光纤通道协议介绍

光纤通道协议简介(FibreChannel)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FiberChannel简称FC（FiberChannel），是一种高速网络技术标准（T11），主要应用于存储网络。FibreChannel（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。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（FCProtocol）。FC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，低延迟—8Gbps/16Gbps•高连接数—24位地址•长距离—10公里到100公里IEEEMAC地址预留NAAIDFC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WorldWideName(WWN)，因为它们是唯一的•例如:10:00:00:60:69:00:60:02•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机光纤通道交换机节点节点NL_PortNL_PortNL_PortFL_PortF_PortF_PortN_PortN_Port•N端口：NodePort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：NodeLoopPort节点环路端口•F端口：FabricPort光纤端口；一种交换连接端口•FL端口：FabricLoopPort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：ExpansionPort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：GenericPort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FibreChannel有三种拓扑结构:点对点(Point-to-Point)–两个设备之间互连仲裁环(ArbitratedLoop)–最多支持126个设备互连，形成一个仲裁环交换式Fabric(SwitchFabric)–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•适用于小规模存储设备的方案，不具备共享功能节点A节点BN_PortN_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:800MB/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BNL_PortNL_Port发送器接收器NL_Port接收器发送器接收器发送器节点DNL_Port发送器接收器节点C•每个端口800/1600MBps带宽•每个端口的成本是1000–2000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_PortF_PortF_Port节点BN_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AN_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-AttachedStorage直接式存储（DAS）Fabric-AttachedStorage网络存储（FAS）Network-AttachedStorage网络接入存储（NAS）StorageAreaNetwork存储区域网络（SAN）FC组网模式DASDirectAttachedStorageNASNetworkAttachedStorageSANStorageAreaNetworkDAS组网•DAS：DirectAttachedStorage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FibreChannelprotocol（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“NetworkAttachedStorage”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-4ULPFC-SNMPSCSI-3ESCONSNMP802.2LLCSCSI-FCPFC-LEFC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0–528个传输字EOF(4)CRC(4)数据字段(0–2112)帧报头(24)SOF(4)FC帧格式0781516232431字符D_ID24位目的地址S_ID24位源地址R_CTL路由CS_CTL8位类说明类型8位数据结构SEQ_ID8位DF_CTL8位数据字段F_CTL24位帧控制SEQ_CNT8位序列计数OX_ID16位原始交换IDRX_ID8位反馈交换ID专用于帧类型的参数012345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_CTL282724信息类0000=未分类的信息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=ExtendedLink_Data帧0011=FC-4Link_Data帧0100=Video_Data帧1000=BasicLink_Data帧1100=Link_Control帧其它=预留可选报头有效负载FIL数据字段(0–2112)字节(0–64)字节(0–2048)字节(1–3)字节L通常MTU0–2048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(FabricLogin)PLOGI—端口登录(NodePortLogin)PRLI—进程登录(ProcessLogin)•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-B2FLOGIFLOGI接收接收tPLOGI接收PRLI接收交换架构交换机-A交换机-BFC会话登录抓包FLOGI—交换机登录(FabricLogin)•确定交换机是否存在•协商操作参数，如最大帧长度、BB_Credit•与F_port建立一条对话PLOGI—端口登录(PortLogin)•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(ProcessLogin)•可选•通信进程级别的服务参数FC数据交换序列帧…SEQ_IDSEQ_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(ClassofService)•Class1两个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•Class2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•Class3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•Class4使用虚电路来创建专用连接•Class5本质上要求同步，实际上较少应用•Class6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•ClassF用于交换机到交换机通信要求ACKFC数据交换实例通用服务•FC-PH为特殊功能定义了多个地址：24位地址空间的高位16个地址•常用的公认地址地址值FFFFF0-FFFFF9FFFFFAFFFFFBFFFFFCFFFFFDFFFFFEFFFFFF说明预留管理服务器时间服务器名称/目录服务器交换机控制器登录交换机使用广播名称服务器•名称服务器的公认地址为0xFFFFFC•N_port把信息注册到名称服务器的数据库中•N_port查询数据库获得其它端口的信息•N_port可以从名称数据库撤销注册•流量控制协议使用信用值(Credit)--信用值是接收端口向发送端口授予的发送规定数量帧的许可--当提供的信用值=0时暂停传输•当接收到R_RDY时，可以发送一个帧流量控制R_RDY接收端口接收缓冲区发送端口Credit=5Credit=4Credit=3Credit=2Credit=1Credit=0Credit=1Credit=2Thanks