如何用IP网实现SAN网络的互联

SAN（Storage Area Network）架构是现在广泛采用的一种实现存储设备之间，以及服务器和存储设备之间互联的技术。SAN网络在物理上是一个全光纤接口的网络，基于 NCITS T11:光纤通道(Fibre Channel)标准I/O接口 (X3.230-1994) 。在SAN网络中SCSI（Small Computer System Interface）命令和数据封装在FC（Fiber Channel）的包中传输。

基于FC（光纤通道）协议的SAN网络具有以下一些特点：

现在可以提供2Gbit(200MB)/秒的数据传输速率, 全双工专有连接,未来可升级至10Gbit/秒，不存在无线电信号散射 (RFI), 从而消除了电磁信号l 串行数据传输, 每传输一位需要0.94纳秒(极小的时间延迟)，使用8b/10b编码方式将8位转换为10b格式进行串行传输(内置时钟信号)，先进的流控制系统保证数据按顺序传输.，最多可以连接1千6百万个节点(交换Fabric模式)， 帧大小可调整, 支持128MB的批量数据传输， 采用FSPF（Fabric Shortest Path First）协议实现路由的动态学习现有的SAN网络可以通过单模长波光纤实现远距离的互联，也可以通过DWDM/CWDM的方式提高光纤的利用效率。但这种方式的成本非常昂贵，同时光纤的利用率不能达到很高。考虑到现在已有基于SONET/SDH速率高达40Gb/s的高速数据网存在，且数据网对于线路的复用更好，资源的利用率也更高，各大SAN网络的设备提供厂商都在推出基于IP网实现SAN网络互联的设备。SNIA（Storage Networking Industry Association）也提出了基于IP的存储解决方案，包括FCIP, iFCP和 iSCSI 。这三种技术解决问题的侧重有所不同，FCIP主要用于SAN网络之间的互联，iSCSI主要用于主机与基于光纤通道的存储设备之间的通讯，iFCP则既可以用于SAN网络之间的互联也可以实现主机与基于光纤通道的存储设备之间的通讯。

下面将对FCIP和iFCP做一个简要的介绍：

FCIP（Fiber Channel Over TCP/IP）FCIP是一种基于TCP/IP网络的隧道技术实现光纤通道网络互联的方法，它将FCP的数据包完整地封装在TCP的包中传输。无论对于 FC或IP，都是完全透明的。FCIP完整地保持了FC网络的结构，对以往的投资是非常好的保护，同时有将现有的限于局域的SAN扩大都城域甚至广域的范围。FC网络的技术如FSPF，FC trunk等都可以在FCIP网络中使用。同时IP网所具有的安全特性如IPSec，L2TP等也能够很好地使用。为了保证IP网对于FCP数据的传输质量，在IP网上可以通过定义IP precedence 和Diff Serv来实现对FCP数据的标记，采用CBWFQ和priority queue来实现FCP数据的优先传输。IP网络可以通过OSPF等动态路由协议和Ether channel等技术来实现琏路的冗余和负载平衡。IP网对于存储设备和主机系统是完全透明的，只有FCIP的网关能知道IP网的存在，并实现IP网对于 FC的封装。对于FC网络而言远端的的 SAN网络和本地的SAN 网络是合并在一起的同一个SAN网络。

根据FCIP帧的封装模式，可以看到FCIP对于FCP的封装不仅包括FC-4，也包括了所有的FCP的底层协议如FC-2。IFCP（Internet Fiber Channel Protocol）iFCP和FCIP一样也采用了Gateway到Gateway的模式，但采用了和FCIP不同的处理方法，iFCP对于FCP的封装仅保留的了FC-4。iFCP支持FCP标准，支持ANSI的串行SCSI的标准，实现 SCSI 命令，数据和状态信息在SCSI发起点和SCSI目标之间的传输，如标准　Fiber Channel network (FC-2)。iFCP 采用IP 网络将FCP的传输层　FC-2替换掉，但保留了上层(FC-4) 的信息。这一工作是通过将已有的光纤通道传输服务和 TCP/IP映射完成的。根据iFCP的协议的封装模式：FC的消息和路由服务在Gateway终止，在iFCP的网络中本地和远端的SAN 网络是独立的两个网，而不会合并到一起。Gateway会通过iFCP将FC的服务转换成纯粹的的 TCP/IP的进程。由于采用了FC的服务和 TCP/IP映射，iFCP就可以采用完全网络化的连接而不必象FCIP一样采用点对点的隧道模式，同时也不必用到光纤通道网的元素。iFCP主要是为已经有很多光纤通道设备（如HBA卡，光纤存储系统以及光纤通道交换机）并想实现拥有与IP网互联的灵活性和设计。iFCP 既能实现SAN网络的IP互联，也能很自由地使用TCP/IP 网络来替代光纤通道的SAN网络。iFCP 比　FCIP提供了更大的灵活性，但协议也比 FCIP更为复杂。iFCP 提供了光纤通道网络利用 IP 网络实现设备与设备之间的通讯，相对于只提供SAN和SAN之间通讯来说，iFCP提供了更大的灵活性。例如 iFCP可以为每一对N_Port 和 N_Port 的连接提供建立TCP进程，这一连接可以被设置为拥有自己的Quality of Service (QoS服务质量) 特性。如采用 SAN与SAN 之间的通讯，不同的连接之间则不能设定优先级。采用多TCP连接的模式对于iFCP 而言非常重要，因为它相对与单连接的模式而言，提供了更高的带宽和吞吐量。采用单连接的模式，单一的TCP进程连接了多个 SAN 网络，也就是连接了多个N_Port 到 N_Port 的进程。一旦由于网络拥挤导致连接断掉，会影响到整个网络和所有的使用这个隧道的 N_Port 到 N_Port 的进程。光纤通道设备依赖于光纤通道通用协议（FC-FS），FCIP就采用了 FCP协议本身提供的光纤通道通用协议（FC-FS），iFCP提供了同等与FC-GS的IP协议。例如，Internet Storage Name Service（iSNS）就是由IP协议提供的与光纤通道兼容的存储命名服务。iSNS 处理光纤通道的命名服务请求，并且为主要的IP 存储协议如iFCP和iSCSI提供基于IP网络的存储命名服务。命名服务器的数据包括所有iFCP存储对象的诸如发现域（分区），光纤通道设备， N_ports，网关等，并维护安全和访问控制信息。总结FCIP 和iFCP协议都是为了扩展现有的光纤通道存储网络而发展的协议，它们采用了不同的实现方法。FCIP 是基于隧道技术的协议，完整的FCP 包在IP包中封装，它采用了FCP本身提供的服务，可以将不同的 SAN网络合并成为一个完整的网络。 FCIP协议简单可靠。iFCP则仅采用了FCP 协议中FC-4以上的部分，下层协议完全由IP来提供，它可以实现设备到设备之间的连接。可以提供更加灵活的QoS和安全机制，但协议更复杂。无论是 FCIP或iFCP都能够很好地利用现有的IP数据网，实现SAN网络的延伸。