网络存储技术——光纤通道(续)

最近筹划开始移动通信系列的整理,不过先把这一系列整理完再说,废话不多说,继续光纤通道。

##存储区域网

  • 存储区域网:Storage Area Network(SAN)就是连接主机和存储设备的网络。SAN可以采用FC协议,也可以采用iSCSI协议。中高端SAN一般采用FC协议。
  • FC SAN:由主机总线适配器(Host Bus Adaptor:HBA)、FC交换机、光纤连接而成。

  • 单独的SAN的好处:灵活、可靠、可扩展。特别适合有大量数据不断增加、服务器和存储设备有大量数据读写、可靠性要求很高的应用环境。例如银行数据中心等。

##SAN vs NAS

  • NAS:提供文件级服务。

  • SAN:提供存储块级服务。

  • FC速率vs NAS速率
    FC : 1G 2G 4G 8G 16G
    NAS: 100M 1000M 10G

  • FC效率高于NAS中的TCP/IP。

  • NAS比FC易于安装、管理和成本低。

##FC HBA卡软硬件模块划分

fchba.png

##FC交换机功能框图

fcswitch.png

##光纤通道路由选择

  • 当服务器到存储设备的路径不止一条,FC Switch就需要选择路径。FSPF(Fabric Shortest Path First)协议就是选择发起节点到目的节点代价最小的路径。

  • 如果多条路径具有相同代价,FC Switch就可以将数据平均分配到这几条路径上。

  • FSPF由四部分组成:
    Hello协议、网络拓扑结构数据库构造、路径选择算法、路由表更新

###Hello协议

用来建立相邻交换机之间的双向数据交换通道,发现交换机之间的链路故障,交换相邻交换机的一些参数。

###拓扑结构数据库构造

交换机之间通过LSR(Link State Records)信息的传播,每个交换机可以获得整个网络中所有的连接的状态信息。

###最短路径优先算法

  • 交换机根据拓扑结构数据库计算到其它交换机的最短路径。

  • 采用Dijikastra算法。

###路由表更新

交换机根据计算路径的结果,更新路由表,这是交换机的内部操作。

##存储分区

  • 一个存储区是SAN中能互相通信的一组设备。一个存储区中的设备只能和同一分区中的设备通信。一个设备可以属于多个存储区。

  • 存储分区的一个作用是安全性。

  • 软分区实现:通过域名服务器对查询节点隐藏非同一分区的其它节点的信息来实现。

  • 硬分区实现:通过在路由表中对不属于同一分区的禁止来实现。

网络存储技术——光纤通道

所谓通道,就是能传输物品的路径。在计算机技术中,要传输的是数据,但通道的概念仍然是一样:当把数据发送到通道的一端后,数据就被传输到通道的另一端。通道往往能实现很高的数据通信速度,数据通信时所涉及的协议也比较简单。通道一般用于一台计算机内部的数据交换,而两台计算机之间通信时,采用的是计算机网络。

####通道式数据交换与网络式数据交换的区别

  • 通道式数据交换:直通式(cut-through)数据交换。具有延时小、面向连接、短距离、可靠等特点。

  • 网络式数据交换:存储转发(store and forward)数据交换。具有延时大、无连接、长距离、不可靠(要丢包)等特点。

####光纤通道:延时小(cut-through) 、面向连接、长距离、可靠(不丢包)等特点。

###Cut-through和Store-and-Forward时延上的区别

一个节点A和另一个B之间有三个交换机,线路速率为1Gb/s,数据帧长度为1000Bytes。 Cut-through方式下,假设数据帧的头(4个Bytes)到了就可转发。 Store-and-Forward方式下,整个帧到了才转发。计算两种方式下的最小时延。

##光纤通道结构

  • 光纤通道网络结构分解为 通信节点、节点与连接接口、连接和交换结构。

  • 通信节点:服务器或存储设备。

  • 连接:光纤。

  • 交换结构:光纤通道交换机。

  • 节点与连接接口:主机总线适配器(Host Bus Adaptor : HBA)

##光纤通道端口类型

  • N端口:服务器或存储设备连接网络的端口。

  • L端口:NL口指服务器或存储设备与环连接的端口。FL口指光纤通道交换机与环连接的端口。

  • F端口:光纤通道交换机与服务器或存储设备连接的端口。

  • E端口:光纤通道交换机与其它光纤通道交换机连接的端口。

##光纤通道拓扑结构

  • 点到点直连

  • 环型结构:最多127个节点。适合于多个节点较少同时通信的场合。需要仲裁协议决定使用环通信的节点。

  • 交换结构:最大支持65000多个节点。

##光纤通道协议堆栈

  • FC-0定义了物理连接的特性。例如信号速度、电缆种类、通信距离等。
  • FC-1: 传输信号的编码和解码方式。
  • FC-2:帧协议/流控制
  • FC-3:保留扩展。
  • FC-4:定义上层协议到FC的映射方式。

###FC-0层

  • 完成光电转换,时钟恢复功能。为FC-1层提供传输基本二进制0或1信号的功能。

  • 包含光电转换器和串行解串器(SerDes)。

###FC-1层

  • 为FC-2提供传输字的功能。

  • 包含字节对齐电路、8b/10b编解码等。

###FC-2层

  • 发送和接收帧、帧序列、帧交换。

  • FC的帧结构中,有OX_ID 、SEQ_ID和SEQ_CNT,分别标识一个帧交换、一个帧交换中的一个帧序列、一个帧序列中的一个帧的编号。

FC的帧结构和以太网/IP报的结构的主要区别是什么?

###FC-3层

提供公共服务给同一节点的多个上层

###FC-4映射层

  • 将高层协议的信息单元映射成帧序列;将帧序列映射成高层协议的信息单元。

  • 高层协议:

    • SCSI、IP等
    • SCSI的一个单独的命令被映射成FC的一个帧序列。组成一个SCSI交易的几个命令为映射成FC的一个帧交换。

##光纤通道流控制

  • 端到端流控

  • 缓存到缓存流控

##服务类型

  • 1类服务:面向连接的服务,提供专用的物理通道。不需缓存到缓存的流控制,只需端到端的流控制。

  • 2类服务:无连接服务。同时使用端到端和缓存到缓存的流控制。

  • 3类服务:只使用缓存到缓存的流控制。由上层协议实现出错重传。

##FC地址

  • 目的ID: 3Byte。域名+端口号+虚拟机号

  • 源ID: 3Byte。域名+端口号+虚拟机号

  • 不同交换机的域名不一样。

##FC登录

  • 端口登录:两个N端口之间的连接初始化过程。

  • 交换机登录:N端口和交换机F端口的连接初始化过程。

##FLOGI

FLOGI通常被发送它的N端口用于传送服务参数,也是N端口设备做Fabric Login的一种方法。在进行Fabric Login过程中所发送的FLOGI的目的地址是0xFFFFFE,源地址通常是0x000000。之所以源地址为空,是因为N端口设备总是首先假设存在Fabric并且希望Fabric能给自己分配一个未被用到的地址。如果发送FLOGI的N端口在发送FLOGI之前就希望自己被分配某个地址,那么它就应该将这个地址填在FLOGI中。在FLOGI帧中,包含了一些重要的参数。例如BBCredit。

##FC通用服务

包括目录服务、别名服务、时间服务等。

未完待续。内容比较多,分两部分进行。

网络存储技术——光纤通道

所谓通道,就是能传输物品的路径。在计算机技术中,要传输的是数据,但通道的概念仍然是一样:当把数据发送到通道的一端后,数据就被传输到通道的另一端。通道往往能实现很高的数据通信速度,数据通信时所涉及的协议也比较简单。通道一般用于一台计算机内部的数据交换,而两台计算机之间通信时,采用的是计算机网络。 Continue reading “网络存储技术——光纤通道”