光纤通道协议介绍
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：。
fcsan 协议
fcsan 协议FCSAN协议简介FCSAN（Fiber Channel Storage Area Network）是一种基于光纤通道技术的存储区域网络协议。
它是通过光纤通道传输数据的一种标准，为存储设备提供高速、可靠和灵活的连接方式。
本文将重点介绍FCSAN协议的特点、应用场景以及未来发展趋势。
一、FCSAN协议的特点FCSAN协议具有以下几个特点：1. 高速传输：FCSAN协议采用光纤通道作为传输介质，具有较高的传输速率。
它可以提供从2Gbps到128Gbps不等的传输速度，满足了不同规模和需求的存储环境。
2. 可靠性强：FCSAN协议采用光纤通道技术，在数据传输过程中能够有效地保证数据的完整性和可靠性。
它支持数据的纠错和重传机制，能够有效地防止数据丢失或损坏。
3. 灵活可扩展：FCSAN协议支持多节点连接，可以连接多个存储设备和主机。
它可以根据需求进行灵活的扩展，满足存储容量和性能的不断增长。
4. 兼容性强：FCSAN协议具有良好的兼容性，可以与其他存储协议（如iSCSI、FCoE等）进行互操作。
这使得FCSAN协议在混合存储环境中有着广泛的应用。
二、FCSAN协议的应用场景FCSAN协议在存储领域有着广泛的应用场景，主要包括以下几个方面：1. 数据中心：FCSAN协议可以用于构建高性能的数据中心存储网络。
在大规模的数据中心中，FCSAN协议能够提供高速、可靠的数据传输，满足大容量、高性能的存储需求。
2. 虚拟化环境：FCSAN协议可以与虚拟化技术相结合，为虚拟机提供高性能的存储访问。
通过FCSAN协议，虚拟机可以直接访问存储设备，提高了存储性能和可靠性。
3. 数据备份与恢复：FCSAN协议可以用于构建高效的数据备份和恢复系统。
它能够提供高速的数据传输速度，并支持数据的快照和复制功能，保证了数据备份和恢复的效率和可靠性。
4. 视频监控系统：FCSAN协议可以应用于视频监控系统中的数据存储和传输。
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。
sdh协议
sdh协议SDH（Synchronous Digital Hierarchy）是一种面向同步数字传输的层次结构，常用于光纤传输。
它通过将信号划分为不同层次的容器，使得不同速率的信号可以被传输和交换。
SDH协议被广泛应用于电话网、广播电视、数据交换等领域。
SDH协议的层次结构分为四个层次：光线路层（Line Layer）、光传输层（Path Layer）、光复用层（Section Layer）和物理接口层（Physical Interface Layer）。
光线路层是最高的层次，它负责将光信号分割为多个光通道，并提供错误检测和纠正功能。
这些光通道可以按照不同的速度传输数据，例如155Mbps、622Mbps等。
光线路层主要利用SDH帧结构来实现信号的分割和重组。
光传输层负责在不同的光线路之间建立传输路径，并提供信号的质量监测和故障恢复功能。
它将多个光线路绑定在一起，并通过复用技术将它们的带宽进行合并。
光传输层的关键功能是光交叉连接（OXC），它可以在不同的光传输层中建立任意的连接。
光复用层主要负责在不同的光传输层间建立和管理光复用器。
它将不同速率的光信号进行复用，以提高光纤的利用率。
光复用层还负责信号的分光和合流，以便进行正确的分发和传输。
物理接口层是最底层的层次，它负责将数字信号转化为光信号或电信号。
物理接口层需要根据具体的物理介质进行适配，例如光纤、电缆、无线等。
物理接口层还负责信号的编码和调制，以便在传输过程中保持信号的完整性和稳定性。
SDH协议具有时间同步性和高可靠性的特点。
时间同步性可以保证在多个传输节点之间进行精确的时钟同步，以避免数据传输中的时延和抖动。
高可靠性体现在其故障检测和恢复机制上，当一个光线路发生故障时，SDH协议可以自动切换到备用光线路，以保证数据的连续传输。
总的来说，SDH协议是一种高性能的同步数字传输协议，可用于光纤传输中的数据、音频和视频等信息。
它的层次结构和功能模块化设计，使得网络的建设和维护更加灵活和高效。
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
1 2 3
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
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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。
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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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fcp协议
fcp协议FCP（Fiber Channel Protocol）是一种用于光纤通道技术的网络协议。
该协议支持高速数据传输、高可用性和可扩展性等特性，被广泛应用于存储区域网络和数据中心的网络架构中。
本文将详细介绍FCP协议的定义、特点和应用领域。
一、FCP协议的定义FCP协议是一种光纤通道标准的传输协议，用于在光纤通道网络中传输数据。
其目的是提供高速、可靠的数据传输服务，以满足存储设备和计算机之间的数据交换需求。
FCP协议属于ISO/IEC 14165-214标准的一部分，定义了光纤通道网络中数据的传输格式、命令和应答规则等。
FCP协议采用客户端/服务器架构，其中客户端为应用程序或操作系统，而服务器则是存储设备。
客户端通过FCP协议向服务器发送请求并接收响应，从而实现数据交换。
FCP协议还支持多路径和多帧传输等特性，以提供更高的可靠性和带宽利用率。
二、FCP协议的特点1. 高速传输：FCP协议能够在光纤通道网络中以高速传输数据，最高传输速率可达到16Gbps，使得数据在存储设备和计算机之间的传输更加迅速。
2. 高可用性：FCP协议支持多路径传输技术，当其中一个路径出现问题时，可以通过其他路径继续传输数据，从而保证数据的可靠性。
此外，FCP协议还支持区域网络通信和远程数据保护等特性，以保证数据的安全性和可用性。
3. 可扩展性：FCP协议可以与其他存储协议兼容，如SCSI、iSCSI等，从而扩展其应用范围。
此外，FCP协议允许在现有的光纤通道网络中动态添加和删除设备，以支持网络的扩容和升级。
4. 简单易用：FCP协议的命令和应答规则较为简单，易于实现。
此外，FCP协议还提供了完整的错误处理机制，以方便维护和排错。
三、FCP协议的应用领域FCP协议被广泛应用于存储区域网络和数据中心的网络架构中。
其主要应用包括存储设备互联、数据备份和恢复、数据中心的数据共享等。
1. 存储设备互联：FCP协议可以实现存储设备之间的互联，使得存储资源能够被更多的计算机和应用程序所共享。
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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
点对点
仲裁环
交换式FC网络（Fabric）
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
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
•
•
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
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
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
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）
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
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)
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
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
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
使用虚电路来创建专用连接