光纖信道定義

光纖信道光纖信道

光纖信道或FC是一種高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（通常以1,2,4,8,16,32和128千兆位/秒速率運(yùn)行），采用NMb的編碼方式，同步串行方式傳輸。主要用于將計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)連接到服務(wù)器。

光纖信道主要用于商用數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）。 光纖通道網(wǎng)絡(luò)形成交換結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈冏鳛橐粋€(gè)大交換機(jī)協(xié)調(diào)工作。 光纖通道通常在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和之間的光纖電纜上運(yùn)行。

光纖信道傳輸介質(zhì)

它的傳輸介質(zhì)可以是光纖也可以用銅制電纜，一般情況下用光纖，用光纖的話還要在接收端加GBIC設(shè)備 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

光纖信道光纖信道協(xié)議

大多數(shù)塊存儲(chǔ)通過光纖通道結(jié)構(gòu)運(yùn)行，并支持許多上層協(xié)議。 從分層協(xié)議棧的角度看，F(xiàn)C僅僅包含了從物理層到傳輸層的規(guī)范。它的上層定義了把其他協(xié)議作為應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行封裝的接口，如SCSI或IP協(xié)議。而將SCSI3封裝起來(lái)后整個(gè)協(xié)議，就是FCP（FC Protocol）。

光纖通道協(xié)議（FCP）是一種主要通過光纖通道網(wǎng)絡(luò)傳輸SCSI命令的傳輸協(xié)議。主機(jī)計(jì)算機(jī)由于其高可靠性和吞吐量而運(yùn)行通過光纖通道設(shè)置的FICON命令。 光纖通道可用于通過NVMe接口協(xié)議傳輸?shù)拈W存。

光纖通道在國(guó)際信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（INCITS）的T11技術(shù)委員會(huì)中標(biāo)準(zhǔn)化，該委員會(huì)是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)。光纖通道于1988年開始，在1994年獲得ANSI標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，以合并多物理層實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)，包括SCSI，HIPPI和ESCON。

光纖通道被設(shè)計(jì)為串行接口，以克服SCSI和HIPPI接口的限制。 FC采用領(lǐng)先的多模光纖技術(shù)開發(fā)，克服了ESCON協(xié)議的速度限制。通過吸引大量的SCSI磁盤驅(qū)動(dòng)器和利用大型機(jī)技術(shù)，光纖通道的先進(jìn)技術(shù)和部署的規(guī)模經(jīng)濟(jì)發(fā)展變得經(jīng)濟(jì)和廣泛。

最初，標(biāo)準(zhǔn)還批準(zhǔn)了具有132.8125Mbit / s（“12.5MB / s”），265.625Mbit / s（“25MB / s”）和531.25Mbit / s（“50MB / s” s“），已經(jīng)不再使用。自1996年以來(lái)，光纖通道的速度每隔幾年翻一番。

光纖通道自成立以來(lái)已經(jīng)看到積極的發(fā)展，在各種底層傳輸介質(zhì)上進(jìn)行了無(wú)數(shù)的速度改進(jìn)。圖《速度發(fā)展》顯示了本機(jī)光纖通道速度發(fā)展。

有三種主要的光纖通道拓?fù)?，描述了多個(gè)端口如何連接在一起。

光纖通道術(shù)語(yǔ)中的端口是通過網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)通信的任何實(shí)體，不一定是硬件端口。此端口通常在磁盤存儲(chǔ)，服務(wù)器上的HBA或光纖通道交換機(jī)的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)。

光纖信道點(diǎn)到點(diǎn)

兩個(gè)設(shè)備彼此直接連接。這是最簡(jiǎn)單的拓?fù)洌蔷哂杏邢薜倪B接。

光纖信道仲裁循環(huán)

在此結(jié)構(gòu)中，所有設(shè)備都處于環(huán)路或環(huán)路中，類似于令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)。從環(huán)路中添加或刪除設(shè)備會(huì)導(dǎo)致環(huán)路上的所有活動(dòng)中斷。一個(gè)設(shè)備的故障會(huì)導(dǎo)致環(huán)路中斷。存在光纖通道集線器以將多個(gè)設(shè)備連接在一起并且可以繞過故障端口。也可以通過將每個(gè)端口布線到環(huán)中的下一個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)路。

包含僅兩個(gè)端口的最小環(huán)路與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)類似，在協(xié)議方面顯著不同。只有一對(duì)端口可以在環(huán)路上同時(shí)通信。最大速度為8GFC。

但是仲裁環(huán)路在2010年后很少使用。

光纖信道交換結(jié)構(gòu)

在此結(jié)構(gòu)中，所有設(shè)備都連接到光纖通道交換機(jī)，在概念上類似于現(xiàn)代以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。該拓?fù)湎鄬?duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或仲裁環(huán)的優(yōu)點(diǎn)包括：

1、該結(jié)構(gòu)可以擴(kuò)展到數(shù)萬(wàn)個(gè)端口。

2、交換機(jī)管理狀態(tài)，通過最短路徑優(yōu)先（FSPF）提供優(yōu)化的路徑。

3、兩個(gè)端口之間的流量通過交換機(jī)，而不是通過任何其他端口。

4、端口的故障與鏈路隔離，不應(yīng)影響其他端口的操作。

5、多對(duì)端口可以在結(jié)構(gòu)中同時(shí)通信。

光纖通道不遵循OSI模型分層，需要分為五層：

FC-4-協(xié)議映射層，其中諸如SCSI，IP或FICON的高層協(xié)議被封裝到信息單元（IU）中傳送到FC-2。FC-4包括FCP-4，F(xiàn)C-SB-5和FC-NVMe。

FC-3 - 公共服務(wù)層，一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)加密或RAID冗余算法等功能的層; 多端口連接;

FC-2 - 由光纖通道幀和信令4（FC-FS-4）標(biāo)準(zhǔn)定義的信令協(xié)議由低級(jí)光纖通道協(xié)議組成; 端口到端口連接;

FC-1 - 傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的線路編碼;

FC-0 - PHY，包括電纜，連接器等;

光纖通道端口有各種邏輯配置。最常見的端口類型有：

N_Port（節(jié)點(diǎn)端口）N_Port通常是連接到交換機(jī)的F_Port或另一個(gè)N_Port的HBA端口。 Nx_Port通過不操作環(huán)路端口狀態(tài)機(jī)的PN_Port進(jìn)行通信

F_Port（Fabric端口）F_Port是連接到N_Port的交換機(jī)端口。

E_Port（擴(kuò)展端口）連接到另一個(gè)E_Port以創(chuàng)建交換機(jī)間鏈路的交換機(jī)端口

以下類型的端口也用于光纖通道：

A_Port（相鄰端口）組合PA_Port和VA_Port一起工作。

B_Port（橋接端口）用于在交換機(jī)上連接具有E_Port的橋接設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件間端口

D_Port（診斷端口）用于對(duì)與另一個(gè)D_Port的鏈路執(zhí)行診斷測(cè)試的已配置端口。

EX_Port用于連接到FC路由器結(jié)構(gòu)的E_Port類型

G_Port（通用Fabric端口）可以作為E_Port，A_Port或F_Port工作的交換機(jī)端口

GL_Port（通用結(jié)構(gòu)環(huán)路端口）可以作為E_Port，A_Port或Fx_Port工作的交換機(jī)端口

PE_Port在Fabric中連接到另一個(gè)PE_Port或通過鏈路到一個(gè)B_Port的LCF

PF_Port通過鏈路連接到PN_Port的Fabric中的LCF

TE_Port（Trunking E_Port）中繼擴(kuò)展端口，擴(kuò)展E端口的功能以支持VSAN中繼，傳輸服務(wù)質(zhì)量（QoS）參數(shù)和光纖通道跟蹤（fctrace）功能。

U_Port（通用端口）等待成為另一個(gè)端口類型的端口

電纜信道狹義信道的分類

狹義信道，按照傳輸媒質(zhì)來(lái)劃分，可以分為有線信道、無(wú)線信道和存儲(chǔ)信道三類。

有線信道

有線信道以導(dǎo)線為傳輸媒質(zhì)，信號(hào)沿導(dǎo)線進(jìn)行傳輸，信號(hào)的能量集中在導(dǎo)線附近，因此傳輸效率高，但是部署不夠靈活。這一類信道使用的傳輸媒質(zhì)包括用電線傳輸電信號(hào)的架空明線、電話線、雙絞線、對(duì)稱電纜和同軸電纜等等，還有傳輸經(jīng)過調(diào)制的光脈沖信號(hào)的光導(dǎo)纖維。

無(wú)線信道

無(wú)線信道主要有以輻射無(wú)線電波為傳輸方式的無(wú)線電信道和在水下傳播聲波的水聲信道等。

無(wú)線電信號(hào)由發(fā)射機(jī)的天線輻射到整個(gè)自由空間上進(jìn)行傳播。不同頻段的無(wú)線電波有不同的傳播方式，主要有：

• 地波傳輸：地球和電離層構(gòu)成波導(dǎo)，中長(zhǎng)波、長(zhǎng)波和甚長(zhǎng)波可以在這天然波導(dǎo)內(nèi)沿著地面?zhèn)鞑ゲ⒗@過地面的障礙物。長(zhǎng)波可以應(yīng)用于海事通信，中波調(diào)幅廣播也利用了地波傳輸。

• 天波傳輸：短波、超短波可以通過電離層形成的反射信道和對(duì)流層形成的散射信道進(jìn)行傳播。短波電臺(tái)就利用了天波傳輸方式。天波傳輸?shù)木嚯x最大可以達(dá)到400千米左右。電離層和對(duì)流層的反射與散射，形成了從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的多條隨時(shí)間變化的傳播路徑，電波信號(hào)經(jīng)過這些路徑在接收端形成相長(zhǎng)或相消的疊加，使得接收信號(hào)的幅度和相位呈隨機(jī)變化，這就是多徑信道的衰落，這種信道被稱作衰落信道。

• 視距傳輸：對(duì)于超短波、微波等更高頻率的電磁波，通常采用直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直線傳輸。由于波長(zhǎng)很短，無(wú)法繞過障礙物，視距傳輸要求發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間沒有物體阻礙。由于地球曲率的影響，視距傳輸?shù)木嚯x有限，最遠(yuǎn)傳輸距離 d 與發(fā)射天線距地面的高度 h 滿足{\displaystyle d={\sqrt {15h}}\ {\mbox{km}}}。如果要進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，必須設(shè)立地面中繼站或衛(wèi)星中繼站進(jìn)行接力傳輸，這就是微波視距中繼和衛(wèi)星中繼傳輸。光信號(hào)的視距傳輸也屬于此類。

由于電磁波在水體中傳輸?shù)膿p耗很大，在水下通常采用聲波的水聲信道進(jìn)行傳輸。不同密度和鹽度的水層形成的反射、折射作用和水下物體的散射作用，使得水聲信道也是多徑衰落信道。

無(wú)線通信在自由空間（對(duì)于無(wú)線電信道來(lái)說(shuō)是大氣層和太空，對(duì)于水聲信道來(lái)說(shuō)是水體）上傳播信號(hào)，因此能量分散、傳輸效率較低，并且很容易被他人截獲，安全性差。但是，無(wú)線通信擺脫了對(duì)導(dǎo)線的依賴，因此具有有線通信所沒有的高度靈活性。

存儲(chǔ)信道

在某種意義上，磁帶、光盤、磁盤等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒質(zhì)也可以被看作是一種通信信道。將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)媒質(zhì)的過程即等效于發(fā)射機(jī)將信號(hào)傳輸?shù)叫诺赖倪^程，將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)媒質(zhì)讀出的過程即等效于接收機(jī)從信道接收信號(hào)的過程。

電纜信道廣義信道的分類

廣義信道，按照其功能進(jìn)行劃分，可以分為調(diào)制信道和編碼信道兩類。

調(diào)制信道是指信號(hào)從調(diào)制器的輸出端傳輸?shù)浇庹{(diào)器的輸入端經(jīng)過的部分。對(duì)于調(diào)制和解調(diào)的研究者來(lái)說(shuō)，信號(hào)在調(diào)制信道上經(jīng)過的傳輸媒質(zhì)和變換設(shè)備都對(duì)信號(hào)做出了某種形式的變換，研究者只關(guān)心這些變換的輸入和輸出的關(guān)系，并不關(guān)心實(shí)現(xiàn)這一系列變換的具體物理過程。這一系列變換的輸入與輸出之間的關(guān)系，通常用多端口時(shí)變網(wǎng)絡(luò)作為調(diào)制信道的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述。

編碼信道是指數(shù)字信號(hào)由編碼器輸出端傳輸?shù)阶g碼器輸入端經(jīng)過的部分。對(duì)于編譯碼的研究者來(lái)說(shuō)，編碼器輸出的數(shù)字串行經(jīng)過編碼信道上的一系列變換之后，在譯碼器的輸入端成為另一組數(shù)字串行，研究者只關(guān)心這兩組數(shù)字串行之間的變換關(guān)系，而并不關(guān)心這一系列變換發(fā)生的具體物理過程，甚至并不關(guān)心信號(hào)在調(diào)制信道上的具體變化。編碼器輸出的數(shù)字串行與到譯碼器輸入的數(shù)字串行之間的關(guān)系，通常用多端口網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移概率作為編碼信道的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述。

• 電信主題

• 數(shù)學(xué)主題

• 通信

• 噪聲

• 信道容量

• 衰落信道、多徑信道

• 同軸電纜、雙絞線、對(duì)稱電纜、光纖、波導(dǎo)

• 電離層

• 水聲信道

• 調(diào)制/解調(diào)

• 編碼/譯碼