光纤通道和存储区域网

1、05 光纤通道和存储区域网湖北文理学院 数学与计算机科学学院课程目的：2341光纤通道层次模型物理结构、FC0、FC1、FC2、FC3、FC4存储区域网络、仲裁环SAN、交换网SAN采用存储区域网的企业信息系统的结构配置例如光纤通道和存储区域网光纤通道层次模型物理结构FC-0：物理接口和介质FC-1：传输协议FC-2：成帧和信令协议FC-3：公共效劳链路效劳交换网效劳：名字效劳器和控制器FC-4：上层协议映射存储区域网络仲裁环SAN交换网SAN采用存储区域网的企业信息系统的结构配置例如1 光纤通道层次模型光纤通道光纤通道又称FCFiber Channel；是当前存储网络实际使用的主流技术；光纤

2、通道是一种千兆位传输技术，目前的实现支持最高可达10Gbps的传输速率；光纤通道协议光纤通道从下到上分为5层：物理层传输协议层帧和信号协议层公共效劳层FC-0FC-3FC-2FC-1FC-4铜，光连接8b/10b编码FC-AL、FC-AL-2光纤物理与信号接口 FC- PH、FC-PH2、FC-PH3 SCSI-3命令集映射FC链路封装FC-LEFC-ATMSCSI-3IPATMIPI-3命令集映射物理和信令层高层光纤通道模型层次FC-0为各种介质类型、所允许的长度和物理信号建立了标准FC-1提供数据编码和解码的工具，还了访问介质的命令结构FC-2定义如何把上层应用传下来的数据块切分成帧，也包

3、含对各种效劳类别的定义和流量控制机制FC-3定义了公共效劳，例如多路复用和地址绑定功能FC-4为光纤通道提供与上层应用的接口，它定义了把应用协议映射到下面的光纤通道网络。光纤通道协议映射ATMFC - ATMIPFC链路封装FC - LESCSI-3SCSI 3命令集映射 IPI - 3 命令集映射 (IPI-3 STD)FC-4FC - AL -2FC-3通用服务FC-0FC-1FC-2光纤物理与信号接口 ( FC- PH， FC-PH2， FC-PH3 )物理变换编码 / 解码结构协议FC - AL8b/10b 编码铜， 光连接光纤通道模型与OSI参考模型光纤通道的层次根本上相当于OSI参

4、考模型的低层，并且可以看成是数据链路层的网络。光纤通道采用五层模型结构，但是所分的层不能直接映射到OSI模型的层上。其中FC-0到FC-3对应OSI的物理层、链路层，FC-4是为上层应用协议(如SCSI、IP等等)提供到光纤通道的接口 光纤通道地址OSI模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层以太网和TCP/IP应用层(i.e. POP3， SMTP， DNS， DHCP，FTP， WWW 协议)TCP / UDP动态 IP 地址7固定 MAC 地址x00-00-0E-21-17-6B物理接口光纤通道高层协议 (ULP)FC-4: ULP MappingFC-3: 通用服务动态 Na

5、tive 地址 (8/24-bits)固定 World-Wide Name (64-bits)FC-1: 8b/10b 编码FC-0:物理接口光纤通道可以在没有任何高层协议支持的条件下生成所有网络地址(固定与动态) 智能!光纤通道的优点为上层协议(SCSI， IP等)提供一个通用硬件传输平台。高速: 现在可以提供4Gbit(400MB)/秒的数据传输速率， 全双工专有连接，未来可升级至10Gbit/秒无阻塞数据传输最大10公里连接距离(通过扩展器可连接上千公里，非常适于灾难恢复应用)先进的流控制系统保证数据按顺序传输.不存在无线电信号散射 (RFI)，从而消除了电磁信号串行数据传输， 每传输一

6、位需要纳秒(极小的时间延迟)使用8b/10b编码方式将8位转换为10b格式进行串行传输(内置时钟信号)最多可以连接1千6百万个节点(交换Fabric模式)强大的错误更正能力(位错误率 = 1x10-12)， 比原有铜连接网络强大1000倍2 物理结构光纤通道支持的传输介质光纤铜缆FC线缆Glass CoreGlass CladdingCoatingGlass CoreGlass CladdingCoatingMultimode FiberSingle-mode FiberMultimode FibreInput to fiberOutput from fiberLEDOptical Recei

7、ver50m up to 500 Metersor 62.5m up to 300 MetersSingle Mode FibreSingle path-length, or mode, imposed by the fiber preserves the shape of the pulseLEDOptical Receiver9m up to 10 KilometersInput to fiberOutput from fiber点对点Point-to-Point 仲裁环Arbitrated Loop交换式Switch Fabric光纤通道拓扑结构光纤通道拓扑结构点对点只能连接 2个设备(

8、直接连接)双向连接交换式 Fabric最多支持1千6百万个设备(光纤通道交换机)双向连接Arbitrated Loop (仲裁环)最多支持126个设备(光纤集线器)单向连接Point to Point主机ProcessorMemoryI/O BusN_Port 0BridgeTXRX200 MB/sRXTX磁盘柜N_Port1控制器Transmit (TX) 信号发射 Receive (RX) 信号接收Fibre Channel Arbitrated LoopTXRXNL_port 0TXRXNL_port 3RXTXNL_port 1RXTXNL_port 2最大连接126的节点FC-ALP

9、ronounced “F-kalSwitched FabricFabricTXRXN_port 0TXRXN_port 1TXRXN_port 2TXRXN_port 3TXRXN_port 4224 = 16 million nodes possibleF_port AF_port EF_port DF_port CF_port B光纤通道端口类型设备 (节点)端口N_Port = “Fabric直接连接设备描述一个端口作为端点设备效劳器、存储设备，也称为结点，参加交换网络拓扑或点到点拓扑的能力。N端口在光纤通道SAN的通信中代表存储发起者和目标。它们有管理帧的责任。L_Port = “Lo

10、op环仲裁环使用与交换网不同的协议进行数据交换。这里的L表示Loop环。L端口描述一个端口作为一个端点设备效劳器、存储设备参加仲裁环拓扑的能力。L端口较多地用于早期端点设备，现代端口设备普遍配置NL端口代替L端口。NL_Port = 结点和环端口NL端口同时具有N端口和L端口的能力。一个NL端口既可以连到一个交换网，也可以连到一个仲裁环。 端口链接输入输出 点对点 Arbitrated Loop Fabric交换机端口E_Port = “扩展端口 (交换机到交换机)二个光纤通道交换机通过E端口连接在一起。这里的E表示Expansion扩展。E端口使得连接到二个不同交换机的端点设备可以互相传送数

11、据。光纤通道交换机通过E端口在整个通道网络上中转信息。F_Port = “Fabric端口是N端口在光纤通道交换机中的对接点。F端口知道怎样把一个N端口发送的帧通过光纤通道网络传递给所希望的端点设备。FL_Port = “Fabric Loop端口交换机的FL端口允许把一个交换网连接到一个仲裁环。FL、NL和L端口都可以用来构成仲裁环。G_Port = “普通(Generic)端口 可以转化为E或F现代光纤通道交换机可以自动配置它们的端口。这样的端口称为G端口。根据连接情况可以在E端口和F端口之间切换。B_Port = “桥接(Brigde)端口 通过ATM或SONET/SDH把二个光纤通道交

12、换机连接在一起。Fabric端口状态Fabric节点 N_PortF_PortF_PortE_PortE_PortFL_Port节点N_Port交换机 2交换机 1节点NL_Port节点NL_PortU_Port3 FC-0：物理接口和介质FC-0FC-0是物理层底层标准。定义传输介质、传输距离、信号机制标准、定义光纤、铜线接口及电缆指标。FC-0层定义了连接的物理端口特性，包括介质和连接器驱动器、接收机、发送机等的物理特性、电气特性和光特性、传输速率以及其它的一些连接端口特性。物理介质有光纤、双绞线和同轴电缆。定义系统中的物理链路，包括线缆、接插件和光电参数，指定使用什么样的物理信号传输二进

13、制位1和0。在SCSI总线中，每一比特都有自已的数据线，并且另有控制线。与此不同的是，光纤通道通过单条线路顺序地发送二进制数位。线缆连接器与收发器光纤铜线50光纤线缆种类多模：Multi-mode Fiber纤芯直径为50或主要用于短距离的系统中低于 2km，如房屋通信系统、个人专用数据网络等单模：Single-mode Fiber纤芯直径为9m长距离和高带宽方面的应用125 um cladding125 um cladding50 um core62.5 um core125 um cladding9 um core50/125 500 meters62.5/125 240 meters9/

14、125 10 kilometers介质100MBps200MBps400MBps1GBps(串行)1GBps(4路)1GBps(CWDW)铜缆柜内24m铜缆柜间59m光纤62.5um300m90m50m33m75m290m光纤50um500m300m175m82m150m290m光纤50um(高带宽)300m300m550m光纤9um10000m2000m2000m10000m10000m4 FC-1：传输协议FC-1：传输协议定义光纤通信的编码和解码规那么。FC-1根据ANSI X3 T11标准，规定了8b/10b的编码方式和传输协议，包括串行编码、解码规那么、特殊字符和错误控制。传输编码必

15、须是直流平衡以满足接收单元的电气要求。特殊字符确保在串行比特流中出现的是短字符长度和一定的跳变信号，以便时钟恢复。8b/10b码在现实中的应用是稳定和简单的。数字传输技术中的时钟同步问题在所有的数字传输技术中，发送器和接收器都必须同步它们的时钟脉冲频率。并行总线中，总线时钟通过附加的线路传送串行传输中，接收器必须从数据流中再生传输时钟曼彻斯特编码8b/10b编码把一个8位字节转换成一个10位字符后，再在通信介质上传送。IBM公司首先开发出了8b/10b编码算法；对于光纤通道，也意味着100MBps的数据传送将需要1Gbps的传输速度。千兆以太网使用8b/10b编码有序集传输字用来作控制信号，主

16、要有以下的作用：数据帧分界符原语信号原语连续信号5 FC-2：成帧和信令协议FC-2：成帧和信令协议交换、序列和帧流控制效劳类别FC-2层的作用FC-2层定义了传输机制，包括帧格式、流量控制和效劳质量等。利用FC-1层提供的发送和接收传输字的根本功能来执行更复杂的功能，这些功能又作为根本功能提供给更上层FC-3等。FC-2指定独立于上层协议的数据传输机制。它是自我配置的，支持点到点、仲裁环和交换网的环境。FC-2确定通过光纤通道网络传输的数据单元可以有多大，它调节流控制，保证发送方仅以接收方可以处理的速度发送数据，它还定义了适合于各种应用需求的效劳类别。5.1 交换、序列和帧交换光纤通道中最高

17、层的语法叫做交换。定义了在二个端点设备之间的一条逻辑通信连接交换由序列组成。一个交换可以只有一个序列。交换既可以是单向的，也可以是双向的，比方两个N/L/NL端口之间互相发送和接收数据。作为顶层结构，交换一般在相对较长的时间间隔内才发生。端口间的交换并不阻止参与的端口和其他端口交换信息。一个端口可以管理几个交换。序列是从发送方向接收方传送的一个数据单元。同一时刻，在一个交换内部只能有一个序列在传送。FC-2保证序列以与在发送方发送时同样的顺序投递给接收方，且仅当一个序列的所有的帧都到达接收方时，才会把该序列投递给下一个较高的协议层。例：一个序列可以代表一个文件的写过程或者代表数据库的一个事务处

18、理。序列1序列1序列1 帧1序列1 帧2序列1 帧3序列2 帧1序列2序列2端口2端口1交换光纤通道的帧格式光纤通道的帧可分成二种控制帧数据帧控制帧不含数据载荷数据帧最多可达2112字节的有用数据。帧=帧起始界标+头部+载荷+CRC+帧结束界标光纤通道的字节长度必须是4的整数倍，否那么，必须要用额外的字节来填充至4个字节的整数倍。可选的帧头字段：用来扩充帧的功能帧的最大长度是2148字节光纤通道的帧格式帧的头部=目的地址+源地址+序列ID+帧编号+交换ID5.2 流控制为何要流控制? 确保没有端口会因为接收了超过其极限的数据而导致崩溃. 光纤通道中，我们先行检查! (在TCP/IP中， 包在发

19、送时并不考虑接收方是否已经准备就绪)节点 N_PortF_Port交换机基于缓冲到缓冲信用的流控制可用传输_端口缓冲缓冲缓冲bufferbufferbuffer智能 ASIC缓冲每端口信用数量 动态缓冲池 完整和微型缓冲当一个帧到达接收端口后， 端口会首先将其储存在共享动态缓冲池之中! 流控制保证发送方仅以接收方可以接受的速度发送数据。光纤通道使用信用量方式实施流量控制信用量：表示接收方接收光纤通道帧的能力。流量控制的原理：接收端口传输一个返回帧给发送者来确认收到了传输帧。当发送者收到了应答帧的反响，就会将信用值设为1，这样就可以发送下一帧了。缓冲区到缓冲区的流控制是用于fabric端口和节点

20、端口之间的或者二个节点端口之间的用来保证设备能够接收到最大数量的帧的机制。一个R_RDY接收方就绪原语信号发送出去，就说明接收者可以接受帧了，如果就收者发出一定数量的R_RDY信号，说明它有足够的缓存空间来接受这一数量的帧。FC-2的流量控制机制有二种端到端的流量控制在端点设备的主机总线适配卡上实现链路流量控制在每物理连接上实现5.3 效劳类别光纤通道标准针对端到端的数据交换，定义了6个不同的效劳类别：级别1：发送者与接收者之间的专用连接级别2：二个端口间有应答功能的无连接通道级别3：二个端口间无应答功能的无连接通道级别4：面向连接的虚电路级别5：等时效劳级别6：多点传送效劳当前光纤通道交换机

21、，一般都申明只支持2类和3类效劳级别1：发送者与接收者之间的专用连接在二个设备之间定义一条专用连接，并带有对数据传输确实认。通信双方一旦建立起一条1类连接，就可以认为该连接是固定的，并全带宽可用，直到这条连接被撤除为止。优点：一般不会被干扰，不会出现掉线的情况，按序传送。缺乏：增加了处理负担的资源消耗，实施复杂。现在厂商的一般产品中都不支持1类效劳。级别2：有应答功能的无连接通道在对话前，通信双方不需要建立专用的连接，但提供对传输的应答功能。优点：交换机不必为具体的事务处理分配专用带宽，可以在资源许可的时候再传送被缓冲的帧。缺乏：不过网络拥塞或多路由传输可能会导致帧的丧失和乱序，重传和数据块的

22、重需要附加的处理开销应用：2类效劳通过对传送帧的应答来保证数据传输的完整性，适用于处理关键性任务的应用，也适合较小型的事务处理，这些事务的流量具有突发性。级别3：无应答功能的无连接通道与级别2类似，但没有对帧传送结果的报告信息。与数据报相似，如果发生过失，就需要上层协议来恢复。以降低开销来追求高性能，在一定程度上牺牲了可靠性。应用：广泛地应用于仲裁环存储网络级别4：面向连接的虚电路给每条连接分配局部带宽和可能不同的QoS参数。在一对和多对通信者之间可以建立多条虚电路，为每条虚电路指定QoS参数时，需要优先保证对时延第三的应用带宽需求。由于级别4的交换机设计复杂，所以并没有在光纤通道产品中普遍实

23、现级别5：等时效劳用于没有缓冲区，且当数据到达时需要立即投递的应用该级别尚没明确定义级别6：多点传送效劳是1类效劳的一个变种。它为可靠多播提供专用连接，并带有确认应答。应用：级别6的设计目标是用于诸如音频和视频等需要多播的应用。存在的问题：反响给数据发送方的应答所产生的流量会消耗大量的网络带宽，甚至会吞没整个网络。级别6的效劳也没有能够在实际浒的产品中得以实现。级别2和级别3的比照2类和3类效劳都是面向分组的数据报效劳2类效劳使用端到端的流控制和链路控制接收方的应答既被用于对丧失帧的感知，也被用于端到端的流控制，当接收不到应答就意味着发生了传输错误，并立即通知高层协议，高层协议可以启动错误纠正

24、操作。3类效劳只支持链路控制由于没有应答功能，也就没有端到端的流控制，所以高层协议必须自已检查是否有分组丧失。高层协议通过预期的序列没有到达的事实感知帧的丧失。所以这种超时值一般比较大。6 FC-3：公共效劳FC-3：公共效劳FC-3定义的效劳有：条块化复用：使多个N端口通过多条FC-2链路并行地传输单个用户的信息单元，从而可以把所使用的带宽增加假设干倍组合端口地址绑定：把一个结点上的多个N端口绑定到同一个地址。多播：把一个信息传输到多个结点或同一个结点的多个端口一个结点只有一个FC-3层实体。一个结点只有一个FC-3层实体ATMFC - ATMIPFC链路封装FC - LESCSI-3SCS

25、I 3命令集映射 IPI - 3 命令集映射 (IPI-3 STD)FC-4FC - AL -2FC-3通用服务FC-0FC-1FC-2光纤物理与信号接口 ( FC- PH， FC-PH2， FC-PH3 )物理变换编码 / 解码结构协议FC - AL8b/10b 编码铜， 光连接基于站点基于端口7 链路效劳链路效劳登录编址7.1 登录登录登录是指二个端口连接时，互相交换一些参数，以便用于双方之间随后的通信。光纤通道标准提供了一个3阶段的登录机制：交换网登录FLOGI：Fabric Login端口登录 PLOGI：Port Login 进程登录 PRLI：Process Login 交换网登录

26、FLOGI：Fabric Login指在一个N端口和对应的F端口之间建立一个会话。仲裁网的交换网登录是可选的端口登录 PLOGI：Port Login 指二个N端口之间建立一个会话，端口登录协商诸如端到端的信用量这样的效劳参数进程登录 PRLI：Process Login 指基于二个不同的N端口的二个FC-4进程之间建立一个会话。交换网登录交换网登录OK端口登录端口登录OK进程登录进程登录OK交换网登录交换网登录OK端口登录端口登录OK进程登录进程登录OK端口登录端口登录OK进程登录进程登录OK进程登录进程登录OK进程登录OK进程登录存储设备FC-4效劳器FC-4效劳器FC-2存储设备FC-2

27、交换机FC-2交换机FC-2SCSI ASCSI AFCP AFCP A序列1 帧1序列1 帧1序列1 帧1序列1 帧2序列1 帧37.2 编址编址光纤通道设备效劳器、交换机、端口通过64位的标识符区分。一个光纤通道的设备，称为结点。一个结点可以有多个物理接口，称为端口。世界范围名World Wide Name，WWN 向IEEE注册，全球唯一，64位二进制位WWN对于光纤通道设备就像Ethernet的MAC地址一样，它们是由电器和电子工程师协会(IEEE)标准委员会指定给制造商，在制造时被直接内置到设备中去的。世界范围结点名World Wide Node Name，WWNN 标识结点的WWN

28、世界范围端口名World Wide Prot Name，WWPN 标识端口的WWN问题：在光纤网络传输时，如果把两个WWN 地址放到传送帧的帧头，那么为指明目标地址和源位址，就需要占用16字节的数据位，这个在帧中占的位数就太多了。所以64位的方式寻址是会影响到路由的性能。光纤通道网络采用了另外一种寻址方案。这一个方案是用基于交换光纤网络中的光纤端口来寻址。基于交换光纤网络中的每个端口有它独有的24位的地址。用这种24位地址方案，我们得到了一个较小的帧头，这能加速路由的处理。但是这个24位的地址必须通过某种方式连接到与World Wide Name 相关联的64位的地址。 64位WWN地址到24

29、位端口地址的映射在基于交换的光纤环境中，交换机它本身负责分配和维持端口地址。当含有某WWN的装置进入在某一个特定的端口上登录到交换机时，交换机将会分配端口的地址到那一个端口，而且交换机也将会维护那个端口地址和在那个端口上的设备的WWN 地址之间的关联。交换机的这一个功能是使用名字效劳器(NAME SERVER)来实现的。名字效劳器是光纤操作系统的一个组件，在交换机内部运行。它本质上是一个对象数据库，光纤设备在连接进来时，向该数据库注册它们的值这是一个动态的过程。动态的寻址方式同时也消除了手工维护地址出错的潜在的可能，而且在移动和改变SAN方面也提供了更多的灵活性。端口地址一个 24个位的端口地

30、址由三个部份所组成：Domain：端口地址中最重要的字节是Domain。这是交换机本身的地址。一个字节最多允许256个可能的地址。因为有一些地址被保存(例如播送地址等)，实际上只有239个地址可用。这意味着在你的 SAN 环境中，可以有多达 239个交换机。Domain编号允许每个交换机有一个独有的识别符，如果在你的环境中有多个互相连接交换机，可以用Domain编号来区别它们。Area：它提供 256个地址。地址的这一个部份被用于识别个别的FL_Ports 环,或它可能被用于当做一组F_Port的识别符，例如，多端口的一个光纤卡的识别符。这意谓着每组端口有一个不同的area编号，即使对于只有一

31、个端口的组也是如此。Port：地址的最后部份提供256个地址，用于识别相连的N_Port 和 NL_Port。固定与动态地址格式固定地址 (64-位)WWN (类似于出生证明编号)每个fabric设备 (HBA， 交换机， 存储)都拥有一个(或多个)WWN地址使用IEEE分配的地址格式动态地址 (8/24-位)本地生成 (类似于家庭住址)注册到光纤通道网络时动态获得FC-AL = 8-位 (例如xE0) = 126 AL_PA地址FC-SW = 24-位= 16，000，000 Fabric地址DomainID8 BitsAreaID8 BitsPort ID8 Bits24位地址空间 10:

32、00:00:60:69:00:60:02 N_Port/F_Port可用范围:x01 0000到xEF EFFFIEEE 格式节点 WWN: 1 = b0001 000 000 000端口 WWN: 2 = b0010 000 000 000厂商定义IEEE分配8 交换网效劳：名字效劳器和控制器交换网效劳交换网效劳为登录到交换机的端口提供辅助信息。交换网效劳是由交换机或其他设备上的效劳器提供。主要的交换网效劳器有：交换网登录效劳器交换网控制器名字效劳器交换网登录效劳器处理使用地址FFFFFE进入交换网的登录请求交换网控制器管理使用地址FFFFFD对交换网的改变名字效劳器管理使用地址FFFFFC

33、的关于N端口的数据库存储诸如WWNN、WWPN、端口地址、支持的效劳类别和支持的FC-4的协议等信息N端口可以向名字效劳器注册自已的信息，也可以请求关于其他N端口的信息9 FC-4：上层协议映射FC-4：上层协议映射定义了光纤通道与上层应用之间的接口。FC-4层把应用协议的信息单元映射成光纤通道的帧序列，然后发送出去。同样FC-4层也把从光纤通道接收到的帧序列映射成应用协议的信息单元，然后交给应用协议。FC-4层支持的高层协议包括SCSI、IPI智能外设接口、HIPPI高性能并行接口、IP和ATM适配层AAL5等，也即这些协议可以直接把它们的数据单元交给FC-4层去发送，不需要考虑FC-4是怎

34、样把它们的数据单元分割成光纤通道数据帧发送出去的。光纤通道协议FCP：Fiber Channel Protocol面向SCSI的协议映射称为光纤通道协议FCP。FCP的根本思想：系统管理员只要在效劳器上安装一个新的设备驱动器，就实现了FCP协议。操作系统把通过光纤通道连接的存储设备看成SCSI设备，对它的寻址跟常规的SCSI设备一样。这种对传统SCSI设备的住址可以把光纤通道SAN比较容易地集成进已有硬件和软件。光纤通道上的IPIPFC：IP over Fiber ChannelIPFC定义了如何在光纤通道网络传送IP分组。IPFC使用在二个效劳器之间的光纤通道连接作为IP数据交通的媒介10

35、存储区域网络存储区域网络SAN与DAS和NAS的比较采用光纤通道网络的原因光纤通道SAN的组成结构存储区域网络SAN通常由磁盘阵列连接光纤通道组成。10.1 SAN与DAS和NAS的比较SAN与DAS和NAS的比较DAS ： Direct Attached Storage，直接连接存储以效劳器为中心NAS ： Network Attached Storage，网络附加存储以数据为中心SAN ： Storage Area Network，存储区域网络以网络为中心存储体系架构-DAS概念：通过IDE、SCSI以及光纤FC接口或线缆与效劳器直接相连，以效劳器为中心。优点：磁盘与效劳器别离，便于统一管

36、理缺点：2.连接距离短，连接数量有限3.数据分散，共享、管理困难4.存储资源利用率低，单位本钱高5.扩展性差 ,新增效劳器需单独配置存储设备Direct Attached StorageDAS以效劳器为中心存储体系架构-NASNetwork Attached StorageNAS概念：使用一个专用存储效劳器与网络直接相连，通过NFS或CIFS对外提供文件级访问效劳。优点：1.基于NFS、CIFS文件级共享存取，支持HTTP和FTP2.存储设备功能上独立于网络中的主效劳器，不占用效劳器资源3.扩展较容易，广泛支持操作系统及应用，安装简单方便4.即插即用 缺点：1.相比SAN架构，存取速度慢2.访

37、问需要经过文件系统格式转换，不适合Block级应用以数据为中心存储体系架构-SANStorage Area Network SAN以网络为中心概念：将存储系统、效劳器和客户端都通过网络相互连接的架构。优点：1.设备整合，多台效劳器可以通过存储网络同时访问后端存储系统2.数据集中，易管理 3.高扩展性，存储硬件功能的发挥不受LAN的影响 4.高可用性，复制、备份、恢复数据和平安的管理，容错能力强缺点：10.2 采用光纤通道网络的原因采用光纤通道网络的原因光纤通道具有通道特征：主机和应用程序可以把连接到它的存储设备看作好似是在本地附接的光纤通道具有计算机网络的特征：光纤通道能够支持多种协议和广阔范

38、围的设备，它可以被作为一个网络来管理。光纤通道结合了传统I/O通道和计算机网络的最好特征光纤通道 = 通道和网络的完美结合光纤通道网络通道有限的扩展能力短连接距离有限的管理能力高速度低延迟数据完整性大量数据传输超级错误检测能力脆弱非阻塞数据传输错误检测能力路由连接能力远距离管理能力10.3 光纤通道SAN的组成结构光纤通道SAN的组成结构效劳器连接卡存储网络连接设备存储设备存储软件SAN硬件概览效劳器端的主机接口卡电缆光纤通道交换机GBIC存储子系统光纤通道主机接口卡(HBA)为效劳器或客户机内部总线(PCI和SBUS等)提供与光纤通道网络的接口HBA软件驱动为操作系统提供所须存储信息对I/O

39、进行操作I/O同时对正常请求进行控制铜/光介质支持 (可能是双接口卡)连接线和接口部件光纤通道并不等于只使用光纤连接线铜缆和光纤连接线介质种类速度距离 (m=米)9m单模光纤(长距离)100 MB/秒200 MB/秒2 m 10 km50m短模光纤(短距离)100 MB/秒200 MB/秒2 m 500 m电信号 (铜介质)100 MB/秒0 m 24 m1Gb光纤使用SC接口, 2Gb使用LC接口 (SFP)千兆接口转换器(Gigabit Interface Converters; GBICS) 铜 GBIC光纤 SFP光纤 GBICGBIC = 小型串行到串行热交换模块, 主要功能是提供相

40、应介质接口(铜或光)2Gbit设备使用的GBIC叫做Small Form Factor Plug-able (SFP)短波光GBIC或SFP 最大500米长波激光GBIC或SFP 最大10公里增强长波激光GBIC - 最大80公里光纤通道交换机:网络智能的核心连接多个端口 (8, 16, 32, 64, 128 口)支持交换Fabric和传统loop设备1Gbit/秒和2Gbit/秒传输速率(自适应)全双工性能, 使用cut-through路由算法交换机间提供8Gbit/秒逻辑干线合并拓扑结构自动协调, 自动配置 (自恢复)端到端性能监控存储设备RAID 冗余独立磁盘阵列系统JBOD 只是一组

41、盘(磁盘组)磁带 主要用于数据备份和恢复存储软件存储软件用于控制存储网络系统中的各种设备及相互间的通信，提供存储系统与应用程序之间的编程界面以及存储系统与操作人员之间的人机界面。存储软件主要有：SAN管理软件数据管理软件设备控制和管理软件存储虚拟化、可视化软件协议软件11 仲裁环SAN仲裁环SANFC Arbitrated Loop,FC-AL 通过把一个设备的发送端连接到另一个设备的接收端，直至最终所有的设备都被连到一个环中来实现。仲裁环(Arbitrated Loop)架构，比点对点连接架构具备更多弹性：一个环路最多可以有127个地址126个NL_Prot， 1个FL_Prot ，其中一个

42、地址FL_Prot被保存用于仲裁环连接到光纤通道交换机，所以一个仲裁环连接的效劳器和存储设备数最多为126个；其单位本钱较Switched Fabric 来得低。因此Arbitrated Loop 结构是目前应用最广泛的SAN架构。Fibre Channel Arbitrated LoopTXRXNL_port 0TXRXNL_port 3RXTXNL_port 1RXTXNL_port 2最大连接126的节点FC-ALPronounced “F-kal仲裁环的二种连接方式简单的菊花链连接的仲裁环使用集线器连接的仲裁环Fibre Channel Arbitrated LoopTXRXNL_po

43、rt 0TXRXNL_port 3RXTXNL_port 1RXTXNL_port 2最大连接126的节点FC-ALPronounced “F-kal菊花链Daisy Chain连接的仲裁环这种方式是最直接、最经济的；但也是风险最高、最不可靠的架构。如果有任何一段Cable 断落，或任何一个节点发生故障或失去电源，整个回路就不能工作。使用集线器连接的仲裁环为了解决上述问题，人们设计了一种环路专用 Hub叫Loop Hub 。Loop Hub根本功能是将回路建立在机体线路内：Loop Hub中硬件线路将第一个NL_Port的Tx接到第二NL_Port的Rx，如此串接下去，最后再把最后NL_Por

44、t的Tx接到第一个NL_Port的Rx。仲裁环集线器典型的仲裁环集线器提供7-12个端口，可以通过级联建立大型的仲裁环；仲裁环集线器在每个端口上使用旁路电路，以便隔离损坏的节点，防止损坏的节点干扰整个仲裁环的数据通信；仲裁环在其节点之间共享光纤通道的带宽，为保证传输速率和可靠性，一般在一个环上的活泼节点应保持在10个节点以下。例：一个1Gbps的仲裁环网，有50个活泼节点，那么每个节点的分得的带宽为1Gbps/50。另外，尽管某个仲裁环拥有超过100个的磁盘驱动器，但通常只有4-6个效劳器对磁盘进行访问，那性能也是可行的。集线器连接的仲裁环的特点Loop Hub每个Port都具备自动Bypas

45、s功能。在连接到任何一个NL_Port的装置移除或关机时，都能自动Bypass。确保环路不会断落。Loop Hub的根本功能还包括：侦测装置的参加和移除，并正确执行参加或移除的工作，如Bypass电路的开路或短路；支持动态重新寻址等。集线器连接的仲裁环的优点利用Loop Hub建立的Arbitrated Loop，形成一个星状的回路架构。这种架构既解决上述可靠性的问题，同时也提供了更多的弹性与方便性：系统建设时布线工作更方便；设备故障时可以直接拔除维修设备，不必关闭整个回路；可方便的新增设备、串接新的Loop HubCascading以扩充系统。Arbitrated 环路技术仲裁环集线器NL端口NL端口NL端口NL端口NL端口NL端口NL端口NL端口光纤通道交换机FL端口仲裁环的工作机制仲裁环中，每个设备都