存储基础：浅析光纤通道协议

存储基础：浅析光纤通道协议

理解光纤通道协议本身，包括命名方式和寻址规则，能够让你更好地理解SAN里到底在发生什么。能够飞快地扫一眼，就知道问题出在哪里的功力需要透彻地理解所用到的协议。尽管可以通过使用鼠标点击的图形用户界面，用很少一点知识就可以操作一个SAN，但我们并不推荐你这样做。所以还是让我们学习一些FC协议的知识吧。

　　重申一下：光纤通道并不是SCSI的替代品，SCSI通常是处于光纤通道的基础之上的。现在让我们开始吧。光纤通道总的来说指的是FC-PHY层：FC0-FC2，我们在上一部分重点讨论过了。FCP，光纤通道协议，指的是针对SCSI的接口协议，或者FC-4映射。我们在这里谈论的是FC的内部工作，不是FCP。

　　FC的数据单元叫作"帧"（Frame）。即使它有自己的层，FC基本上还是第二层的协议。FC 帧最大是2148字节。FC 帧的报头有点奇怪，起码和以太网的IP和TCP协议相比是这样。FC的帧格式有多种用途，并且有很多层。帧的功用决定了它的格式，和我们在IP世界里的想法相比，它显得奇怪却精彩。

　　FC 帧是从一个SOF标记开始的，紧随其后的是帧的报头，我们接下来会进行介绍。接下来是数据，也就是FC内容，接下来是EOF。进行封装是因为这样FC就可以通过其他的协议进行传输了，例如TCP。

1.FC 封装报头　　

　　FC 帧本身格式在大小上相差很多。在图1中，你可以看到我们在前面提到的SOF和EOF标记。FC报头的奇怪之出在于它们是word导向的，一个FC word是4字节。最多允许使用537个word，也就是2148字节的容量。

　　报头可能包含以下组成部分：

• SOF（1个字节）：帧的开始
• 帧头（24字节）：报头指明了所使用的协议，以及源地址和目标地址。区别在于协议。
• Optional ESP Header（8字节）：提供加密，包括SPI和ESP序号。
• Optional Network Header（16字节）：这样你可以将一个FC-SAN连接到非FC网络上。
• Optional Association Header（32字节）：FCP并不使用它，但是可以用于在一个节点内识别进程。
• Optional Device Header（最高可达64字节）：FCP并不使用它，它是针对应用的。
• 有效内容载荷（Payload）：数据，最多2048字节。
• Optional Fill Bytes （变量）：用于标记不同长度的有效载荷的边界。
• Optional ESP Trailer（变量）：包含了ESP的校验值。
• CRC（4字节）：报头的CRC和FC数据区域。
• End of Frame（4字节）：帧的结尾，标记是否已经到了结尾。FC 帧格式包括FC特有信息，例如源和目的地等。它解释了FC为什么能如此灵活，也解释了为什么有这么多的FC协议让你头痛。

  FC 帧头内容

  　　图2中展示了一个真实的FC报头，其中包括以下内容：

  • Routing Control（1字节）：路由部分标明这是一个数据帧还是一个链接控制帧（是ACK还是Link_Response），信息部分标明数据的类型。
  • Destination ID（3字节）：目的地的FC地址。
  • Class Specific Control/Priority（1字节）：本质上是指服务质量。
  • Source ID（3字节）：源节点的FC地址。
  • Type（1字节）：表明（有效载荷中的）下一个协议，不过R_CTL指的是一个控制帧。
  • Frame Control（3字节）：各种FC选项，例如序列信息以及出现问题的时候应该如何处理。
  • Sequence ID （1字节）： 一个和IP类似的系列号。
  • Data Field Control（1字节）：表明存在哪些可选报头，以及它们的大小。
  • Sequence Count（2字节）：序列中的帧数量。
  • Originator Exchange ID（2字节）：由发起方分配，将相关的序列结合在一起。
  • Responder Exchange ID（2字节）：和OX_ID一样，但是是由目标节点分配的。
  • Parameter（4字节）：主要是用作序列中的"relative offset"，和IP中的offset很类似。

  　　是的，这很容易把人搞糊涂，和IP世界相比，这里有很多新的术语。我们将继续在以后的存储基础系列文章中提到这些报头，所以希望在举了一些现实的例子之后，大家能够熟悉这些区域和它们的用途。

  　　另一个需要了解的重要的概念是FC的命名方式。请注意帧报头中的 D_ID和S_ID只允许24位。每个HBA都被分配了一个WWN，每个端口都被分配了一个Port WWN（也被称为PWWN）。这些WWN的长度是64位的，比FC中的24位的长度更长。ANSI T11 Address Identifier Format定义FCID由三部分组成，即Domain_ID、Area_ID和Port_ID。

  　　FC网络动态地分成几个层级。当一个光纤使用Domain_ID分发流程联线的时候，Domain_ID被分配给了每个交换机。通常Domain_ID是管理员配置的。Domain_ID和Area_ID是第二个层级，和Port_ID（由交换机分配）结合在一起，标示光纤上的每个节点。所以WWN并不完全对应SAN路由。

  　　Domain_ID是由Principal Switch（主交换机）进行分配的，这就确保了每个人能够获得正确的信息。简而言之，FCID在节点第一次连接的时候完全是随意的，这通常没问题，除非管理员进行手工配置。一些Domain_ID用于多点传送或者其他目的，但这不是我们讨论的范围了。你可以从ANSI T11 FC-SW-3规范中了解更多的详细信息。

  　　接下来我们将会深入到FC内部的层级构造之中，包括VSAN，一个在SAN世界里相对比较新鲜的概念。