光纖通道技術(shù)詳解，單模和多模有哪些不同？

光纖通道技術(shù)（Fibre Channel）是一種網(wǎng)絡(luò)存儲交換技術(shù)，可提供遠距離和高帶寬，能夠在存儲器、服務(wù)器和客戶機節(jié)點間實現(xiàn)大型數(shù)據(jù)文件的傳輸。

Fibre Channel (FC)是一種高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)（通常的運行速率有2Gbps、4Gbps、8Gbps和16Gbps），主要用于連接計算機存儲設(shè)備。過去，光纖通道大多用于超級計算機，但它也成為企業(yè)級存儲SAN中的一種常見連接類型。盡管被稱為光纖通道，但其信號也能在光纖之外的雙絞線上運行。

光纖通道協(xié)議（Fibre Channel Protocol，F(xiàn)CP）是一種類似于TCP的傳輸協(xié)議，大多用于在光纖通道上傳輸SCSI命令。

光纖通道廣泛用于通信接口，并成為傳統(tǒng)I/O接口與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合趨勢的一部分。

Network運作于一個開放的，非結(jié)構(gòu)化的并且本質(zhì)上不可預(yù)測的環(huán)境。

Channels通常運行在一個封閉的、結(jié)構(gòu)化的和可預(yù)測的環(huán)境，該環(huán)境下所有與主機通信的設(shè)備都預(yù)先已知，任何變更都需要主機軟件或配置表進行相應(yīng)更改。通道協(xié)議如SCSI，ESCON, IPI。

Fibre Channel將這兩種通信方式的優(yōu)勢集合為一種新的接口，同時滿足network和channel用戶的需求。

Fibre Channel的目標與優(yōu)勢:

Fibre Channel要提供的是一個連接計算機和共享外圍設(shè)備的接口，在這一技術(shù)提出之前是通過多種不同的接口來連接的，如IDE，SCSI，ESCON。

Fibre Channel需要提供大量信息的高速傳輸。

上圖顯示了2Gbps Fibre Channel與Escon和SCSI同等級下的傳送速率對比。

除了速度增長以外，F(xiàn)ibre Channel也需要支持公里級的距離。通過光纖交換機實現(xiàn)，如下圖所示：

光纖通道還需要提供傳輸多種上層協(xié)議的能力，并維持這些上層協(xié)議的持續(xù)使用。光纖通道接口如下圖所示：

連接和擴展是光纖通道的一個主要目標，通過將數(shù)千個設(shè)備共享數(shù)據(jù)并連接在一起來實現(xiàn)。Fibre Channel支持交換光纖，一個光纖結(jié)構(gòu)理論上可支持一千六百萬地址。光纖結(jié)構(gòu)可以從一個單一交換機開始，按照需求可添加更多交換機來實現(xiàn)擴展。

光纖通道還需要提供比SCSI形式更簡單的線纜和插頭。

光纖線纜比傳統(tǒng)SCSI銅線更易于管理，插頭體積更小從而一個適配器端口密度更高。當使用光纖線纜時，系統(tǒng)安裝更為簡便。

無中斷安裝和服務(wù)也是光纖線纜的一個要求。不同于銅線，在插拔時需要斷電，光纖在上下電時無需擔心瞬態(tài)損傷。
可靠性，可用性和可維護性一直是光纖通道協(xié)議的目標。與銅線相比它具有明顯的優(yōu)勢：對電磁干擾和線間串擾不明顯。

節(jié)點（Node）:

光纖通道環(huán)境包括兩個或更多通過互聯(lián)拓撲連接在一起的設(shè)備。光纖通道設(shè)備如個人電腦，工作站，磁盤陣列控制器，磁盤和磁帶設(shè)備都被稱為節(jié)點。每個節(jié)點都是一個或多個節(jié)點的信息源或目的。以EMC為例節(jié)點可以是Symmetrix系統(tǒng)。每個節(jié)點需要一個或多個端口作為節(jié)點間通信的物理接口。端口是一個允許節(jié)點通過物理接口發(fā)送或接收信息的硬件附件。一些設(shè)備將這些端口集成，其他一些設(shè)備則使用可插拔端口如HBA。以EMC為例端口可以是Symmetrix FA適配器上的接口。

端口（Ports）:

每一個光纖通道節(jié)點包含至少一個硬件端口，將該節(jié)點與光纖通道環(huán)境連接，并處理與其他端口的信息。此端口稱為節(jié)點端口。一個節(jié)點可以有一個或多個節(jié)點端口。按照端口支持的協(xié)議標準有以下幾種不同類型的節(jié)點端口：

N_PORT：Node_ports既可以用在端到端也可以用在光纖交換環(huán)境。在端到端環(huán)境下N_ports發(fā)送端與接收端之間直接互連。舉例來說，一個HBA或一個Symmetrix FA端口就是一個N_port。

F_PORT：Fabric_Ports用于光纖交換環(huán)境下N_port之間的互連，從而所有節(jié)點都可以相互通信。通常這些端口在交換機上，允許HBA和其他設(shè)備如Symmetrix FA連接到光纖。

NL_PORT：NL_Port是支持仲裁環(huán)路的節(jié)點端口。例如，NL_Port可以是HBA或Symmetrix FA端口。

FL_PORT：FL_PORT是支持仲裁環(huán)路的交換端口。通常是交換機上連接到仲裁環(huán)路的端口。

E_PORT：E_Port是一個光纖擴展端口，用于在多路交換光纖環(huán)境下。E_ports通常指一個交換機上連接到光纖網(wǎng)絡(luò)另一個交換機的端口。

G_PORT：G_Port是一個既能配成E_Port又能配成F_Port的通用端口。是一種位于交換機上的端口。

光纖（Fiber）：

端口通過鏈路連接至光纖網(wǎng)絡(luò)。此鏈路包括線纜和承載兩個獨立光纖網(wǎng)絡(luò)間收發(fā)信息端口的其他連接器。

鏈路可能包括光導(dǎo)纖維或電纜。發(fā)送信號可能是長波光，短波光，LED或電子信號。

光纖結(jié)構(gòu)包括光傳輸?shù)睦w芯。纖芯包裹著覆層，功能是反射并控制光在芯內(nèi)傳輸。纖芯和覆層由玻璃材質(zhì)制造并且很容易被損壞。為了保護光纖避免受到物理損壞覆蓋了更多保護層，以使光纖能夠承受一定力度。并有一個光纖可彎曲的最小角度，在這個角度附近光纖將被彎曲，超過這個角度將會導(dǎo)致光纖傳輸信號衰減，最壞情況將導(dǎo)致光纖損壞。正常使用下線纜較為堅實并且除了要留意最小彎曲半徑以外無需特別維護。芯徑和外徑（μm為單位）通常是光纖規(guī)格的定義方式。例如，62.5/125μm光纖，芯徑為62.5μm外徑為125μm。兩根這樣的光纖結(jié)合在一根雙芯線纜中，兩端有相應(yīng)的雙芯連接器。兩根光纖以相反的方向發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。雙芯線纜允許同步發(fā)送和接收。

單模和多模（Single Mode and Multimode）：

光纖通道中有兩種傳輸模式。

單模鏈路的芯徑為9-10μm并且使用位于光譜紅外部分約為1300納米的長波光作為光源。此光對于人眼是不可見的。下芯徑允許單模鏈路支持端口間最大10km的距離，所有光在光纖中沿著同一路徑傳輸，如下圖所示。單模鏈路主要用于長距離傳輸，應(yīng)用于Symmetrix Fibre Channel適配器的幾個版本。

多模鏈路相對于單模成本較低，用于無需單模那樣遠距離傳輸?shù)膱鼍啊９饫w通道鏈路通?；?0或62.5μm芯徑并支持光波長約為800nm。這種相對于單模增加的芯徑意味著光在光纖中有多種傳播路徑。

這就導(dǎo)致一種情況：某些頻率的光在光纖中沿著一條路徑傳輸而其他光沿著另一條路徑，這種結(jié)果稱為模態(tài)色散（Modal Dispersion）。這導(dǎo)致光呈放射狀從而限制了多模線纜的距離。

網(wǎng)絡(luò)（Fabric）：

術(shù)語Fabric用于光纖通道描述通用的交換或路由結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)依據(jù)幀頭的目的地址來傳遞幀。網(wǎng)絡(luò)可能是端到端，交換光纖或是仲裁環(huán)路。

拓撲（Topology）：

光纖通道提供了三種不同的拓撲結(jié)構(gòu)和一個混合的互連拓撲結(jié)構(gòu)。這些拓撲結(jié)構(gòu)是：

端到端

光纖交換

仲裁環(huán)路

混合

端到端：

端到端拓撲是所有拓撲結(jié)構(gòu)中最簡單的一種，允許兩個N_Port通過鏈路直接互連。各N_Port的發(fā)送端直接連至另一端口的接收端。此鏈路為這兩個端口專用，訪問鏈路無需特定協(xié)議，因此這兩個端口完全占據(jù)鏈路帶寬。

光纖交換：

端到端拓撲雖然很簡單直觀，但連接數(shù)量有限。這就導(dǎo)致了光纖交換技術(shù)的誕生，理論上支持一千六百萬個端口（2^24）。交換網(wǎng)絡(luò)可以包含單個交換機，或多個交換機互連作為一個邏輯整體。

每個N_Port通過相關(guān)鏈路連接至光纖網(wǎng)絡(luò)端口（F_Port）。在光纖網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各F_Port通過路由功能連接。這就使幀結(jié)構(gòu)按照幀頭的目標地址從一個F_Port路由至另一個F_Port。

多個并發(fā)連接可以同時在N_Port之間共存，因此，隨著N_Port數(shù)量的增加，聚合帶寬也在增長。

仲裁環(huán)路：

仲裁環(huán)路比端到端提供更多連接，可在一個回路上支持126個NL_Port和1個FL_Port，在端到端和光纖交換之間提供一個中間值。在仲裁環(huán)路中一個端口的發(fā)送輸出連接至下一個端口的接收端，所有節(jié)點之間都有這樣的連接直到形成一個閉合環(huán)路。如下圖所示。這類配置通常使用光纖通道集線器從而無需使用線纜。仲裁環(huán)路中各端口在環(huán)路上發(fā)現(xiàn)所有消息并忽視/傳遞目的地非本端口的信息。

混合光纖：

光纖通道通過連接一個或多個仲裁環(huán)路到網(wǎng)絡(luò)從而支持混合拓撲。這種方式結(jié)合了兩種拓撲的長處。光纖網(wǎng)絡(luò)拓撲提供連接選擇和高聚合帶寬，而仲裁環(huán)路拓撲提供低成本連接和共享帶寬，而無需增加光纖交換機成本。

混合配置的好處在于仲裁環(huán)路上的NL_Port可通過交換機上的FL_Port連接光纖交換機上的N_Port，但需要進行必要的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換包括將光纖網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換成環(huán)路地址，以及將環(huán)路地址轉(zhuǎn)換成光纖交換地址。該配置同時允許N_Port連接至仲裁環(huán)路上的NL_Port。