《大话存储》第8章-Fibre Channel协议详解（1）

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• • 8.1 FC网络——极佳的候选角色
  • • 8.1.1 物理层
    • 8.1.2 链路层
    • 8.1.3 网络层
    • 8.1.4 传输层
    • 8.1.5 上三层
    • 8.1.6 小结
  • 8.2 FC协议中的七种端口类型
  • • 8.2.1 N端口和F端口
    • 8.2.2 L端口
    • 8.2.3 NL端口和FL端口
    • 8.2.4 E端口
    • 8.2.5 G端口

前言：

• SAN首先是个网络，而不是指存储设备。这个网络是专门用来给主机连接存储设备用的，这个网络中有着很多的元件，它们的作用都是为了让主机更好地访问存储设备。
• SAN概念的出现，只是个开头而已，因为按照SCSI总线16个节点的限制，不可能接入很多的磁盘。要扩大这个SAN的规模，还有很长一段路要走。如果仅仅用并行SCSI总线，那么SAN只能像PCI总线一样作为主机的附属品，而不能成为一个真正独立的“网络”。必须找到一种寻址容量大、稳定性强、速度快、传输距离远的网络结构，从而连接控制器和磁盘或者连接控制器到主机。
• 干脆破釜沉舟，独立研发一套全新的网络传输系统，专门针对局部范围的高速度高效传输。形成一套完整的网络系统并非易事，首先必须得有个蓝图。OSI就是一个经典的蓝图，是对任何互联系统的抽象。

8.1 FC网络——极佳的候选角色

• FC网络自1988年出现以来，已经发展成为一项非常复杂、高速的网络技术。最初并不是用来作为一种网络存储技术的。
• FC只代表Fibre Channel即“网状通道”，不能代表Fiber Channel即“光纤通道”。FC与光纤根本就没有必然的联系。
• Fibre Channel可以称为FC协议，或FC网络、FC互联。像TCP/IP一样，FC协议集同样具备TCP/IP协议集以及以太网中的很多概念，比如FC交换、FC交换机、FC路由、FC路由器，SPF路由算法等。同样可以用OSI来将FC协议进行断层分析。

8.1.1 物理层

• OSI的第一层就是物理层。作为一种高速的网络传输协议，FC协议体系的物理层具有比较高的速度，从1GB/s、2GB/s、4GB/s到当前的8GB/s。作为高速网络的代表，其底层也使用了同步串行传输方式，而且为了保证传输过程中的电直流平衡、时钟恢复和纠错等特性，其传输编码方式采用NMb编码。
• 为了实现远距离传输，传输介质起码要支持光纤。铜线也可以，但是距离受限制。FC协议集中物理层的电气子层名为FC0，编码子层名为FC1.

8.1.2 链路层

(1).字符编码及FC帧结构

• 现代通信在链路层一般都是成帧的，将上层发来的一定数量的位流打包加头尾传输。FC协议在链路层也是成帧的，既然需要成帧，那么一定要定义帧控制字符。
• FC协议定义了一系列的帧控制策略以及对应的字符。这些控制字符不是ASCII码字符集中的，而是单独定义了一套专门用于FC协议的字符集，称为“有序集”。其中的每个控制字符其实是由4个8位字节组成的，称为一个字（word），而每个控制字开头的一个字节总是经过8 10b编码之后的0011111010（左旋）或者1100000101（右旋）。
• 由于还没有标准名词出现，引入“左旋”、“右旋”这两个化学名词来描述这种镜像编码方式。编码电路可以根据上一个10位中所包含的1的个数来旋转下一个10位中1的个数，总体平衡1和0的个数。
• FC协议称左旋/右旋字符为K28.5，这个字未经过8 10b编码之前的值是16进制BC（10111100），低5位11100（十进制28），高3位101（十进制5）。这样便可以组成成相应的二进制位码，然后再加上一个描述字符K(控制字符)或者D(数据字符)。K28.5这个字符没有ASCII字符编码与其冲突，它的二进制流中又包含了连续的5个1，非常容易被电路识别，当然符合这些条件的字符还有好几个。
• 每个控制字符均由K28.5字符开头，后接三个其他字符（可以是数据字符），由这4个字符组成的字来代表一种意义，比如SOF（Start Of Frame）、EOF（End Of Frame）等。
• 定义了相关的控制字之后，还需要定义一个帧头。FC协议定义了一个24B的帧头。以太网帧头才14B，用起来还绰绰有余，为什么FC需要定义24B呢？在这个问题上，协议的设计者独树一帜，因为这24B的帧头不但包含了寻址功能，而且包含了传输保障的功能。网络层和传输层的逻辑都用这24B的信息来传递。
• 基于以太网的TCP/IP网络，它的开销一共是：14B(以太网帧头)+20B(IP头)+20B(TCP头)=54B，或者把TCP头换成8B的UDP头，一共是42B。这就注定了FC的开销比以太网加上TCP/IP的开销要小，而实现的功能都差不多。FC将寻址、传输保障合并起来放到一个头中，长度才24B。
  

(2).链路层流量控制

• 在链路层上，FC定义了两种流控策略：端到端的流控、缓存到缓存的流控，前者比后者更上层和高级。在一条链路的两端，首先面对链路的一个部件就是缓存。接收电路将一帧成功接收后，就放入了缓存中。如果由于上位程序处理缓慢而造成缓存已经充满，FC协议还有几只来通知发送方减缓发送。如果链路的一端是FC终端设备，另一端是FC交换机，则二者之间的缓存到缓存的流量控制只能控制这个FC终端到FC交换机之间的流量。
• 而通信的最终目标是网络上的另一个FC终端，这之间可能经历了多个FC交换机和多条链路。如果数据流在另外一个FC终端之上发生拥塞，则这个FC终端就必须通知发起端降低发送频率，即“端到端”的流量控制。
  

(3).MTU

• 一般情况下，以太网的MTU（Maximum Transmission Unit，最大传输单元）为1500B，而FC链路层的MTU可以到2112B。

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