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FC协议研究 刘智朋 2011-07-18 协议分析 物理层 在速度上有1Gb/s、2Gb/s、4Gb/s、8Gb/s。 传输协议 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、编码规则、特殊字符和错误控制。 数据链路层 在数据帧上，FC协议为24字节的帧头（以太网为14字节），在这24字节中包括寻址、传输保障机制。网络和传输的逻辑就用这24字节来传递。以太网TCP/IP协议开销：14帧头+20IP头+20TCP头（或者是8字节的UDP头）。这就注定了FC的开销比以太网加上TCP/IP的开销要小，而实现的功能都差不多 FC协议定义了两种流控策略：一个是端到端的流控，另一个是缓存到缓存的流控。端到端流控比缓存流控要上层和高级。如果FC终端给另外一个FC终端发送数据帧，它需要先经历缓存-缓存的流控（端-FC交换机），然后再经历缓存-缓存的流控（FC交换机-端），最终到达另外一个终端，端到端的流控实现，是由多个Buffer-Buffer的流控组成的。 MTU，以太网MTU为1500字节，而FC链路层的MTU可以达到2112字节。这样，FC链路层相对以太网链路层的效率又提高了。 网络层 拓扑 FC-AL FC-AL类似于共享总线拓扑，连接方式为一条仲裁环路，每个FC-AL设备首尾相连构成环路，每环路最多128个节点，实际上是用了一个字节的寻址容量。 数据帧在仲裁环内是一跳一跳被传输的，并且任何时刻数据帧只能按照一个方向向下游传输。 Fabric Fabric是网状构造，表明这种拓扑就是一个网状交换矩阵。 它的转发效率比FC-AL要高，矩阵中所有节点均可点到点通信，此架构总带宽为所有端口带宽之和。而AL架构下，接入环路的节点不管有多少，带宽总为恒定，即共享的环路带宽。 共享环路和交换式架构的选择 由于虽然一条FC-AL环最多能接120多块磁盘，但是环上结点的数量在最大值的二分之一时，性能达到最大化。再增加节点数量，性能不升反降。 可以考虑将后端的共享FC-AL环路架构，改变为交换式架构，但是不能改为Fabric，因为其成本相对偏高，而且Fabric的一些特征对于后端来说是用不到的。 设计的芯片运行FC-AL协议但是物理架构是交换架构的芯片。然而这个交换架构绝非是Fabric，因为其遵循的上层逻辑依然是FC-AL逻辑，只是在物理连接上用点对点交换架构，替代了“节点大串联”的Loop结构，使节点和节点之间传输的数据可以通过交换矩阵直达，而不是在环路上一跳一跳的中继。然而，这些芯片依然可以用在Fabric交换机上，只要经过一定改造并且在上层运行对应的Firmware即可。 其实就是用星型连接取代串联，而电路运行的逻辑依然是FC-AL仲裁过程，因为位于控制器上的FC适配器依然会执行FC-AL仲裁等逻辑，只不过这个仲裁过程变得非常简单，不再需要所有磁盘参与，而又这块芯片来进行仲裁。此外，某节点同一时刻依然只能与一个节点通信，节点感觉不到底层电路架构的变化。由于同一时刻还是只能存在一对节点进行通信，所以链路带宽依然是共享的。因此，这种交换架构做的并不彻底，它没有过渡到包交换或者所有端口无阻塞全交换架构，虽然物理上已经可以实现点到点的通路。 寻址 和Ethernet端口MAC地址类似，每个FC网中设备自身都有个WWNN（该地址在世界范围内是唯一的）。每个FC交换机上的端口都有自己的WWPN地址。FC交换机要处理到FC协议的最上层。 WWNN：每个FC设备都赋予一个WWNN，这个WWNN一般被写入设备的ROM中不能改变，但是在某些条件下也可以通过运行在设备上的程序动态的改变。 WWPN：地址长度为64位；在路由上，FC协议给每个连接到FC中的端口分配了一个Fabric ID，用这个ID而不是WWPN来嵌入链路帧中做路由。这个ID为24位，高8位是Domain区分符，中8位被定义为Area区分符，低8位定义为PORT区分符。 Domain ID：用来区分一个由众多交换机组成的大的FC网络中每个FC交换机本身。一个交换机上所有接口的Fabric ID都具有相同的高8位，即Domain ID。 Area ID：用来区分同一台交换机上的不同端口组，比如1、2、3、4端口属于Area 1,5、6、7、8属于Area2等。 Port ID：区分一个同Area中的不同Port 寻址过程 地址映射 接入FC网络中时，端口会发出登录注册动作； FC Switch收到登录帧后分配Fabric ID，并做WWPN与ID的映射； 之后该端口中的帧不会携带WWPN，而是用ID作为地址。 寻址机制 如果将几台交换机连接成一个FC网络，则他们会自动的协商自己的Domain ID，这个过程是通过选举出一个WWPN号很小的交换机来充当主