FC-AL/FC-SW

早期的SAN网络采用环路的形式，被称作FC-AL（Fiber Channel Arbitrate Loop）。他的工作很像令牌环网，在网络中通过令牌的仲裁机制决定哪台设备能够发送数据。在某个设备发送数据时，他将占用整个的环路，停止环路中其他设备的数据传输工作。其他设备只能在他的数据传输完成后，才能通过仲裁的机制去竞争在环路中下一个发送数据的权利。仲裁环的网络是共享使得网络，所有的设备共享整个网络的带宽。

在FC-AL的网络中网络连接的设备是Hub。他的工作原理与令牌环网中的Hub也很类似，在物理上网络结构是星型，所有的设备连接Hub这个中央节点。但在逻辑上网络是环形的结构，网络中的设备被以环路的形式相连接，共同处在一个物理的环路上。

FC-AL的网络采用8位的地址模式，环路中所有的设备需要一个唯一的8位地址作为自己的标示。每个设备的地址并不固定，在环路初始化的过程中分配。按照FC-AL的标准规定，在环路中可用的地址共126个，范围从01至EF，在这个地址空间中，可用的地址并不连续。

在设备具有了合法的地址后，他具备了和环路中的其他设备通讯的条件，但他还必须知道要和哪个设备通讯，环路中都有哪些其他的设备存在，他们的地址是什么？为了达到这个目的，在环路中有一个专门的地址列表，被称作AL_PA（Arbitrate Loop Physical Address）。AL_PA的内容是当前的环路中所有的合法地址，这个AL_PA被存储在环路中的每台设备上，让他们了解环路的情况。环路中的设备会根据AL_PA的列表进行数据的通讯。

AL_PA在环路初始化LIP的过程中生成的。当环路中有设备加入或移出时，为了环路中的设备能了解环路的变化，整个环路需要重新初始化，需要给新加入的设备分配8位的地址，需要重新初始化环路的AL_PA列表。而在这个环路的重新初始化过程中，原先环路中的设备通讯必须暂停数据传输，等待初始化过程的完成。

所以从总体上看，FC-AL的网络，有很多缺点：
1． 共享式的网络，所有的设备共享带宽。
2． 由于采用8位地址结构，环路中最多允许126台设备存在。
3． 当环路的成员发生变动时，网络的传输会受到影响，环路必须被重新初始化。

所有的这些问题都阻碍着SAN网络的近一步发展，导致了FC-SW网络的出现。

为了克服环路的网络中这些固有的缺点，出现了新的交换式的FC-SW（Fabric Channel Switch）网络。与FC-AL的网络相比，他有以下的一些显著优点：
1． 采用交换式的网络，网络中的设备不再共享带宽。
2． 采用24位地址结构，网络中可以容纳很多台设备。
3． 当SAN网络中，增加或减少存储或主机设备时，网络不需要重新初始化，网络中的设备依然正常工作。

在FC-SW的网络中，网络中需要专门的管理，他由FC-GS中的一系列服务完成。每台设在连接到FC-SW的网络后，要完成下面的步骤：
1. 首先要完成网络登陆FLOGI，FFFFFE
2. 然后注册到名称服务器FFFFFC，
3. 在网络中的控制模块FFFFFD
4. 当他要与SAN网络中的某个设备通讯时，必须先登录到目标端口上的

Loop Switch 和Fabric Switch 的区别 
Fibre Channel有两种常用的拓扑结构: Fibre Channel Arbit 
rated Loop (FC-AL)和Fabric。我们常说的的Fibre Channel Hub和Loop Switch使用 FC-AL协议，而Fabric Switch使用FC-SW协议。两者之间的区别如下：

    1）地址空间上的不同、扩展能力不同

    FC-AL使用一个字节的地址，称为AL_PA地址（Arbitrated Loop Physical Address）。由于协议本身的原因，只有127个地址。（一个字节有256个数字，AL_PA地址只使用其中的一部分）。

    Fabric使用3个字节的地址，其中第一个字节即是我们常说的Domain_ID，由于协议本身用掉了16个地址，实际可用的只有239个。每个交换都必须具有不同的Domain_ID，因此所有的交换机厂商的宣传资料上都说最多可以将239个交换机相连。

    2）地址获得方式不同

    使用FC-AL协议时，一般讲是在所有的设备之间协商AL_PA地址。

    而设备连接到Fabric交换机上，它会首先做一个Fabric Login，向交换机登录，从而获得3个字节的地址。单台机器启动不需要同其它机器协商地址。

    3）Fabric交换机特别适合构造大的企业级SAN，因此需要提供许多特殊的服务来确保SAN正常工作。如：Fabric登录服务，命名服务，别名服务，RSCN服务等等。而Loop Switch特别适合广大中等规模的SAN结构，这也是国内大多数用户的需求规模。同时，在方案的兼容性配置方面，Loop Switch更有优势。因为，各类存储产品的默认设置都是 Loop优先。

在实际使用过程中，一些用户把Hub和Loop Switch 看作同一种设备。但实际上， Loop Switch 和Fabric Switch 都是每端口独享100MB/S （或200MB/S）的带宽，而Hub却只能是多端口共享100MB/S （或200MB/S）的带宽。下边给出了他们的内部结构逻辑图。








Zoning 分区

在早期的SAN方案中，服务器大多是同种操作系统，SAN环境下的安全性问题并不突出。但是现在的方案中，异种操作系统并存的需求比比皆是，多套磁盘阵列子系统或具有多个主机接口的磁盘阵列子系统也很常见。为了保证SAN正常工作，不互相破坏数据。基于FC存储交换机层面的Zoning 分区划分，可以有效提供一种解决方案。这样服务器只能访问同一分区内的设备，提高设备访问的安全性。




如上图，基于端口的Hardware Zoning（硬件分区）划分，可以产生直观、清晰的逻辑划分，在实践中被大量使用。还有一种Software Zoning（软件分区）方法，即基于WWN (World Wide Name) 进行分区。不过，软件分区在实际使用中较少使用。 


    Zoning分区可具有以下特点：

    a. 分区可以重叠、同一设备可属于不同分区 

    b. 分区可以在设备运行时动态划分

    c. 使不同的操作系统可以在一个SAN里共存 

    可见，FC存储交换机的分区功能是至关重要的。但不同品牌的交换机实现 Zoning功能的方式是不同的。如Vixel 交换机自动具备Zoning 功能，而有部分交换机则需要单独购买该项软件License ，才能实现相应功能。

LIP Isolation（LIP隔离）

很多用户将Zoning 分区和LIP 隔离混淆，认为Zoning 就是LIP 隔离，实际情况为两者是不同的概念。

    当FC 存储交换机遵循FC-AL协议工作时，一般所有的设备之间协商AL_PA地址（或常说的Loop_ID），这个过程我们称为环路初始化(LIP)。SAN上有任何新的设备启动都会引起LIP，这时所有的机器停止工作进行地址协商，因此LIP会使系统中断工作。

    当FC存储交换机遵循FC-SW协议工作时，需要特殊的服务来确保SAN正常工作，与上面所说LIP相类似的一个服务就是RSCN。设备做完Fabric Login后会向交换机登记许多信息，当该设备关闭或重新启动时就会引起登记状态的改变，RSCN服务就是负责将登记状态改变信息通知SAN上的所有设备。

    可见，LIP和RSCN都对SAN的正常工作造成破坏，对于一些特殊关键应用甚至是致命的，如视频流应用和磁带库备份应用。根据FC-AL协议标准，LIP一般需要15毫秒，而遵循FC-SW 协议的RSCN根据实际的SAN环境的复杂程度，甚至影响正常通讯达数秒。

    对于不具备LIP隔离功能的交换机，在解决RSCN 影响问题时，只能靠Zoning 分区的方法使一个分区的设备对其他分区的设备减轻冲击。但是，在视频流应用的实际测试效果来看，仍然对正常通讯的设备性能造成了较大的影响。