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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SCSIFC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/sFC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。

拓扑

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_Portsnode loop)支持环操作。

·                                 FC-SWFC 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20FC-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”“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_PortNode 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 F_Port F_PortN_Port(通过交换机)

·                                 FL_PortFabric Loop Port;设备入口的共享点;例如NL_Port FL_PortF_PortN_Port AL

·                                 E_PortExpansion Port;用于通过ISLinter-switch links)将多个交换机连接在一起的情况;

·                                 G_PortGeneric Port;根据连接方式,可以在F_PortE_Port操作间切换;

·                                 TE_PortTrunked Expansion PortE_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 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

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!SCSIiSCSIFCPIP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-2FC-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-ALFC-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。

 

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[2008-3-6]
 
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