光纖通道協議(HDS白皮書)

 

一、光纖通道基本架構
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，定製了不同介質，傳輸距離，訊號機制標準，也定義了光纖和銅線介面以及電
纜指標
FC-1:定義編碼和解碼的標準
FC-2:定義了幀、流量控制、和服務品質等
FC-3:定義了常用服務，如資料加密和壓縮
FC-4：協議映射層，定義了光纖通道和上層應用之間的介面，上層應用比如：串列SCSI 協
議，HBA 的驅動提供了FC-4 的介面函數，FC-4 支援多協議，如：FCP-SCSI,FC-IP,FC-VI。
二、FCP-SCSI
FCP-SCSI:是將光纖通道裝置映射為一個作業系統
可訪問
的邏輯磁碟機的一個串列協議，這個協議使得以前基於SCSI 的應用不做任何修改即可使用光纖通道。FC-SCSI 是儲存系統
和伺服器
之間最主要的通訊手段。SCSI 擴充了COPY 命令
，一個新的ANSI T10 標準，也支援SAN 上儲存系統
之間通過資料移轉應用來直接移動資料。
FCP-SCSI 和匯流排連接方式相比的優點在儲存區域網路
上已經得到證明，FCP-SCSI 提供更高的效能(100M/sec),更遠的串連距離(每串連最遠達10 公裡)，更大的定址空間(最大16000000 個節點)。FCP-SCSI 使用幀傳輸取代塊傳輸。幀傳輸以大資料流傳輸方式傳輸短的小的交易資料，這樣可提高服務品質。FCP-SCSI 支援為了簡化管理
和資源儲存的儲存“池”技術
的網路
配置。FCP-SCSI 支援提高可靠性和可用性的編碼技術
。
三、FC-IP
FC-IP 將光纖通道地址映射到IP 位址，FC-IP 的定址方式：廣播一個IP 位址，然後從儲存節點返回一個MAC
地址。如果SCSI 裝置不能區分FCP-SCSI 幀和FC-IP 幀，IP 廣播可能導致錯誤。HDS 系統可通過檢測
幀頭來區分FCP-SCSI 幀和FC-IP 幀，沒有這個能力的儲存系統必須通過別的方法(如switch zoning)來阻止FC-IP 幀被廣播到fibre 連接埠
。
FC-IP 和乙太網路比有幾個優點：可以和類似FCP-SCSI 儲存的內部串連架構整合，以節省使用成本；傳輸速度更快，效率更高。
乙太網路傳輸資料包最高到1500 位元組。包是乙太網路中基本校正單元，在每一幀後都會導致消耗CPU 週期的一個中斷。在GB 乙太網路裡負載通常也是一個限制因素，避免佔用全部頻寬
。而FC-IP 資料幀達到2000 位元組，FC-IP 校正基本單元是一個多幀隊列。MTU可以達到64 個幀，比較乙太網路而言允許光纖通道在主機
中斷之間傳輸更多的資料。這種MTU可減少需要的CPU 週期和提高傳輸效率。
FC-IP 還有使用光纖通道網路的優點，光纖通道網路是基於流量控制的封閉網路。乙太網路設初是考慮到要通過無流量控制的公網，它在阻塞發生時，在一貫時間段之後返回並重發包，消耗額外的CPU 週期。IP 應用無須修改即可運行於FC-IP，享受光纖通道帶來的高速和大大減少處理中斷。
Emulex 和JNI 是提供FC-IP 驅動的光纖通道HBA 廠商。他們計劃傳遞一個“Combo”以支援FCP-SCSI 和FC-IP。Troika 提供支援FCP-SCSI、FC-IP、FC-IP（QOS）的控制器，QOS 允許網路系統管理員分配協議優先權。
四、FC-VI
FC-VI 是在光纖通道上實現VI 架構，它允許資料在光纖通道接點的記憶體位址之間快速遷移。FC-VI 是VI 架構的光纖通道應用，一個intel,Compaq,100 多家廠商和組織為了減少伺服器通訊等待的協議標準。VI 設計的初衷是為了達到叢集電腦
之間通訊等待減少和高頻寬的效果。在光纖通道網路裡，通過和另一節點介面的HBA 的緩衝區和應用記憶體之間直接存取(DMA)的方法，這個目標完成了
VI 架構建立了記憶體註冊機制，實質上就是限制使用者
記憶體的記憶體位址並支援資料從使用者
記憶體直接傳輸到HBA 的緩衝，然後這個資料可以通過外部介質傳輸到另一個伺服器應用記憶體的指定位置（註冊）。如果要使用VI，應用、資料庫
或作業系統必須從www.viarch.org


獲得相應的API。DB2 6.1 和Oracle8.1 都在他們的資料庫叢集應用中使用了VI 架構。
IP over Ethernet 的延遲包括TCP
棧（CPU 負荷）和以太傳輸延遲。100BaseT 的最大傳輸速率為100Mbit/sec，FC-IP 減少了以太相關的延遲並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 的軟體
延遲。FC-VI 去掉了TCP
棧並提供了應用記憶體和HBA 之間的DMA。FC-VI 饒過了系統核心，避免了作業系統上下文轉換和緩衝改變，實現了更高的傳輸速率。
FC-VI 需要一個支援VI 架構的光纖通道HBA，FC-VI HBA 和支援SCSI I/O 的光纖通道HBA 有本質上的不同。Troika 和Finisar 都提供支援VI 架構的光纖通道HBA。Finisar 出售一種基於PCI 的支援VI 架構的光纖通道HBA，支援點對點連接或交換形式。Troika 出售一種基於PCI 的智能控制器——SAN 2000 系列控制器，這種控制器支援FC-SCSI，FC-IP，點對點FC-VI，FC-AL 和交換拓撲。Troika 控制器提供多種管理選項和特徵，比如協議優先權配置和在負載平衡的path 變換。
五、多協議結構
所有的這三種協議（FC-SCSI，FC-IP，FC-VI）可以備組合成一個光纖通道結構。儘管這些協議也能在FC-AL 裡工作，但相應的頻寬共用和仲裁消耗忽略掉了FC-IP 和FC-IP 的效能優點。建議使用Fabric交換，這是因為Fabric交換提供伺服器之間和伺服器與存放裝置之間的多個無阻塞的100M/sec 的通路。

HD小型股份有限公司開發了一個類比使用FC-SCSI，FC-IP，FC-VI 交換結構的多協議商業智慧解決
方案。使用Ancor、Brocade 或一起使用這兩家的Fabric交換器，這個方案於1999 年11 月的電腦分銷商展覽會和2000 年6 月的Gartner 集團儲存2000 年會議上得到驗證。在這個方案裡的Fabric交換整合了全部資料網路的集中管理並提供了無限的可擴充性（隨伺服器和儲存系統節點的增加）。Fabric交換的使用犧牲了一些完全可以忽略的效能損耗，在多數情況下，FCP-SCSI 通過交換所消耗不超過2%。

當越來越多的應用為VI 架構而修改或開發時，我們會看到越來越多資料網路整合到光纖通道上。出現的市場機遇如EAI（公司專屬應用程式交換）需要提供異平台和異種資料庫之間的資料即時傳輸和交換，FC-VI 使得伺服器之間高速資料交換成為可能。現存的應用如NAS 通過使用VI sockets 可以光纖通道的速度運行他們的網路檔案
系統。
人們正在努力提出訪問儲存的IP 標準，Cisco 為SCSI over IP 向IETF 提交了一個規範，目前這個規範仍在開發中，它需要將控制和命令訊號與資料訊號的傳輸電纜分開，主要是考慮流量控制和傳輸控制的開銷。