光纖通道技術詳解，單模和多模有哪些不同？

光纖通道技術（Fibre Channel）是一種網絡存儲交換技術，可提供遠距離和高帶寬，能夠在存儲器、服務器和客戶機節點間實現大型數據文件的傳輸。

Fibre Channel (FC)是一種高速網絡互聯技術（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備。過去，光纖通道大多用于超級計算機，但它也成為企業級存儲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。

光纖通道協議（Fibre Channel Protocol，FCP）是一種類似于TCP的傳輸協議，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I/O接口與網絡技術相結合趨勢的一部分。

Network運作于一個開放的，非結構化的并且本質上不可預測的環境。

Channels通常運行在一個封閉的、結構化的和可預測的環境，該環境下所有與主機通信的設備都預先已知，任何變更都需要主機軟件或配置表進行相應更改。通道協議如SCSI，ESCON, IPI。

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

Fibre Channel的目標與優勢:

Fibre Channel要提供的是一個連接計算機和共享外圍設備的接口，在這一技術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，Fibre Channel也需要支持公里級的距離。通過光纖交換機實現，如下圖所示：

光纖通道還需要提供傳輸多種上層協議的能力，并維持這些上層協議的持續使用。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，通過將數千個設備共享數據并連接在一起來實現。Fibre Channel支持交換光纖，一個光纖結構理論上可支持一千六百萬地址。光纖結構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，系統安裝更為簡便。

無中斷安裝和服務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損傷。
可靠性，可用性和可維護性一直是光纖通道協議的目標。與銅線相比它具有明顯的優勢：對電磁干擾和線間串擾不明顯。

節點（Node）:

光纖通道環境包括兩個或更多通過互聯拓撲連接在一起的設備。光纖通道設備如個人電腦，工作站，磁盤陣列控制器，磁盤和磁帶設備都被稱為節點。每個節點都是一個或多個節點的信息源或目的。以EMC為例節點可以是Symmetrix系統。每個節點需要一個或多個端口作為節點間通信的物理接口。端口是一個允許節點通過物理接口發送或接收信息的硬件附件。一些設備將這些端口集成，其他一些設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）:

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

N_PORT：Node_ports既可以用在端到端也可以用在光纖交換環境。在端到端環境下N_ports發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用于光纖交換環境下N_port之間的互連，從而所有節點都可以相互通信。通常這些端口在交換機上，允許HBA和其他設備如Symmetrix FA連接到光纖。

NL_PORT：NL_Port是支持仲裁環路的節點端口。例如，NL_Port可以是HBA或Symmetrix FA端口。

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

E_PORT：E_Port是一個光纖擴展端口，用于在多路交換光纖環境下。E_ports通常指一個交換機上連接到光纖網絡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絡。此鏈路包括線纜和承載兩個獨立光纖網絡間收發信息端口的其他連接器。

鏈路可能包括光導纖維或電纜。發送信號可能是長波光，短波光，LED或電子信號。

光纖結構包括光傳輸的纖芯。纖芯包裹著覆層，功能是反射并控制光在芯內傳輸。纖芯和覆層由玻璃材質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致光纖傳輸信號衰減，最壞情況將導致光纖損壞。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。兩根這樣的光纖結合在一根雙芯線纜中，兩端有相應的雙芯連接器。兩根光纖以相反的方向發送和接收數據。雙芯線纜允許同步發送和接收。

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的場景。光纖通道鏈路通?；?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，這種結果稱為模態色散（Modal Dispersion）。這導致光呈放射狀從而限制了多模線纜的距離。

網絡（Fabric）：

術語Fabric用于光纖通道描述通用的交換或路由結構，該結構依據幀頭的目的地址來傳遞幀。網絡可能是端到端，交換光纖或是仲裁環路。

拓撲（Topology）：

光纖通道提供了三種不同的拓撲結構和一個混合的互連拓撲結構。這些拓撲結構是：

端到端

光纖交換

仲裁環路

混合

端到端：

端到端拓撲是所有拓撲結構中最簡單的一種，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議，因此這兩個端口完全占據鏈路帶寬。

光纖交換：

端到端拓撲雖然很簡單直觀，但連接數量有限。這就導致了光纖交換技術的誕生，理論上支持一千六百萬個端口（2^24）。交換網絡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通過相關鏈路連接至光纖網絡端口（F_Port）。在光纖網絡內各F_Port通過路由功能連接。這就使幀結構按照幀頭的目標地址從一個F_Port路由至另一個F_Port。

多個并發連接可以同時在N_Port之間共存，因此，隨著N_Port數量的增加，聚合帶寬也在增長。

仲裁環路：

仲裁環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。在仲裁環路中一個端口的發送輸出連接至下一個端口的接收端，所有節點之間都有這樣的連接直到形成一個閉合環路。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。仲裁環路中各端口在環路上發現所有消息并忽視/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路到網絡從而支持混合拓撲。這種方式結合了兩種拓撲的長處。光纖網絡拓撲提供連接選擇和高聚合帶寬，而仲裁環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換。這種轉換包括將光纖網絡地址轉換成環路地址，以及將環路地址轉換成光纖交換地址。該配置同時允許N_Port連接至仲裁環路上的NL_Port。