存储基础：理解光纤通道

存储基础：理解光纤通道

光纤通道（Fibre Channel，简称FC）是目前绝大部分SAN（存储区域网）技术的基石，因为它在十几年以前赢得了协议大战。

如果没有建筑在其上的技术，也就是SCSI，FC不会有太大的用处。FC是低层级的传输，它传输数据，但是主机通常是通过SCSI进行通信的。SAN中的hub、交换机和HBA都使用FC，而使用SAN存储的应用则继续使用熟悉的协议，例如SCSI。

FC的设计理念是创造出一种吞吐量大，响应时间低、可靠强并且可扩展的协议。以太网不能满足高可用性存储需求。FC现在可以实现10Gb/s的上行速度，标准主机连接可以达到4Gb/s。FC还提供了小连接器。SCSI线缆就象听起来那样难以管理，细小的光纤显然更容易管理。连接到FC SAN（每个主机、光纤和交换机有多个HBA）的设备非常昂贵，这也是SAN为什么经历了这么长时间才逐渐普及的原因。

扑

事实上，是两种不同的协议，或者说是拓扑组成了FC协议。FC支持所有的拓扑，但是不同的拓扑对应的协议的行为不同。它支持下列三类拓扑：

• PTP（点对点）：DAS通常使用这种方式
• FC-AL (光纤通道仲裁环路)：光纤环路端口，或者交换机上的FL端口和HBA上的NL_Ports（node loop）支持环操作。
• FC-SW（FC Switched)：操作交换SAN的时候采用的模式。

FC-AL有自己的问题，但是有些时候某个设备可能会不支持FC-SW，因此没有其他的选择。Hub没有其他的选择，只能使用FC-AL模式，因此附属的主机也不得不这样做。当一个设备连接到FC-AL，或者整个环路中出现了任何类型的错误或者重启动，整个环路都必须重启后才能工作。在这个过程中，所有的通讯都暂停了，所以这可能会对一些应用造成影响。从理论上说，FC-AL由于寻址机制，只能容纳最多127个节点，但实际的数值更接近20。FC-AL通常都是用于小规模的环境中，包括内部磁盘阵列通信和高端服务器的内部存储。

FC交换机可以以任何你喜欢的方式连接，因为FC协议天生避免了环路的可能性。以太网就没这么幸运了。寻址空间把交换机的数量限制在239个。FC交换机使用FSPF，它是IP世界里一个类似OSPF的连接状态协议，确保没有环路，并且保证高效的连接。

FC网络通常可以在两种设计方式中选择一种：大星型结构，或者带有边缘交换机的大星型结构。它们通常被称为“core-only”和“core-edge”配置。通常一个SAN会包含两个这样的网络，每个HBA或者存储设备的控制器将将彼此连接。将这些网络彼此隔离并不象在FC-AL拓扑中那么必要，但是即使这样，设置了FC-SW，它仍然提供了完全的隔离，确保一个光纤的问题不会影响其他部分。例如，一次FSPF重新计算将导致服务的短暂中断。

端口

如同前面提到的那样，在SAN中有不同的端口类型，这可能会把人搞糊涂。让我们来介绍一下这些术语：

• N_Port: Node Port；节点连接点；FC通信的终点
• F_Port: Fabric Port；一个连接交换机的端口，它是两个N_Ports连接的“中间点”
• NL_Port：Node Loop Port；通过它们的NL_ Ports和其他的设备连接在一起，或者通过单一的FL_Port和交换光纤联系在一起；或者是NL_port 到F_Port 到F_Port到N_Port（通过交换机）
• FL_Port：Fabric Loop Port；设备入口的共享点；例如NL_Port 到 FL_Port到F_Port到N_Port AL
• E_Port：Expansion Port；用于通过ISL（inter-switch links）将多个交换机连接在一起的情况；
• G_Port：Generic Port；根据连接方式，可以在F_Port和E_Port操作间切换；
• TE_Port：Trunked Expansion Port；E_Ports集合起来获得更大的吞吐能力。

在查看单个的SAN交换机的时候，你通常只会看到F_Ports 和FL_Port，不过知道其中的区别很有帮助。FL意味着你说的是FC-AL，有某个设备，可能是hub或者其他的东西只能使用FC-AL。如果连接的设备是Loop-only的话，端口将自动地将自己设置成FL_Port，否则则会设置成F_Port。需要注意的是，有些品牌的FC交换机不允许你使用E_Port端口，除非你支付更高的许可证费用。如果你考虑将多个交换机连接在一起的话，这是一个值得考虑的问题。

FC层

FC有它自己的层，所以实际上，说它是“和以太网类似”并不准确，尽管这种说法可以帮助人们理解它。它们是：

• FC-0：通往物理媒介、线缆等的界面
• FC-1：传输协议或者数据连接层，对信号进行编码和解码
• FC-2：网络层；FC的核心
• FC-3：公共服务，例如搜索组
• FC-4：它是一切！SCSI、iSCSI、FCP、IP和其他一切进行映射的协议

大部分的FC都在FC-2中。FC-PH指的是通过FC-2的FC-0，很奇怪，它被称为“物理层”。

FC还支持它自己的命名和寻址机制，它照亮了前面所提到的、FC-AL和FC-SW的局限。下一次，我们将讨论FC-2的头格式和FC的地址分配以及名称解析。