光纤通道fc协议介绍

DAS组网
•DAS：Direct Attached Storage 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
SAN组网
•
独立于LAN的服务器后端存储专 用网络 主要利用Fibre Channel protocol（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
FC拓扑结构
Fibre Channel有三种拓扑结构: 点对点(Point-to-Point) – 两个设备之间互连 仲裁环(Arbitrated Loop) – 最多支持126个设备互连，形成一个仲裁环 交换式Fabric(Switch Fabric) – 最多1千6百万个设备互连
点对点
仲裁环
交换式FC网络（Fabric）
仅 2 个设备
最多 126 个设备
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
N_Port
发送器
N_Port
接收器
接收器
发送器
节点 A
节点 B
仲裁环 (FC-AL)
FFFFFB
FFFFFC FFFFFD FFFFFE
FFFFFF
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
N_Port
发送器
F_Port F_Port
N_Port 接收器
接收器 节点 A N_Port 发送器
F_Port F_Port
发送器
节点B N_Port 接收器 发送器
接收器 节点C
节点D
FC存储分类
封闭系统的存储
内置存储 开放系统的存储 外挂存储 Direct-Attached Storage 直接式存储（DAS） Network-Attached Storage 网络接入存储（NAS）
0 1 2 3 4 5
D_ID 24位目的地址 S_ID 24 位源地址 F_CTL 24 位 帧控制
SEQ_CNT 8 位 序列计数 RX_ID 8 位 反馈交换 ID
OX_ID 16 位 原始交换 ID
专用于帧类型的参数
路由控制 -- R_CTL
• 路由控制(R_CTL)是一个字节字段，它包括两个四位的子 字段
NL_Port 接收器 发送器 节点 B NL_Port 接收器
NL_Port
发送器
接收器 节点C
发送器
节点D
• 环路上的节点数直接影响性能
交换机（Fabric）
• 每个端口800/1600 MBps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
FC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World Wide Name(WWN)，因为它们是唯一的
• 例如:
10:00:00:60:69:00:60:02
预留 IEEE MAC 地址
NAA ID
源自文库
• 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 帧格式
• 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
空闲 SOF 帧报头 数据字段
CRC
EOF
空闲
(4)
(24)
(0–2112)
0–528个传输字
(4)
(4)
帧报头
字符 3 1 R_CTL 路由 CS_CTL 8 位 类说明 类型 8 位 数据结构 SEQ_ID 8 位 DF_CTL 8位 数据字段 2 4 2 3 1 6 1 5 8 7 0
FC端口类型
光纤通道交换机
节点
NL_Port
FL_Port
E_Port
E_Port
节点
NL_Port
光纤通道交换机
节点
NL_Port
F_Port
N_Port
节点
F_Port
N_Port
节点
光纤交换机端口类型
• N端口：Node Port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：Node Loop Port 节点环路端口 • F端口： Fabric Port 光纤端口；一种交换连接端口 • FL端口：Fabric Loop Port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：Expansion Port 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：Generic Port 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
• 与F_port建立一条对话
PLOGI — 端口登录(Port Login)
• 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(Process Login)
• 可选
• 通信进程级别的服务参数
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
SCSI-3 ESCON
ULP
SNMP
802.2 LLC
SCSI-FCP
FC 单字节指令集
FC-4
FC-SNMP
FC-LE
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)
• 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: 800 MB/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
NL_Port 发送器 接收器 节点 A
光纤通道协议简介 (Fibre Channel)
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



Fiber Channel简称FC（Fiber Channel），是一种高速网络技术标 准（T11），主要应用于存储网络。 Fibre Channel （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 （FC Protocol）。 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。
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NAS组网
通过LAN直接接入网络的存储系统。
“Network Attached Storage” 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
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
• Class F
用于交换机到交换机通信 要求ACK
FC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-FFFFF9 FFFFFA 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
路由 信息
31 28 27 24
路由
0000 = Device_Data 帧 0010 = Extended Link_Data 帧 0011 = FC-4 Link_Data 帧 0100 = Video_Data 帧 1000 = Basic Link_Data 帧 1100 = Link_Control 帧 其它= 预留
会话管理登录/登出
交换架构
FLOGI 接收
流程-A1
FLOGI 接收t
流程-B1
PLOGI 接收
流程-A2
PRLI
接收
流程-B2
节点-A
交换机-A
交换机-B
节点-B
FC会话登录抓包
FLOGI — 交换机登录(Fabric Login)
• 确定交换机是否存在
• 协商操作参数，如最大帧长度、BB_Credit
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-LS 详细介绍了光纤通道扩展链路服务 • 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数据交换
应用 信息单元 交换
序列
…
OX_ID 和 RX_ID
信息单元 交换
序列
… …
n
SEQ_ID
… …
帧
1
2
SEQ_CNT
帧
服务类别(Class of Service)
• Class 1
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
• Class 4
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
数据字段
数据字段 (0–2112)字节
(0–64)字节
(0–2048)字节
(1–3)字节
可选报头
使用虚电路来创建专用连接
• Class 5
本质上要求同步，实际上较少应用
• Class 2
无连接要求，要求ACK (最佳效果)
• Class 6
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
端到端或缓冲区到缓冲区控制
• Class 3
Fabric-Attached Storage 网络存储（FAS）
Storage Area Network 存储区域网络（SAN）
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FC组网模式
DAS Direct Attached Storage SAN Storage Area Network NAS Network Attached Storage
有效负载
F I L L
通常 MTU 0–2048 最小 128 字节
FC-LS链路服务--会话管理
• 登录
FLOGI — 交换机登录(Fabric Login) PLOGI — 端口登录(Node Port Login) PRLI — 进程登录(Process Login)
• 登出LOGO/PRLO
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