光纤网络的相关知识

Posted 2021-03-02 pipci

FC(Fibre Channel)是美国国家标准协会（ANSI）制定的一种串行数据协议，它是高性能的混合接口，它支持FDDI(光纤分布式数据接口)，PI(高效并行接口)，IPI(智能外围接口)，SCSI(小型计算机系统接口)，ATM(异步传输模式)等多种高姐协议，可实现大容量，高速度和高效的信息传输。FC的最大特性就是将网络和设备的通信协议与传输物理介质隔离开，多种协议可以在同一物理连接上传输，高性能存储体和宽带网络使用单一的I/O接口互联。同时，它还支持热插拔。

FC由五个功能不同的层次组成：

FC-0，为最底层，定义物理连接，包括光纤、连接器等的物理特性，传输速度和光电参数等。

FC-1，定义了传输协议包括串行的编解码原理，特殊字符和错误可控制。

FC-2，信号协议层，定义了端口之间转移的数据帧格式和协议。

FC-3，公共服务层，被用了提供高级特性所需求的公共服务，例如，多点广播（发送一个信息到多个端口）等。

FC-4，FC结构中的最高层，定义了能执行光纤通道的应用接口。例如，SCSI, IPI, IP, ATM等。

FCoE(Fibre Channel over Ethernet)以太网光纤通道。是由数家IT厂商向美国国家标准协会(ANSI)T11委员会提交的一种新技术标准的提，2009年6月标准完成(FC-BB-5)。FCoE基于FC模型而来，仍然使用FSPF和WWN/FC ID等FC的寻址与封装技术，只是在外层新增加了FCoE报头和Ethernet报头封装和相应的寻址动作，可以理解为类似IP和Ethernet的关系。

FCoE标准定义了数据平面封装与控制平面寻址两个部分。寻址是指，FCoE使用FIP(FCoE Initialization Protocol)进行初始化连接，FIP运行于VFPort和VNPort之间或VEPort之间，所谓的V就是FC的接口角色中的名称前面加了个Virtual。FIP在接口使能后一共做了三件事：

1、使用本地VLAN(如VLAN1)确认FCoE数据报文将要使用的VLAN ID。

2、和FCF建立连接。

3、FLOGI/FDISC(Discover Fabric Service Parameters，FC节点设备第一次向FC交换机注册请求FC ID时使用FLOGI，后面再续约或请求其他FC ID时都使用FDISC)

FCF(Fibre Channel Forwarder)是FCoE里面重要的角色，可以是软件或者芯片硬件实现，需要占用Domain ID，处理FCoE交换机中所有与FC相关的工作，如封装解封装和FLOGI等。

Enode是指网络中所有以FCoE形式转发报文的节点设备，可以是服务器CAN网卡、FCoE交换机和支持FCoE的存储设备。FCoE外层封装的Ethernet报头中MAC地址在Enode间是逐跳的，而FC ID才是端到端的。

与三层交换机中的VLAN接口一样，每个FCF都会有自己的MAC，由于FC ID是FCF分配给Enode的，继承下来的终端Enode MAC也是由FCF分配的并具有唯一性，这个地址叫做FPMA(Fabric Provided MAC Address)。FPMA由两部分组成，FC-MAP与FC ID，结构如下所示，这样当FCoE交换机收到此报文后可以根据FC-MAP判断出是FC报文，直接送给FCF，FCF再根据FC ID查表转发，处理起来更简单，每个FCF下联的Enode终端最多也就255个(00-FF)。

FCoE技术标准可以将光纤通道映射到以太网，可以将光纤通道信息插入以太网信息包内，从而让服务器-SAN存储设备的光纤通道请求和数据可以通过以太网连接来传输，而无需专门的光纤通道结构，从而可以在以太网上传输SAN数据。FCoE允许在一根通信线缆上传输LAN和FC SAN通信，融合网络可以支持LAN和SAN数据类型，减少数据中心设备和线缆数量，同时降低供电和制冷负载，收敛成一个统一的网络后，需要支持的点也跟着减少了，有助于降低管理负担。它能够保护客户在现有FC-SAN上的投资（如FC-SAN的各种工具、员工的培训、已建设的FC-SAN设施及相应的管理架构）的基础上，提供一种以FC存储协议为核心的I/O整合方案。

FCoE面向的是10G以太网，其应用的优点是在维持原有服务的基础上，可以大幅减少服务器上的网络接口数量（同时减少了电缆、节省了交换机端口和管理员需要管理的控制点数量），从而降低了功耗，给管理带来方便。此外它还提高了系统的可用性。FCoE是通过增强的10Gb以太网技术变成现实的，我们通常称之为数据中心桥接(Data Center Bridging，DCB)或融合增强型以太网(Converged Enhanced Ethernet，CEE)，使用隧道协议，如FCiP和iFCP传输长距离FC通信，但FCoE是一个二层封装协议，本质上使用的是以太网物理传输协议传输FC数据。最近在以太网标准方面也取得了一些进展，并有计划增强，如在10Gb以太网上提供无损网络特征，进一步推动FCoE的发展。

基于以太网光纤通道（Fibre Channel over Ethernet，FCoE）允许企业保留现有的FC基础架构，继续使用现有的FC管理工具，并以更低的价格提供相同的性能（采用数据中心以太网）。FCoE技术是基于美国国家标准协会（ANSI）的X3.230-1994标准(ISO 14165-1)，而创建的基于块的网络方式。该技术详细定义了在服务器、转换器和存储子系统（例如，磁盘列阵或磁带库）之间建立网络结构所需的连接和信号。光纤通道几乎可以传输任何大小的流量。

FCoE采用光纤、同轴铜质电缆或者双绞合铜质电缆，以1Gbps、2Gbps、4Gbps和最新的10Gbps速率传输SAN数据。同时，延迟时间短，尽量缩短数据请求和发送的迟缓时间。例如，典型的FCoE转换所产生的延时仅有数微秒。正是由于FCoE结合了高速度与延迟性低的特点，在时间敏感或交易处理的环境中，光纤通道成为理想的选择。同时，这些特点还支持强大的扩展能力，允许更多的存储系统和服务器互连。光纤通道同样支持多种拓朴结构，，既可以在简单的点对点模式下实现两个设备之间的运行，也可以在经济型的仲裁环下连接126台设备，或者（最常见的情况）在强大的交换式结构下为数千台设备提供同步全速连接。在同一个SAN中，很容易实现不同拓朴结构和光缆类型的混合连接。

光纤通道被认为是一种非常可靠的SAN技术。通常而言，主机总线适配器卡（HBA）和交换机的性能非常强大，将设备故障率降到最低。光纤通道SAN结构允许多重连接线路和冗余线路，所以，如果某个硬件出现故障或电缆出现问题，可以找到一条新的通道，这样传输转换到另外一个通道，可以保持存储和应用程序之间的连接（可能性能会有所下降），直到故障排除。另外，多重连接可以进行合并，以获得更好的带宽。例如，将两个2Gbps的连接进行合并，可以有效地达到一个4Gbps数据带宽的性能。这种多重或冗余连接的可行性，能够在SAN系统卸载流量时，均衡负载，并且能够动态地调整繁忙通道（瓶颈）利用较少使用的通道进行传输。

安全是光纤通道技术的另一个重要特性。“网络”将多种设备互连通信。但是在SAN结构中，最好是不要让每台服务器去识别或访问SAN中的LUN（逻辑单元号）。在实际的使用中，LUN必须进行设置，只能让特定的应用程序看到，所以，设置安全性是存储准备过程中极其重要的一环。通过实行分区，光纤通道网络中的设备可以互相识别。通过限制终端设备的可视性，服务器（主机）只能看到和访问分配在同一个分区的存储设备。一旦SAN被分区，LUN就会被掩码保护，这样每一台主机服务器只能看到特定的LUN。

FCoE技术在网络中有两种部署模式，如图1所示。

 
   图1. FCoE技术的两种部署模式

服务器网络接入层部署FCoE，目的是实现服务器I/O整合，简化服务器网络接入层的线缆设施。服务器安装支持FCoE的10GE CNA（融合网络适配器，是将多种网络协议通过以太网线加以传输的服务器卡）网卡，并连接到接入层FCoE交换机，接入层交换机再分别通过10GE链路和FC链路连接到现有的LAN和SAN。

整网端到端（接入—汇聚—核心）的FCoE部署。FCoE技术的应用范围扩大到整网，除接入层交换机外，汇聚核心层交换机也支持FCoE功能；除服务器外，存储设备也逐渐支持FCoE接口。由此实现了LAN与SAN的融合，简化了整网基础设施。

转自：http://wangboxyk.cn/post/FC-guangxian-wangluo.html