《FC网络与SAN》PPT课件.ppt

第八讲光纤通道网络与SAN,光纤通道（Fibrechannel）是第一个在SAN中广泛实现的网络技术。和其它的网络技术（如以太网、ATM和令牌环网）一样，这项技术的出现具有自己的特点。光纤通道定义了几种速度，如100MB/s，200MB/s，400MB/s等。在本讲中，我们将讨论光纤通道的部分细节，包括光纤和环形这两种最常用的构建光纤通道SAN的拓扑连接结构。,光纤通道标准定义了功能类似的5个模块化层次：,FC-4是上层协议（如IP和SCSI）的映射层FC-3对开发人员开放，期望为多个端口提供服务FC-2传输和信号协议，包括端口操作和服务等级FC-1，线缆发送协议，包括编码、时间和错误发现FC-0，物理层，包含线缆、连接器和收发器,光纤通道的结构,FC-0层是光纤通道千兆位速度传输的物理层基础。它后来也被用于千兆位以太网。它既包括铜线部件，又包括光纤部件。FC1层与FC0紧密相连，FC-0在物理层为FC-1提供初始化检查和数据发送和接收约定。它的错误率小于10-12。FC-2层包含了关于数据传输结构的重要信息。这和其它网络技术的MAC层类似。端口定义、服务等级、流量控制和通信语法等。FC-3层工业界在FC-3层做的工作还不多。目前在该层所做的研究和开发主要包括一些如何同时在多个链路和节点进行工作的方法。FC-4层提供在光纤通道上实现的各种高层协议的映射。其中的光纤通道协议（FCP），是SCSI-3标准的实现。它将并行SCSI开发的命令和操作转换成串行的命令和操作，以便在网络上使用。,光纤通道连接的物理方面,光纤通道网络的物理层，即FC-0。光纤通道网络的物理部分主要由线缆、连接器、收发器组成，用来在网络上产生和解释信号。,线缆,光纤通道是一个支持多种线缆连接的网络技术，其中也包括铜线。,信号质量和线缆,铜缆中的电子信号比光纤的光信号发散得更快。信号的频率也会影响信号的发散。频率高、波长短的信号比频率低、波长长的信号发散快。直径越大，信号反射越强，其谐波也会对信号质量产生负面影响。直径小的光纤会减小信号的反射，从而有助于远距离传输时的维持信号的质量。铜缆中的电子信号极容易受到外部磁场的影响，使用的传输速率越高，信号就越容易受到影响。铜缆需要良好的屏蔽。光纤中的光信号通常很少受到普通干扰的影响。,线缆长度,光纤通道所支持的线缆长度由线缆传输高质量信号的能力决定。在光纤通道的实现中使用了两类铜缆。一种是同轴电缆，另一个是在许多局域网中使用的屏蔽双绞线。,速度与距离,传输速率与所支持的传输距离之间有一个反比的关系。传输速率越高，传输距离越短。一个潜在的问题是，如果链路的距离超过了新技术所支持的距离，已有的SAN可能无法升级到更高速设备。例如，一个用100MB/s的产品构建的光纤通道SAN，其链路距离刚好在100MB/s的SAN最大传输距离以下，则其可能不能升级到200MB/s。,特殊的光纤传输激光和接收装置可以提供比标准组织指定的距离长得很多的距离。这些产品在SAN厂商的产品中得到实现。,表11-1SAN中光纤线缆的传输速率与距离的关系,线缆连接器,光纤通道连接器成对使用，一个用于发送数据，另一个用于接收数据。光纤通道的光缆连接器叫做SC连接器。这些SC连接器是并行的连接器，一个用于传输，其他的用于接收。线缆一端的传输连接器和另一端的接收连接器相连。,收发器：系统到网络的接口,线缆上发送和接收信号的主动光纤/电子部件叫做收发器。光纤通道有不同类型的收发器，收发器放置在光纤线缆接入系统、存储或网络硬件的位置。它们是所有SAN硬件产品，如主机总线控制器HBA、集线器、交换机、网桥、设备和子系统的一部分。,中的编码和错误发现,光纤通道传输的数据在物理网络上发送时被层的功能实体使用方法进行编码。编码方法在物理网络上是用位信息传输位数据。,千兆波特率和千兆字节,对于光纤通道而言，实际的传输率是其物理层带宽的，这意味着光纤通道的.千兆波特率传输速率等同于。,光纤通道中的逻辑层面,光纤通道的端口类型,光纤通道网络和其他网络技术的主要不同点之一是，光纤通道网络中包含一些智能，这些智能部件在连接到网络上的物理硬件中实现。,节点,节点可以是连接SCSI设备、打印机、扫描仪以及其他设备的一个计算机系统，或一个存储设备子系统或一个存储路由器交换机。在本章的讨论中，节点指终端节点。一个节点可以有多个到光纤通道网络的端口。,端口类型,端口类型决定了它能做什么以及它如何发起和响应网络传输。在光纤通道网络中通常用到了8种端口定义。,N端口在系统和子系统连接到交换网。L端口在系统和子系统连接到环形网。NL端口在系统和子系统连接到交换网和环形网，包括通过环连接到交换网。F端口连接到N端口的交换端口。FL端口在环中连接到NL端口的交换端口。E端口连接到其它交换端口的交换端口。B端口可以是F、FL和E端口的通用端口。,光纤通道中的流量控制,存储网络的连接技术中最重要的方面之一是其管理网络拥塞的能力。光纤通道实现了两种不同的流量控制机制来管理N端口之间以及I/O路径相邻端口之间的拥塞。,1.缓冲区信用卡（BufferCredits）,光纤通道在N、L、NL端口的数据传输量与可用缓冲区信用卡的数量一致。缓冲区信用卡代表了一定数量的数据，它有点像预付卡。你先存入一些可以使用的钱，就可以使用它，直到用完为止。下图中显示了两个端口之间数据流和信用卡。光纤通道中使用了两种类型的缓冲区信用卡，即端到端和缓冲区到缓冲区。,图11-7缓冲区信用卡的使用,接收N端口,发送N端口,2.端到端的流量控制,当数据从发送端发往接收端时，发送者从其端到端的信用卡池中减1。当目的N、L、或者NL端口接收到这些数据时，它向发送者返回一个确认（ACK），以表示该帧已经正确接收了。当发送端端口接收到该确认时，将其信用卡池加1。通过这种方式，当收到从目的端口发回的确认后，由发送端使用的端到端信用卡就得到了补充。,3.缓冲区到缓冲区的流量控制,缓冲区到缓冲区的流量控制是管理环中的L或NL端口之间，或交换机的N或F端口之间的流量。缓冲区到缓冲区的流量控制由发送端口完成，它使用信用卡控制发送，并等待链路另一端的端口来补充。接收端向发送端发送R-RDY（receiveready），而不是发送确认帧。,服务等级,定义服务等级是用来对SAN的数据传输进行分类。光纤通道定义的原始服务等级有三类，分别为等级1，等级2，等级3，其中等级2和等级3在一些商业产品中已经实现（另有3个服务等级未介绍）。,等级1是一个面向连接的服务，它对两个N/NL端口之间连接的可获得性提供保证。等级1是一个运行在光纤上的虚拟端到端的链路。其他流量无法干扰等级1的连接。在等级1连接上发送的流量在目的端口上按次序到达。在等级1中，内部交换连接是一直存在的。环不支持等级1。（特点：低延迟）,等级1,等级2是一个面向无连接的服务，它提供对传输帧进行确认的多元通信。多元通信是指在一对发送者和接收者之间没有专用路径的通信。该服务允许N、L、及NL端口和SAN中其他的N、L、及NL端口进行通信。N、L和NL端口必须向交换机或环中其他端口表示自已的意图，才能建立连接。等级2允许帧到达时失序，因此需要有帧重排序功能。,缓冲区到缓冲区和端到端的流量控制都可以用等级2。缓冲区到缓冲区的流量控制的机制是，在接收链路端口接收到帧以后，发送R-RDY控制语句到发送者；端到端的流量控制机制是，由接收端口发送ACK到发送端口。,等级2,图11-8第2级传输和回应,等级2和等级3的对比,基于早期SAN的实现，等级3的流量控制对于大多数存储网络应用已经足够了。然而，随着SAN的发展，SAN变得越来越复杂，那么等级2的潜在优势终将会变成现实。,等级3,等级3是在光纤通道网络中最常使用的服务等级。它是多元的、无连接的数据报服务。数据报服务是指不包含传输确认的通信。等级3可以认为是等级2的子集，但不提供发送数据是否被接收端正确接收的机制。在等级3中只能使用缓冲区到缓冲区的流量控制，因为目的N、NL端口并不发送确认。这意味着传输错误必须由高层协议处理。通常，等级3的错误恢复是基于超时的，而不是在发生时识别错误。,光纤通道中的名字和地址,光纤通道中的基本网络名字和地址元素有如下几个（全球名字，端口地址，仲裁环物理地址）：,1.全球名字(WorldWideName,WWN),它只是指厂商为每个产品分配的一个64位的标志。WWN存储在非易失内存中，通常贴在产品的表面作为序列号。WWN的格式由IEEE编号规范决定，用来提供一种在所安装的任何网络中唯一识别该产品的方法。当一个节点最终记入交换机时，N端口的完整WWN可以被交换机进行交换。如果交换机没有某N端口的信息，一个称为注册的过程就会启动，该过程中N端口发送关于自已的信息，并且管理过程可以通过称为简单名字服务器的交换机服务来访问。,2.端口地址,光纤通道网络为每个端口分配一个唯一的端口地址。光纤通道中的端口地址为24位，端口地址可以由WWN或其他方式决定。,4.公共环和私有环,ALPA用于环的仲裁及形成环端口24位地址的最低8位地址。如果端口为NL端口，FL端口的交换机将环连接到交换机网络，则NL端口从交换机中获得其高16位的地址。如果端口为L端口或者交换机中没有通过FL端口的连接，则端口地址的高16位被设置为0。环上高16位为0的端口是私有端口，因此不能被交换网端口访问。环可能是公共的，但其中的设备可以是私有的。一个私有设备可以和环上的其他设备通信，但不能和环以外的其他设备进行通信。,图11-9私有环和公有环,私有环,公有环,交换机,私有设备,私有设备,3.仲裁环物理地址（ALPA）,称为仲裁环物理地址或ALPA的8位标志唯一标记环上的每个地址。环上的每个端口都存有环上其他所有端口的ALPA，以使每个端口都可以同环上的其他所有端口通信。,在光纤通道网络中建立连接,光纤通道有一个结构化的方法为N、NL和L端口建立连接。,1.光纤网络登陆,1）光纤登陆2）节点登陆3）进程登陆（可选）,在光纤网络中初始化通信需要一个多态的登陆过程，通信首先在交换机的N端口和F端口间建立，再与目的N端口建立：,当L/NL端口希望和另一个L/NL端口建立连接时，它就会等待直到环可用，并发送一个仲裁帧，说明自己为一个参与仲裁者。它的网络邻居收到该帧并读取该帧。如果它有更高的优先级，它就会决定自己是否也想参加仲裁。如果是，他就将该帧中的仲裁域替换为自己的地址。这样循环下去，每个节点都决定它是否想参与控制环仲裁。该仲裁帧用这种方式从一个端口传递到另一个，直到他回到最初发送该帧的端口。如果该端口看见了自己的地址，则它知道它已经成功地获得了环的控制权。接下来它会执行一个到它希望通信的端口的节点登陆过程。如果返回的帧有一个更高优先权的地址，则该节点知道它没有赢得仲裁过程，会把该帧传递给他的邻居。,2.环仲裁,环仲裁的仲裁过程,不参加仲裁,不参加仲裁,不参加仲裁,较低优先级地址发送帧,低优先级发送帧,较低优先级地址发送帧,较高优先级端口地址被写到帧,看到较高优先级并发送帧,仲裁开始：端口地址被写到帧,当端口识别出它自己的地址时仲裁结束,从环上的NL端口接收光纤中的N端口的访问过程包含如下5个步骤：1）对环进行仲裁并获得权限。2）使用交换机中的FL端口打开一个环回路。3）进行到交换机FL端口的交换机登陆。4）进行到目的N端口的节点登陆。5）进行到目的N端口的进程登陆。,光纤通道中的通信语法,光纤通道有一个3层结构通信语法，可以使网络快速识别那里发生了错误，并立即响应以消除错误。,1.交换,2.序列,光纤通道中最高层的语法叫做交换。交换即可以是单向的，也可以是双向的，比如两个NL/NL端口之间互相发送和接收数据。端口间的交换并不阻止参与的端口和其他端口交换信息。一个端口可以同时管理几个交换。,交换由序列组成。一个交换可以只有一个序列。序列是在网络上的两个NL/NL端口之间的单向传输。单个序列是发起节点和目的节点之间的传输。在交换中的后继序列开始之前，序列是作为单一、分离的传输单元进行工作的；但也有一个例外，那就是流序列。流序列允许交换中的下一个序列在接收到前一个传输序列的最终确认之前开始。除了流序列以外，序列不允许以乱序发送。,3.帧,光纤通道网络中最小的通信单元是帧（一般为2KB大小）。相同传输中的一个或多个帧组成一个序列。光纤通道帧和其他网络技术中的帧类似：它们有起始标记、头部、地址域、应用数据、差错检测域、确认数据以及帧终止符。光纤通道帧也有序列号标志，用来识别和校正传输问题。,使用这些建造存储I/O操作时，一个交换和读写某种类型数据对象（如文件的I/O进程）相关连。序列大致相当于几个相关命令的组合，如发送命令，读取数据，获取状态。帧相当于单个SCSI数据传输块，包括所有请求、确认和错误传输。,5.使用等级3的错误恢复,由于等级3是一个没有确认的数据报服务，所以无法通知发送端发生了帧丢失.在这种情况下，目的端口需要通过其上层协议功能发起恢复过程。使用等级3发送的帧和等级2的帧有相同的数字标志符.这意味着目的端口可以立即通过检查是否失序和丢失数字标志来判断出帧是否被接收.如果没接收,目的端的FC-2层告知相应的FC-4高层协议接口发生了问题。,4.使用等级2错误恢复,目的端口跟踪接收到的帧序号，向发送者发送包含帧ID的确认语句。如果发送者没有收到某特定帧的确认，就可以指示上层协议向目的端口重传.,光纤通道中的FC-4协议映射,光纤路径的魅力之一在于它能接纳很多上层协议(ULP)，这些上层协议能被底层的光纤路径网络传输。这种在光纤路径传输之上接纳ULPS的技术被称为协议映射.协议映射描述了位于光纤路径传输中的ULP消息块的位置和顺序。,FC-4层是一个抽象层,事实上,它允许任何类型的应用和网络通信使用光纤通道的底层结构。这种对层的抽象使网络开发者可以使用与以前相同的系统级的接口,从而减少将其它功能向FC网络移植的难度。实际上,光纤通道是一个虚拟网络技术,由于它有FC-4层的映射，所以能包容其它任何类型的网络传输。,已经映射到光纤通道的协议有如下这些：,小型计算机系统接口（SCSI）网际协议（IP）虚拟接口结构（VirtualInterfaceArchitecture,VIA）高性能并行接口（HighPerformanceParallelInterface,HIPPI)IEEE802逻辑链路控制层（802.2）单字节命令代码集（SingleByteCommandCodeSet,SBCCS）异步传输模式试配层5（AAL5）光纤连接（FibreConnectivity,FICON),光纤通道的特点之一是，它既包含交换结构又包含环拓扑结构。光纤通道中还存在第三种拓扑结构。光纤通道工业将交换和环作为一个技术的不同部分，作为具有相同实现方法、特征和结构但有根本不同的两种技术。所有的光纤通道拓扑结构使用相同的物理线路和传输技术。并且，用于数据传输的通用帧结构也是相同的。其通信语法也相同。虽然交换和环之间有众多的相同之处，但是他们也存在几个显著的不同。节点-端口定义的基础-N和L端口，他们对建立有序通信的访问方法彻底不同。交换访问是基于登陆进程的，但环访问却是基于仲裁的，这与并行SCSI类似。交换和环的流量控制和建立信用卡的方法也大不相同。交换通信是在网络节点间建立一到一的连接，然而环连接却是一个共享媒体网络。交换和环产品的兼容性也不是很好。交换产品正朝着光纤通道连接中的主导地位迈进，交换/环问题大多数正在逐渐消失。FabricsFibre,光纤通道的起源与发展启示：新技术的萌发为弱者提供了打败巨人的机会。,Fabrics结构,通过交换机建造的光纤网络叫做Fabrics。Fabric可以由单个交换机和多个交换机组成。实质上，光纤是一个连接N端口的复合交换环境。,延迟,Fabrics中的延迟大致相当于通信路径中的延迟，对交换机来说通常是1-4s，网桥和子系统控制器通常是一个毫秒。只有在系统和存储之间需要快速往返或处理的帧比所有的传输的数据优先级都要高的时候，延迟才会非常突出。具有这些特征的系统是高吞吐量的事务处理。,Fabrics结构中的交换机,光纤结构中的交换机使用高速的集成电路和支持多个并发千兆传输会话的底板技术。光纤通道交换机都是非阻塞交换机。他在两个内部端口之间内部传输数据时，并不阻塞或挂起其它通信。,多元光纤和高端口数交换机和控制器,由多于一个交换机组成的光纤结构称为多元光纤，在交换机E端口之间的链路称为交换机内部链路。多元光纤的拓扑结构可以是交换机链路结构、交换机层次结构和网状结构，如图11-16所示。,图11-16多元光纤的拓扑结构,1）头部阻塞2)高端口数和控制类交换机3）光纤通道中使用FSPF（最短路经优先）进行路由4）光纤服务：光纤向SAN中的N/NL端口提供一系列的服务，包括建立和协商通信的登陆服务器，用于定为实体的简单名字服务器，同步操作的时间服务器，操作交换功能的光线控制器，管理和报告操作状态的SNMP服务器。5）光纤通道交换机中的分区,环通信,和其它的环网络（如令牌环，FDDI以及SSA）不同，光纤通道环是单向的。集线器可以绕过功能失效的链路或节点。如图1-17所示,图11-17在一个光纤通道环上旁路一个失效端口,与光纤网络不同，每当一个新节点添加到环网络后，I/O路径就变得长了一些。这增加的长度并不像环中节点通信方式看上去的那样，是个很大的问题。一旦光纤通道环中的两个节点同时启动一个通信会话，环中的其他节点就开始作为中继器工作，将每个传输转发到紧接着的下游节点。图11-18显示了一个四节点环，其中的两个节点在通信，另外两个节点转发帧。,图11-18四节点的环网,这样，环网络的通信特征就和点到点网络或具有100MB/s可获得带宽的光纤网络很类似了。这个方法可使光纤通道环通信中的一个严重的性能弱势问题有效地得到解决。,1.环初始化,只要环中的服务中断，或一个端口离开环，或者一个新的端口需要获取端口地址，环初始化就会发生。环上的任何端口都可以请求初始化处理。环初始化愿语（loopinitializationprimitive,LIP)是指用于启动环初始化的特殊光纤通道序列。环上的任何端口都可以通过向其在环上的邻居发送LIP来开始环的初始化。,环初始化包括以下7个基本步骤：1）选择一个临时的环管理者。2）指定一个存放在交换机的简单名字服务器中的端口地址。3）指定一个以前分配的地址。4）指定一个基于硬件设置或WWN的端口地址。5）通过软件算法指定一个端口地址。6）创建一个相对位置映射。7）使相对位置映射在环上流通。,2.选择一个临时的环管理者,环初始化规定，环上的一个端口需要一环管理者的身份工作，来管理环初始化过程。在选定管理者后，它通过创建环地址空间映射来开始初始化过程，环地址空间映射叫做ALPA位图。ALPA位图代表环上所有的126个潜在的L端口地址。当这个过程开始时，ALPA位图并没有分配或声明任何地址。下面的四个步骤在环上进行4次ALPA位图循环，通过操纵和转发ALPA位图，给端口一个声明地址。,3.使用光纤声明地址,环管理者首先发送一个叫做环初始化光纤地址帧（loopinitializationfabricaddressframe,LIFA）的特殊帧。先前已登录进交换机的NL端口可能声明他们在ALPA位图中的先前的端口地址。LIFA帧在环中从端口发送到端口，给每个端口注册其在LIFA帧中的先前地址的机会，并重声明由带FL端口的交换机使用的地址。,4.声明以前使用的地址,由环管理者流通的下一个帧是环初始化先前地址，或叫LIPA.。LIPA的目的是允许端口试图声明他们先前分配的端口。任何先前没有接受到地址的端口都有机会在这个步骤当中声明地址。,5.基于硬件地址或全球名字声明地址,当LIPA帧回到环管理者时，它产生一个环初始化困难地址帧，或叫做LIHA。这个步骤利用可选的硬件设置或端口的WWN。,7.创建相对位置映射,在LISA帧流通后，环管理者开始映射环上所有参与端口的相对地址的过程。环管理者在环上发送环初始化位置报告帧LIRP。每个在ALPA地址分配阶段声明了地址的端口在这个LIRP帧中输入其地址和相对的环位置信息。,8.使相对位置映射流通,当LIRP完成以后，在环上定位地址所需要的信息已经具备了。作为最终的环初始化任务，环管理者使环初始化位置帧LILP进行循环。环上的每个端口都拷贝LILP信息到内部存储器中，这样就可以在环启动和运行时再次使用了。,6.从软件进程声明地址,如果以上的3个环初始化帧都不能建立一个端口地址，环初始化软地址帧LISA就会流通。每个端口都使用算法来获得ALPA位图剩余的端口中的一个。当这个帧回到环管理者时，所有参与环的端口都获得指定的ALPA地址。,使用以太网和TCP/IP连接存储网络,传统的观点把存储作为系统的一部分。直到最近存储网络才被作为全新和独立的技术来看待。但随着将以太网和TCP/IP技术用在存储网络传输方面研究的发展，网络存储似乎要变成网络工业的主流之一。下面将概要介绍使用以太网和TCP/IP网络实现交叉存储的潜力，并试图分析已出现一些技术的功能及其不足。,存储网络和以太网/TCP/IP的结合,对于结合存储网络和以太网/TCP/IP，目前已有几种不同方法和可行性解决方案。主要如下：服务器边界；主要用于NAS，主要思想是：以太网/IP网络提供前端网络，而存储连接作为后端网络。存储隧道；本地存储传输；跨网络桥接。,存储隧道,存储隧道的基本思想是：把以太网/TCP/IP作为传输管道，将两个独立的光纤通道网络连接起来。,在存储隧道的设计中，需要考虑的主要问题：用何种方式对穿越各种网络的数据进行封装；传输数据的寻址、命名和路由方法；差错恢复和流量控制策略，及其实现方法。,1封装,对于数据传输，不同的网络技术有不同的方式和结构。但我们可以把网络数据先放到“协议集装箱”中，再通过不同的网络来传输。这种“协议集装箱”作为基本的传输数据单元在光纤通道和以太网的传输中称为帧。标准文档将这些传输段统称为“协议数据单元”，简称PDU。本书将PDU统称为帧。隧道中的主要概念就是封装并运载整个网络帧。,协议封装的概念很简单，但有很多细节。如，当帧A比帧B大时，将A放入B中，就要将A以分段的方法分成多个较小的帧，并在分段中加上序列号，以便在接收端在需要时能够正确组装成原始帧。,2寻址与命名,网络中相互之间要通信的实体需要严格和良好的定义方法来正确识别正在通讯的系统。通常可以通过网络地址方案来解决，其中也包含某种将数字网络地址映射为更直观的名字服务。将目的地址和源地址进行关联是隧道技术中的一个很明显要解决的问题。这项关联可以从两个不同的网络技术中正确识别网络实体。例如，光纤通道与以太网/IP的地址方案不同，但隧道方案需要在两种不同地址体系上提供透明和准确的I/O路径。,图中的问号部分就是需要解决的地址关联问题。,3.网关,由于不同网络实体不能创建或使用多个网络地址，这表明必须使用一种网络连接器或某种类型的网关，以准确表示不同光纤通道地址和以太网/IP地址。按照此理论，上例中就需要两个网关，一个在网络A和网络B之间，另一个在网络B和网络C之间。假设网络A中的HBA需要向网络C的子系统传输数据，网关就必须能够识别那些试图穿过隧道的数据。这可以通过为网关配置和制定一个特定的端口来实现，或者通过读取光纤帧中的目的ID值，并通过以太网/IP网络发送进入的流量来实现。当网关识别出需要通过网络隧道传递的传输数据后，它就将光纤通道帧进行分段，并封装到一些以太网中。下一个问题是要判断需要放置在以太网/IP的目的ID值，以正确地将数据传送到适当的远程网关。可能会存在多个可用的网关，每个网关都有他自己在网络B中的IP地址，如图12-8所示。,图12-8多个可用的网关,当接受网关通过隧道接收到传输数据时，它在必要时对以太网/IP帧进行排序，并重组光纤通道网络将光纤通道帧传输到存储子系统。网关既可以是独立的产品，也可以集成到网络交换机中。然而，网关的功能同普通的光纤通道端口功能有很大的不同，因为它需要管理多个网络和协议操作，包括在两个不同网络之间进行地址映射。,4.隧道中的差错恢复和流量控制,隧道中的一个很难解决的问题是如何在三个不同物理网络中管理通信语法。所有网络都提供某种方法来识别传输错误，所有的网络实现都包含某种流量控制。,1）隧道中的差错恢复,由于隧道对于终端用户来说是透明的，即隧道中的错误恢复机制发现的那些传输实体也许从使用隧道的应用程序的角度来看并不存在。假设光纤通道HBA通过本地网关传输一个帧，该帧被分段，并成为两个隧道帧通过以太网/IP传输。目前存在三种类型的重要的潜在网络传输错误：隧道在传输两个隧道帧时都失败。隧道在传输一个隧道帧时失败。在远程网络和存储子系统之间传输失败。,首先，我们将讨论两个隧道帧都传输失败的情况。此时，HBA和本地网在等待传输确认时最终都会出现超时。在本地网管超时的情况下，如果该帧还存在于它的缓冲区中，它将会重发着两个隧道帧。如果网关的缓冲区中没有这两个隧道帧，则将会由HBA重新产生数据传输。,然而，这将引起一个潜在问题。本地网关和HBA可能会在一个相同的时间段中超时，此时网关和HBA可能都会重传该帧，这样就会在网络中产生重复的错误恢复帧。假设远程网关没有收到第二个隧道帧。本地网关将发觉第二个隧道帧没有正确地传输，如果它还在缓冲区中的话，它将会尽力重传。如果本地网关中没有该帧，它将不能响应，而让发送端来处理。,当发送端的HBA重传重复的光纤通道帧时，本地网关将传送这两个隧道帧。在这种情况下，重传将被作为隧道中的一个新的传输，而发送和接收的终端节点将把他们看作原始光纤通道帧的重传。,传输失败也可能发生在远程网关和光纤通道子系统之间。由于没有收到目的子系统发来的确认，远程网关最终将认识到发生了传输错误，而且如果该帧还存在于缓冲区中的话，它将会尽力重传。如果网关的缓冲区中没有该帧，发送系统的HBA将不得不重传原始光纤通道帧。,2）隧道中的流量控制,为了防止向网络中注入过多的流量，从而避免使得较慢的接收端负载过重，或在网络中引起拥塞，就必须进行流量控制。流量控制是根据期待的传输大小和网络特性来实现的。流量控制机制极大地依赖于所使用的网络。光纤通道在链路级和端到端的流量控制中都使用缓冲区信卡的方式，以太网/TCP/IP却使用两种不同类型的流量控制。千兆以太网有一个链路级的流量控制机制，以防止链路的过度负载。TCP协议使用“滑动窗口”机制的流量控制以动态分配网络传输中的缓冲区大小，并调整包的大小。,以太网/TCP/IP存储网络通道,本质上说，使用隧道通过以太网/TCP/IP网络的方式，存在两种类型的开放系统存储流量：并行SCSI和光纤通道传输,1.SCSII隧道,2.光纤通道隧道,使用隧道传输光纤通道数据会比较容易一些，因为光纤通道已经是串行的传输，所以它比并行SCSI更容易封装。封装在以太网/IP协议栈的哪一层进行。有如下个四种不同的选择。以太网MAC封装。IP层封装。UDP封装。TCP封装。,对于在以太网类型的局域网上传输存储流量，并不需要使用IP协议族。在以太网上定位一个接收节点的问题完全可以通过以太网的MAC地址来解决。,图12-12以太网层的隧道封装,存储负载,以太网帧,以太网层封装存在的一个难题是如何为隧道存储流量实现流量控制。使用以太网层的封装，可以用以太网的本地地址方案来使隧道扩展到单个和桥连接的以太网上。使用标准的IP路由设备是无法路由这类隧道流量的。,1）以太网MAC封装,2）IP层封装,以太网/IP协议栈的下一个封装层是IP层。由于TCP和UDP数据都是封装在IP包中的，所以使用IP层进行隧道封装是毫无问题的。,存储负载,IP包,以太网帧,图12-13IP层的隧道封装,IP封装存储可以使用标准的IP网络设备进行路由。正如以太网，IP自己并不提供流量控制，所以隧道协议必须事先流量控制。,3）UDP封装,UDP不提供流量控制和差错恢复。然而UDP在提供简单的传输机制上有自己独特的优势。对于UDP来说，缺乏流量控制和差错恢复并不是一个很大的问题，它的轻量型操作相对于TCP来说，具有明显的优势。如果终端节点确实要进行差错恢复，那么隧道中的差错恢复也并不是必须的。,存储负载,IP包,UDP包,以太网帧,图12-14UDP隧道封装,TCP协议封装是存储封装中最高层次的封装。正如上面说讨论的，差错恢复似乎应该在终端节点中处理，而不应该在隧道网关中处理。另外，在隧道中实现流量控制的代价也很高，尤其是当隧道通过网桥和路由器时。,4）TCP封装,存储负载,IP包,TCP数据流,以太网帧,图12-15TCP隧道封装,3.光纤通道部件中隧道的变化,以上我们讨论了隧道的以太网/TCP/IP部分，现在我们看一看如何开发光纤通道实体。,1）通过隧道到远程设备的N端口代理网关,光纤通道存储隧道可以通过实现一个网关来创建，该网关在光纤通道网络中具有N或NL端口。在这类型的设计当中，网关有一个本地地址，该地址用于说明本地网络的操作，例如端口登陆、环初始化等。从这方面看，网关为远程光纤通道网络的实体创建了一个虚拟的本地表示。“代理”这个术语用来表示网关的行为代表远程设备和子系统。,本地和远程网关形成了一个为远程光纤通道网络实体提供本地代理功能的分布式系统。代理的设计有多种方法：网关可以提供某种层次的设备虚拟化，以帮助管理远程设备和大量存储能力。也可通过使所有期待的网络操作相应本地化的方法，将本地网关对所有的传输数据进行立即确认，而不用等到隧道中的操作完全结束。很明显，对于上面的“欺骗”型网关来说，错误恢复是很难处理的。使用代理的另一种方法称为“直通”机制。在该机制中，代理在网络实体之间传输帧，不产生立即响应，而是等到收到隧道另一端的实体发送的响应时它才产生响应。使用这种类型的代理，绝对不会出现对为发送的数据提前确认。从另一个角度看，等待远程设备确认的过程会使系统性能下降。,2）代理系统中的分区,在代理隧道中可以实现几个区域变换。首先，可以根据原地址对帧进行过滤，以拒绝来自非成员区域的访问区域帧，通过这种方法就能在网关中建立起访问区域。,提供分区代理通道网关如图12-18所示。该图中的网关将三个不同类型的磁盘子系统表示为一个目标地址下的三个LUN。网关为每个LUN实现分区，以隔离本地SAN中三个不同服务器的访问。,4.通过私有交换机和集线器端口的隧道,使用隧道将光纤通道SAN连接到设备的另一种方式是使用光纤通道交换机和集线器的特殊的“私有隧道端口”，其基本思想是一个端口可以配制成具有特殊接口的功能，以允许该接口通过隧道网络与远程设备相连。,隧道端口可以直接传送所有命令和地址，就好像远程设备和子系统是本地的一样。,5.创建具有通道的扩展SAN光纤,SAN到SAN的隧道需要一个网关功能，SAN到SAN的隧道网关通过一个E端口连接到光纤通道交换机相应的E端口。E端口连接非常重要，因为它允许交换机通过隧道提供诸如登陆、路由、域名服务等网络服务。在隧道两端的两个SAN可以本地管理，也可以向本地连接的交换机一样，作为扩展的远程光纤的一部分进行工作。,6.扩展的SAN隧道标准iFCP,一个在光纤通道网络之间扩展SAN到SAN之间隧道的建议标准叫做iFCP。iFCP的目的是为以太网/IP网络上的光纤通道网络实体提供光纤通道结构。iFCP使用以前讨论过的扩展SAN隧道模式，这个模式中的网关功能提供一个到光纤通道SAN的端口，并传输信息，这些信息通过以太网/IP网络上的光纤通道SAN进入另一个网关。一般将光纤通道SAN看作存储体系中的中心实体，将以太网/IP网络看作是可以连接他们的外部网络。然而，iFCP将以太网/IP看作是核心网络，具有SAN功能的iFCP是将SAN存储融入以太网/IP核心网络的连接枢纽，如图2-20所示。,通过光纤通道网络以隧道的方式传输以太网/TCP/IP流量,1.为以太网/TCP/IP隧道选择一个光纤通道ULP,2.选择帧或包,3.通过FC-BBW在ATM上进行隧道传输,FC-BBW的全称为光纤通道主干广域网（FibreChennelBackboneWAN）。FC-BBW的首要思想是在ATM或SONET广域网上实现存储流量。,FC-BBW提供点到点的设施，让光纤通道帧通过特定类型的端口进行传输，这类端口称为B端口。流量从B端口进入FC-BBW网关，然后透明的传输到另一个SAN。实际上，B端口在ATM和SONET网络上提供交换机到交换机的连接。在ATM网络上传输光纤通道流量有一些困难。问题的根源在于ATM具有必须遵从的高度结构化的带宽分配机制。终端节点根据期望的带宽同ATM网络中的交换机之间建立起服务“合同”，终端节点不能超过它所订立的带宽限制。ATM网络中的交换机可以根据网络情况丢弃一些帧，以达到为已定义合同的会话保持稳定流量的目的。为了保证在ATM上操作的一致性，终端系统通常使用称为“整形”的机制，该机制对进入的数据进行缓存，并按照约定的传输速率向ATM网络发送。ATM设备中使用的整形器并不足以解决存储可能会产生的大量的突发流量。ATM帧的长度为53字节，光纤通道帧的长