计算机生成，处理和删除数据。但是，它们只能在很短的时间内存储数据。因此，计算机将数据移动到存储设备（如磁带库和前一章中讨论的磁盘子系统）以进行长期存储，并从这些存储介质中取回以进行进一步处理。所谓的I / O技术实现了计算机和存储设备之间的数据传输。本章介绍了目前正在使用的I / O技术，或者作者认为最有可能在未来几年内使用的I / O技术。

本章首先考虑从CPU到存储系统的I / O路径（第3.1节）。实现I / O路径的一个重要技术是小型计算机系统接口（SCSI，第3.2节）。确切地说，SCSI定义了一种介质（SCSI电缆）和一种通信协议（SCSI协议）。光纤通道SAN的想法是通过使用光纤通道技术实现的网络替换SCSI电缆：服务器和存储设备使用SCSI命令交换数据，但数据通过光纤通道网络传输，而不是通过SCSI传输电缆（第3.3,3.4节）。光纤通道SAN的替代方案是IP存储。与光纤通道一样，IP存储通过使用SCSI协议进行数据交换的网络连接多个服务器和存储设备。然而，与光纤通道相比，这些设备通过TCP / IP和以太网连接（第3.5节）。 InfiniBand（第3.6节）和以太网光纤通道（FCoE，第3.7节）是将所有数据流量（LAN，存储，群集）整合到单一传输技术上的另外两种方法。

3.1从CPU到存储系统的物理I / O路径

在计算机中，一个或多个CPU处理存储在CPU高速缓存或随机存取存储器（RAM）中的数据。 CPU缓存和RAM非常快;但是，当电源关闭时，它们的数据会丢失。此外，与磁盘和磁带存储相比，RAM是昂贵的。因此，数据通过系统总线，主机总线和I / O总线从RAM移动到存储设备，如磁盘子系统和磁带库（图3.1）。尽管存储设备比CPU缓存和RAM慢，但它们通过更便宜以及即使在电源关闭时也能够存储数据来弥补这一点。顺便提一下，在连接端口和磁盘子系统控制器之间以及控制器和内部硬盘之间的磁盘子系统中也存在相同的I / O路径（图3.2）。

图3.1从CPU到存储系统的物理I / O路径包括系统总线，主机I / O总线和I / O总线。更新的技术，如InfiniBand，光纤通道和Internet SCSI（iSCSI），用串行网络取代了单独的总线。由于历史原因，相应的连接仍称为主机I / O总线或I / O总线。

作为计算机的核心，系统总线可确保CPU和RAM之间的数据快速传输。系统总线必须以非常高的频率计时，以便能够足够快地为CPU提供数据。它以主电路板上的印刷导体的形式实现。由于物理特性，高时钟速率需要短的印刷导体。因此，系统总线保持尽可能短，因此仅连接CPU和主存储器。

在现代计算机中，尽可能多的任务被移动到诸如图形处理器之类的专用处理器，以便释放CPU以便处理应用程序。由于上述物理限制，这些不能连接到系统总线。因此，大多数计算机体系结构实现了第二总线，即所谓的主机I / O总线。所谓的桥接通信芯片提供系统总线和主机I / O总线之间的连接。外围组件互连（PCI）是目前用于实现主机I / O总线的最广泛的技术。

设备驱动程序负责控制和与所有类型的外围设备通信。存储设备的设备驱动程序部分地以CPU处理的软件的形式实现。但是，用于与存储设备通信的设备驱动程序的一部分几乎总是由特殊处理器（专用集成电路，ASIC）处理的固件实现。这些ASIC目前部分集成在主电路板中，例如板载SCSI控制器，或通过附加卡（PCI卡）连接到主板。这些附加卡通常称为网卡（网络接口控制器，NIC）或简称为控制器。存储设备通过主机总线适配器（HBA）或板载控制器连接到服务器。控制器和外围设备之间的通信连接称为I / O总线。

I / O总线最重要的技术是SCSI和光纤通道。 SCSI定义了一个并行总线，可以将多达16个服务器和存储设备相互连接。另一方面，光纤通道为存储网络定义了不同的拓扑结构，可以连接数百万台服务器和存储设备。作为光纤通道的替代方案，业界目前正在尝试通过TCP / IP和以太网（如IP存储和FCoE）实现存储网络的不同选项。值得注意的是，所有新技术都继续使用SCSI协议进行设备通信。

图3.2磁盘子系统中使用的相同I / O技术与服务器和磁盘子系统之间使用的技术相同。

虚拟接口架构（VIA）是另一种I / O协议。 VIA允许在两个不同服务器或存储设备上运行的两个进程之间快速和节省CPU的数据交换。与之前讨论的I / O技术相比，VIA仅定义了一种协议。作为媒介，它需要存在强大且低错误的通信路径，例如，通过光纤通道，千兆以太网或InfiniBand实现。 VIA可能成为存储网络和服务器集群的重要技术。

市场上有许多其他I / O总线技术，本书将不再讨论，例如，串行存储架构（SSA），IEEE 1394（Apple的Firewire，索尼的i.Link），高性能并行接口（ HIPPI），高级技术附件（ATA）/集成驱动电子设备（IDE），串行ATA（SATA），串行连接SCSI（SAS）和通用串行总线（USB）。所有这些都有共同之处，它们或者被很少的制造商使用，或者不足以连接服务器和存储设备。其中一些技术可以形成小型存储网络。但是，没有任何一个可以像本书中描述的光纤通道和IP存储技术那样灵活和可扩展。

3.2 SCSI

小型计算机系统接口（SCSI）长​​期以来一直是Unix和PC服务器中I / O总线的技术，今天仍然非常重要，并且可能在未来很多年内仍然如此。 SCSI标准的第一个版本于1986年发布。从那时起，SCSI一直在不断发展，以便与技术进步保持同步。

3.2.1 SCSI基础知识

作为介质，SCSI定义了用于传输数据的并行总线，以及用于控制通信的附加线路。总线可以在电路板上以印刷导体的形式实现或者作为电缆实现。随着时间的推移，已经定义了许多不相互直接兼容的电缆和插头类型（表3.1）。所谓的菊花链最多可以连接16个设备（图3.3）。

SCSI协议定义设备如何通过SCSI总线相互通信。它指定设备如何保留SCSI总线以及传输数据的格式。多年来，SCSI协议得到了进一步发展。例如，服务器最初只能在伙伴确认先前的SCSI命令时才开始新的SCSI命令;然而，正是这种SCSI命令的重叠是RAID实现性能提升的基础（第2.4节）。今天，甚至可以使用异步I / O同时向存储设备发起多个并发写入或读取命令。

表3.1 SCSI：最大电缆长度，传输速度。

图3.3 SCSI总线通过菊花链将一台服务器连接到多个外围设备。 SCSI定义了连接电缆的特性以及传输协议。

SCSI协议引入了用于寻址设备的SCSI ID（有时也称为目标ID或ID）和逻辑单元号（LUN）。 SCSI总线中的每个设备都必须具有明确的ID，服务器中的HBA需要自己的ID。根据SCSI标准的版本，每个SCSI总线最多允许8个或16个ID。诸如RAID磁盘子系统，智能磁盘子系统或磁带库之类的存储设备可以包括若干子设备，例如虚拟硬盘，磁带驱动器或用于插入磁带的介质更换器，这意味着ID将非常快速地用完。因此，引入了所谓的LUN，以便解决大型设备中的子设备（图3.4）。服务器可以配备多个SCSI控制器。因此，操作系统必须注意三个区分设备 - 控制器ID，SCSI ID和LUN。

图3.4 SCSI总线上的设备通过目标ID进行区分。 LUN中的设备（虚拟硬盘，磁带驱动器和磁带库中的机械手）中的组件。

图3.5具有更高优先级的SCSI Target ID赢得SCSI总线的仲裁。

SCSI ID的优先级稍微复杂一些。最初，SCSI协议仅允许8个ID，ID为“7”具有最高优先级。更新版本的SCSI协议允许16个不同的ID。出于兼容性原因，ID“7”到“0”应保持最高优先级，以使ID“15”到“8”的优先级较低（图3.5）。

设备（服务器和存储设备）必须先保留SCSI总线（仲裁），然后才能通过它发送数据。在总线仲裁期间，具有最高优先级SCSI ID的设备总是获胜。如果总线负载很重，这可能导致优先级较低的设备永远不会被允许发送数据。因此，SCSI仲裁程序“不公平”。

3.2.2 SCSI和存储网络

SCSI仅适用于在有限程度上实现存储网络。首先，SCSI菊花链只能连接很少的设备。虽然理论上可以将多个服务器连接到SCSI总线，但这在实践中并不能很好地工作。具有所谓的双尾SCSI电缆和备用服务器的集群已经证明了它们在增加数据可用性和基于它的应用程序方面的价值（图3.6）。两台服务器都可以访问共享存储设备，只有一台服务器可以随时访问数据。如果此服务器出现故障，则备用服务器会主动访问存储设备并继续操作该应用程序。

其次，SCSI总线的最大长度极大地限制了存储网络的构建。大型磁盘子系统有超过30个连接端口用于SCSI电缆，因此有数十台服务器可以访问它们（图3.7），并且使用此布局可以实现以存储为中心的IT架构的许多优势。但是，由于磁盘子系统，磁带库和服务器的尺寸以及SCSI总线的长度限制，使用真实设备构建图3.7所示的配置是一项挑战。尽管可以使用所谓的链路扩展器来扩展SCSI总线的长度，但是使用大量链路扩展器是不实用的。

尽管存在这些限制，但即使对于以存储为中心的IT系统，SCSI也非常重要。光纤通道SAN，iSCSI和FCoE等技术仅通过网络取代SCSI总线; SCSI协议仍用于通过此网络进行通信。继续使用SCSI协议的优点是SCSI电缆到存储网络的转换对应用程序和操作系统的更高层仍然是隐藏的。 SCSI也会出现在存储网络中使用的磁盘子系统和网络连接存储（NAS）服务器中。

图3.6在双尾SCSI布线中，只有一个服务器处于活动状态。如果第一台服务器出现故障，第二台服务器将接管设备。

图3.7可以使用多端口存储系统构建SCSI SAN。 服务器和存储设备的尺寸以及SCSI电缆的长度限制使构造变得困难。 SCSI SAN难以管理，灵活性较低，只能在有限的程度上进行扩展。

3.3光纤通道协议栈

光纤通道目前（2009年）是最常用于实现存储网络的技术。 有趣的是，光纤通道最初是作为LAN连接的骨干技术而开发的。 光纤通道的最初发展目标是取代快速以太网（100 Mbit / s）和光纤分布式数据接口（FDDI）。 与此同时，千兆以太网和万兆以太网已经变得普遍或将在这个细分市场中普及。

巧合的是，光纤通道的设计目标涵盖了存储网络传输技术的要求，例如：

• 高速和长距离串行传输;
• 传输错误率低;
• 传输数据的低延迟（延迟）;
• 在HBA卡上的硬件中实施光纤通道协议（FCP）以释放服务器CPU

在20世纪90年代早期，希捷正在寻找一种可以对抗IBM SSA的技术。在光纤通道行业的支持下，光纤通道通过仲裁环路拓扑进行扩展，这比最初开发的结构拓扑更便宜。这导致光纤通道的突破，实现了存储网络。

光纤通道只是可以实现存储区域网络（SAN）的传输技术之一。然而，术语“存储区域网络”和“SAN”通常与光纤通道技术同义使用。在讨论，报纸文章和书籍中，术语“存储区域网络”和SAN通常用于表示使用光纤通道构建的存储区域网络。然而，存储区域网络和以服务器为中心的IT架构的优点也可以使用用于存储区域网络的其他技术来实现，例如iSCSI和FCoE。

在这本书中，我们非常努力地表达自己。我们不会单独使用术语“存储区域网络”和“SAN”。为了明确区分，我们始终也说明了技术，例如“光纤通道SAN”或“iSCSI SAN”。在关于通常独立于特定技术的存储区域网络的陈述中，我们使用术语“存储网络”。当我们提到光纤通道SAN的基础传输技术时，我们使用术语“光纤通道”而不带后缀“SAN”。

为了完整起见，我们还应该提到三个字母“SAN”也用作“系统区域网络”的缩写。系统区域网络是具有高带宽和低延迟的网络，其用作分布式计算机系统中的计算机之间的连接。在本书中，我们从未以这种方式使用缩写SAN。但是，应该注意的是，例如，VIA标准确实使用了缩写“SAN”的第二个含义。

光纤通道协议栈分为五层（图3.8）。较低的四层FC-0至FC-3定义了基本通信技术，即物理层，传输和寻址。上层FC-4定义了应用协议（上层协议，ULP）如何映射到底层光纤通道网络。例如，各种ULP的使用决定了真实光纤通道网络是同时用作IP网络，光纤通道SAN（即作为存储网络）还是两者。链路服务和结构服务位于光纤通道协议栈的准相邻位置。为了管理和运营光纤通道网络，将需要这些服务。

光纤通道标准的基本知识有助于提高对光纤通道SAN使用光纤通道的可能性的理解。本节（第3.3节）介绍了光纤通道协议的技术细节。我们将详细程度限制在光纤通道标准中有助于管理或设计光纤通道SAN的部分。在此基础上，下一节（第3.4节）解释了光纤通道在存储网络中的使用。

图3.8光纤通道协议栈分为两部分：较低的四层（FC-0到FC-3）实现底层的光纤通道传输技术。链路服务和结构服务有助于管理和配置光纤通道网络。上层（FC-4）定义了应用协议（例如，SCSI和IP）在光纤通道上的映射方式：

3.3.1链路，端口和拓扑

光纤通道标准定义了三种不同的拓扑结构：结构，仲裁环路和点对点（图3.9）。点对点定义了两个设备之间的双向连接。仲裁环定义了一个单向环，其中只有两个设备可以在任何时间相互交换数据。最后，结构定义了一个网络，其中多个设备可以在全带宽下同时交换数据。结构基本上需要一个或多个光纤通道交换机连接在一起，以在终端设备之间形成控制中心。此外，该标准允许将一个或多个仲裁环连接到织物。结构拓扑是所有拓扑中最常用的，这就是为什么在以下部分中更多地强调结构拓扑而不是其他两种拓扑。

所有拓扑的共同点是设备（服务器，存储设备和交换机）必须配备一个或多个光纤通道端口。在服务器中，端口通常通过也安装在服务器中的所谓HBA（例如，PCI卡）来实现。端口始终由两个通道组成，一个输入通道和一个输出通道。

两个端口之间的连接称为链路。在点对点拓扑和结构拓扑中，链路始终是双向的：在这种情况下，链路中涉及的两个端口的输入通道和输出通道通过交叉连接在一起，因此每个输出通道连接到输入通道。另一方面，仲裁环路拓扑的链路是单向的：每个输出通道连接到下一个端口的输入通道，直到圆圈关闭。借助于集线器可以简化仲裁环路的布线。在这种配置中，终端设备双向连接到集线器;集线器内的接线确保仲裁环路内的单向数据流得以维持。

结构和仲裁环路拓扑由不同的，不兼容的协议实现。我们可以区分具有不同功能的以下端口类型：

图3.9结构拓扑是最灵活和可扩展的光纤通道拓扑。

•N端口（Node_Port）：最初光纤通道的通信是围绕N端口和F端口开发的，“N”代表“节点”，“F”代表“结构”。 N端口描述了端口作为终端设备（服务器，存储设备）（也称为节点）参与结构拓扑或作为伙伴参与点对点拓扑的能力。

•F端口（Fabric_Port）：F端口与光纤通道交换机中的N端口相对应。 F-Port知道如何通过光纤通道网络将N-Port发送给它的帧传递到所需的终端设备。

•L-Port（Loop_Port）：仲裁循环使用不同的协议进行数据交换，而不是结构。 L端口描述了端口作为终端设备（服务器，存储设备）参与仲裁环路拓扑的能力。更现代的设备现在配备了NL-Ports而不是L-Ports。然而，在实践中仍然遇到装有L-Port的旧设备。

•NL端口（Node_Loop_Port）：NL端口具有N端口和L端口的功能。因此，NL-Port可以在结构和仲裁环路中连接。大多数现代HBA卡都配有NL-Ports。

•FL-Port（Fabric_Loop_Port）：FL-Port允许结构连接到环路。然而，这并不意味着仲裁环路中的终端设备可以与结构中的终端设备通信。有关连接结构和仲裁循环的更多信息，请参见第3.4.3节。

•E-Port（Expansion_Port）：两个光纤通道交换机通过E-Ports连接在一起。 E-Ports从连接到两个不同光纤通道交换机的终端设备传输数据。此外，光纤通道交换机通过E端口平滑整个光纤通道网络上的信息。

•G-Port（Generic_Port）：现代光纤通道交换机自动配置其端口。这些端口称为G端口。例如，如果光纤通道交换机通过G端口连接到另一个光纤通道交换机，则G-Port将自身配置为E-Port。

•B端口（Bridge_Port）：B端口用于通过异步传输模式（ATM），SONET / SDH（同步光纤网络/同步数字系列）以及以太网和IP将两个光纤通道交换机连接在一起。因此，使用传统的广域网（WAN）技术可以将相距很远的光纤通道SAN连接在一起。

某些光纤通道交换机还具有制造商特定的端口类型，超出了光纤通道标准中的端口类型：这些端口类型提供了额外的功能。使用此类端口类型时，应注意您有时可以将自己绑定到某个制造商的光纤通道交换机，这些交换机随后不能被其他制造商的光纤通道交换机替换。

3.3.2 FC-0：电缆，插头和信号编码

FC-0定义物理传输介质（电缆，插头）并指定使用哪些物理信号来传输比特“0”和“1”。与SCSI总线相比，其中每个位都有自己的数据线和额外的控制线，光纤通道通过一条线顺序传输位。通常，总线遇到信号在不同数据线上具有不同传输时间（偏斜）的问题，这意味着时钟速率只能在总线中增加到有限的程度。不同的信号传输时间可视为自动扶梯中的扶手，其比自动扶梯楼梯本身运行得更快或更慢。

因此，光纤通道串行传输比特。这意味着，与并行总线相比，即使长距离也可以实现高传输速率。串行传输的高传输速率大于补偿总线的并行线路。实际部件的传输速率每隔几年就会增加。表3.2描述了截至2009年的新的更高传输速率的市场准入和路线图。光纤通道组件被区分为Base2组件和Base10组件。 Base2组件必须保持至少两个以前的Base2代的向后兼容性。例如，8GFC组件必须可与4GFC和2GFC组件互操作。 Base10组件必须保持至少一个Base10代的向后兼容性，在这种情况下，作为100GFC的例外，不期望向后兼容。

表3.2光纤通道组件在Base2组件（上表）和Base10组件（下表）中有所区别。该表显示了截至2009年的路线图。

在考虑传输速率时，应注意在结构和点对点拓扑中，传输是双向的和全双工的，这意味着，例如对于2GFC组件，传输速率为200 MByte / s。每个方向。

光纤通道标准要求在每1012个传输位中最多可能发生一次误码。平均而言，这意味着对于满负载下的100 Mbit / s连接，可能仅每16.6分钟发生一次误码。更高协议层的错误识别和处理机制被优化以维持该错误率。因此，在安装光纤通道网络时，建议正确铺设电缆，以便在可能的情况下，从终端设备到终端设备的连接也可以实现10-12的误码率，即包括连接在其间的所有组件。例如中继器和开关。

定义了不同的电缆和插头类型（图3.10）。光纤电缆比铜电缆更昂贵。但是，它们确实有一些优点：

•与铜缆相比可以实现更远的距离;

•对电磁干扰不敏感;

•无电磁辐射;

•设备之间没有电气连接;

•没有“交谈”的危险;

•与铜缆相比，传输速率更高

图3.10三种不同的光纤插头类型。

长距离电缆比短距离电缆贵。各种电缆的定义使得可以为每个要桥接的距离选择最经济的技术。

通常，光纤通道标准为给定介质指定必须支持的最小距离。假设当各个组件进入市场时，技术状态可以确保指定最小距离的错误率。随着时间的推移，进一步的技术改进和正确铺设电缆可以在实际安装中桥接更大的距离。

当现有光纤通道SAN的设备从一代升级到下一代组件时，支持距离的减少可能会出现问题。由于技术限制，下一代组件通常支持与当前一代组件相同的中等距离。对于较长时间的情况，这尤其是一个问题，因为电缆安装在两个相距几百米的并置数据中心之间。

3.3.3 FC-1：8b / 10b编码，有序集和链路控制协议

FC-1定义了数据在通过光纤通道电缆（8b / 10b编码）传输之前的编码方式。 FC-1还描述了管理光纤通道连接（链路控制协议）所需的某些传输字（有序集）。

8b / 10b编码

在所有数字传输技术中，发射器和接收器必须同步它们的时钟脉冲速率。在并行总线中，时钟速率通过附加数据线传输。相比之下，在光纤通道中使用的串行传输中，只有一条数据线可用于传输数据。这意味着接收器必须从数据流中重新生成时钟速率。

接收器只能在介质中存在信号变化的点处同步速率。在简单的二进制编码中（图3.11），只有当信号从'0'变为'1'或从'1'变为'0'时才会出现这种情况。在曼彻斯特编码中，每发送一位信号都会发生变化。因此曼彻斯特编码为每个发送的比特创建两个物理信号因此，它需要的传输速率是二进制编码的两倍。因此，光纤通道 - 与许多其他传输技术一样 - 使用二进制编码，因为在给定的信号速率变化下，可以传输比曼彻斯特编码更多的比特。

这种方法的问题在于到达接收器的信号步长并不总是相同的长度（抖动）。这意味着接收器处的信号有时会更长，有时会更短（图3.12）。在自动扶梯类比中，这意味着自动扶梯的成本。抖动可能导致接收器与接收信号失去同步。例如，如果发送器发送十个零的序列，则接收器不能确定它是九，十或十一个零的序列。如果我们仍然希望使用二进制编码，那么我们必须确保数据流产生足够频繁的信号变化，以免抖动发生。所谓的8b / 10b编码代表了一种很好的折衷方案。 8b / 10b编码将要发送的8位字节转换为10位字符，该字符通过介质而不是8位字节发送。对于光纤通道，这意味着，例如，100 MByte / s的有用传输速率要求原始传输速率为1 Gbit / s而不是800 Mbit / s。顺便提一下，8b / 10b编码也用于企业系统连接架构（ESCON），SSA，千兆以太网和InfiniBand。最后，应该注意的是，1 GB光纤通道对某些电缆类型使用64b / 66b编码变体。

图3.11在曼彻斯特编码中，每发送一个比特至少发生一次信号变化。

图3.12由于物理特性，信号在接收器处的长度并不总是相同（抖动）。

将8位数据字节扩展为10位传输字符可带来以下优势：

•在8b / 10b编码中，在所有可用的10位字符中，只有那些产生一个包含最多五个零的位序列或者一个接一个地包含五个1的位序列用于任何所需的10位字符组合被选中。因此，信号改变最迟在五个信号步骤之后发生，从而保证接收器的时钟同步。

•使用8b / 10b编码生成的位序列具有0和1的均匀分布。这具有以下优点：在处理8b / 10b编码比特序列的硬件中仅流过小的直流电流。这使得光纤通道硬件组件的实现更简单，更便宜。

•另外10位字符可用，不代表8位数据字节。这些附加字符可用于管理光纤通道链接。

有序集

光纤通道聚合四个10位传输字符，形成一个40位传输字。光纤通道标准区分两种类型的传输字：数据字和有序集。数据字表示四个8位数据字节的序列。数据字可能只位于帧起始（SOF）定界符和帧结束（EOF）定界符之间。

有序集可能只位于EOF定界符和SOF定界符之间，SOF和EOF本身是有序集。所有有序集合的共同之处在于它们以特定的传输特征开始，即所谓的K28.5字符。 K28.5字符包括一个特殊的位序列，它不会出现在数据流的其他地方。因此，当初始化光纤通道链路或链路上失去同步之后，光纤通道端口的输入通道可以使用K28.5字符将连续输入比特流分成40位传输字。

链路控制协议

在有序集的帮助下，FC-1定义了用于链路初始化和管理的各种链路级协议。链路的初始化是通过帧进行数据交换的先决条件。链路级协议的示例是仲裁环的初始化和仲裁。

3.3.4 FC-2：数据传输

FC-2是光纤通道协议栈中最全面的层。它确定通过光纤通道网络传输更大的数据单元（例如，文件）的方式。它调节流量控制，确保发送器仅以接收器可以处理的速度发送数据。它定义了各种服务类，可根据各种应用程序的要求进行定制。

交换，序列和框架

FC-2为数据传输引入了三层层次结构（图3.13）。在顶层，所谓的交换机定义了两个终端设备之间的逻辑通信连接。例如，可以为读取和写入数据的每个进程分配自己的交换。终端设备（服务器和存储设备）可以同时维护多个交换关系，即使在相同的端口之间也是如此。不同的交换有助于FC-2层快速有效地将输入数据传送到更高协议层（FC-3）中的正确接收器。

图3.13在交换中一个接一个地传递一个序列。在传输之前，大序列被分解成几个帧。在接收器侧，序列不会被传递到下一个最高协议层（FC-3），直到序列的所有帧都到达。

序列是从发送器传送到接收器的较大数据单元。在交换中只能一个接一个地传输一个序列。 FC-2保证序列以与发射机发送的顺序相同的顺序传送到接收机;因此名称'序列'。此外，当序列的所有帧都到达接收器时，序列仅被传递到下一个协议层（图3.13）。序列可以表示文件的写入或单个数据库事务。

光纤通道网络传输控制帧和数据帧。控制帧不包含有用的数据，它们指示诸如成功传送数据帧之类的事件。数据帧最多可传输2,112字节的有用数据。因此，较大的序列必须分解为几个帧。虽然理论上可以就不同的最大框架尺寸达成一致，但这在实践中几乎没有做过。

光纤通道帧由标头，有用数据（有效载荷）和循环冗余校验和（CRC）组成（图3.14）。此外，帧由帧起始（SOF）定界符和帧结束（EOF）定界符括起来。最后，必须通过两个帧之间的链接传输六个填充字。与以太网和TCP / IP相比，光纤通道是一个集成的整体：光纤通道协议栈的层彼此很好地协调，有效载荷与协议开销的比率非常高效，高达98％。 CRC检查过程旨在识别基础介质未超过10-12的指定错误率的所有传输错误。

纠错发生在序列级别：如果错误地发送序列的帧，则重新发送整个序列。在千兆位速度下，重新发送完整序列比扩展光纤通道硬件更有效，这样可以重新发送单个丢失的帧并将其插入正确的位置。底层协议层必须保持指定的最大错误率10-12，以便此过程有效。

图3.14光纤通道帧格式。

流量控制

流量控制确保变送器仅以接收器可以接收的速度发送数据。光纤通道使用所谓的信用模型。每个信用表示接收器接收光纤通道帧的容量。如果接收器向发射器授予“4”信用，则发射器可以仅向接收器发送四帧。在接收器确认接收到至少一些发送帧之前，发送器可能不发送更多帧。

FC-2定义了两种不同的流量控制机制：端到端流量控制和链路流量控制（图3.15）。在端到端流量控制中，两个终端设备在数据交换之前协商端到端信用。端到端流量控制在终端设备的HBA卡上实现。相反，链路流控制发生在每个物理连接处。这是通过两个通信端口协商缓冲区到缓冲区信用来实现的。这意味着链路流控制也发生在光纤通道交换机上。

服务类

光纤通道标准定义了六种不同的服务类，用于终端设备之间的数据交换。其中三个定义的类别（Class 1，Class 2和Class 3）在市场上的产品中实现，几乎没有任何产品提供面向连接的Class 1.几乎所有新的光纤通道产品（HBA，交换机，存储设备）支持服务类Class 2和Class 3，它们实现了面向数据包的服务（数据报服务）。此外，F类用于结构内交换机之间的数据交换。

图3.15在链路流控制中，端口在每个链路上协商缓冲区到缓冲区的信用（1）。相反，在端到端流量控制中，端到端信用仅在终端设备（2）之间协商。

1类定义了两个节点端口之间面向连接的通信连接：在传输帧之前打开1类连接。这指定了通过光纤通道网络的路由。此后，所有帧通过光纤通道网络采用相同的路由，以便按照传输顺序传送帧。 1类连接可确保全带宽的可用性。因此，当1类连接打开时，端口不能发送任何其他帧。

另一方面，类2和类3是面向分组的服务（数据报服务）：不建立专用连接，而是通过光纤通道网络单独路由帧。因此，端口可以同时保持多个连接。因此，几个2类和3类连接可以共享带宽。

第2类使用端到端流量控制和链路流量控制。在第2类中，接收器确认每个接收到的帧（确认，图3.16）。该确认用于端到端流量控制和丢失帧的识别。丢失的确认导致FC-2立即识别传输错误，然后立即向更高的协议层发信号。因此，较高的协议层可以立即启动纠错措施（图3.17）。 Class 2连接的用户可以要求以正确的顺序交付帧。

3级的成绩低于2级：未确认帧（图3.18）。这意味着只进行链路流量控制，而不是端到端流量控制。此外，较高协议层必须自己注意帧是否已丢失。由于FC-2层尚未完全接收到预期序列，因此向更高协议层指示帧丢失。如果缓冲区已满，则交换机可以丢弃2类和3类帧。由于较高协议层中的超时值较大，因此识别帧丢失所需的时间比第2类中的情况要长得多（图3.19）。

我们已经说过，实际上只有2级和3级很重要。实际上，服务类几乎没有明确配置，这意味着在当前的光纤通道SAN实现中，终端设备本身会协商它们是通过2类还是3类进行通信。从理论的角度来看，这两类服务类别的不同之处在于3类牺牲第2类的一些通信可靠性支持不太复杂的协议。 Class 3是目前最常用的服务类。这可能是因为当前的光纤通道SAN仍然非常小，因此帧很少丢失或相互超越。由于其更快的错误识别，当前光纤通道SAN孤岛与大型存储网络的链接可能导致Class 2在未来发挥更大的作用。

图3.16第2类：传输的每个光纤通道帧在FC-2层内得到确认。确认有助于识别丢失的帧（见图3.17）和端到端的流量控制。未示出链路流控制和序列到帧的转换。

图3.17第2类中的传输错误：FC-2层上帧的超时时间相对较短。 因此，在发送器的FC-2层内快速识别丢失的确认，并发信号通知更高的协议级别。 较高的协议层负责错误处理。 在图中，丢失的帧只是重新发送。 未示出链路流控制和序列到帧的转换。

图3.18第3类：FC-2层中未确认已传输的帧。 必须在较高协议层中识别丢失的帧（见图3.19）。 未示出链路流控制和序列到帧的转换。

图3.19第3类中的传输错误：此处较高的协议层也负责错误处理。 与FC-2层中的超时相比，较高协议层中的超时相对较长。 因此，在第3类中，在对丢失帧的响应之前需要更长的时间。 在图中，丢失的帧只是重新发送。 未示出链路流控制和序列到帧的转换。

3.3.5 FC-3：共同服务

自1988年以来，FC-3一直处于概念阶段;在目前可用的产品中，FC-3是空的。正在讨论FC-3的以下功能：

•条带化管理多端口终端设备之间的多条路径。条带化可以通过多个端口分配交换机的帧，从而增加两个设备之间的吞吐量。

•多路径组合了两个多端口终端设备之间的多条路径，以形成逻辑路径组。可以从较高协议层隐藏路径的故障或过载。

•压缩要传输的数据，最好在HBA上的硬件中实现。

•加密要传输的数据，最好在HBA上的硬件中实现。

•最后，镜像和其他RAID级别是光纤通道标准中提到的最后一个示例，作为FC-3的可能功能。

但是，在光纤通道协议中未实现这些功能的事实并不意味着它们根本不可用。例如，多路径功能目前由操作系统中适当的附加软件（第6.3.1节）以及一些更现代的光纤通道交换机（ISL中继）提供。

3.3.6链接服务：登录和寻址

下一节中讨论的链路服务和结构服务位于光纤通道协议栈旁边。 他们需要通过光纤通道网络运行数据流量。 这些服务的活动不是由应用程序协议的数据流量引起的。 相反，需要这些服务来管理光纤通道网络的基础结构，从而管理应用程序协议级别的数据流量。 例如，在任何给定时间，结构的交换机都知道整个网络的拓扑。

登录

在应用程序进程可以通过它们交换数据之前，两个端口必须相互了解。 为此，光纤通道标准提供了三阶段登录机制（图3.20）：

图3.20 Fabric登录，N-Port登录和进程登录是数据交换的先决条件。

•Fabric登录（FLOGI）

结构登录在N端口和相应的F端口之间建立会话。结构登录在链接初始化之后进行，并且是进一步交换帧的绝对先决条件。 F端口为N端口分配动态地址。此外，协商服务参数，例如缓冲区到缓冲区信用。结构登录对于点对点拓扑和结构拓扑至关重要。 N端口可以从相应端口的响应中判断出它是结构拓扑还是点对点拓扑。在仲裁环路拓扑中，结构登录是可选的。

•N端口登录（PLOGI）

N端口登录在两个N端口之间建立会话。 N-Port登录在结构登录后进行，是FC-4级数据交换的必备先决条件。 N端口登录协商服务参数，例如端到端信用。 N-Port登录对于Class 3通信是可选的，对于所有其他服务类是强制的。

•流程登录（PRLI）

进程登录在两个基于两个不同N端口的FC-4进程之间建立会话。这些可能是Unix系统中的系统进程和大型机中的系统分区。进程登录在N-Port登录后进行。从FC-2的角度来看，进程登录是可选的。但是，某些FC-4协议映射要求进行特定于FC-4的服务参数交换的进程登录。

解决

光纤通道区分地址和名称。光纤通道设备（服务器，交换机，端口）由64位标识符区分。光纤通道标准为此定义了不同的名称格式。某些名称格式保证这样的64位标识符仅在全球范围内发布一次。因此，这种标识符也称为全球名称（WWN）。另一方面，可以在不同网络中多次发出的64位标识符简称为光纤通道名称（FCN）。

实际上，WWN和FCN之间的这种精细区别几乎没有被注意到，所有64位标识符都被称为WWN。在下文中，我们遵守一般用法并仅使用术语WWN。

WWN被区分为全球端口名称（WWPN）和全球节点名称（WWNN）。顾名思义，每个端口都以WWPN的形式分配了自己的WWN，此外，整个设备以WWNN的形式分配了自己的WWN。 WWNN和WWPN之间的区别允许我们确定哪些端口属于光纤通道网络中的公共多端口设备。多端口设备的示例是具有多个光纤通道端口的智能磁盘子系统或具有多个光纤通道HBA卡的服务器。 WWNN还可用于实现诸如在光纤通道协议内对多个冗余物理路径进行条带化的服务。如上所述（第3.3.5节），遗憾的是，光纤通道标准不支持这些选项，因此这些功能在操作系统中实现，或者由制造商特定的光纤通道标准扩展实现。

在结构中，每个64位WWPN在结构登录期间自动分配24位端口地址（N端口标识符，N端口ID）。 24位端口地址用于光纤通道帧中，用于识别帧的发送器和接收器。发送器的端口地址称为源标识符（S ID），接收器的端口地址称为目标标识符（D ID）。 24位地址采用分层结构，并镜像光纤通道网络的拓扑结构。因此，光纤通道交换机很容易识别它必须从目标ID发送传入帧的端口（图3.21）。一些24位地址是为特殊目的而保留的，因此只有1550万个地址可用于寻址设备。

图3.21光纤通道使用全球节点名称（WWNN）区分终端设备。每个连接端口都分配有自己的全球端口名称（WWPN）。对于结构中的寻址，WWNN或WWPN被转换为反映网络拓扑的较短端口ID。

在仲裁循环中，每个64位WWPN甚至仅被分配一个8位地址，即所谓的仲裁环路物理地址（AL PA）。 在256个可能的8位地址中，可以仅使用8b / 10b编码的传输字包含相等数量的0和1的那些地址。 使用AL PA参数化用于仲裁循环配置的一些有序集。 只有通过限制AL PA的值，才能保证整个数据流中0和1的均匀分布。 在扣除用于仲裁循环的控制的这些值中的一些之后，保留256个可能地址的127个地址。 其中一个地址是为光纤通道交换机保留的，因此在仲裁环路中只能连接126个服务器或存储设备。

3.3.7 Fabric服务：name server和co

在结构拓扑中，交换机管理结构操作所需的一系列信息。 该信息由所谓的结构服务管理。 所有服务的共同之处在于它们通过FC-2帧进行寻址，并且可以通过定义良好的地址来实现（表3.3）。 在以下段落中，我们将介绍结构登录服务器，结构控制器和名称服务器。

表3.3光纤通道标准指定了可以解决光纤通道网络管理和配置的辅助服务的地址。

结构登录服务器处理地址“0×FF FF FE”下的传入结构登录请求。所有交换机必须支持此地址下的结构登录。

结构控制器管理地址'0×FF FF FD'下结构的更改。 N端口可以注册结构控制器中的状态更改（状态更改注册，SCR）。然后，结构控制器通知已注册的N端口结构的变化（注册状态变更通知，RSCN）。服务器可以使用此服务来监视其存储设备。

名称服务器（简称为简单名称服务器）在地址“0×FF FF FC”下的N端口上管理数据库。它存储端口WWN，节点WWN，端口地址，支持的服务类，支持的FC-4协议等信息.N-Ports可以使用名称服务器注册自己的属性，并在其他N端口上请求信息。与所有服务一样，名称服务器显示为其他端口的N端口。 N-Ports必须通过端口登录与名称服务器一起登录才能使用其服务。

3.3.8 FC-4和ULP：应用协议

前面讨论的层FC-0到FC-3仅用于通过光纤通道网络将终端设备连接在一起。但是，终端设备通过光纤通道连接交换的数据类型仍然保持打开状态。这是应用程序协议（上层协议，ULP）发挥作用的地方。特定的光纤通道网络可以作为多种应用协议的介质，例如SCSI和IP。

FC-4协议映射的任务是将应用程序协议映射到底层光纤通道网络。这意味着FC-4协议映射在操作系统的方向上向上支持现有协议的应用程序编程接口（API），并通过光纤通道网络向介质方向向下实现（图3.22）。协议映射确定如何使用光纤通道的机制以通过光纤通道实现应用协议。例如，它们指定将使用哪些服务类以及如何将应用程序协议中的数据流投影到光纤通道的交换序列帧机制上。这种现有协议的映射旨在简化向光纤通道网络的过渡：理想情况下，除了安装新的设备驱动程序外，操作系统不需要进一步修改。

SCSI的应用程序协议简称为光纤通道协议（FCP）。 FCP将SCSI协议映射到底层光纤通道网络。对于存储设备与服务器的连接，SCSI电缆因此被光纤通道网络取代。 SCSI协议如前所述通过新的光纤通道介质运行，以在服务器和存储之间交换数据。因此，正是在这一点上，从以服务器为中心的IT架构向以存储为中心的IT架构的转变才得以实现。因此，光纤通道网络成为光纤通道SAN。

FCP协议的想法是系统管理员仅在服务器上安装新的设备驱动程序，这实现了FCP协议。操作系统将通过光纤通道连接的存储设备识别为SCSI设备，它将其称为“普通”SCSI设备。传统SCSI设备的这种仿真应该可以将光纤通道SAN简单，轻松地集成到现有的硬件和软件中。

图3.22光纤通道FCP通过SCSI API使其服务可用于操作系统。这样做的目的是简化从SCSI到光纤通道SAN的过渡。

FCP设备驱动程序必须实现大量目标：SCSI使用并行电缆;菊花链通过SCSI总线将多个设备连接在一起。相比之下，在光纤通道中，数据传输是串行进行的。因此，必须为光纤通道SAN序列化通过SCSI总线的并行传输，以便逐位传输这些位。同样，FCP必须将SCSI总线的菊花链映射到底层光纤通道拓扑。例如，与光纤通道网络中的相同操作相比，扫描SCSI总线上的设备或仲裁SCSI总线需要完全不同的逻辑。

另一个应用协议是IPFC：IPFC使用两个服务器之间的光纤通道连接作为IP数据流量的媒介。为此，IPFC定义了如何通过光纤通道网络传输IP数据包。与所有应用程序协议一样，IPFC在操作系统中实现为设备驱动程序。使用'ipconfig'或'ifconfig'进行本地IP配置的连接。然后，IPFC驱动程序寻址光纤通道HBA卡，以便通过光纤通道传输IP数据包。与光纤通道上的SCSI相比，以及与以太网上的IP数据流量相比，光纤通道上的IP数据流量起着不太重要的作用。

光纤连接（FICON）是另一个重要的应用协议。 FICON将大型机领域中使用的ESCON协议（企业系统连接）映射到光纤通道网络。使用ESCON，自20世纪90年代以来，已经有可能在大型机领域实现存储网络。因此，光纤通道将旧的熟悉的存储网络从大型机世界带入开放系统世界（Unix，Windows，OS / 400，Novell，MacOS），两个世界甚至可以在公共基础设施上实现其存储网络。

光纤通道标准还定义了一些应用程序协议。特别值得一提的是虚拟接口架构（VIA，第3.6.2节）。 VIA描述了一种非常轻量级的协议，专为服务器集群内的有效通信而定制。 VIA打算构建服务器和存储设备系统，其中服务器和存储设备之间的界限在更大程度上消失。

3.4 FIBER CHANNEL SAN

上一节介绍了光纤通道协议栈的基础知识。本节扩展了我们对光纤通道的看法，旨在实现光纤通道的存储网络。为此，我们将首先更仔细地考虑三个光纤通道拓扑点对点，结构和仲裁环路（第3.4.1。至3.4.3节）。然后，我们将介绍实现光纤通道SAN所需的一些硬件组件（第3.4.4节）。在此基础上，将讨论小型存储网络岛的网络以形成大型SAN（第3.4.5节）。最后，将解释光纤通道SAN中的互操作性问题（第3.4.6节）。

3.4.1点对点拓扑

点对点拓扑仅连接两个设备，不能扩展到三个或更多设备。对于存储网络，这意味着点对点拓扑将服务器连接到存储设备。点对点拓扑结构可能不是很令人兴奋，但与SCSI布线相比，它提供了两个重要的优势。首先，光纤通道的电缆长度明显大于SCSI，因为光纤通道支持距离长达10公里而无需中继器，而SCSI仅支持长达25米。其次，除铜缆外，光纤通道还定义了各种光纤电缆。通过光纤的光传输相对于电磁干扰是稳健的并且不发射电磁信号。这在技术环境*特中**别有益。

光纤通道电缆比SCSI电缆更容易铺设。例如，图3.7中所示的SCSI SAN可以使用点对点拓扑非常简单地实现。用于控制生产的应用服务器可以设置在生产机器附近，并且应用服务器的数据可以存储在共享存储系统上，共享存储系统位于保护其免受未授权访问和诸如火灾等物理影响的房间中。 ，水和极端的温度。

3.4.2结构拓扑

结构拓扑是三种光纤通道拓扑中最灵活和可扩展的。结构由连接在一起的一个或多个光纤通道交换机组成。服务器和存储设备通过光纤通道交换机连接到结构。理论上，结构可以连接多达1550万个终端设备。今天（2009年）中型安装包括500到1,000个端口，大型安装包括数千个端口。但是，大多数安装都在200端口以下。

连接到各种光纤通道交换机的终端设备（服务器和存储设备）可以通过交换机到交换机连接（交换机间链路，ISL）交换数据。可以在两个交换机之间安装多个ISL，以增加带宽。发送端设备只需要知道目标设备的节点ID;光纤通道交换机负责光纤通道帧的必要路由。光纤通道交换机通常支持所谓的直通路由：直通路由意味着光纤通道交换机在完全接收之前转发传入帧。

延迟描述了组件传输信号所需的时间段或组件转发帧所需的时间段。图3.23比较了不同光纤通道SAN组件的延迟。光需要大约25微秒才能覆盖10公里的距离。因此，10千米长的光纤通道电缆显着增加了端到端连接的延迟。对于硬件组件，经验法则是光纤通道交换机可以在2-4微秒内转发帧; aFibreChannelHBA需要2-4毫秒的顶级处理。因此，两个终端设备之间的附加光纤通道交换只会将网络的延迟增加到微不足道的程度。

图3.23与终端设备的延迟相比，光纤通道交换机的延迟较低。与开关的延迟相比，10公里链路的延迟值得注意（注意y轴的对数标度！）。

该结构的一个特殊功能是，多个设备可以以全数据速率同时发送和接收数据。因此，所有设备同时具有可用的全部带宽。图3.24显示了具有三个服务器和三个存储设备的光纤通道SAN，其中每个服务器都可以使用自己的存储设备。光纤通道SAN上的三个逻辑连接中的每一个都具有可用的链路速度的全部带宽。

提供全带宽的先决条件是光纤通道网络的良好设计。图3.25显示了与图3.24类似的结构，唯一的区别是单个开关已被两个开关所取代，这两个开关通过一个ISL连接。正是这个ISL代表了限制因素，因为所有三个逻辑连接现在都通过相同的ISL。这意味着所有三个连接平均只有它们可用的最大带宽的三分之一。因此，尽管有直通路由，但交换机可以使用一定数量的缓冲区（帧缓冲区），利用它们可以暂时弥补这些瓶颈。但是，如果流量控制没有足够快地启动，则交换机仍必须拒绝有效帧。

除路由外，交换机还实现了别名，名称服务器和分区的基本服务。如第3.3.6节所述，终端设备使用64位WWNN或64位WWPN进行区分，并通过24位端口地址（N端口ID）进行寻址。为了使他的工作更轻松，管理员可以向WWN和端口发出别名。

名称服务器提供有关连接到光纤通道SAN的所有终端设备的信息（第3.3.7节）。如果终端设备连接到交换机，它会向此报告并使用名称服务器注册自己。同时，它可以询问名称服务器哪些其他设备仍然连接到SAN。名称服务器管理当前活动的终端设备;已关闭的终端设备未在名称服务器中列出。

图3.24交换机可以在全带宽下启用多个连接。因此，结构具有比单个链路更高的总吞吐量（聚合带宽）。

图3.25交换机间链路（ISL）很快成为性能瓶颈：三个连接的总吞吐量受到ISL的限制。

最后，分区可以在光纤通道网络中定义子网，以限制终端设备的可见性。通过分区，服务器只能查看和访问位于同一区域中的存储设备。这对于不支持LUN屏蔽的磁带机等终端设备尤为重要（第2.7.4节）。此外，不兼容的光纤通道HBA可以通过不同的分区彼此分离。

当本书的第一版于2004年出版时，我们使用以下词语来介绍分区一词：“分区有许多变体，遗憾的是，没有一致的术语存在。不同的制造商对不同类型的分区使用相同的术语，对同一类型的分区使用不同的术语。因此，在选择光纤通道交换机时，请不要让自己因使用设备支持“硬分区”等语句而烦恼。相反，有必要非常准确地询问“硬分区”的含义。下面我们介绍各种类型的分区“。今天（2009年）这个术语并不重要，因为所有当前的交换机都支持下面详细解释的硬分区类型。然而，这些与术语的混淆仍然存在于较旧的白皮书和手册中。因此，我们决定在新版本中继续进行以下讨论，即使它对某些读者来说过时了。

在分区中，管理员将应该在光纤通道SAN中相互看到的设备集中到一个区域中，从而区域可以重叠。区域由WWNN，WWPN，端口地址或其别名来描述。基于WWNN和WWPN的描述具有以下优点：与布线的改变相关的分区是健壮的：不需要改变设备以插入到不同的交换机端口。相比之下，必须更改基于端口地址的分区，因为交换机中的每个端口都具有不同的端口地址。

软分区将自身限制为名称服务器的信息。如果终端设备向名称服务器询问光纤通道网络中的其他终端设备，则仅通知它与至少共享一个公共区域的终端设备。但是，如果终端设备知道另一个设备的地址（端口ID），它仍然可以与之通信。因此，软分区不保护对敏感数据的访问。软分区与存储已在内部数据库中找到的光纤通道设备的WWN或在配置文件中公布WWN的操作系统相关是有问题的，因为这意味着即使在系统重新引导后WWN仍然为操作系统所知。因此，在软分区中，操作系统继续访问所有已知设备，尽管分区发生了变化，无论它们是否位于公共区域。

硬分区提供更好的保护。在硬分区中，只有共享至少一个公共区域的设备才能实际相互通信。硬分区和软分区都可以基于端口地址或WWN。尽管如此，基于端口的分区有时也称为硬分区。

一些更现代的光纤通道交换机支持LUN屏蔽 - 在第2.7.3节中描述与磁盘子系统相关 - 在交换机内。为此，他们读取每个光纤通道帧的有效载荷的第一个字节。尽管读取光纤通道有效负载的一部分会增加光纤通道交换机的延迟，但延迟的增加是如此之小，以至于与终端设备中的HBA延迟相比，这是微不足道的。

最后，虚拟和逻辑光纤通道SAN也值得一提。根据供应商的不同，它们的概念和名称之间存在明显差异。在没有显示任何特定供应商的偏好的情况下，我们将在讨论中使用虚拟光纤通道SAN作为常用术语。所有形式的共同点是多个虚拟光纤通道SAN可以通过共享的物理光纤通道网络运行。在某些产品中，为每个虚拟光纤通道SAN实施了单独的结构服务，如名称服务器和分区。在其他产品中，终端设备可以在不同的虚拟光纤通道SAN中可见。除了纯粹的分区之外，虚拟光纤通道SAN不仅限制了终端设备的相互可见性，还限制了结构配置的相互可见性。这在安装中尤其有利，其目的是通过整合的基础设施向不同的客户提供存储服务。特别是在这种情况下，如果客户可以使用名称服务器来读出其他客户的哪些终端设备仍然连接在存储网络中，或者甚至可以更改其他客户的配置，则是不可取的。

3.4.3仲裁环拓扑

仲裁环通过环连接服务器和存储设备。环中的数据传输只能在一个方向上进行。在任何时候，只有两个设备可以相互交换数据 - 其他设备必须等到仲裁环路空闲。因此，如果六个服务器通过仲裁环路连接到存储设备，则每个服务器平均只有最大带宽的六分之一。拥有200 MByte / s组件的组件，在这种配置中，服务器只能以33.3 MByte / s的速度发送和接收数据。

通常，集线器用于简化布线（图3.26）。为了增加仲裁环路的大小，可以将几个集线器级联在一起（图3.27）。集线器对连接的终端设备不可见。仲裁环路的可扩展性和灵活性低于结构：在仲裁环路中最多可连接126个服务器和存储设备。此外，交换机可以将环路连接到结构。

仲裁循环不支持任何其他服务，如别名，路由，名称服务器和分区。因此，用于仲裁环的组件比用于织物的组件便宜得多。仲裁环的价格优势有助于光纤通道技术最终取得突破。结构拓扑现在越来越多地取代仲裁环路，因为它在连接设备的数量和整个存储网络的更高聚合带宽的意义上具有更好的可扩展性。在新安装中，仲裁环很少用于连接服务器和存储设备，例如连接单个硬盘或配备光纤通道端口而不是SCSI端口的单个磁带驱动器。但是，出于成本原因，仲裁环路对于实现磁盘子系统内的I / O总线仍然很重要（图3.2）。

图3.26光纤通道集线器简化了光纤通道仲裁环路的布线。交换机可以将环路连接到结构。

图3.27仲裁循环可以跨越多个集线器（级联）。

仲裁循环细分为公共循环和私有循环（图3.28）。 私有循环本身是封闭的; 公共环路通过交换机连接到结构。 物理上，公共环路可以通过多个光纤通道交换机连接到结构。 但是，在仲裁循环中，任何时候只能有一个交换机处于活动状态。 如果一个开关发生故障，其他开关仅用于增加容错性。

图3.28与专用环路相比，公共环路通过交换机连接到结构。 公共环路设备掌握结构和环路协议; 私有环设备仅掌握循环协议。

然而，通过光纤通道交换机将仲裁环路连接到结构不足以允许环路中的终端设备与结构中的终端设备之间的通信。公共仲裁环路中的设备只有在控制仲裁环路协议和结构协议时才能与结构中的设备通信。这意味着终端设备必须具有NL端口。在仲裁环路中连接到NL-Ports的终端设备称为公共环路设备。图3.29显示了公共环路设备与结构中设备的通信。

与公共环路设备不同，专用环路设备只有L端口。因此，它们仅控制仲裁循环协议。因此，专用环路设备不能连接到结构，并且如果它们在公共环路中连接，则不能与结构中的设备通信。

所谓的模拟循环可以在这里提供帮助。仿真环路是光纤通道交换机制造商生产的供应商特定功能，彼此不兼容。模拟环路在仲裁环路协议和光纤通道交换机内的结构协议之间进行转换，因此专用环路设备仍然可以与结构中的设备交换数据。仿真循环的示例是Brocade的Quickloop和CNT / Inrange的Translated Loop。仿真环路不再在新安装中发挥重要作用，因为新的光纤通道设备通常配备NL-Ports。但是，在旧设备中，仍然会遇到无法交换的L端口。

图3.29对于从环路到结构的通信，公共环路设备必须首先使用环路协议仲裁仲裁环路并建立与交换机的连接（1）。从那里，它可以使用结构协议建立到终端设备的连接（2）。在此期间，其他设备不能使用该循环，但是该结构可以。