深入了解光纤通道(FC)协议
光纤通道技术详解,单模和多模有哪些不同？
光纤通道技术详解，单模和多模有哪些不同？光纤通道技术（Fibre Channel）是一种网络存储交换技术，可提供远距离和高带宽，能够在存储器、服务器和客户机节点间实现大型数据文件的传输。
Fibre Channel (FC) 是一种高速网络互联技术（通常的运行速率有2Gbps、4Gbps、8Gbps 和16Gbps），主要用于连接计算机存储设备。
过去，光纤通道大多用于超级计算机，但它也成为企业级存储SAN中的一种常见连接类型。
尽管被称为光纤通道，但其信号也能在光纤之外的双绞线上运行。
光纤通道协议（Fibre Channel Protocol，FCP）是一种类似于TCP的传输协议，大多用于在光纤通道上传输SCSI命令。
光纤通道广泛用于通信接口，并成为传统I/O接口与网络技术相结合趋势的一部分。
Network运作于一个开放的，非结构化的并且本质上不可预测的环境。
Channels通常运行在一个封闭的、结构化的和可预测的环境，该环境下所有与主机通信的设备都预先已知，任何变更都需要主机软件或配置表进行相应更改。
通道协议如SCSI，ESCON, IPI。
Fibre Channel将这两种通信方式的优势集合为一种新的接口，同时满足network和channel 用户的需求。
Fibre Channel的目标与优势:Fibre Channel要提供的是一个连接计算机和共享外围设备的接口，在这一技术提出之前是通过多种不同的接口来连接的，如IDE，SCSI，ESCON。
Fibre Channel需要提供大量信息的高速传输。
上图显示了2Gbps Fibre Channel与Escon和SCSI同等级下的传送速率对比。
除了速度增长以外，Fibre Channel也需要支持公里级的距离。
通过光纤交换机实现，如下图所示：。
光纤通道fc协议介绍
外挂存储
Network-Attached Storage 网络接入存储（NAS）
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
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
• 高连接数 — 24位地址 • 长距离 — 10公里到100公里
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
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: 1 0 : 0 0 : 0 0 : 6 0 : 6 9 : 0 0 : 6 0 : 0 2
• 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
光纤通道fc协议介绍复习进程
SAN Storage Area Network
NAS Network Attached Storage
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
光纤通道交换机
E_Port
N_Port 节点 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
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。
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
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: 1 0 : 0 0 : 0 0 : 6 0 : 6 9 : 0 0 : 6 0 : 0 2
fc协议中class1与class3的差异
FC协议，即光纤通道（Fibre Channel）协议，是一种高速、高效率的通信协议，主要用于存储网络和设备间的高速数据传输。
在FC协议中，Class 1和Class 3是两种不同的访问控制类别，它们在功能和应用上存在一些差异。
Class 1是低速设备类，适用于简单的存储网络环境，通常由低端设备如硬盘和打印机组成。
Class 3是高速设备类，适用于更复杂的存储网络环境，通常由高端设备如服务器和存储设备组成。
Class 3相较于Class 1，提供了更高的性能和更广泛的功能。
首先，Class 3设备具有更高的性能。
它支持更高的数据传输速率，通常可以达到数Gbps或更高。
这种高速性能使得Class 3设备在处理大量数据传输时更为出色，例如在数据库存储、大型文件传输和实时视频流等场景中。
相比之下，Class 1设备由于其较低的传输速率，在处理这些任务时可能面临性能瓶颈。
其次，Class 3设备提供了更广泛的功能。
它支持多种数据传输模式，如SCSI-3、SCSI-2和FCP 等，这些模式提供了更高的数据可靠性和灵活性。
此外，Class 3设备还支持更高级别的安全性功能，如加密和身份验证，这些功能对于保护数据安全至关重要。
这些高级功能使得Class 3设备在需要高度可靠性和安全性的环境中更具优势。
再者，Class 3设备的应用场景更为广泛。
由于其高速性能和广泛的功能，Class 3设备适用于各种应用场景，包括企业级存储网络、医疗保健、数据中心和云计算等。
相比之下，Class 1设备的应用场景相对有限，通常仅适用于简单的存储网络环境。
然而，需要注意的是，虽然Class 3具有更高的性能和更广泛的功能，但它也相对更为复杂和昂贵。
因此，在选择FC协议的设备时，应根据具体的应用需求和预算进行权衡。
综上所述，Class 1和Class 3在功能和应用上存在差异。
Class 3作为高速设备类，提供了更高的性能和更广泛的功能，适用于更复杂的存储网络环境。
光纤通道协议介绍
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
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
• 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。
• 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
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
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
光纤通道fc协议介绍
交换机与路由器等网络设备
网络连接与扩展
交换机和路由器等网络 设备用于构建和扩展光 纤通道网络，实现主机 、存储设备等资源的互 联。
数据交换与路由
网络设备支持数据在FC 网络中的交换和路由， 确保数据能够准确、高 效地传输到目标设备。
网络管理与安全
网络设备提供网络管理 和安全功能，如访问控 制、流量监控、故障隔 离等，保障FC网络的稳 定运行和数据安全。
服务质量
传输层还提供服务质量（QoS）保障机制，能够根据不同应用的需求分配不同的带宽和资源，确保关键应用的性能和 质量。
应用接口
应用层提供了与上层应用程序的接口，使得光纤通道FC协议能够支持各种不同类型的应用和服务，如文 件传输、数据库访问、视频流传输等。
03 光纤通道FC协议 关键技术
流量控制机制
FC协议在存储领域应用
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存储网络
FC协议是构建高性能、高可靠性存储区域网络（ SAN）的主要技术之一，支持服务器与存储设备 之间的高速数据传输。
数据备份与恢复
利用FC协议的高带宽和低延迟特性，可以实现快 速、高效的数据备份和恢复，提高数据保护能力 。
远程复制与容灾
FC协议支持远程复制和容灾解决方案，确保数据 在异地备份中心的安全性和可用性。
光纤通道fc协议介绍
汇报人：XX 2024-01-24
目 录
• 光纤通道FC协议概述 • 光纤通道FC协议体系结构 • 光纤通道FC协议关键技术 • 光纤通道FC协议设备与应用场景 • 光纤通道FC协议性能评估与优化方法 • 光纤通道FC协议发展趋势与挑战
01 光纤通道FC协议 概述
FC协议定义与发展
THANKS
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与以太网协议比较
光纤通道fc协议介绍
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。
精选ppt
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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
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
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
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FC组网模式
DAS Direct Attached Storage
SAN Storage Area Network
NAS Network Attached Storage
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fc和roce原理
fc和roce原理
FC和RoCE都是网络通信协议，它们在以太网和光纤通道之间的差异如下：
1. FC（Fiber Channel）协议是一种面向连接的协议，它使用8B/10B编码方式，支持2Gbps、4Gbps和10Gbps的传输速率，并且可以在光纤通道上传输数据。
FC协议的主要特点是可靠性高、延迟小、可扩展性强等。
2. RoCE（RDMA over Converged Ethernet）协议是一种基于以太网的远程直接数据存取协议，它可以在以太网上实现类似于InfiniBand的数据中心网络互联。
RoCE协议的主要特点是低延迟、高吞吐量和低CPU负载等。
总的来说，FC和RoCE协议在以太网和光纤通道之间的差异主要体现在传输速率、可靠性和延迟等方面。
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理解光纤通道（FC）的核心，包括其命名格式和位址机制，可以帮助人更好的理解SAN。
要全面了解所有有关协议的知识才能够快速浏览问题并找出问题所在。
虽然通过图形界面，鼠标点击和有限的知识也可能解决问题，但是这显然并不是好方法。
因此我们在这里学习一下光纤通道协议。
在此重复：光纤通道并不是SCSI的替代；一般而言SCSI是光纤通道的上层。
有些跑题，现在进入正题。
光纤通道一般是指FC-PHY层：FC0-FC2，在我们的上一篇文章已经有过简短提及。
术语FCP，即光纤通道协议，是指对SCSI的界面协议或FC-4层映射。
我们这里讨论的是光纤通道的内在工作原理，而不是指光纤通道协议。
光纤通道的数据单元叫做帧。
即使光纤通道本身就有几个层，大部分光纤通道是指第2层协议。
一个光纤通道帧最大是2148字节，而且光纤通道帧的头部比起广域网的IP和TCP来说有些奇怪。
光线通道只使用一个帧格式来在多个层上完成各种任务。
帧的功能决定其格式。
相比我们在IP世界中的概念，光纤通道帧格式是奇特而且奇妙的。
光纤通道帧起始于帧开始（SOF）标志，随后是帧头部，这个一会进行描述。
数据，或光纤通道内容，紧随其后，然后是帧结束（EOF）。
这样封装的目的是让光纤通道可以在需要时被其他类似于TCP的协议所承载。
图1. 光纤通道封装帧头
光纤通道帧本身，在大小上颇有不同。
在图1你可以看到我们之前提到过的SOF和EOF。
光纤通道帧头奇特之处是它是字导向的，而且一个光纤通道字是4字节。
在2148字节容量下，最多允许537字节。
帧头的组成部分，以及可选部分，列示如下：
SOF（1字）：帧开始.
帧头（24字节）：帧头决定使用何种协议，以及来源和目的地地址。
其变量取决于所使用
的协议。
可选ESP帧头（8字节）：提供编码；包括SPI和ESP序列号
可选网络帧头（16字节）：这样你可以将FC-SAN连接到非FC网络
可选关联帧头（32字节）：不是光纤通道协议使用的，但可用于确定节点内的流程
可选设备帧头（最多64字节）：不是光纤通道协议使用的，用于特定应用程序
载荷：数据，最多可达2048字节
可选填写字节（可变）：用于保证数据载荷的大小不超过字节界限
可选ESP尾（可变）：包含ESP检验值
CRC（4字节）：一个帧头CRC（循环冗余校验）和光纤通道数据字段
帧结束（4字节）：帧结束，并且表示是否是序列的最后一位
图 2. 光纤通道帧头
光纤通道帧格式包含光纤通道专有信息，包括来源地和目的地。
希望这里可以明白为什么光纤通道具有这么强的灵活性，以及为什么它也给我们带来令人头痛的这么多的基于光纤通道的协议
路由控制（1字节）：路由部分表示是否是数据帧或链路控制帧（ACK或链路回复），信息部分表示数据类型
目的地ID（3字节）：目的地光纤通道地址
类专用控制/优先级（1字节）：服务质量
来源地ID（3字节）：来源地节点的光纤通道地址
类型（1字节）：除非R_CTL表示为控制帧，否则表示下个协议（在数据载荷中）
帧控制（3字节）：各种光纤通道选项，例如序列信息以及在发生问题的情况下的反应
序列ID（1字节）：序列号，就像IP那样
数据字段控制（1字节）：表示是否有可选头部，以及其大小
序列计数（2字节）：在一个序列中所传输的帧的数量
发送人交换ID（2字节）：由发起人进行指定，用于组合相关的序列
回复人交换ID（2字节）：同发送人交换ID相同，但是是由目标节点所指定
参数（4字节）：大部分作为序列的"相关偏移量"，很类似IP中的偏移量
的确，相对于IP世界，这些是很复杂，而且还有很多新术语。
我们将继续在存储基础系列文章里面提到这些头部。
在举出一些真实世界的例子后，这些字段和它们的用处将变得清晰起来。
需要掌握的下一个重要概念是光纤通道命名的方式。
注意光纤通道帧头中的D_ID和S_ID 字段只允许24字节。
每个HBA（主机总线控制器）被分配一个WWN（全球名称），而其上的每一个端口被赋予一个端口WWN，或PWWN。
这些WWNs的长度是64字节，因此大于光纤通道中的24字节。
ANSI T11技术委员会的地址标志符格式规定FCID由三个部分组成，分别是域ID，地区ID和端口ID。
光纤通道网络被动态的分成上下几层。
当一个光纤架构通过域ID分配过程连接到网络上时，每个交换机都被分配一个域ID。
一般来说，域ID是被强制设置的。
域ID，地区ID（第二层级），以及端口ID（由交换机分配）共同构成一个光纤通道节点的地址。
因此在SAN路由情况下，WWN并不能代表什么。
域ID由主交换机分配，保证每个人都能获得正确的信息。
简而言之，在第一次节点连接时，FCID是完全随机的，除非一个管理员手动设置它。
一些域ID被保留用于组播或其他目的，但是这些并不是我们这里讨论的范围。
需要更多细节请参照ANSI T11 FC-SW-3手册。
小知识
一个2148字节的光纤通道帧由封装帧头和光纤通道帧所组成。
光纤通道地址是FCIDs，由交换机根据其内部端口的情况进行分配。
每个节点都标志为一个8字节的端口ID。
域是SAN架构中的层级结构的最上层，而地区是第二层。
地区用于一个交换机的一组端口，而不能跨交换机。
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