光纤线 更新时间：2017-02-24 11:47

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光纤线采用多芯光纤内芯，特制微型凸透镜技术制造，令光束高度聚焦，大幅减少光束于光纤内壁反射，因而缩短传送行程，光束经聚焦后能减低传送时差，有效减低数码时差失真，是最可靠的数码传送媒介，广泛应用于CD/DVD/DAT/MD/LD等数码器材，是高解晰度音响重播的最佳保证。

光纤通道

在高端的服务器/工作站硬盘中，还会采用光纤通道作为SCSI硬盘接口。光纤通道是高性能的连接标准,用于服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯。对于需要有效地在服务器和存储介质之间传输大量资料而言，光纤通道提供远程连接和高速带宽。它是适于存储局域网、集群计算机和其它资料密集计算设施的理想技术。其接口传输速度分为1GB和2GB等等。

一、光纤通道技术起源

信息时代数据量的爆炸增长给存储技术的发展提供了良好的机遇，现在信息主管们更多考虑的事情是，如何对数据进行安全的存储、管理及使用。因此，人们不仅对存储设备容量、性能等方面的需求越来越高，同时对存储系统也提出了高性能、高可靠性、并能够长距离传输的技术要求。光纤通道(Fiber Channel)技术正是在这一需求的驱动下诞生的。

目前，在存储系统的设计中，凡是涉及到对大型关系数据库进行操作，对海量数据进行读取的业务系统，一般都倾向于采用存储区域网络(Storage Area Networks，)架构。存储区域网络(以下简称“SAN”)是建立在网络化的I/O存储协议基础之上，可使服务器与存储设备之间进行“any to any”连接通信的网络系统。SAN的发展带动了光纤通道技术的发展，而光纤通道体系结构的发展，为SAN的技术构想铺平了道路。

光纤通道技术是一种基于光纤通道的协议体系结构，始于1989年，于1994年10月制定了相应的ANSI标准。光纤通道技术的传输介质除光缆之外，还有铜缆等其他传输载体，但是国际上通常将其称为光通道。光纤通道技术能得以迅速发展、广泛应用(体现在主流采用FC技术的SAN系统大量出现)，不仅仅因为光纤通道具有更高的带宽、更长的连接距离、更好的安全性和扩展性，更重要的是光纤通道技术融合了通道技术和网络技术的优势，利用光纤通道网络可以创造一个有别于我们所熟知的局域网(LAN)甚至城域网(MAN)的存储区域网络(SAN)。 SAN不是一种产品，而是配置网络化存储的一种方法，其主要思路是将传统网络上的数据交换转换到主要由存储设备和数据库服务器组成的SAN上。借助于光纤通道技术，SAN支持远距离通信，并且将数据存储与应用服务彻底分开，使得存储设备能够成为所有接入SAN的服务器可高速、安全、可靠访问的共享资源;同时，SAN也允许各个存储设备，如磁盘阵列和磁带库，无需通过专用的中间服务器即可协同工作。SAN解决了在传统LAN中一旦出现大量数据访问会大幅度降低网络性能的问题，使得数据的访问、备份和恢复不影响LAN的性能，从根本上保证了应用系统的服务质量，并可大幅度地减少管理费用支出。

二、光纤通道协议和分层模型

光纤通道是一种技术标准，是由美国国家标准协会(ANSI)委托的几个委员会共同开发的一组集成标准的通用名称，是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性而设计的高性能接口标准。它独立于介质，支持同时传输多种不同协议，如IPI、IP、FICON、FCP(SCSI)等协议，适用于服务器、海量存储子网络、外设之间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯。正如在以太网中IP、NetBIOS和SNA等协议均可在单一以太网适配器上同时使用，是因为所有这些协议在以太网中都被得到映射一样，各种网络层的通讯协议也可以通过协议映射在光纤通道上得以实现。

光纤通道技术的优点主要体现在：

(1)高带宽，目前已实现200MB/s数据传输率，400MB/s已通过测试;

(2)高容量寻址能力及扩容能力，可接入1600万节点;

(3)数据高度集中及存储能力的全局共享;

(4)每对节点间的长连接距离，多模光缆达500米，单模光缆可达10公里;

(5)模块化的扩容和连接方式;

(6)利用光纤交换机及相关软件可建立高可用或容错服务系统;

(7)可方便协助建立负载均衡及服务器集群系统。

光纤通道技术是结合了“通道技术”和“网络技术”的优点而开发出来的新技术：通道技术是硬件密集型技术，是因为它是为了在缓存区间快速传输大量的数据而设计的，可以直接连接设备而不需要使用太多的逻辑;网络技术是软件密集型技术，是因为数据包需要在网络上被路由到许多设备中的某一个节点上，此外网络技术有操作大量节点的能力。光纤通道技术从设计之初就将通道技术和网络技术的上述优势融合在一起。 光纤通道协议中定义了五个独立层次，从物理介质到传输于光纤通道中的高层协议，包含了光纤通道技术的全貌。以下是这五层的功能模块： ① FC-0，物理层，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。该层定义了光如何在光纤上传输以及发送器与接收器之间如何在各种物理介质上工作。

②FC-1，传输协议，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、解码规则、特殊字符和错误控制。传输编码必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。该层承担着取得一系列信号并将其编码成可用字符数据的责任。

③ FC-2，帧协议，定义了传输机制、包括帧定位、帧头内容、使用规则以及流量控制等。光纤通道数据帧长度可变，可扩展地址。用于传输数据的光纤通道数据帧长度最多达到2K，因此非常适合于大容量数据的传输。帧头内容包括控制信息、源地址、目的地址、传输序列标识和交换设备等。64字节可选帧头用于其它类型网络在光纤通道上传输时的协议映射。光纤通道依赖数据帧头的内容来引发操作。

④ FC-3，公共服务，提供高级特性的公共服务，即端口间的结构协议和流动控制，它定义了三种服务：条带化(Striping)、搜索组(Hunt Group)和多播(Multicast)。条带化的目的是为了利用多个端口在多个连接上并行传输，这样I/O传输带宽能扩展到相应的倍数;搜索组用于多个端口去响应一个相同名字地址的情况，它通过降低到达〃占线〃的端口的概率来提高效率;多播用于将一个信息传递到多个目的地址。

⑤ FC-4，协议映射层，定义了光纤通道的底层跟高层协议(Upper Layer Protocol)之间的映射关系以及与现行标准的应用接口，这里的现行标准包括现有的所有通道标准和网络协议，如SCSI接口和IP、ATM、HIPPI等。

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由此可见，光纤通道协议栈是多种高层数据协议的传输载体，尤其以传输SCSI和IP数据为主。作为载体传输高层数据协议的过程，实际上就是一个把高层数据协议映射到协议栈物理层传输服务的过程。其中，最常用到的光纤路径协议(Fibre Channel Protocol)就是SCSI数据、命令和状态信息到FC物理层传输服务的映射。FCP具有在所有光纤路径拓扑结构及所有类型服务上工作的独立性。

以下是映射到光纤通道上的协议：

① 小型计算机系统接口(SCSI)，即光纤路径协议(FCP)的SCSI-3协议的映射，是映射到光纤路径的主要协议。

② IP协议。

③ 可视化接口结构(VIA)。

④ 高性能并行接口(HIPPI)。

⑤ IEEE 802逻辑链接控制层。

⑥ 单字节指令代码集(SBCCS)，SBCCS是在IBM大型系统中使用的ESCON存储I/O路径中指令和控制协议的实现。

⑦ 异步传输模式适配层5(AAL5)。

⑧ 光纤连接(FICON)，FICON是将IBM S/390主机架构中的ESCON网络通信协议映射为光纤路径网络上的一个上层协议。

1.光纤通道网络的物理层

光纤通道网络的物理层由以下三个基本的物理单元组成：

(1)端口：用于连接服务器系统与光纤交换机的接口、或用于连接存储设备与光纤交换机的接口。

(2)网络设备：使用光纤协议进行通讯的光纤交换机。

(3)线缆：用于服务器接口与光纤交换机接口之间的连线、或用于存储设备的接口与光纤交换机接口之间的连线。

2.网络名字和地址元素

光纤网络中的网络名字和地址的基本元素如下：全局名、端口地址、仲裁环物理地址、简单名字服务器。

(1)全局名

全局名World Wide Name(WWN)指分配给每个产品的一个8字节的标识符，可用于光纤网络中的一个端口。WWN被存储在非易失性的存储器中，其格式由IEEE定义，用以为每个产品在其安装网络中提供唯一的标识。

在一个节点最初登陆到一台交换机上时，可以和该交换机交换一个N端口的完全的WWN，如果交换机上没有该N端口的信息，就会有一个注册过程，在此过程中，N端口发送自身信息给交换机，交换机将这些信息放到他的简单名字服务器中，从而使其它过程和应用能够访问它。

(2)端口地址

在光纤网络中有两种端口地址：固定地址和动态地址。

① 固定地址：每个光纤通道可识别设备都拥有一个固定光纤通道地址，这与每块以太网卡所拥有的MAC地址相似。该固定地址全球唯一，其他设备可以通过这一地址对其进行访问。

② 动态地址：为支持高层编址，光纤通道在Fabric域内定义了一个24位动态标识地址。每一个N_Port都拥有一个在Fabric域内唯一的24位N_Port标识。N_Ports既可以通过协议获得其预设定的N_Port标识，也可以在由Fabric在设备登录时动态分配。

(3)仲裁环物理地址

仲裁环物理地址(ALPA)为单字节，它唯一地标识了环网上的每一个端口。环网中的每个端口都存储了该环中所有其他端口的地址，从而提供了在环中通信的机制。通过端口地址可以判别一个环上的端口是公有的还是私有的。

(4)简单名字服务器

简单名字服务提供一种瘦目录服务。节点、交换式光纤网络和应用程序通过使用简单名字服务获取端口的访问信息。

3.服务级别

服务级别定义了在数据传输中采用何种机制，不同的服务级别用于不同的数据。服务级别分为五类：

级别1：带确认的面向连接的服务;

级别2：带确认的无连接服务;

级别3：无确认的无连接的服务;

级别4：面向连接的部分带宽服务;

级别F：交换机间通信格式。

流控制就是一种定义于服务级别中的机制，分为端对端的流控制和缓存区到缓存区的流控制。

(1)端对端的流控制，是接收端口传输一个返回帧给发送者来确认收到传输帧;当发送者收到了应答帧(ACK)的反馈，就会将信用值设为1，这样就可以发送下一帧了。

(2)缓存区到缓存区的流控制，是用于fabric端口的节点端口之间的或者两个节点端口之间的用来保证设备能够接收到最大数量帧的机制。一个R-RDY(接收方就绪)原语信号发送出去，就表明接收者可以接受帧了;如果接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收这一数量的帧。

除了流控制之外，服务级别还指明连接是否是专用的。对于一个连接型的传输过程，不能发送一个不是传送到专用接受者地址的帧。另外，不能在某个级别中发送不是同一级别的帧，这样才可以保证连接能够使用全部带宽。

4.端口类型

光纤通道网络中的所有组件(即设备)都使用端口作为网络的连接。光纤通道网络中的端口包括以下几种基本类型：N-port 端口、F-port 端口、L-port 端口、NL-port 端口、FL-port 端口、E-port 端口、G-port 端口。

其中N、L和NL端口被用于光纤通道网络中的终端结点，F、FL、E和G端口在光纤交换机中实现。

①N-port 端口和F-port 端口

最初的光纤通道网络中包括两种类型的端口：一种是N-port端口的网络端口;另一种是F-port端口的交换光纤端口。

N-port端口是访问光纤通道网络上的存储设备和计算机系统上的端口，任务是初始化及接收帧，如果没有N-port 端口，就不会有网络上的数据通信;F-port 端口是光纤交换机上的端口，作用是代表N-port 端口提供管理和连接服务，这些服务是为每对N-port 端口之间(主机系统与存储设备)的通信提供的。

在N-port 端口和F-port 端口之间，是一对一的关系。在光纤存储局域网中的光纤交换机上，仅有一个N-port端口和F-port 端口相连接，光纤通道网络中其它N-port 端口和该N-port 端口之间的通信，通过其各自在交换机上的端口初始化进程和该N-port 端口的通信来实现。无论N-port 端口是发送还是接收数据，它总是和F-port 端口通信。在没有数据传输的时候，N-port 端口向交换机上对应的F-port 端口发送IDLE帧，在N-port 端口和F-port 端口之间建立一种“心跳”，从而能很快检测到可能发生的连接中的问题。

②L-port 端口

L-port 端口存在于光纤通道环网中。和交换式网络不同，环状网络中的节点共享一个线缆带宽的结构。和交换式网络结构中的N-port 端口用来初始化以和F-port 端口通信相类似，L-port 端口被设计来初始化和该环中的其它L-port 端口的直接通信。

但是，在光纤环网中没有和F-port 端口相对应的端口名称。因为光纤环网是一个逻辑环，被设计在没有网络集线器的环境下工作，因此，如果未被要求，集线器不能为环网提供既定的端口功能。光纤环网中的集线器仅仅起到连接以及防止失效的作用。

③NL-port 端口和FL-port 端口

当光纤通道环路加入到光纤通道网络中时，必须允许N-port 端口节点和L-port 端口节点之间进行通信，为此定义了两个新的端口：FL-port 端口和NL-port 端口。

FL-port 端口是光纤交换机上的端口，在光纤通道网络中允许其作为一个特殊的节点加入进来。光纤通道环网为FL-port 端口保留仅有的一个地址，即在同一时刻不可能同时有两个光纤交换机进行通信。

NL-port 端口位于环网内的端口，具有N-port 端口和L-port 端口的双重能力，同时支持交换式光纤网和光纤环网，从而使得交换式光纤网和光纤环网之间的通信成为了可能。

④E-port 端口和G-port 端口 在光纤交换机中，还有两种常见的端口，他们分别是E-port 端口和G-port 端口。G-port 端口是“万能”端口，它能用于交换机中如F-port 端口和FL-port 端口等的不同端口。E-port 端口是一种特别的端口，用于光纤交换机的级联。

以上是光纤通道网络中能遇到的各种端口。我们在国土资源部的存储平台中使用的光纤交换机是Brocade光纤交换机。此光纤交换机的端口支持自配置功能。自配置端口能够检测到所有连接的另一端的端口模式，并自动配置成支持该模式的操作方式。

5.线缆与介质

SAN的很多特征是由网络的物理布局规划来决定的，在SAN中选择的介质类型将会影响到SAN的扩展性和功能性。

介质类型有两种选择：铜芯线和光纤。

①铜芯线

铜芯线的优点在于它是连接SAN部件中最便宜的介质。铜芯线通常是150欧姆的铜芯双绞线。铜芯线的传输速率为100MB/S的千兆位传输，它的有效传输路径是在0到25米之内不会有任何衰减。铜芯线的两端通常使用HSSDC连接器或DB-9阳连接器。

②多模光纤

多模光纤的直径通常有50和62.5微米两种规格，它们之间并没有速度上的差异。多模光纤的波长范围为850纳米和1300纳米两种。850纳米波长的光是可见的，对人眼无害。1300纳米波长是不可见的，而且对视网膜有害。多模光纤两端接头的类型很多，包括SC、LC和 MT-RJ等。多模光纤使用的是一种聚集的LED而不是真正的激光。

③单模光纤

单模光纤适用于长距离的信号传输。它的波长是1300纳米，是不可视的，对人眼有害。单模光纤的直径为9微米，由于它的直径如此之小，使用它进行长距离传送信号时，光波不易被改变。所以在长距离的SAN中，单模光纤是最好的一种解决方式。由于单模光纤的直径很小，所以它的潜在发射速度也是最高的，理论极限速度是25Tb/s，而多模光纤的理论极限速度是10Gb/s。

单模光纤本身并不比多模光纤或铜芯线贵出很多，价格的增加主要在于其收发器部件，因为它使用的是激光而不是LED。由于单模光纤的直径非常小，所以对光纤收发器的精确度要求很高。

④光纤接头

光纤接头有很多类型，在实际的使用中只要连接是干净的，那么使用那种接头对性能都不会有任何影响。在搭建SAN时应该尽量减少连接的数量，因为光会在其路径设备中质量不好的连接之间来回反射。所以连接数量越少，SAN中产生错误信号的概率就越低。

现在许多HBA(光纤接口卡，插在服务器系统的PCI插槽中)卡中使用的铜芯接头是HSSDC铜芯接头。