基本介紹
- 中文名：光纖交換機
- 外文名：Fiber Channel Switch
- 類別：網路傳輸中繼設備
- 介質：光纖電纜
- 特點：速度快、抗干擾能力強
- 別名：光纖通道交換機
簡介,光纖通道,有關功能介紹,通道協定支持,接口類型,連線埠數量,是否支持堆疊,交換機功能,可擴展性能,冗餘性能,光纖存儲交換機和光纖網路交換機的區別,使用方法,交換機,
簡介
自從光纖通道協定標準被ANSI(美國工業標準協定)提出後，光纖通道技術受到各方面的了廣泛關注。而隨著光纖通道設備成本的逐漸降低以及光纖通道技術高傳輸速率，高可靠性，低誤碼率等性能的逐漸體現，人們越來越重視光纖通道技術。光纖通道技術已經成為實現存儲區域網路的必不可少的一部分。而光纖通道交換機也成為了構成 SAN 網路的核心設備，具有重要的地位和作用。光纖通道交換機是存儲區域網路的重要組成部分，它的性能直接影響到整個存儲區域網路的性能。光纖通道技術有靈活的拓撲結構，具有點到點拓撲，交換結構拓撲和環狀拓撲三種。而對於組建網路來說，交換拓撲最為常用。光纖通道交換機將接收到的串列高速傳輸數據進行串並轉換和10B/8B 解碼以及比特同步和字同步等操作後與和它連線的伺服器和存儲設備之間建立鏈路，接收到數據後查轉發表後從相應連線埠送往相應的設備處。同乙太網數據幀一樣，光纖通道設備的數據幀也具備其固定的幀格式並具備其專有的有序集等用於相應的處理。光纖通道交換機還提供了六類面向連線或無連線的服務。根據不同類型的服務，光纖通道交換機還具備其相應的端到端或者緩衝區到緩衝區的流量控制機制。另外光纖通道交換機還提供了名字服務，時間和別名服務，管理服務等服務和管理。
光纖通道
光纖通道（FC，Fiber Channel）協定是美國國家標準所指定的一種串列高速、低延時、低誤碼的標準協定能夠為存儲設備、IP 數據網、音頻流等套用提供高速數據傳輸的骨幹網路技術。隨著光纖通道在不同領域的套用，在光纖通道協定的基礎上，形成了套用於不同領域的光纖通道協定簇，這些協定簇推動和發展了光纖通道協定。 在存儲區域網路中，由於存在大量的數據信息需要傳送，傳統的TCP/IP 網路難以滿足需要，光纖通道協定的低延時和低誤碼，支持點到點結構、環行拓撲結構和交換拓撲結構，極大的滿足存儲區域網路的套用。通過光纖通道交換機將各個目標設備進行連線，以及光纖通道交換機之間的級聯，可以擴大存儲區域網路的規模。 光纖通道傳輸速率高，延時低，以及擴展性強。
傳輸速率：光纖通道技術在介質上傳輸的常用速率為1.0625Gbit/s，此速率又稱為全速(Full Speed)。除此之外還有該速率的1/2，1/4，1/8倍速率，當然也有該速率的2倍數據傳輸速率(2.125Gbit/s)以及4倍數據傳輸速率(4.25Gbit/s)。而考慮到8B/10B編碼以及其他的開銷的情況下，在全速的情況下淨負荷的傳輸速率為100MB/s。
擴展能力強和靈活的拓撲：光纖通道技術具有很好的擴展性能，相對SCSI通道最多只能容納15個設備的限制，光纖仲裁環路上最多可以容納126個設備，而交換結構中則可以容納 6萬多個設備。而且因為光纖通道物理連線拓撲結構有點到點，仲裁環路和分組交換結構等拓撲結構，所以光纖通道設備可以通過光纖仲裁環路或者交換結構組成存儲區域網路。而SCSI 技術則只有點到點的拓撲結構。由此可見光纖通道技術既具備良好的擴展能力，有具有靈活的拓撲結構。
標準的協定映射：光纖通路可以作為多個高層協定的數據傳送載體，具有多種映射方式。如 IP、SCSI-3、IPI 磁碟、HIPPI、ESCON、單位元組通路命令集等。當然常見的是SCSI-3 的映射，被稱為“FCP”。
底層控制：本地所進行的操作與全域信息的關係極小，這就代表著，一個連線埠幾乎不受其他連線埠的影響。從而使上層的工作量極大的減少。 開銷很少：由於採用 8B/10B 編碼和穩定可靠的硬體使得誤碼率極低，從而使光纖通道協定的開銷很小，淨負荷傳輸速率較高。
有關功能介紹
通道協定支持
SAN交換機所用的通道協定根據具體的套用也有好幾種不同的類型，如前面介紹的FC、SCSI和FCIP協定等，不同的支持對應支持不同類型的設備接口。FC協定一般是所有SAN交換機都支持的，SCSI協定在中低檔的光纖交換機中可能支持，基於乙太網IP協定的FCIP協定也有許多廠商的SAN交換機開始提供支持，因為它實現的成本比較簡單，很受企業用戶歡迎。如下圖所示的是Cisco公司的一款全面支持以上通道協定的多層光纖通道交換機Cisco MDS 9216。
接口類型
不同的SAN交換機可能支持的接口類型並不完全一樣，而各種接口類型的性能也不一樣，選購時一定要看清楚。如SCSI接口我們知道最新的Ultra 320可達到320MB/s，傳輸距離最長只有20米，通常是磁碟設備連線的專用接口；光纖通道（FC）可以提供1~4GB/s的傳輸速率（最高可達10GB/s），至少比SCSI快3倍，通常用於伺服器主機與SAN交換機的連線，也有一些磁碟支持FC接口；由IBM設計的Escon接口，在光纖上全雙工模式下它可支持200 MB/s的數據速率，這一般是伺服器主機或SAN交換機間連線的接口。根據不同的配置，Escon接口所支持的傳輸距離也可達到3~10公里，取決於光纖的質量和產品特點。同樣由IBM開發的FICON接口是一種接口類型，也是伺服器或SAN交換機間的連線接口。它傳輸速度是ESCON的6倍。傳輸距離也在19公里以上。不過許多SAN交換機都同時提供對這以上接口支持。
連線埠數量
SAN交換機與平常所見的乙太網交換機有個明顯的區別就是連線埠數非常多，密集度非常高。一般的SAN交換機連線埠數都在48口以上，最高的已達256口，當然低檔入門級的SAN交換機也有16口以下的。之所以SAN交換機需要這么多連線埠，那是因為它的連線方式與乙太網交換機不同，當然主要體現在多SAN交換機的網路中。在SAN網路中，每個SAN交換機都必須與其它SAN交換機進行連線（如下圖所示），這種單向連線，很明顯的一點就是可以大大提高數據的交換速率。因為一台交換機中有些連線埠是用於SAN交換機之間的連線了，所以實際可用的SAN交換機連線埠就少了，對於連線埠數少的SAN交換機顯然就不適合了，所以SAN交換機連線埠一般都比較多，至少在24口以上。如果在SAN網路中存在多個SAN交換機，則最好不要選擇24口以下的。
是否支持堆疊
交換機功能
光纖通道交換機有著許多不同的功能，包括支持GBIC、冗餘風扇和電源、分區、環操作和多管理接口等。每一項功能都可以增加整個交換網路的可操作性，理解這些特點可以幫助用戶設計一個功能強大的大規模的SAN。總體來說，SAN光纖交換機的主要功能如下：自配置連線埠、環路設備支持、交換機級聯、自適應速度檢測、可配置的幀緩衝、分區(基於物理連線埠和基於WWN的分區)、IP over Fiber Channel(IPFC)廣播、遠程登錄、Web管理、簡單網路管理協定(SNMP)以及SCSI接口獨立設備服務(SES)等，根據具體需求來選擇了。
可擴展性能
任何一個存儲區域網路都不會是一成不變的，它時刻面臨著擴展及與新技術、新產品集成的問題。而存儲區域網路正是通過靈活的可擴展性來滿足未來的需求，從而保護用戶的投資。它的擴展性又包括兩個方面，一方面是隨著存儲網路規模的擴大，原有的系統不能滿足用戶的存儲需求時怎樣擴展為一個更大的光纖存儲網路；另一方面是，隨著技術的發展，能夠順利地升級到新的技術與套用。比如，IP存儲的發展使得越來越多的用戶考慮iSCSI和FCIP，FC交換機將來能否進行IP存儲的擴展就顯得很重要。
冗餘性能
如果要保證關鍵業務的不間斷運行，就需要按照冗餘方式構建系統。冗餘方案其實伺服器類型，方案是各種各樣的，可以是單交換機部件冗餘，也可以考慮用雙光纖交換網冗餘配置方案，不過這種成本非常高。但由於這種雙網路拓撲確保了冗餘性，所以可以使用較為便宜的單電源交換設備即可，即使一個交換機發生故障，主機和存儲陣列上的鏈路切換軟體也會自動將通信切換到冗餘設備上，直到故障設備被更換為止。如果定期停機維護不會影響企業的套用，那么採用一個只帶熱插拔冗餘電源和風扇的交換機即可，可大大降低成本。同時還保證了電源或風扇的任何一個單點故障都不影響網路的運行。
以上只是在選購光纖交換機時特別要注意的一些事項，其實光纖交換機技術非常複雜，所支持的協定和接口類型也在日益增多，性能不斷增強，要注意的方面還有很多，但限於篇幅原因在此文只能為大家起到拋磚引玉的作用，希望對各位在選購光纖交換機時有一定的參考意義。
光纖存儲交換機和光纖網路交換機的區別
光纖存儲交換機是一種存儲設備，用於連線存儲設備，存儲交換機的硬體用於高效處理iSCSI存儲協定，而光纖網路交換機用於處理TCP/IP協定族中的乙太網協定，在硬體及軟體層面上兩種交換機是完全不同的，不能通用。光纖存儲交換機是一種存儲設備，光纖網路交換機是一種網路設備。但兩種網路並不是不可融合的，在支持FCoE的設備上可以有效的使SCSI協定透傳乙太網，達到存儲網路、乙太網的融合。
使用方法
1、在說明及6台接入交換機，可以適應120台到150台左右規模網路使用。
2、8個獨立電口，可以接路由器，收費機以及其它伺服器等。
3、接入層交換機選用RHS4226GS全千兆智慧型監控型交換機，它們提供24個10/100/1000Base-T連線埠，2個千兆SFP復用連線埠，具有48Gbps的背板頻寬，能夠充分滿足整個網咖的網路性能需求。
4、RHS4226GS支持連線埠/IP/MAC一鍵綁定功能，在PC接入層連線埠即對各類ARP病毒實行防禦，可有效的緩解中心網咖光纖交換機及網關路由器的ARP處理壓力。
5、RHS4226GS還支持連線埠匯聚功能，在流量大的主幹線路或伺服器採用連線埠匯聚功能，可成倍的增加網路頻寬，以保證各類數據的暢通。而且雙線路相當於一道雙保險，在很大程度上減少了單線路時將會出現的故障機率。
二、200台—300台左右規模網咖方案
1、網路中心使用RHS4624GMS全千兆管理型網咖光纖交換機，它提供16個千兆SFP光纖連線埠，8個獨立的10/100/1000Base-T連線埠，具有48Gbps的背板頻寬，能夠充分滿足整個網咖的網路性能需求。並且支持ARP安全功能、連線埠VLAN與802.1QVLAN，支持連線埠鏡像、連線埠匯聚、QOS等功能，以適用不同的網路套用需求。
2、中心交換機的16個SFP光纖連線埠，可以支持4台無盤伺服器以及12台網咖光纖交換機，可以適應200台到300台左右規模網路使用。8個獨立電口，可以接路由器，收費機以及其它伺服器。
3、網咖光纖交換機選用RHS4226GS全千兆智慧型監控型網咖光纖交換機，它們提供24個10/100/1000Base-T連線埠，2個千兆SFP復用連線埠，具有48Gbps的背板頻寬，能夠充分滿足整個網咖的網路性能需求。
4、RHS4226GS支持連線埠/IP/MAC一鍵綁定功能，在PC接入層連線埠即對各類ARP病毒實行防禦，可有效的緩解中心交換機及網關路由器的ARP處理壓力。
5、RHS4226GS還支持連線埠匯聚功能，在流量大的主幹線路或伺服器採用連線埠匯聚功能，可成倍的增加網路頻寬，以保證各類數據的暢通。而且雙線路相當於一道雙保險，在很大程度上減少了單線路時將會出現的故障機率。
交換機
交換機（Switch）意為“開關”是一種用於電（光）信號轉發的網路設備。它可以為接入交換機的任意兩個網路節點提供獨享的電信號通路。最常見的交換機是乙太網交換機。其他常見的還有電話語音交換機、光纖交換機等。交換（switching）是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方法，把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術的統稱。交換機根據工作位置的不同，可以分為廣域網交換機和區域網路交換機。廣域的交換機（switch）就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備，它套用在數據鏈路層。交換機有多個連線埠，每個連線埠都具有橋接功能，可以連線一個區域網路或一台高性能伺服器或工作站。實際上，交換機有時被稱為多連線埠網橋。
二層交換機工作於OSI參考模型的第二層，即數據鏈路層。交換機內部的CPU會在每個連線埠成功連線時，通過將MAC地址和連線埠對應，形成一張MAC表。在今後的通訊中，發往該MAC地址的數據包將僅送往其對應的連線埠，而不是所有的連線埠。因此交換機可用於劃分數據鏈路層廣播，即衝突域；但它不能劃分網路層廣播，即廣播域。交換技術是在OSI 七層網路模型中的第二層，即數據鏈路層進行操作的，因此交換機對數據包的轉發是創建在MAC (Media Access Control) 地址--物理地址基礎之上的，對於IP 網路協定來說，它是透明的，即交換機在轉發數據包時，不知道也無須知道信源機和信宿機的IP 地址，只需知其物理地址即MAC 地址。交換機在操作過程當中會不斷的收集資料去創建它本身的一個地址表，這個表相當簡單，它說明了某個MAC 地址是在哪個連線埠上被發現的，所以當交換機收到一個TCP/IP 數據包時，它便會看一下該數據包的目的MAC 地址，核對一下自己的地址表以確認應該從哪個連線埠把數據包發出去。由於這個過程比較簡單，加上這功能由一嶄新硬體進行——ASIC (Application Specific Integrated Circuit) ，因此速度相當快，一般只需幾十微秒，交換機便可決定一個IP 數據包該往那裡送。值得一提的是：萬一交換機收到一個不認識的數據包，就是說如果目的地MAC 地址不能在地址表中找到時，交換機會把IP 數據包"擴散"出去，即把它從每一個連線埠中提交去，就如交換機在處理一個收到的廣播數據包時一樣。二層交換機的弱點正是它處理廣播數據包的手法不太有效，比方說，當一個交換機收到一個從TCP/IP 工作站上發出來的廣播數據包時，他便會把該數據包傳到所有其他連線埠去，哪怕有些連線埠上連的是IPX 或DECnet 工作站。這樣一來，非TCP/IP 節點的頻寬便會受到負面的影響，就算同樣的TCP/IP 節點，如果他們的子網跟傳送那個廣播數據包的工作站的子網相同，那么他們也會無原無故地收到一些與他們毫不相干的網路廣播，整個網路的效率因此會大打折扣。從90 年代開始，出現了區域網路交換設備。從網路交換產品的形態來看，交換產品大致有三種：連線埠交換、幀交換和信元交換。
連線埠交換技術最早出現於插槽式集線器中。這類集線器的背板通常劃分有多個乙太網段（每個網段為一個廣播域）、各網段通過網橋或路由器相連。乙太網模組插入後通常被分配到某個背板網段上，連線埠交換適用於將以太模組的連線埠在背板的多個網段之間進行分配。這樣網管人員可根據網路的負載情況，將用戶在不同網段之間進行分配。這種交換技術是基於OSI第一層（物理層）上完成的，它並沒有改變共享傳輸介質的特點，因此並不是真正意義上的交換。
幀交換是當前套用的最廣的區域網路交換技術，它通過對傳統傳輸介質進行分段，提供並行傳送的機制，減少了網路的碰撞衝突域，從而獲得較高的頻寬。不同廠商產品實現幀交換的技術均有差異，但對網路幀的處理方式一般有：存儲轉髮式和直通式兩種。存儲轉髮式 (Store-and-Forward) ：當一個數據包以這種技術進入一個交換機時，交換機將讀取足夠的信息，以便不僅能決定哪個連線埠將被用來傳送該數據包，而且還能決定是否傳送該數據包。這樣就能有效地排除了那些有缺陷的網路段。雖然這種方式不及使用直通式產品的交換速度，但是它們卻能排除由破壞的數據包所引起的經常性的有害後果。直通式 (Cut-Through) ：當一個數據包使用這種技術進入一個交換機時，它的地址將被讀取。然後不管該數據包是否為錯誤的格式，它都將被傳送。由於數據包只有開頭幾個位元組被讀取，所以這種方法提供了較多的交換次數。然而所有的數據包即使是那些可能已被破壞的都將被傳送。直到接收站才能測出這些被破壞的包，並要求傳送方重發。但是如果網路接口卡失效，或電纜存在缺陷；或有一個能引起數據包遭破壞的外部信號源，則出錯將十分頻繁。隨著技術的發展，直通式交換將逐步被淘汰。在“直通式”交換方式中，交換機唯讀出網路幀的前幾個位元組，便將網路幀傳到相應的連線埠上，雖然交換速度很快，但缺乏對網路幀的高級控制，無智慧型性和安全性可言，同時也無法支持具有不同速率連線埠的交換；而“存儲轉發”交換方式則通過對網路幀的讀取進行驗錯和控制。
信元交換的基本思想是採用固定長度的信元進行交換，這樣就可以用硬體實現交換，從而大大提高交換速度，尤其適合語音、視頻等多媒體信號的有效傳輸。當前，信元交換的實際套用標準是ATM （異步傳輸模式），但是ATM 設備的造價較為昂貴，在區域網路中的套用已經逐步被乙太網的幀交換技術所取代。
