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一.引言 光纤通道（Fibre Channel,以下简称FC）是一个为适应日益增长的高性能信息传输要求而设计的计算机通信协议。它综合通道和网络两方面的优点,支持I/O通道所要求的带宽、可靠性以及网络技术的灵活性、连接能力和距离，成为一种高速传输数据、音频和视频信号的ANSI串行通信标准。光纤通道技术支持多种媒体类型和连接器件, 使得在同一物理接口之上运行当今流行的通道标准和网络协议成为可能。光纤通道提供可灵活扩展的网络拓朴结构和高于100MB/s带宽,可实现远距离的网络连结,便于在工作站、大型机、巨型机、台式机以及大容量存储设备之间建立实用、廉价并且扩展性良好的高速数据传输系统。在国外,光纤通道在商用领域中已被广泛采用, 很多公司和研究机构现在已经开发出光纤通道的网络适配卡、储存设备、路由器以及相关的测试设备。在军用领域,预计它将逐步取代已被广泛使用近三十年的1553标准并在航天、航空和航海工程中得到开发与应用。 二．FC协议概述 FC是美国国家标准协会公认标准委员会X3T11任务组提出的一种正式标准。该标准于1988年起动，由大约80家商业机构参与研究并提供相关产品。与FDDI，ATM等当今流行的百兆网络相比较,FC具有成本低廉,效率高,可靠性好以及带宽更宽等优点。 FC支持的物理介质范围很广,包括单模光纤、多模光纤、普通铜缆和屏蔽双绞线等,采用铜缆做为传输介质,传输距离可达25米；若使用光纤做为传输介质,多模光纤传输距离为0.5公里,单模光纤传输距离为10公里; 串行传输速率为133兆波特至1.0625千兆波特;端到端传输延迟小于10us;传输位差错率小于10 -12 。 FC的协议分层如图1所示,各层的功能分别为: FC-0: 规定了物理传输介质、传输方式和速率。 FC-1: 规定了8B/10B编码与解码方案和字节同步。 FC-2: 规定了帧协议和流量控制方式,用于自我配置和支持多种拓朴结构。 FC-3: 规定了通常的服务类型。 FC-4: 规定了上层映射协议。将通道或网络的上层协议映射到FC传输服务上。 在光纤通道中,所有链接操作都是以帧的形式被定义的,帧的数据格式如图2所示: 每个帧包括开始分隔符,大小为24个字节的固定帧头,多种可操作服务头,从 0到2112个字节的长度灵活的有效载荷,一个帧标准循环冗余码校验和一个结束分隔符。2112个字节的最大有效载荷被用于提供正常的64个字节的ULP头空间和2K字节的数据空间。帧的头提供了一个24位的源与目的识别符、各种链接控制工具并支持对帧组的拆解和重组操作。 光纤通道中定义了六类服务方式,服务方式的选择取决于传输数据的类型和通信的要求,其主要差别在于流控制使用的类型不同。这六类服务的基本特征如下所示: 第一类服务:专用链路连接,通信端口间使用整个带宽进行通信,不受其它连接的影响,数据帧的接收顺序和发送顺序保持一致。采用端-端的流控制。 第二类服务:支持多路复用和多点传送,通信端口和其他网络节点一起共享网络带宽。缓存-缓存和端-端的流控制均可使用。 第三类服务:采用缓存-缓存的流控制方式,其它与第二类服务类似。 第四类服务:通信端口之间预先建立虚电路(Virtual Circuit)连接,保证数据帧的接收和发送顺序,支持帧信号的多路复用。采用缓存-缓存流控制。 第五类服务:迄今为止还没有完整地被进行定义。 第六类服务:通过交换机进行多点传送,由多点传送服务器负责复制和传递数据帧。通常使用端-端的流控制。 光纤通道的通信端口间的拓扑结构如图3所示有三种基本类型：点对点(Point to Poinet)，仲裁环(Arbitrated Loop)和交换型结构(Fabric)。点对点结构指两个通信设备收发端口间通过光纤直接进行连接,独享全部带宽。仲裁环结构支持三个以上的通信端口进行通信，环路中的端口数量最多为127个。通信设备间共享传输媒体,端口间的数据流为同步、对称、全双工方式。在这种通信模式中仲裁环每次只支持一个点对点通信。交换型结构为各连结端口提供了一种交换式的内部连结,这种结构容许用户通过增加连接的端口数来线性地增大系统的吞吐量，最大连接数可达2 24 个。交换型结构的优点在于能对网络上的节点数目做很大的扩展而不减少每个端口的带宽, 使用通用的环路低带宽端口和高带宽端口可以在同一个平台范围的网络中有效的进行交互操作。 在工程中，光纤通道的拓扑结构是借助网络集线器和交换机实现的:网络集线器用于仲裁环路，交换机用于交换式网络。 网络集线器上的光纤通道端口以串行方式连接，一个端口的输出与下一端口的输入相连，形成一个环路。每个光纤通道设备都与网络集线器上的单个端口相连。可以把不同网络集线器上的端口连接起来以组建更大的环路。由于网络集线器上的所有端口在一个环路中是相连的，所以当多个网络集线器互连时，联合的网络集线器上的所有端口依然可以形成一个环路(称为级联网络集线器)。级联的网络集线器超过一定数目时，某些网络集线器可能无法正常工作。在缺少良好的信号再生情况下，通常任意两个设备之间的网络集线器数目最多为三个。如果有过多的网络集线器级联，光纤通道内的信号就会有严重衰减，以至无法保证传输的可靠性。 除了通过端口物理地址组建环路，网络集线器还可以隔离有故障的或已经断开连接的端口。使用网络集线器组建环路不要求所有端口都处于连接状态，也不要求打开所有设备。网络集线器也可使用多种连接介质组建环路。 交换机可以通过多种连接介质将不同的设备连接起来。允许系统在一个或多个端口断开连接或关闭的情况下正常工作,允许所有设备访问光纤通道系统的全部带宽,向一个设计合理的光纤网络中添加设备不会对光纤网络的性能产生任何影响。通过交换机，一个端口可以与交换机上的所有其它端口以一种逻辑的或物理的交叉方式连接。因此，交换机上的所有端口都可以互相连接，而不需要任何中介端口。交换机也可以再生数据信号，这样就避免了级联带来的问题。