光纤通道FC协议栈行业市场发展分析研究报告.docx
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光纤通道FC协议栈行业市场发展分析研究报告
光纤通道FC协议栈行业市场发展分析研究报告
1FC概述
光纤通道（FiberChannel,FC）技术是一种能够为存储设备、IP数据网、音频流等应用提供高速数据传输的骨干网络技术。
早在1988年，惠普（HP），SUN和IBM等公司就开始了对这项技术进行实验和开发、经过多年的发展，光纤通道技术已经发展成为一项完备的，高速的和高扩展性的网络技术，现在的光纤通道技术主要应用在网络数据存储、高速IP数据网、音视频流等多种领域。
目前，光纤通道技术可以广泛提供1Gb/s速率的设备，价格有所降低，设备的端口密度可以达到数十个甚至上百个。
2Gb/s设备已经实用化，标准化和互操作性等都有所提高。
FC是由美国工业标准协会（ANSI）提出的通道标准，其目的是适应快速增长的高速数据传输的需求。
为了能够适应可能出现的技术变革，提供更快更好的性能，光纤通道技术被设计为具有下面的这些要素：
●为可扩展性、小型光纤，连接器和距离扩展能力准备的串行传输；
●最大规模网络应用中的异步通信；
●交互通信能力和连接新的传输介质的能力；
●低延迟的交换网络互联;
●为开发和配置复杂性准备的模块化和层次化结构；
●高带宽、低延迟的最低错误率和轻量级错误;
我们可以认为光纤通道是一种通用的传输通道，它能够为多种高层协议（UpperLevelProtocols，ULP）提供高性能的传输通道，这些协议包括智能外设接口（IntelligentPeripheralInterface，IPI）命令集、小型计算机系统接口（SmallComputerSystemInterface，SCSI）命令集或高性能并行接口（High—PerformanceParallelInterface，HIPPI）数据帧、互联网协议（InternetProtocol，IP）、IEEES02．2等。
在逻辑上，我们可以将FC看作是一种用于构造高性能信息传输的、双向的、点对点的串行数据通道。
在物理上，FC是一到多对应的点对点的互连链路，每条链路终结于一个端口或转发器。
FC的链路介质可以是光纤、双绞线或同轴电缆。
在FC系统中，所有的设备（如主机或存储系统）的连接都是由两条单向的传输通道构成的，一条用于发送，另一条用于接收，每一条传输通道都要将一个设备上端口的发送器与另一个设备上端口的接收器连接起来。
传输通道介质可以采用单模光纤、多模光纤．双绞线或同轴电缆，相应的设备端口可以采用SC、SG、LC或MT—RJ。
FC提供了非常广泛的介质速率选择范围，计入8B／10B编码和其他开销之后，对于净负荷100MB/s的传输速率，介质上的传输速率要达到1063Mb／s。
这一速率是实际速率，称为全速（FullSpeed）。
还可以分为半速、1／4速、1培速等。
同样，FC系统也定义了倍速和4倍速（如下表所示）。
表1-1FC速率类型
净负荷MB/s
速率Mb/s
与全速的比率
12.5
133
1/8
25
166
1/4
50
531
1/2
100
1063
1
200
2126
2
400
4252
4
FC系统中设备的连接有三种拓扑方式：
点对点方式（PointtoPoint）、交换方式（Fabric）、仲裁环方式（ArbitratedLoop）。
FC协议栈模型可以用下图来表示：
图1-1光纤通道协议栈结构
1.FC-0层描述物理接口，它包括传送介质，发射机和接收机及其接口。
FC-0层规定了各种介质和与之有关的能以各种速率运行的驱动器和接收机。
2.FC-1层描述了8B/10B的编码规则，该码型可以实现传送比特流的DC均衡，使控制字节与数据字节分离且可简化比特，字节和字同步。
另外，该编码具有检测某些传送和接收误差的机制。
3.FC-2层是信令协议层，它规定了需要传送成块数据的规则和机制。
在协议层，FC-2层是最复杂的一层，它提供不同类型的服务，分组，排序，检错，传送数据的分段重组，以及协调不同容量的端口之间的通信需要注册服务。
4.FC-3层提供的一系列服务，是光纤通路节点的多个N端口所公用的。
由于必要性限制，故对这层尚未给出明确定义，但是它所提供的功能适用于整个体系结构未来的扩展。
5.FC-4层提供了光纤通路到已存在的更上层协议的映射，这些协议包括IP、SCSI协议，或HIPPI等等。
2FC-0（Physica1）层
FC-0层定义了FC中的物理部分，包括光纤、连接器以及不同传输介质和传输速率所对应的光学和电器特性参数。
另外，在FC-0层中还详细说明了各种介质以及相应的驱动和可能的接收速度。
FC-0层又分为介质子层和接口子层，介质子层描述了不同传输介质的光学和电器特性，以及相应的传输速率和距离范围。
目前支持的传输介质主要有单模光纤（Singlemode，SM）、多模光纤（Multimode，Mm）、视频电缆（VideoCable，VC）和微型电缆（MiniatureCable，MI）以及屏蔽双绞线（TwistedPair，TP）等。
接口子层描述了不同传输介质的接口规范，及其接口插座的光信号特性，其中包括发送接口（TX）和接收接口（RX），如：
SC、SG、LC、MT-RJ等。
另外，在FC-0层中还定义了发送状态、接收状态、输人数据相位跳转的回应、不可用码的限制、接收初始化时间等内容。
●发送状态
发送状态由FC-l层控制，状态值由从FC-l层接收的串行数据信号转换为与传输介质相适合的信号类型。
FC-0层共有3种状态：
不可发送状态（TransmitterNot．EnableState），表示光发送器的光源输出关闭，或者是电路发送器的输出电平小于最小限制或为零。
在电源打开时，FC-0层将置于不可发送状态，直到FC-1发出信号。
可发送状态（TransmitterEnableState），表示发送器能发送数据比特序列。
发送失败状态（TransmitterFailureState），有些发送器能够监控自己内部发生的错误，当其发现错误后将自己置于发送失败状态，另外有些发送器不能够监控自己内部发生的错误，所以也就不具备发送失败状态。
●接收状态
接收器从传输介质中接收数据比特序列，然后放大数据信号并且联合时钟一起送给FC-1层进行处理。
FC-0层中没有接收状态。
●输入数据相位跳转的回应
有些支持链路控制功能（LinkControl-Facilities）的FC物理设备可以检测到输入串行比特数据流的相位不连续，并且提供相应的恢复特性。
●不可用码的限制
FC-0层并不检测传输编码中不合规则的比特流，如：
非法的命令集等，FC-0层总是希望将比特流传输到能够提供码流校验的更高层去处理。
而FC-0层只是尽可能地提供码流传输的同步和提供误码率（BitErrorRate，BER）／小于10-12等必须条件。
●接收初始化时间
FC-0层接收器的初始化时间指的是，从初始接收有效输入数据开始到对输入比特流同步并以保证的误码率放大和转发的时间。
整个接收器的初始化时间应当不大干1ms。
3FC-1（Code）编码层
FC-1层中定义了FC的底层传输协议，包括串行编码、解码和链路状态维护。
在FC中，数据的传输采用8B／10B编码，用以限制最大运行编码长度维护数据比特流电位的平衡并且提供信息数据的编码对齐。
经编码处理后的字符共有两类，一类是数据字符，一类是专用字符。
在FC-1层中由几个专用字符组合在一起，并通过字符命令集来表示一定的特殊含义，如：
帧边界、简单传输请求或通过周期性的交互维持链路传输状态。
3.18B／10B编码
在FC-1层中，信息数据的传送编码是将1个字节8比特转换成10比特的传输字符，然后再将比特流进行串行传输的。
在接收端如果是数据字符，则将10比特的传输字符转换为8比特的标准字节，FC支持所有0-255的8比特标准字节，如果是保留的专用字符将不被转换，而直接进行功能处理。
FC-1使用字母符号表示数据信息比特和控制变量。
对于上层FC-2层的1个数据字节，在FC-1层中由A，B，C，D，E，F，G，H表示，同时由z表示控制变量（如图3所示），这个信息经过FC-I的8B／10B编码转换为1个A，B，C，D，E，F，G，H，I，J的10比特传输字符。
其中每个信息比特表示的值为1或0，每个控制变量表示的值为D（数据字符）或K（专用字符）。
对于每一个标准的8比特传输字符，均采用Zxx.Y的命名法则进行编码转换，其中Z是未编码的传输字符的控制变量，如果传输字符是有效数据字符，则Z=D；如果传输字符表示专用字符，则Z=K。
小数点前面的xx表示比特符号E，D，C，B和A的二进制值，小数点后的Y表示比特符号H，G和F的二进制值。
经过Zxx.Y命名转换后的传输字符可以通过编码表获得l0比特的传输编码（参见FC-FS标准中的10比特编码表）。
下图示例了FC-2层十六进制字节0xBC分别作为有效数据字符和专用字符在FC-1层中的字符编码命名和10比特转换过程。
图3-1光纤通道编码
3.2链路维护
FC-1层的链路维护是通过系统对发送器和接收器的逻辑状态进行控制来完成的。
发送器和接收器的逻辑状态大致可以分为操作状态和非操作状态两种。
接收器状态转换见下图。
当接收器检测到一个信号，而且接收器又不在回路模式时，接收器将尝试进行接收器收到的传输字边界字符的编码比特流之间的同步。
如果没有边界分隔字符发现，接收器将返回同步丢失的错误。
图3-2接收器状态转换
接收器的操作状态包括同步获得状态（Synchronization—Acquired）和同步丢失状态（Loss-Of—Synchronization）。
当接收器收到的传输字边界字符与发送器产生的边界字符相同时，接收器进入到同步获得状态，同时接收器开始接收比特信息流，并开始进行解码。
当接收器收到的传输词边界字符与发送器产生的边界字符不相同时，接收器进入到同步丢失状态。
接收器在进入到同步丢失状态以后，仍然保持可操作状态，但是不再接收比特信息流和相应的解码。
接收器的非操作状态只有重置状态（Reset）一种，当内部或外部的重置条件被强加给接收器时，接收器将成为非操作状态，并随之进入重置状态。
正常情况下，接收器的初始状态为同步丢失状态，此时的接收器会尝试进行同步，一旦和发送器建立了同步，接收器就进入同步获得状态进行比特信息流的接收和解码，如果接收器检测到信号丢失条件，那么就从同步获得状态转入同步丢失状态，一般信号丢失条件为连续收到5个非法传输词字符，无论接收器是在同步获得状态还是在同步丢失状态，当内部或外部的重置条件被强加给接收器时，接收器将转入重置状态FC），而当内部或外部的重置退出条件被强加给接收器时，接收器由重置状态转入同步丢失状态，在FC标准之中没有明确地定义重置条件和重置退出条件，具体实现由厂商完成，最典型的重置条件和重置退出条件是电位重置。
当发送器处于操作状态，发送器将持续尝试向所连接的光纤发送经过编码的比特信息流．有些发送器能够监视发送信号和校验其有效性，如果发现错误，发送器会转入非操作状态。
FC-1层发送器的操作状态包括工作状态（Working）、不可用状态（Not—Enabled）和开放光路状态（Open—Fiber）。
当发送器积极地尝试向所连接的光纤发送经过编码的比特信息流时，发送器处于工作状态。
当一个发送器端口请求或被外部事件所初始化，发送器将进入不可用状态，而当发送器检测到一个激光安全条件，发送器将进入开放光路状态。
发送器在进入到不可用状态和开放光路状态，将保持操作状态。
激光安全条件的检测是由FC-0层的链路控制功能（Link—Control—Facilities）来完成的，旦发送器
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