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光纖�
閱讀�4320時間�2016-09-30 15:41:56

    光纖線采用多芯光纖內(nèi)�,特制微型凸透鏡技�(shù)制�,令光束高度聚焦,大幅減少光束于光纖�(nèi)壁反�,因而縮短傳送行�,光束經(jīng)聚焦后能減低傳送時�,有效減低數(shù)碼時差失�,是最可靠的數(shù)碼傳送媒�,廣泛應(yīng)用于CD/DVD/DAT/MD/LD等數(shù)碼器材,是高解晰�音響重播的保��

光纖

    光纖的完整名稱叫做光�(dǎo)纖維,英文名� OPTIC FIBER,也有叫OPTICAL FIBER�,是用純石英以特別的工藝?yán)杉毥z,光纖的直徑比頭�(fā)絲還要細。光纖的特點有:傳輸速度�,距離遠,內(nèi)容多,并且不受電磁干�,不怕雷電擊,很難在外部竊聽,不�(dǎo)�,在�(shè)備之間沒有接地的麻煩��

光纖通道

    在高端的服務(wù)�/工作站硬盤中,還會采用光纖通道作為SCSI硬盤接口。光纖通道是高性能的連接�(biāo)�(zhǔn),用于服務(wù)�、海量存儲子�(wǎng)�(luò)、外�(shè)間通過集線器、交換機和點對點連接進行雙向、串行數(shù)�(jù)通訊。對于需要有效地在服�(wù)器和存儲介質(zhì)之間傳輸大量資料而言,光纖通道提供遠程連接和高速帶�。它是適于存儲局域網(wǎng)、集群計算機和其它資料密集計算設(shè)施的理想技�(shù)。其接口傳輸速度分為1GB�2GB等等�
    一、光纖通道技�(shù)起源
    信息時代�(shù)�(jù)量的爆炸增長給存儲技�(shù)的發(fā)展提供了良好的機�,現(xiàn)在信息主管們更多考慮的事情是,如何對�(shù)�(jù)進行安全的存�、管理及使用。因�,人們不僅對存儲�(shè)備容�、性能等方面的需求越來越�,同時對存儲系統(tǒng)也提出了高性能、高可靠性、并能夠長距離傳�?shù)募夹g(shù)要求。光纖通道(Fiber Channel)技�(shù)正是在這一需求的�(qū)動下誕生的�
    目前,在存儲系統(tǒng)的設(shè)計中,凡是涉及到對大型關(guān)系數(shù)�(jù)庫進行操作,對海量�(shù)�(jù)進行讀取的�(yè)�(wù)系統(tǒng),一般都傾向于采用存儲區(qū)域網(wǎng)�(luò)(Storage Area Networks,)架構(gòu)。存儲區(qū)域網(wǎng)�(luò)(以下簡稱“SAN”)是建立在�(wǎng)�(luò)化的I/O存儲�(xié)議基�(chǔ)之上,可使服�(wù)器與存儲�(shè)備之間進行“any to any”連接通信的網(wǎng)�(luò)系統(tǒng)。SAN的發(fā)展帶動了光纖通道技�(shù)的發(fā)展,而光纖通道體系�(jié)�(gòu)的發(fā)�,為SAN的技�(shù)�(gòu)想鋪平了道路�
    光纖通道技�(shù)是一種基于光纖通道的協(xié)議體系結(jié)�(gòu),始�1989年,�1994�10月制定了相應(yīng)的ANSI�(biāo)�(zhǔn)。光纖通道技�(shù)的傳輸介�(zhì)除光纜之外,還有銅纜等其他傳輸載�,但是國際上通常將其稱為光通道。光纖通道技�(shù)能得以迅速發(fā)�、廣泛應(yīng)用(體現(xiàn)在主流采用FC技�(shù)的SAN系統(tǒng)大量出現(xiàn)),不僅僅因為光纖通道具有更高的帶�、更長的連接距離、更好的安全性和擴展�,更重要的是光纖通道技�(shù)融合了通道技�(shù)和網(wǎng)�(luò)技�(shù)的優(yōu)�,利用光纖通道�(wǎng)�(luò)可以�(chuàng)造一個有別于我們所熟知的局域網(wǎng)(LAN)甚至城域網(wǎng)(MAN)的存儲區(qū)域網(wǎng)�(luò)(SAN�� SAN不是一種產(chǎn)品,而是配置�(wǎng)�(luò)化存儲的一種方�,其主要思路是將傳統(tǒng)�(wǎng)�(luò)上的�(shù)�(jù)交換�(zhuǎn)換到主要由存儲設(shè)備和�(shù)�(jù)庫服�(wù)器組成的SAN�。借助于光纖通道技�(shù),SAN支持遠距離通信,并且將�(shù)�(jù)存儲與應(yīng)用服�(wù)徹底分開,使得存儲設(shè)備能夠成為所有接入SAN的服�(wù)器可高速、安�、可靠訪問的共享資源;同�,SAN也允許各個存儲設(shè)�,如磁盤陣列和磁帶庫,無需通過專用的中間服�(wù)器即可協(xié)同工�。SAN解決了在傳統(tǒng)LAN中一旦出�(xiàn)大量�(shù)�(jù)訪問會大幅度降低�(wǎng)�(luò)性能的問�,使得數(shù)�(jù)的訪�、備份和恢復(fù)不影響LAN的性能,從根本上保證了�(yīng)用系�(tǒng)的服�(wù)�(zhì)�,并可大幅度地減少管理費用支��
    �、光纖通道�(xié)議和分層模型
    光纖通道是一種技�(shù)�(biāo)�(zhǔn),是由美國國家標(biāo)�(zhǔn)�(xié)會(ANSI)委托的幾個委員會共同開發(fā)的一組集成標(biāo)�(zhǔn)的通用名稱,是為提高多硬盤存儲系統(tǒng)的速度和靈活性而設(shè)計的高性能接口�(biāo)�(zhǔn)。它獨立于介�(zhì),支持同時傳輸多種不同協(xié)�,如IPI、IP、FICON、FCP(SCSI)等�(xié)�,適用于服務(wù)�、海量存儲子�(wǎng)�(luò)、外�(shè)之間通過集線�、交換機和點對點連接進行雙向、串行數(shù)�(jù)通訊。正如在以太�(wǎng)中IP、NetBIOS和SNA等協(xié)議均可在單一以太�(wǎng)適配器上同時使用,是因為所有這些�(xié)議在以太�(wǎng)中都被得到映射一樣,各種�(wǎng)�(luò)層的通訊�(xié)議也可以通過�(xié)議映射在光纖通道上得以實�(xiàn)�
    光纖通道技�(shù)的優(yōu)點主要體�(xiàn)在:
    �1)高帶寬,目前已實現(xiàn)200MB/s�(shù)�(jù)傳輸��400MB/s已通過測試�
    �2)高容量尋址能力及擴容能�,可接入1600萬節(jié)��
    �3)數(shù)�(jù)高度集中及存儲能力的全局共享�
    �4)每對節(jié)點間的長連接距離,多模光纜達500�,單模光纜可�10公里�
    �5)模塊化的擴容和連接方式�
    �6)利用光纖交換機及相�(guān)軟件可建立高可用或容錯服�(wù)系統(tǒng)�
    �7)可方便�(xié)助建立負(fù)載均衡及服務(wù)器集群系�(tǒng)�
    光纖通道技�(shù)是結(jié)合了“通道技�(shù)”和“網(wǎng)�(luò)技�(shù)”的�(yōu)點而開�(fā)出來的新技�(shù):通道技�(shù)是硬件密集型技�(shù),是因為它是為了在緩存區(qū)間快速傳輸大量的�(shù)�(jù)而設(shè)計的,可以直接連接�(shè)備而不需要使用太多的邏輯;網(wǎng)�(luò)技�(shù)是軟件密集型技�(shù),是因為�(shù)�(jù)包需要在�(wǎng)�(luò)上被路由到許多設(shè)備中的某一個節(jié)點上,此外網(wǎng)�(luò)技�(shù)有操作大量節(jié)點的能力。光纖通道技�(shù)從設(shè)計之初就將通道技�(shù)和網(wǎng)�(luò)技�(shù)的上述優(yōu)勢融合在一�� 光纖通道�(xié)議中定義了五個獨立層次,從物理介�(zhì)到傳輸于光纖通道中的高層�(xié)�,包含了光纖通道技�(shù)的全貌。以下是這五層的功能模塊� � FC�0,物理層,定義了連接的物理端口特�,包括介�(zhì)和連接器(�(qū)動器、接收機、發(fā)送機等)的物理特�、電氣特性和光特�、傳輸速率以及其它的一些連接端口特性。物理介�(zhì)有光�、雙絞線和同軸電纜。該層定義了光如何在光纖上傳輸以及發(fā)送器與接收器之間如何在各種物理介�(zhì)上工��
    ②FC�1,傳輸協(xié)�,F(xiàn)C�1根據(jù)ANSI X3 T11�(biāo)�(zhǔn),規(guī)定了8B/10B的編碼方式和傳輸�(xié)�,包括串行編�、解碼規(guī)�、特殊字符和錯誤控制。傳輸編碼必須是直流平衡以滿足接收單元的電氣要求。特殊字符確保在串行比特流中出現(xiàn)的是短字符長度和一定的跳變信號,以便時鐘恢�(fù)。該層承�(dān)著取得一系列信號并將其編碼成可用字符�(shù)�(jù)的責(zé)任�
    � FC�2,幀�(xié)議,定義了傳輸機�、包括幀定位、幀頭內(nèi)�、使用規(guī)則以及流量控制等。光纖通道�(shù)�(jù)幀長度可變,可擴展地址。用于傳輸數(shù)�(jù)的光纖通道�(shù)�(jù)幀長度最多達�2K,因此非常適合于大容量數(shù)�(jù)的傳�。幀頭內(nèi)容包括控制信�、源地址、目的地址、傳輸序列標(biāo)識和交換�(shè)備等�64字節(jié)可選幀頭用于其它類型網(wǎng)�(luò)在光纖通道上傳輸時的協(xié)議映�。光纖通道依賴�(shù)�(jù)幀頭的�(nèi)容來引發(fā)操作�
    � FC�3,公共服�(wù),提供特性的公共服務(wù),即端口間的�(jié)�(gòu)�(xié)議和流動控制,它定義了三種服�(wù):條帶化(Striping�、搜索組(Hunt Group)和多播(Multicast)。條帶化的目的是為了利用多個端口在多個連接上并行傳�,這樣I/O傳輸帶寬能擴展到相應(yīng)的倍數(shù);搜索組用于多個端口去響應(yīng)一個相同名字地址的情�,它通過降低到達〃占線〃的端口的概率來提高效率;多播用于將一個信息傳遞到多個目的地址�
    � FC�4,協(xié)議映射層,定義了光纖通道的底層跟高層�(xié)議(Upper Layer Protocol)之間的映射�(guān)系以及與�(xiàn)行標(biāo)�(zhǔn)的應(yīng)用接�,這里的現(xiàn)行標(biāo)�(zhǔn)包括�(xiàn)有的所有通道�(biāo)�(zhǔn)和網(wǎng)�(luò)�(xié)�,如SCSI接口和IP、ATM、HIPPI��
    ?
    由此可見,光纖通道�(xié)議棧是多種高層數(shù)�(jù)�(xié)議的傳輸載體,尤其以傳輸SCSI和IP�(shù)�(jù)為主。作為載體傳輸高層數(shù)�(jù)�(xié)議的過程,實際上就是一個把高層�(shù)�(jù)�(xié)議映射到�(xié)議棧物理層傳輸服�(wù)的過�。其中,最常用到的光纖路徑�(xié)議(Fibre Channel Protocol)就是SCSI�(shù)�(jù)、命令和狀�(tài)信息到FC物理層傳輸服�(wù)的映�。FCP具有在所有光纖路徑拓?fù)浣Y(jié)�(gòu)及所有類型服�(wù)上工作的獨立��
    以下是映射到光纖通道上的�(xié)議:
    � 小型計算機系�(tǒng)接口(SCSI�,即光纖路徑�(xié)議(FCP)的SCSI�3�(xié)議的映射,是映射到光纖路徑的主要�(xié)��
    � IP�(xié)��
    � 可視化接口結(jié)�(gòu)(VIA��
    � 高性能并行接口(HIPPI)�
    � IEEE 802邏輯鏈接控制��
    � 單字節(jié)指令代碼集(SBCCS�,SBCCS是在IBM大型系統(tǒng)中使用的ESCON存儲I/O路徑中指令和控制�(xié)議的實現(xiàn)�
    � 異步傳輸模式適配�5(AAL5��
    � 光纖連接(FICON�,F(xiàn)ICON是將IBM S/390主機架構(gòu)中的ESCON�(wǎng)�(luò)通信�(xié)議映射為光纖路徑�(wǎng)�(luò)上的一個上層協(xié)��
    1.光纖通道�(wǎng)�(luò)的物理層
    光纖通道�(wǎng)�(luò)的物理層由以下三個基本的物理單元組成�
    �1)端口:用于連接服務(wù)器系�(tǒng)與光纖交換機的接口、或用于連接存儲�(shè)備與光纖交換機的接口�
    �2)網(wǎng)�(luò)�(shè)備:使用光纖�(xié)議進行通訊的光纖交換機�
    �3)線纜:用于服務(wù)器接口與光纖交換機接口之間的連線、或用于存儲�(shè)備的接口與光纖交換機接口之間的連線�
    2.網(wǎng)�(luò)名字和地址元素
    光纖�(wǎng)�(luò)中的�(wǎng)�(luò)名字和地址的基本元素如下:全局�、端口地址、仲裁環(huán)物理地址、簡單名字服�(wù)��
    (1)全局�
    全局名World Wide Name(WWN)指分配給每個產(chǎn)品的一�8字節(jié)的標(biāo)識符,可用于光纖�(wǎng)�(luò)中的一個端口。WWN被存儲在非易失性的存儲器中,其格式由IEEE定義,用以為每個產(chǎn)品在其安裝網(wǎng)�(luò)中提供的�(biāo)識�
    在一個節(jié)點最初登陸到一臺交換機上時,可以和該交換機交換一個N端口的完全的WWN,如果交換機上沒有該N端口的信�,就會有一個注冊過�,在此過程中,N端口�(fā)送自身信息給交換�,交換機將這些信息放到他的簡單名字服務(wù)器中,從而使其它過程和應(yīng)用能夠訪問它�
    (2)端口地址
    在光纖網(wǎng)�(luò)中有兩種端口地址:固定地址和動�(tài)地址�
    � 固定地址:每個光纖通道可識別設(shè)備都擁有一個固定光纖通道地址,這與每塊以太�(wǎng)卡所擁有的MAC地址相似。該固定地址全球,其他設(shè)備可以通過這一地址對其進行訪問�
    � 動態(tài)地址:為支持高層編址,光纖通道在Fabric域內(nèi)定義了一�24位動�(tài)�(biāo)識地址。每一個N_Port都擁有一個在Fabric域內(nèi)�24位N_Port�(biāo)�。N_Ports既可以通過�(xié)議獲得其�(yù)�(shè)定的N_Port�(biāo)識,也可以在由Fabric在設(shè)備登錄時動態(tài)分配�
    (3)仲裁�(huán)物理地址
    仲裁�(huán)物理地址(ALPA)為單字節(jié),它地標(biāo)識了�(huán)�(wǎng)上的每一個端�。環(huán)�(wǎng)中的每個端口都存儲了該�(huán)中所有其他端口的地址,從而提供了在環(huán)中通信的機�。通過端口地址可以判別一個環(huán)上的端口是公有的還是私有的�
    (4)簡單名字服務(wù)�
    簡單名字服務(wù)提供一種瘦目錄服務(wù)。節(jié)�、交換式光纖�(wǎng)�(luò)和應(yīng)用程序通過使用簡單名字服務(wù)獲取端口的訪問信息�
    3.服�(wù)級別
    服務(wù)級別定義了在�(shù)�(jù)傳輸中采用何種機�,不同的服務(wù)級別用于不同的數(shù)�(jù)。服�(wù)級別分為五類�
    級別1:帶確認(rèn)的面向連接的服�(wù)�
    級別2:帶確認(rèn)的無連接服務(wù)�
    級別3:無確認(rèn)的無連接的服�(wù)�
    級別4:面向連接的部分帶寬服�(wù)�
    級別F:交換機間通信格式�
    流控制就是一種定義于服務(wù)級別中的機制,分為端對端的流控制和緩存區(qū)到緩存區(qū)的流控制�
    �1)端對端的流控制,是接收端口傳輸一個返回幀給發(fā)送者來確認(rèn)收到傳輸幀;當(dāng)�(fā)送者收到了�(yīng)答幀(ACK)的反饋,就會將信用值設(shè)�1,這樣就可以發(fā)送下一幀��
    �2)緩存區(qū)到緩存區(qū)的流控制,是用于fabric端口的節(jié)點端口之間的或者兩個節(jié)點端口之間的用來保證�(shè)備能夠接收到�(shù)量幀的機�。一個R-RDY(接收方就緒)原語信號發(fā)送出�,就表明接收者可以接受幀了;如果接收者發(fā)出一定數(shù)量的R-RDY信號,說明它有足夠的緩存空間來接收這一�(shù)量的幀�
    除了流控制之外,服務(wù)級別還指明連接是否是專用的。對于一個連接型的傳輸過程,不能發(fā)送一個不是傳送到專用接受者地址的幀。另外,不能在某個級別中�(fā)送不是同一級別的幀,這樣才可以保證連接能夠使用全部帶寬�
    4.端口類�
    光纖通道�(wǎng)�(luò)中的所有組件(即設(shè)備)都使用端口作為網(wǎng)�(luò)的連接。光纖通道�(wǎng)�(luò)中的端口包括以下幾種基本類型: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端口被用于光纖通道�(wǎng)�(luò)中的終端�(jié)�,F(xiàn)、FL、E和G端口在光纖交換機中實�(xiàn)�
    ①N-port 端口和F-port 端口
    最初的光纖通道�(wǎng)�(luò)中包括兩種類型的端口:一種是N-port端口的網(wǎng)�(luò)端口;另一種是F-port端口的交換光纖端��
    N-port端口是訪問光纖通道�(wǎng)�(luò)上的存儲�(shè)備和計算機系�(tǒng)上的端口,任�(wù)是初始化及接收幀,如果沒有N-port 端口,就不會有網(wǎng)�(luò)上的�(shù)�(jù)通信;F-port 端口是光纖交換機上的端口,作用是代表N-port 端口提供管理和連接服務(wù),這些服務(wù)是為每對N-port 端口之間(主機系�(tǒng)與存儲設(shè)備)的通信提供��
    在N-port 端口和F-port 端口之間,是一對一的關(guān)�。在光纖存儲局域網(wǎng)中的光纖交換機上,僅有一個N-port端口和F-port 端口相連接,光纖通道�(wǎng)�(luò)中其它N-port 端口和該N-port 端口之間的通信,通過其各自在交換機上的端口初始化進程和該N-port 端口的通信來實�(xiàn)。無論N-port 端口是發(fā)送還是接收數(shù)�(jù),它總是和F-port 端口通信。在沒有�(shù)�(jù)傳輸?shù)臅r�,N-port 端口向交換機上對�(yīng)的F-port 端口�(fā)送IDLE幀,在N-port 端口和F-port 端口之間建立一種“心跳�,從而能很快檢測到可能發(fā)生的連接中的問題�
    ②L-port 端口
    L-port 端口存在于光纖通道�(huán)�(wǎng)中。和交換式網(wǎng)�(luò)不同,環(huán)狀�(wǎng)�(luò)中的節(jié)點共享一個線纜帶寬的�(jié)�(gòu)。和交換式網(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu)中的N-port 端口用來初始化以和F-port 端口通信相類�,L-port 端口被設(shè)計來初始化和該環(huán)中的其它L-port 端口的直接通信�
    但是,在光纖�(huán)�(wǎng)中沒有和F-port 端口相對�(yīng)的端口名�。因為光纖環(huán)�(wǎng)是一個邏輯環(huán),被�(shè)計在沒有�(wǎng)�(luò)集線器的�(huán)境下工作,因�,如果未被要求,集線器不能為�(huán)�(wǎng)提供既定的端口功�。光纖環(huán)�(wǎng)中的集線器僅僅起到連接以及防止失效的作用�
    ③NL-port 端口和FL-port 端口
    �(dāng)光纖通道�(huán)路加入到光纖通道�(wǎng)�(luò)中時,必須允許N-port 端口節(jié)點和L-port 端口節(jié)點之間進行通信,為此定義了兩個新的端口:FL-port 端口和NL-port 端口�
    FL-port 端口是光纖交換機上的端口,在光纖通道�(wǎng)�(luò)中允許其作為一個特殊的節(jié)點加入進來。光纖通道�(huán)�(wǎng)為FL-port 端口保留僅有的一個地址,即在同一時刻不可能同時有兩個光纖交換機進行通信�
    NL-port 端口位于�(huán)�(wǎng)�(nèi)的端�,具有N-port 端口和L-port 端口的雙重能�,同時支持交換式光纖�(wǎng)和光纖環(huán)�(wǎng),從而使得交換式光纖�(wǎng)和光纖環(huán)�(wǎng)之間的通信成為了可��
    ④E-port 端口和G-port 端口 在光纖交換機中,還有兩種常見的端�,他們分別是E-port 端口和G-port 端口。G-port 端口是“”端�,它能用于交換機中如F-port 端口和FL-port 端口等的不同端口。E-port 端口是一種特別的端口,用于光纖交換機的級�(lián)�
    以上是光纖通道�(wǎng)�(luò)中能遇到的各種端�。我們在國土資源部的存儲平臺中使用的光纖交換機是Brocade光纖交換�。此光纖交換機的端口支持自配置功�。自配置端口能夠檢測到所有連接的另一端的端口模式,并自動配置成支持該模式的操作方��
    5.線纜與介質(zhì)
    SAN的很多特征是由網(wǎng)�(luò)的物理布局�(guī)劃來決定�,在SAN中選擇的介質(zhì)類型將會影響到SAN的擴展性和功能��
    介質(zhì)類型有兩種選擇:銅芯線和光纖�
    ①銅芯線
    銅芯線的�(yōu)點在于它是連接SAN部件中的介質(zhì)。銅芯線通常�150歐姆的銅芯雙絞線。銅芯線的傳輸速率�100MB/S的千兆位傳輸,它的有效傳輸路徑是�0�25米之�(nèi)不會有任何衰減。銅芯線的兩端通常使用HSSDC連接器或DB�9陽連接��
    ②多模光�
    多模光纖的直徑通常�50�62�5微米兩種�(guī)�,它們之間并沒有速度上的差異。多模光纖的波長范圍�850納米�1300納米兩種�850納米波長的光是可見的,對人眼無害�1300納米波長是不可見的,而且對視�(wǎng)膜有�。多模光纖兩端接頭的類型很多,包括SC、LC� MT-RJ�。多模光纖使用的是一種聚集的LED而不是真正的激��
    ③單模光�
    單模光纖適用于長距離的信號傳輸。它的波長是1300納米,是不可視的,對人眼有害。單模光纖的直徑�9微米,由于它的直徑如此之�,使用它進行長距離傳送信號時,光波不易被改變。所以在長距離的SAN�,單模光纖是的一種解決方�。由于單模光纖的直徑很小,所以它的潛在發(fā)射速度也是�,理論極限速度�25Tb/s,而多模光纖的理論極限速度�10Gb/s�
    單模光纖本身并不比多模光纖或銅芯線貴出很�,價格的增加主要在于其收�(fā)器部�,因為它使用的是激光而不是LED。由于單模光纖的直徑非常�,所以對光纖收發(fā)器的精確度要求很高�
    ④光纖接�
    光纖接頭有很多類�,在實際的使用中只要連接是干凈的,那么使用那種接頭對性能都不會有任何影響。在搭建SAN時應(yīng)該盡量減少連接的數(shù)�,因為光會在其路徑設(shè)備中�(zhì)量不好的連接之間來回反射。所以連接�(shù)量越少,SAN中產(chǎn)生錯誤信號的概率就越��
    �(xiàn)在許多HBA(光纖接口卡,插在服�(wù)器系�(tǒng)的PCI插槽中)卡中使用的銅芯接頭是HSSDC銅芯接頭�

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