光纤通道

光纤通道(FC)是一种高速数据传输协议，可提供原始块数据的有序、无损传输。光纤通道主要是用于连接计算机的数据存储到服务器在存储区域网络中的商业（SAN）数据中心。

光纤通道网络形成交换结构，因为网络中的交换机作为一个大交换机协同工作。光纤通道通常在数据中心内和数据中心之间的光纤电缆上运行，但也可以在铜缆上运行。支持的数据速率包括每秒1、2、4、8、16、32、64和128吉比特，这是由于连续几代技术的改进而产生的。

光纤通道有多种上层协议，包括两个用于块存储。光纤通道协议(FCP)是一种通过光纤通道网络传输SCSI命令的协议。FICON是一种通过光纤通道传输ESCON命令的协议，IBM大型计算机使用该命令。光纤通道可用于通过传输NVMe协议命令从使用固态闪存存储介质的存储系统传输数据。

光纤通道网络的两个主要特征是它们提供原始块数据的有序和无损传输。基于信用机制实现原始数据块的无损交付。

存在三种主要的光纤通道拓扑，描述了多个端口如何连接在一起。甲端口在光纤通道术语是积极地通过网络，并不一定是进行通信的任何实体硬件端口。此端口通常在诸如磁盘存储、服务器上的主机总线适配器(HBA)网络连接或光纤通道交换机之类的设备中实现。

光纤通道点对点连接的拓扑图

• 点对点（见FC-FS-3）。两个设备使用N_ports直接相互连接。这是最简单的拓扑，具有有限的连接性。带宽是专用的。
• 仲裁循环（见FC-AL-2）。在这种设计中，所有设备都在一个环路或环中，类似于令牌环组网。在循环中添加或移除设备会导致循环中的所有活动被中断。一台设备的故障会导致环中断。光纤通道集线器用于将多个设备连接在一起，并可能绕过故障端口。也可以通过将每个端口连接到环中的下一个端口来形成环路。
  • 仅包含两个端口的最小环路虽然看起来与点对点类似，但在协议方面却大不相同。
  • 只有一对端口可以在一个环路上同时通信。
  • 最高速度8GFC。
  • 仲裁环路在2010年之后很少使用，并且对新一代交换机的支持正在停止。
• 交换结构（参见FC-SW-6）。在此设计中，所有设备都连接到光纤通道交换机，在概念上类似于现代以太网实施。这种拓扑相对于点对点或仲裁环路的优势包括：
  • Fabric可以扩展到数万个端口。
  • 交换机管理结构的状态，通过结构最短路径优先(FSPF)数据路由协议提供优化路径。
  • 两个端口之间的流量流经交换机，而不是像仲裁环路那样流经任何其他端口。
  • 端口的故障与链路隔离，不应影响其他端口的运行。
  • 多对端口可以在一个Fabric中同时通信。

FC拓扑和端口类型：此图显示了N_Port如何连接到结构或另一个N_Port。环路端口(L_Port)通过共享环路进行通信，现在很少使用了。

光纤通道端口有多种逻辑配置。最常见的端口类型是：

• N_Port（节点端口）N_Port通常是连接到交换机的F_Port或另一个N_Port的HBA端口。Nx_Port通过不运行循环端口状态机的PN_Port进行通信。
• F_Port（Fabric端口）F_Port是连接到N_Port的交换机端口。
• E_Port（扩展端口）连接到另一个E_Port以创建交换机间链路的交换机端口。

光纤通道环路协议创建多种类型的环路端口：

• L_Port（环路端口）FC_Port，包含与仲裁环路拓扑相关的仲裁环路功能。
• FL_Port（结构环路端口）L_Port能够执行F_Port的功能，通过链路连接到仲裁环路拓扑中的一个或多个NL_Port。
• NL_Port（节点环路端口）PN_Port运行环路端口状态机。

如果端口可以支持环路和非环路功能，则该端口称为：

• Fx_Port开关端口能够作为F_Port或FL_Port运行。
• 用于光纤通道帧通信的Nx_Port端点，具有不同的地址标识符和Name_Identifier，向更高级别提供一组独立的FC-2V功能，并具有充当发起方、响应方或两者的能力。

端口具有物理结构以及逻辑或虚拟结构。此图显示了一个虚拟端口如何可以有多个物理端口，反之亦然。

端口有虚拟组件和物理组件，描述如下：

• PN_Port实体，包括Link_Control_Facility和一个或多个Nx_Port。
• 连接到一个或多个VN_Port的FC-2V子层的VF_Port（虚拟F_Port）实例。
• FC-2V子级别的VN_Port（虚拟N_Port）实例。当需要强调对单个多路复用器上的多个Nx_Port的支持时使用VN_Port（例如，通过单个PN_Port）。
• 连接到另一个VE_Port或B_Port以创建交换机间链路的FC-2V子级别的VE_Port（虚拟E_Port）实例。

光纤通道中还使用以下类型的端口：

• A_Port(Adjacentport)一个PA_Port和一个VA_Port组合在一起操作。
• B_Port（网桥端口）用于将网桥设备与交换机上的E_Port连接起来的结构元素间端口。
• D_Port（诊断端口）一个配置的端口，用于在与另一个D_Port的链路上执行诊断测试。
• EX_Port一种用于连接到FC路由器结构的E_Port。
• G_Port（通用结构端口）可用作E_Port、A_Port或F_Port的交换机端口。
• GL_Port（通用结构环路端口）可用作E_Port、A_Port或Fx_Port的交换机端口。
• 连接到另一个PE_Port或通过链路连接到B_Port的Fabric中的PE_PortLCF。
• PF_Port通过链路连接到PN_Port的Fabric中的LCF。
• TE_Port（中继E_Port）中继扩展端口，可扩展E端口的功能以支持VSAN中继、传输服务质量(QoS)参数和光纤通道跟踪(fctrace)功能。
• U_Port（通用端口）一个端口等待成为另一个端口类型
• 连接到另一个VA_Port的光纤通道的FC-2V子层的VA_Port（虚拟A_Port）实例。
• VEX_PortVEX_Ports与EX_Ports没有什么不同，除了底层传输是IP而不是FC。

光纤通道主要使用带有LC连接器和双工布线的SFP模块，但128GFC使用QSFP28模块和MPO连接器和带状布线。

光纤通道物理层基于串行连接，在相应的可插拔模块之间使用光纤到铜缆。模块可能具有对应于SFP、SFP-DD和QSFP外形规格的单通道、双通道或四通道。光纤通道尚未使用400GbE中使用的8或16通道模块（如CFP8、QSFP-DD或COBO），也没有计划使用这些昂贵且复杂的模块。

在小封装可插拔收发器（SFP）模块及其增强版本SFP+，SFP28和SFP56是常见的形式因素光纤通道端口。SFP模块通过多模和单模光纤支持多种距离，如下表所示。SFP模块使用带有LC连接器的双工光纤布线。

SFP-DD模块用于需要将传统SFP端口的吞吐量提高一倍的高密度应用。

SFP-DD模块用于需要将SFP端口的吞吐量加倍的高密度应用。SFP-DD是由SFP-DDMSA定义的，它可以分线到两个SFP端口。如图所示，两排电触点以与QSFP-DD类似的方式使模块的吞吐量翻倍。

的小形状因数可插拔四（QSFP）模块开始被用于交换机间的连接和在支持128GFC创6光纤通道的4车道的实现使用后来通过。QSFP使用用于128GFC-CWDM4的LC连接器或用于128GFC-SW4或128GFC-PSM4的MPO连接器。MPO布线使用连接到另一个128GFC端口的8芯或12芯布线基础设施，或者可以分成四个双工LC连接到32GFCSFP+端口。光纤通道交换机使用SFP或QSFP模块。