光纤通道 - SAN 协议解释

网络 11个月前 刘丰源
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什么是光纤通道?


FC(光纤通道)是一种网络技术,主要用于存储区域网络,用于在计算机数据存储和服务器设备之间提供高速、无损的原始块数据传输。

的光纤信道网络(又名织物)是一个专用的高速,低等待时间的存储网络,支持的2,4,6,8和16Gbps的,连接的带宽速度:

HBA(主机总线适配器) - 专用服务器存储适配器(又名启动器)
存储系统- 包含存储控制器和磁盘(也称为目标)。
FC 交换机- 高速光纤通道交换机。
所述FCP(光纤通道协议)工作在FC架构。FCP 主要是通过 FC 网络实现 SCSI,或者换句话说,

SCSI 数据在 FC 帧内封装和传输

FC层


在学习光纤通道的各个层时,重要的是要了解 FC 不遵循传统的 OSI 7 层模型。相反,它被分解为 5 层。如下所示:

FC-0 - 定义用于链接两个光纤通道端口的物理介质,包括布线类型、各种数据速率的光学和电气参数、最大传输距离和噪声限制。光纤通道支持两种类型的电缆:铜缆和光纤。[2]

FC-1 - 定义传输协议,包括串行编码和解码规则、特殊字符和错误控制。[3]

FC-2 - 定义了光纤通道的传输机制和要在端口之间传输的数据的帧规则、控制类服务的不同机制以及管理数据传输顺序的方法。[4]

FC-3 - 定义了诸如条带化、寻线组和多播等高级功能所需的通用服务。

FC-4 - 定义可以通过光纤通道执行的应用程序接口。它使用下面的 FC 级别指定上层协议的映射规则。[5]
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FC帧


光纤通道定义了一个可变长度的帧,由 36 字节的开销和最多 2112 字节的有效载荷组成,最大总大小为 2148 字节。帧开始 (SOF) 定界符和帧结束 (EOF) 定界符标记每个光纤通道帧的开始和结束。

CRC 用于检测传输错误。
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寻址/命名

全球名称

世界网络

FC 寻址基于 WWN(全球名称)。这些地址对于每个 FC 设备(例如 FC HBA 或 SAN)都是唯一的,并且是 64 位地址,由 16 个十六进制值组成,如下所示:15:00:00:f0:8c:08:95:德。

SAN 中的每个设备都由唯一的 WWN 标识。WWN 包含由 IEEE 定义和维护的供应商标识符字段。[8]

WWN 可以比作以太网世界中的 MAC 地址。

WWPN

而 WWN 已分配给设备。全球端口名称 (WWPN) 是分配给节点(无论是 HBA 还是存储系统)的每个端口的唯一地址。

网络神经网络

全球节点名称 (WWNN) 分配给存储网络中的节点。例如,同一个 WWNN 可以表示单个网络节点的多个网络接口。[9]

别名

别名用于通过将全球名称(来自 FC 交换机或存储系统)映射到字符串来帮助进行配置和故障排除。例如:WWPN 15:00:00:f0:8c:08:95:de 可以别名为 MAIL-SERVER。

切换域 ID

在 FC 网络中,每个交换机都分配有唯一的域 ID。在网络中选出一个主交换机,它将域 ID 分配给其他交换机。根据 FLOGI 过程(稍后描述),此域 ID 然后用于形成 FCID 的一部分。

FCNS

光纤通道名称服务 (FCNS) 用于在结构内的交换机之间交换 FLOGI 数据库。允许每个交换机了解每个 WWPN 的位置,以及如何在那里路由流量。[10]

安全


分区

分区是一种安全功能,允许管理员控制哪些主机可以相互通信。这允许管理员创建阻止服务器通过结构相互通信的区域,确保每个服务器只能与存储系统通信。
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LUN屏蔽

LUN 屏蔽用于限制将哪个 LUN 呈现给哪个主机或主机组。这可以防止未经授权的主机访问 LUN,还可以防止主机访问错误的 LUN 时可能发生的数据损坏情况。

登录流程

结构登录 (FLOGI)

当设备连接到结构时,它会发送结构登录 (FLOGI) 请求。交换机分配一个24位的FCID地址,相当于IP地址。

然后,FC 交换机使用 FCID 来通过结构路由流量。[12]

此外,作为此过程的一部分,缓冲区信用也与交换机交换。

端口登录 (PLOGI)

FLOGI 完成后,发起方将向交换机发送 PLOGI 请求,以通知结构名称服务器 (FCNS) 其个性和能力。如:[13]

  • WWNN, WWPN
  • 流量控制的缓冲信用
  • 时钟频率(“速度能力”)
  • 上层协议支持(例如 SCSI-3、IP)

    进程登录 (PLRI)

    发起方主机将向存储目标发送 PLRI 请求。然后,存储系统将根据其配置的 LUN 掩码授予对主机的访问权限。[14]

端口/链接

端口类型

有多种 FC 端口类型。下面概述了主要的:

端口类型 端口名称 端口描述
G_端口 通用的 这是所有端口在转换到另一种端口类型之前首先使用的端口类型。
F_端口 织物 连接到 N_Port(又名启动器或目标)
N_端口 节点 发起者或目标。连接到 F_Port(又名 Fabric 交换机)。
电子端口 延期 连接到另一个光纤交换机。
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链接类型

交换机间链路 (ISL) - 两个交换机之间的连接。
Trunk - 允许将多个 ISL 捆绑在一起作为单个链接。然后将流量分配给每个成员。这与以太网世界中的端口通道同义。
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服务等级 (CoS)

应用程序可能需要不同级别的服务以及有关交付、连接和带宽的保证。光纤通道提供不同类别的服务以适应不同的应用需求。[15]

班级 概括 细节 用例
1级 确认的、面向连接的、全带宽服务。 保留 100% 的全带宽。因此不需要 B2B 流量控制,只需要 E2E。 当数据需要连续且时间紧迫时使用,例如语音或视频。
2级 已确认的无连接服务(类似于 TCP)。 由于是无连接的,一个端口可以向多个 N_Port 发送帧和从多个 N_Port 接收帧。因此,N_Ports 与其他网络流量共享链路的带宽。不保证帧按它们传输的顺序到达。使用 B2B 和 E2E 流量控制。 当交货的顺序和及时性不是那么重要时使用。
3级 未确认的无连接服务(类似于 UDP)。 与 Class 2 类似,但仅使用 E2E 流量控制。因此优化结构资源,让上层协议处理帧序列排序。 与 SCSI 配合良好,是 FC 网络中最常用的服务。
4级 已确认的、面向连接的、部分带宽服务。 类似于第 1 类,但在 N_ports 之间使用虚拟电路来提供 QoS。使用 E2E 流量控制。 由需要分配带宽和延迟的多媒体应用程序使用。
F级 已确认的无连接服务。 用于交换机到交换机,又名 ISL 链接。 由 E_Ports 用于控制和管理结构。

流量控制

流量控制的目标是防止出现设备接收帧速度快于处理速度的情况。FC 提供了 2 种流量控制机制,所使用的机制取决于服务类。

缓冲区到缓冲区 (BB_Credits)

缓冲区到缓冲区 (B2B) 用于 3 类流量,以提供 N_Port 到 F_Port 的流量控制。每个 N_Port 都以一个信用池开始,这是在 FLOGI 登录期间建立的。在信用池中发送的每个帧都会减少 1。一旦接收方准备就绪,就会发送一个 R_RDY 帧并补充发送方的信用。

端到端 (EE_Credits)

提供 N_Port 到 N_Port 的流量控制,供 2 类流量使用。初始信用池是作为 PLOGI 登录的一部分建立的。当收到来自目标的 ACK 帧时,信用池被补充。

有用的链接

https://www.iol.unh.edu/testing/storage/fc/tutorial
https://hsi.web.cern.ch/hsi/fcs/spec/overview.htm
https://www.storageinfra.com/光纤通道服务等级/

版权声明:刘丰源 发表于 2021年10月26日 下午6:40。
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