定义

光纤通道

通过

詹姆斯·艾伦•米勒执行主编

光纤通道是一种高速网络技术，主要用于在数据中心、计算机服务器、交换机和存储器之间以高达128gbps的数据速率传输数据。它是为了克服小型电脑系统接口(SCSI)及高性能并行接口(HIPPI)，以满足对可靠、可扩展、高吞吐量和低延迟协议和接口的需求。光纤通道特别适用于服务器与共享存储设备之间的连接，以及存储控制器和驱动器之间的互连。为san创建fc接口。

如果采用多式联运方式，光纤通道设备之间的距离可达10公里(约6英里)光纤作为物理介质。短距离不需要光纤。光纤通道也可以使用同轴电缆和普通电话双绞线．然而，当使用铜线时，建议距离不要超过100英尺。

光纤通道提供点对点、交换和循环接口，以提供无损、有序的原始块数据。因为今天的光纤通道比SCSI快很多倍，它已经取代了SCSI技术作为服务器和集群存储设备之间的传输接口。但是，光纤通道网络可以使用光纤通道协议(FCP)传输SCSI命令和信息单元。它不仅被设计为与SCSI互操作，而且与Internet协议(知识产权)和其他协议。

光纤通道也是一种选择——以及通过以太网和InfiniBand——主要用于在高性能计算环境中传输数据在fabric上的非易失性内存表达式(NVMe-oF)规范，以改善网络上的闪存性能。由100多个成员组成的非营利技术组织NVM Express Inc.开发了NVMe-oF，并于2016年6月5日发布了1.0版规范。国际信息技术标准委员会(INCITS)的T11委员会提出了一种将NVMe-oF应用于光纤通道的框架格式和映射协议。2017年8月，该公司在FC-NVMe标准的旗帜下，最终确定并提交了地图协议的第一版。

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光纤通道标准由光纤通道物理和信令标准和美国国家标准协会(ANSIX3.230-1994ISO(国际标准化组织)14165-1。

历史/发展

作为智能外设接口(IPI)增强物理项目的一部分，光纤通道协议的开发始于1988年，标准的第一稿于1989年完成。ANSI在1994年批准了光纤通道。作为第一个达到千兆速度的串行存储传输，光纤通道的性能在过去20年里每隔几年就会翻一番。

历史上，光纤通道网络速度以Gbps表示——1gbps、2gbps、4gbps、8gbps、16gbps、32gbps、64gbps和128gbps——表示吞吐量性能。命名约定改为千兆光纤通道(GFC) - 1GFC, 2GFC, 4GFC, 8GFC等-由光纤通道行业协会(FCIA)。每个光纤通道至少与前两代光纤通道向后兼容。例如，8GFC保持了对4GFC和2GFC的向后兼容性。

第5代光纤通道，称为16 gfc，编码机制发生了变化。根据FCIA的路线图，第5代的线速率为15.025 Gbaud，单线吞吐量为1600 MBps，双向吞吐量为3200 MBps。

第6代光纤通道增加的特性，如N_Port ID虚拟化(NPIV)、提高能源效率及前向纠错(选举委员会)，以提高光纤通道链路的可靠性，并通过避免数据流错误，防止应用程序性能下降或中断。它有32GFC和128GFC两种口味。前者为单车道，线路速率为28.05 Gbaud，吞吐量为6400 MBps;后者具有并行功能，有四个通道(28.5 Gbaud x 4)，具有112.2 Gbaud线速率性能和25,660 MBps吞吐量。

FCIA的路线图很好地延伸到未来的1太比特光纤通道(1TFC)，预计性能为204,800 MBps，并在2029年完成其T11规范。在第6代和第6代之间，包括单线64GFC (57.8 Gbaud, 12,800 MBps)和四线256GFC (4 x 57.8 Gbaud, 51,200 MBps)，市场将于2019年或更迟。路线图还列出了更高级的128GFC和256GFC版本，预计T11规范完成日期分别为2023和2026，以及512GFC (T11为2026,102,400 MBps)版本。路线图还没有列出这些或1TFC的线路费率或市场可用性。

光纤通道层

光纤通道定义了与开放系统互连(OSI)模型。像OSI一样，光纤通道将网络通信过程分解成相关功能的层或组。OSI包括7层这样的层，而光纤通道有5层。IP网络使用包和光纤通道依赖帧促进节点之间的通信。

fc框架的五层结构包括:

上层协议映射:FC Layer 4
通用业务层:FC三层
信令/帧层:FC二层
传输层:FC层
物理层:FC Layer 0

在光纤通道拓扑中，五个帧层中的每一个都与它下面和上面的帧层协同工作，以提供不同的功能。

必要的组件

开关。一个光纤通道交换机通过光纤通道实现高可用性、低延迟、高性能和无损数据传输。它确定要发送到预期目的地的数据包的来源和目的地。作为SAN的主要组成部分，光纤交换机可以连接数千个存储接口和服务器。光纤通道导演类交换机的功能包括分区以阻止不需要的流量和加密。

主总线适配器(hba）.fc hba卡是用于连接服务器和存储设备或网络设备的hba卡。HBA卡可以减轻服务器对数据存储任务的处理，提高服务器性能。当光纤通道和以太网开始融合时，HBA供应商开发了融合网络适配器(CNAs)，将fc HBA卡的功能与以太网网络接口卡(网卡）.

港口。fc交换机与hba卡之间通过光纤连接，并连接到服务器港口，可以是物理的，也可以是虚拟的。Fibre Channel fabric节点中的数据通过各种逻辑配置的端口发送和接收。光纤交换机在机箱中可以包含从少于10个端口到数百个端口的任何位置。

设计和配置

fc协议支持三种主要的拓扑结构，将fc端口连接在一起，使交换机、hba等设备连接到网络和存储。

点对点。最简单和最有限的光纤通道拓扑将两个设备(端口)直接连接在一起，例如将主机服务器连接到直连存储(DAS)。

仲裁循环。设备以圆形、环状的方式连接在一起。环上的每个节点或设备向下一个节点发送数据，以此类推。带宽在所有设备之间共享，如果一个设备或端口出现故障，所有设备都可能中断，除非使用光纤通道集线器连接多个设备并在端口出现故障时绕过它们。一个设备中可以包含的最大设备数仲裁环是127，但出于实际原因，这个数字被限制在更少的范围内。

将织物。在此拓扑中，所有设备之间都通过交换机进行连接和通信，交换机通过FSPF (Fabric Shortest Path First)路由协议优化数据路径，实现多对端口并发互连。端口不直接连接，而是通过交换机。这意味着，当一个端口发生故障时，其他端口的操作应该不受影响。fabric中的所有节点可以同时工作，提高效率，而设备之间的冗余路径增加了可用性。交换机可以添加到fabric中而不需要关闭网络。

交换fabric拓扑中的对接类型包括:

单刀开关拓扑结构是最简单的交换机拓扑，其中只有一个交换机，没有交换链路。它很少使用，因为它表示单点故障。
级联拓扑结构队列转换并以队列的方式将它们依次连接在一起。添加一个交换链路来互连级联中的第一个和最后一个交换机，闭合环路以形成交换fabric环拓扑结构．
网状拓扑结构是当光纤通道fabric中的每个交换机连接到每个其他交换机时。
Core-edge拓扑结构采用一种分层的方法，使用更高性能的董事交换机作为核心交换机。它将服务器连接到边缘结构，将存储连接到核心交换机。这些存储设备又相互连接，以方便服务器和存储设备之间的通信。
Edge-core-edge拓扑结构使存储和服务器连接到边缘fabric，但核心交换机通信仅用于连接和扩展边缘交换机。当存储和服务器位于Fibre Channel fabric的不同边缘时，这种拓扑配置有助于扩展长距离的SAN通信流，并简化对存储和服务器的管理。

光纤通道vs. iSCSi san

作为第二层交换技术，硬件在光纤通道结构中处理整个协议。相比之下，internet SCSI (iSCSI)是一种运行在以太网上的第三层交换技术。在这里，软件、硬件或软件和硬件都可以控制协议。基于以太网的iSCSI在TCP/IP网络上传输SCSI数据包。因为iSCSI使用普通的以太网，它不需要购买昂贵且通常复杂的适配器和网卡。这使得iSCSI更便宜、更容易部署。

对于任务关键型工作负载，大多数拥有高容量SAN的数据中心更倾向于使用光纤通道而不是iSCSI网络。这主要是因为光纤通道是一个经过验证的实体，他们知道它能够可靠地处理即使是最苛刻的工作负载，而不会丢失数据包。

要正确地启动和运行Fibre Channel SAN，需要专门的安装和配置技能。IT人员可以在现有网络上使用普通交换机和以太网网卡实现iSCSI SAN。这意味着，使用iSCSI，只需要构建和管理一个网络，而光纤通道需要两个网络:用于存储的光纤通道SAN和用于其他一切的以太网网络。