存储协议——FC协议讲解

FC基础概念

FC协议结构

FC通信

FC交换网络工作流程：（以封装SCSI协议为例）

FC拓扑结构

FC协议的端口类型

FC适配器（FC HBA卡）

FC基础概念

FC最开始为一种传输协议，由于其性能较高，逐渐发展到前端作为主机接口，并逐渐发展为点对点、交换机等组网

FC协议结构

 

FC-4：高层协议映射

将SCSI、IP、ATM等协议封装到FC网络中进行传输----封装IP、ATM的功能已经不使用了

FC-3：通用服务（压缩解压缩、加密解密等功能）

本层包括条带(通过多条通道传输数据), 多点传送(将一个信息发送到多个目标)和查寻组(为一个节点映射多个端口)等先进功能。

FC-2：数据分发

本层定义了在网络内发送数据的基本规则

1) 如何将数据切分为小帧；

2) 一次可以发送多少数据(流控制)；

3) 帧应当发送到什么地方。它同时包括根据应用定义服务等级。

FC-1：字节编码

进行编码或解码信号

本层记录8b/10b传输编码用于平衡传输位流

编码还可以作为数据传输和接受错误检测机制（2bit是校验码）

8G FC使用 8/10bit字节编码，16G FC使用64/66bit 字节编码

FC-0：物理界面

连接物理介质的界面，定义编码和解码标准等

常用连接线为铜缆和光缆

FC通信

FC通信主要依靠WWN和FCID号来实现，具体如下：

当有一个WWN登录到交换机的某一个端口时，交换机会为其分配一个FCID地址

同时交换机也将会创建FCID和登录WWN地址之间的关联并维护他们之间的关系

WWN号：类似于以太网中的MAC地址的作用（64bit）

硬件的全球唯一标示（由WWNN和WWPN组成）

WWNN-----节点号    FC网络中每个设备自身都有一个WWNN

WWPN----- 端口号    FC网络中每个设备的端口都有一个WWP

 

FCID：类似于以太网中的IP地址（24bit）

由于WWN号用来寻址太长，会影响到路由的性能，索引采用另外一种方式（FCID）来进行寻址（当时这个FCID需要与WWN关联--通过Flogin表关联且本地有效）

FCID是由FC交换机分配给终端的

1. Domain ID：用来表示交换机本身的地址（最大256个地址，除去被保留的地址，只有239个地址可用）。所以一个SAN网络最多连接239个交换机
2. Area ID：     用于表示不同端口组
3. Port ID：      用于表示同一端口组中不同的端口（或者是仲裁环的物理地址）

FC交换网络工作流程：（以封装SCSI协议为例）

1、光纤网络搭建完成后，分配各自FC交换机的Domain ID：

由于Domain ID最多只有239个地址，所以网络中最多只可以有239台FC交换机

(如果FC交换机划分了VSAN----可以将一台交换机看作多台交换机，那这个VSAN也占用一个Domain ID)

NPV模式——扩展FC SAN的规模

NPV交换机可以扩展FC SAN的规模，且不需要占用Doamin ID的资源（一般部署在网络边缘处，位于N节点---服务器 和交换机之间）

可以解决在中大型网络中Domain ID不够用，影响网络的部署性和扩展性的问题

2、生成FSPF路由表使整个FC网络光纤交换机之间可以查询路由并通信

FC交换机拥有Domain ID后，会维护一张FSPF（光纤最短路径优先）路由表

路由表维护Domian ID、Domain ID的Cost、出接口三种信息

FSPF--类似于路由表，只有在进行数据转发需要用到

Cost计算方法：2Gbps  500，4Gbps 1000  以此类推

3、终端使用HBA卡接入光纤交换机获取FCID

服务器或者存储通过HBA卡接入光纤交换机，通过自己的WWN向光纤交换机申请FCID

此时光纤交换机会将自己的Domain ID加上Area ID和Port ID分配给服务器或者存储

并在光纤交换机上产生一张本地有效的Flogin表，此表记录每个端口接入终端的信息（VSAN、FCID、WWN之间的映射关系）

Flogin表：关联自身分配的FCID和WWN  本地有效

Flogin协议的FCID为0xFFFFFE(预留地址)

4.服务器与磁盘阵列之间通信，执行三次Plogin（动态口令）操作建立联系

• 第一次

让终端在各个光纤交换机上注册，这时每个光纤交换机都是一个FCNS服务器（FC名称服务器），并产生一个 FCNS数据表，并同步给整个FC网络的光纤交换机

FCNS数据表里包含端口所属VSAN，FCID是什么，端口是什么类型 ，PWWN，什么网络类型，功能类型，应用哪种QoS等信息

PLogin协议的FCID为0xFFFFFC(预留地址)。

FCNS数据表中功能类型一般分为两类：

一类是发起者(Initiator)，一般为服务器、一类是目标(target)，一般为磁盘阵列

FCNS数据表（统计目标器和启动器），全局同步

 

• 第二次

再次发送Plogin给光纤交换机，请求查看一下FC网络中有那些类型为target的可用磁盘阵列

 

• 第三次

发送Plogin给target建立链接（以下是服务器和存储建立连接，存储和服务器建立连接的过程类似）

5.服务器与磁盘阵列建立连接成功，执行PRLI操作，建立SCSI进行交互连接

传输过程同上，三次操作；只是报文类型由Plogin变为PRLI

6.开始传输SCSI数据块

传输过程同上，只是类型变为SCSI块数据

FC拓扑结构

FC协议的端口类型

 

设备（节点）端口：

N_Port：Fabric网络架构中，FC终端设备通过此接口直连连接FC交换机

L_Port：仲裁环上（私有环）的FC终端交换机的端口类型（Loop），连接FCAL集线器

NL_Port：仲裁环上（开放环）的FC终端交换机的端口类型，连接FCAL集线器

交换机端口：

E_Port：扩展端口（用于连接交换机到交换机的端口），需要在此端口承载控制信息（路由协议等）

F_Port：Fabric网络架构中，FC交换机通过此接口连接N端口的FC终端设备

FL_Port：Fabric Loop端口，连接FCAL集线器设备

G_Port：普通（Generic）端口，可以转换为E或F端口。

U_Port：通用（Universal）端口，用于描述自动端口检测的术语。

FC适配器（FC HBA卡）

是插在主机侧的

FC总线适配器，支持连接FC网络的应用，实现高带宽高性能存储组网方案