光纖通道(Fibre Channel)協(xié)議詳述

FC-4 Upper Layer Protocol:SCSI,HIPPI,SBCCS,802.2,ATM,VI,IP
FC-3 common service
FC-2 Framing Protocol /Flow Control
FC-1 Encode/Decode
FC-0 Media:Optical or copper,100MB/sec to 1.062GB/sec

描述：
FC-0:物理層，定制了不同介質(zhì)，傳輸距離，信號(hào)機(jī)制標(biāo)準(zhǔn)，也定義了光纖和銅線接口以及電
纜指標(biāo)
FC-1:定義編碼和解碼的標(biāo)準(zhǔn)
FC-2:定義了幀、流控制、和服務(wù)質(zhì)量等
FC-3:定義了常用服務(wù)，如數(shù)據(jù)加密和壓縮
FC-4：協(xié)議映射層，定義了光纖通道和上層應(yīng)用之間的接口，上層應(yīng)用比如：串行SCSI 協(xié)議，HBA 的驅(qū)動(dòng)提供了FC-4 的接口函數(shù)，F(xiàn)C-4 支持多協(xié)議，如：FCP-SCSI,FC-IP,FC-VI。

　　二、FCP-SCSI

　　FCP-SCSI:是將光纖通道設(shè)備映射為一個(gè)操作系統(tǒng)可訪問(wèn)的邏輯驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)串行協(xié)議，這個(gè)協(xié)議使得以前基于SCSI 的應(yīng)用不做任何修改即可使用光纖通道。FC-SCSI 是存儲(chǔ)系統(tǒng)和服務(wù)器之間最主要的通信手段。SCSI 擴(kuò)展了COPY 命令，一個(gè)新的ANSI T10 標(biāo)準(zhǔn)，也支持SAN 上存儲(chǔ)系統(tǒng)之間通過(guò)數(shù)據(jù)遷移應(yīng)用來(lái)直接移動(dòng)數(shù)據(jù)。

　　FCP-SCSI 和總線聯(lián)結(jié)方式相比的優(yōu)點(diǎn)在存儲(chǔ)局域網(wǎng)上已經(jīng)得到證明，F(xiàn)CP-SCSI 提供更高的性能(100M/sec),更遠(yuǎn)的連接距離(每連接最遠(yuǎn)達(dá)10 公里)，更大的尋址空間(最大16000000 個(gè)節(jié)點(diǎn))。FCP-SCSI 使用幀傳輸取代塊傳輸。幀傳輸以大數(shù)據(jù)流傳輸方式傳輸短的小的事務(wù)數(shù)據(jù)，這樣可提高服務(wù)質(zhì)量。FCP-SCSI 支持為了簡(jiǎn)化管理和資源存儲(chǔ)的存儲(chǔ)“池”技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)配置。FCP-SCSI 支持提高可靠性和可用性的編碼技術(shù)。

　　三、FC-IP

FC-IP 將光纖通道地址映射到IP 地址，F(xiàn)C-IP 的尋址方式：廣播一個(gè)IP 地址，然后從存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)返回一個(gè)MAC 地址。如果SCSI 設(shè)備不能區(qū)分FCP-SCSI 幀和FC-IP 幀，IP 廣播可能導(dǎo)致錯(cuò)誤。HDS 系統(tǒng)可通過(guò)檢測(cè)幀頭來(lái)區(qū)分FCP-SCSI 幀和FC-IP 幀，沒(méi)有這個(gè)能力的存儲(chǔ)系統(tǒng)必須通過(guò)別的方法(如switch zoning)來(lái)阻止FC-IP 幀被廣播到fibre 端口。

FC-IP 和以太網(wǎng)比有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：可以和類(lèi)似FCP-SCSI 存儲(chǔ)的內(nèi)部連接架構(gòu)集成，以節(jié)省使用成本；傳輸速度更快，效率更高。

以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)包最高到1500 字節(jié)。包是以太網(wǎng)中基本校正單元，在每一幀后都會(huì)導(dǎo)致消耗CPU 周期的一個(gè)中斷。在GB 以太網(wǎng)里負(fù)載通常也是一個(gè)限制因素，避免占用全部帶寬。而FC-IP 數(shù)據(jù)幀達(dá)到2000 字節(jié)，F(xiàn)C-IP 校正基本單元是一個(gè)多幀隊(duì)列。MTU可以達(dá)到64 個(gè)幀，比較以太網(wǎng)而言允許光纖通道在主機(jī)中斷之間傳輸更多的數(shù)據(jù)。這種MTU可減少需要的CPU 周期和提高傳輸效率。

FC-IP 還有使用光纖通道網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，光纖通道網(wǎng)絡(luò)是基于流控制的封閉網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)設(shè)初是考慮到要通過(guò)無(wú)流控制的公網(wǎng)，它在阻塞發(fā)生時(shí)，在一貫時(shí)間段之后返回并重發(fā)包，消耗額外的CPU 周期。IP 應(yīng)用無(wú)須修改即可運(yùn)行于FC-IP，享受光纖通道帶來(lái)的高速和大大減少處理中斷。

Emulex 和JNI 是提供FC-IP 驅(qū)動(dòng)的光纖通道HBA 廠商。他們計(jì)劃傳遞一個(gè)“Combo”以支持FCP-SCSI 和FC-IP。Troika 提供支持FCP-SCSI、FC-IP、FC-IP（QOS）的控制器，QOS 允許網(wǎng)絡(luò)管理員分配協(xié)議優(yōu)先權(quán)。

四、FC-VI

FC-VI 是在光纖通道上實(shí)現(xiàn)VI 架構(gòu)，它允許數(shù)據(jù)在光纖通道接點(diǎn)的內(nèi)存地址之間快速遷移。FC-VI 是VI 架構(gòu)的光纖通道應(yīng)用，一個(gè)intel,Compaq,100 多家廠商和組織為了減少服務(wù)器通信等待的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。VI 設(shè)計(jì)的初衷是為了達(dá)到集群計(jì)算機(jī)之間通信等待減少和高帶寬的效果。在光纖通道網(wǎng)絡(luò)里，通過(guò)和另一節(jié)點(diǎn)接口的HBA 的緩沖區(qū)和應(yīng)用內(nèi)存之間直接訪問(wèn)(DMA)的方法，這個(gè)目標(biāo)完成了VI 架構(gòu)建立了內(nèi)存注冊(cè)機(jī)制，實(shí)質(zhì)上就是限制用戶(hù)內(nèi)存的內(nèi)存地址并支持?jǐn)?shù)據(jù)從用戶(hù)內(nèi)存直接傳輸?shù)紿BA 的緩存，然后這個(gè)數(shù)據(jù)可以通過(guò)外部介質(zhì)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)服務(wù)器應(yīng)用內(nèi)存的指定位置（注冊(cè)）。如果要使用VI，應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫(kù)或操作系統(tǒng)必須從www.viarch.org 獲得相應(yīng)的API。DB2 6.1 和Oracle8.1 都在他們的數(shù)據(jù)庫(kù)集群應(yīng)用中使用了VI 架構(gòu)。

IP over Ethernet 的延遲包括TCP 棧（CPU 負(fù)荷）和以太傳輸延遲。100BaseT 的最大傳輸速率為100Mbit/sec，F(xiàn)C-IP 減少了以太相關(guān)的延遲并以光纖通道的速度傳輸，提供比IP over Ethernet 更好的吞吐能力，但仍然避免不了TCP/IP 的軟件延遲。FC-VI 去掉了TCP棧并提供了應(yīng)用內(nèi)存和HBA 之間的DMA。FC-VI 饒過(guò)了系統(tǒng)內(nèi)核，避免了操作系統(tǒng)上下文轉(zhuǎn)換和緩沖改變，實(shí)現(xiàn)了更高的傳輸速率。

FC-VI 需要一個(gè)支持VI 架構(gòu)的光纖通道HBA，F(xiàn)C-VI HBA 和支持SCSI I/O 的光纖通道HBA 有本質(zhì)上的不同。Troika 和Finisar 都提供支持VI 架構(gòu)的光纖通道HBA。Finisar 出售一種基于PCI 的支持VI 架構(gòu)的光纖通道HBA，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接或交換形式。Troika 出售一種基于PCI 的智能控制器?D?DSAN 2000 系列控制器，這種控制器支持FC-SCSI，F(xiàn)C-IP，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)FC-VI，F(xiàn)C-AL 和交換拓?fù)洹roika 控制器提供多種管理選項(xiàng)和特征，比如協(xié)議優(yōu)先權(quán)配置和在負(fù)載均衡的path 變換。

五、多協(xié)議結(jié)構(gòu)

所有的這三種協(xié)議（FC-SCSI，F(xiàn)C-IP，F(xiàn)C-VI）可以備組合成一個(gè)光纖通道結(jié)構(gòu)。盡管這些協(xié)議也能在FC-AL 里工作，但相應(yīng)的帶寬共享和仲裁消耗忽略掉了FC-IP 和FC-IP 的性能優(yōu)點(diǎn)。建議使用Fabric交換，這是因?yàn)镕abric交換提供服務(wù)器之間和服務(wù)器與存儲(chǔ)設(shè)備之間的多個(gè)無(wú)阻塞的100M/sec 的通路。

HDS 公司開(kāi)發(fā)了一個(gè)模擬使用FC-SCSI，F(xiàn)C-IP，F(xiàn)C-VI 交換結(jié)構(gòu)的多協(xié)議商業(yè)智能解決方案。使用Ancor、Brocade 或一起使用這兩家的Fabric交換機(jī)，這個(gè)方案于1999 年11 月的計(jì)算機(jī)分銷(xiāo)商展覽會(huì)和2000 年6 月的Gartner 集團(tuán)存儲(chǔ)2000 年會(huì)議上得到驗(yàn)證。在這個(gè)方案里的Fabric交換集成了全部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的集中管理并提供了無(wú)限的可擴(kuò)展性（隨服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的增加）。Fabric交換的使用犧牲了一些完全可以忽略的性能損耗，在多數(shù)情況下，F(xiàn)CP-SCSI 通過(guò)交換所消耗不超過(guò)2%。

當(dāng)越來(lái)越多的應(yīng)用為VI 架構(gòu)而修改或開(kāi)發(fā)時(shí)，我們會(huì)看到越來(lái)越多數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)集成到光纖通道上。出現(xiàn)的市場(chǎng)機(jī)遇如EAI（企業(yè)應(yīng)用交換）需要提供異平臺(tái)和異種數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和交換，F(xiàn)C-VI 使得服務(wù)器之間高速數(shù)據(jù)交換成為可能?，F(xiàn)存的應(yīng)用如NAS 通過(guò)使用VI sockets 可以光纖通道的速度運(yùn)行他們的網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)。

人們正在努力提出訪問(wèn)存儲(chǔ)的IP 標(biāo)準(zhǔn)，Cisco 為SCSI over IP 向IETF 提交了一個(gè)規(guī)范，目前這個(gè)規(guī)范仍在開(kāi)發(fā)中，它需要將控制和命令信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸電纜分開(kāi)，主要是考慮流控制和傳輸控制的開(kāi)銷(xiāo)。