fabric) 最多1千6百万个设备互连 FC拓扑结构 点对点 仅 2 个设备 仲裁环 最多 126 个设备 交换式FC网络（Fabric ） 最多 1600万个设备 点到点(Point-to-Point) N端口光纤通道设备之间的 专用连接 所有链路带宽都分派给两个 节点之间的通信 适用于小规
6、模存储设备 的方 案，不具备共享功能 节点 A节点 B N_Port N_Port 发送器接收器 接收器发送器 仲裁环 (FC-AL) 每个节点的TX端口连接到邻近 节点的 RX端口，直到形成闭环 为止 最大带宽 : 800 MB/秒(环路上所 有节点中共享) 环路上最多126个节点 不是令牌传输 方案 - 不限制设 备保留控制的时间 操作顺序: 环路控制仲裁 打开到目标设备 的通道 传送数据 关闭 环路上的节点数直接影响性能 节点 A节点 B NL_Port NL_Port 发送器 接收器 NL_Port 接收器 发送器 接收器 发送器 节点D NL_Port 发送器 接收器 节点C 每个端
7、口800/1600 MBps带宽 每个端口的成本是 10002000美元 添加新设备 可以增加总 的带宽 高达1600多万可能的地 址 支持zoning分区功能 交换机（Fabric） F_PortF_Port F_PortF_Port 节点B N_Port 接收器 发送器 N_Port 节点D 接收器 发送器 N_Port 节点C 接收器 节点 A N_Port 发送器 接收器 发送器 FC存储分类 12 封闭系统的存储 开放系统的存储 内置存储 外挂存储 Direct-Attached Storage 直接式存储（DAS） Fabric-Attached Storage 网络存储（FAS）
8、 Network-Attached Storage 网络接入存储（NAS） Storage Area Network 存储区域网络（SAN） FC组网模式 DAS Direct Attached Storage NAS Network Attached Storage SAN Storage Area Network DAS组网 DASDAS：Direct Attached StorageDirect Attached Storage 直接与服务器连接的存储系统 通过SCSI或FC接口连接 服务器为核心，不直接连入网络 独立于LAN的服务器后端存储专 用网络 主要利用Fibre Channel
9、 protocol（光纤通道协议）， 通过FC交换机建立起与服务器 和存储设备之间的直接连接 400MB/S、800MB/S、 1600MB/S的速率消除了带宽上 的瓶颈 SAN组网 NAS组网 “Network Attached Storage” 一个经过特殊优化的，在混合网络环境中提供文件服务的设备。 NAS直接连接到网络中，直接为client提供存储服务。 其软件经过高度的优化 直接连接到网络，安装和管理过程简单，无网络中断, 安装快捷 无需安装其它操作系统 利用网络协议及IP 地址 NAS能为我们做什么？ 在文件服务器上能实现的任何功能，NAS都能实现 在不同的网络平台间共享数据（数据
10、的集中管理） 备份个人电脑和便携式电脑中的数据 为您的服务器数据提供一个随时可以访问的备份 从防火墙缓冲数据 为您的WEB服务器和Email服务器提供存储空间 通过LAN直接接入网络的存储系统。 FC协议 FC协议栈 FC协议标准 FC帧格式 FC会话管理 FC数据交换 FC通用服务器 FC流量控制 FC协议栈 FC-3 (通用服务) FC-2 (帧结 构、流量控制、服务类别 ) FC-1(8b/10b 编码 ，链路控制) FC-0 (物理接口、 光纤和电路线缆 、连接器等) FC-4 ULP FC-SNMP SCSI-3ESCONSNMP802.2 LLC SCSI-FCPFC-LE FC
11、单字节指令集 FC协议标准 FC-PH /FC-PI 定义FC-0、FC-1和 FC-2 的级别 (物理上) FC-FS 说明FC帧格式和光纤通道的基本控制特性 FC-GS 定义多种与服务器类似的功能 FCP-SCSI 定义使用光纤通道接口的SCSI-3指令协议的操作 FC-FG 定义光纤通道交换架构的常见特性 FC-SW 描述光纤通道交换架构的交换组件 FC-AL 是仲裁环路拓扑结构标准 FC-LS 详细介绍了光纤通道扩展链路服务 空闲空闲 所有FC帧都遵循通用帧格式，如下所示 通用 FC帧格式 帧内容 0528个传输字 EOF (4) CRC (4) 数据字段 (02112) 帧报头 (2
12、4) SOF (4) FC 帧格式 078 1 5 1 6 2 3 2 4 3 1 字符 D_ID 24位目的地址 S_ID 24 位源地址 R_CTL 路由 CS_CTL 8 位 类说明 类型 8 位 数据结构 SEQ_ID 8 位 DF_CTL 8位 数据字段 F_CTL 24 位帧控制 SEQ_CNT 8 位 序列计数 OX_ID 16 位 原始交换 IDRX_ID 8 位 反馈交换 ID 专用于帧类型的参数 0 1 2 3 4 5 帧报头 路由控制(R_CTL)是一个字节字段，它包括两个四位的子 字段 路由 信息 路由控制 - R_CTL 28 2724 信息类 0000 = 未分类的
13、信息 0001 = 请求的数据 0010 = 未请求的控制 0011 =请求的控制 0100 = 未请求的数据 0101 = 数据描述符 0111 = 指令状态 其它 = 未规定 31 路由 0000 = Device_Data 帧 0010 = Extended Link_Data 帧 0011 = FC-4 Link_Data 帧 0100 = Video_Data 帧 1000 = Basic Link_Data 帧 1100 = Link_Control 帧 其它= 预留 可选报头有效负载 F I L 数据字段 (02112)字节 (064)字节 (02048)字节 (13)字节 L
14、通常 MTU 02048 最小 128 字节 数据字段 FC-LS链路服务-会话管理 登录 FLOGI 交换机登录(Fabric Login) PLOGI 端口登录(Node Port Login) PRLI 进程登录(Process Login) 登出LOGO/PRLO 会话管理登录/登出 节点-A节点-B 流程-A1 流程-A2 流程-B1 流程-B2 FLOGIFLOGI 接收 接收t PLOGI 接收 PRLI 接收 交换架构 交换机-A交换机-B FC会话登录抓包 FLOGI 交换机登录(Fabric Login) 确定交换机是否存在 协商操作参数，如最大帧长 度、BB_Credit
15、 与F_port建立一条对话 PLOGI 端口登录(Port Login) 建立与N_port的对话 协商服务参数，如EE_Credits 在两个 N_ports之间创 建一个对话 在PLOGL成功之前，无上层操作 PRLI 进程登录(Process Login) 可选 通信进程级别 的服务参数 FC数据交换 序列 帧 SEQ_ID SEQ_CNT 帧 应用 12n 信息单元 交换 OX_ID 和 RX_ID 信息单元 交换 序列 服务类别 (Class of Service) Class 1 两个N_port之间的专用连接，要求 ACK 当数据对时间 /延迟敏感，如话音或视 频时 使用 端到端控制 Class 2 无连接要求，要求ACK (最佳效果) 端到端或缓冲区到缓冲区控制 Class 3 只使用缓冲区到缓冲区控制 最佳效果服务，无需ACK 使用高层协议对帧丢 失作出反应 Class 4 使用虚电路来创建专用连接 Class 5 本质上要求同步，实际 上较少应用 Class 6 与第1类非常类似，除了通过交换架构 来支持多点广播服务以外 多点广播服务器和N_ports之间的端到 端流量控制 Class
