山重水复or柳暗花明 光纤通道存储应用简析

  近年来，随着虚拟化计算的发展和数据的急剧增长，使得数据中心得到了很大的发展，不仅仅数据的存储量急剧增加，对于数据传输速度也提出了更高的要求。一些新产品(例如固态存储SSD)和新的接口标准(如iSCSI)也随之诞生。但是作为高端的数据传输形式--光纤数据传输依然占有举足轻重的地位。那么光纤数据传输的原理是什么，光纤数据传输在高端企业存储中是怎样应用的，我们来做一下简单的解析。

光纤束

  光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管(LED)或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。我们在下图中可以看到光在光纤里面的传输示意图，当光信号从光纤的一端进入后光在光纤的内壁上发生了全反射，然后就一直这样的反射前进，一直传输大另一端。加上传输的是光信号而不是电信号，因此数据的保密性非常好，不用担心数据被窃取，也不用担心会对其他的信号和设备造成干扰，而且光纤可以传输的信号量非常大，一根细小光纤就可以同时传输传统的多股信号线所能传输的数据。由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，经常被用作长距离的信息传递。

光纤的传输原理

  由于光纤通道技术具有传输数据量大、传输速度快、信号稳定，支持热插拔的特点，因此在数据中心领域的应用历史很长，基础也非常好，因此比较大的虚拟化环境通常都倾向于选择光纤通道存储，这些用户主要还是考虑速度和可靠性的因素(光纤通道当前的带宽是8 Gbps,下一代是16 Gbps)。另外，光纤通道存储网络一直是相对独立的，因此与基于以太网的存储设备相比安全性更好。

光纤通道存储在数据中心中的应用示意图

  一般来说，光纤在存储中的应用常见的有两种模式：一是硬盘和主板芯片的通信。一直以来，硬盘和主板之间的数据传输都是由线缆来连接的，只不过按照接口标准，可以分为IDE、SCSI、SAS、SATA等几种模式。但是每种接口可以连接的设备非常有限，比如IDE接口只支持两块硬盘，而号称连接设备比较多的SCSI也最大只支持15个设备，而且传输带宽有限。在企业级存储里面，随着硬盘数目的增多，数据传输带宽成为了瓶颈，而且也会给CPU带来很大的负担。而光纤通道硬盘的出现极大缓解了这个问题，硬盘数据通过光纤连接到光纤磁盘阵列卡上，这样不仅使得机箱内部的占用空间变小，而且数据传输的准确率高，而且带宽极高，大大减少CPU的负担。

光纤通道接口的硬盘

  拥有光纤通道接口(FC, Fibre Channel)的硬盘使用光纤联接时具有热插拔性、高速带宽(4Gb/秒)、远程连接等特点。这种专业硬盘的内部传输率比普通硬盘高得多, 因为它使用了更高密度的磁盘, 拥有更高的转速，高达 171MB/秒的可持续性数据传输率，并且使用垂直记录技术, 磁密度可高达 225Gb/平方英寸 ，能提供高达4Gb/秒的带宽，这是其他磁盘所望尘莫及的。另外，光纤通道最多可连接126个设备，这也远远超过了其他的硬盘接口标准，使得大规模的磁盘部署成为现实。

戴尔的企业级光纤存储设备

  另一种模式则是存储机柜与服务器之间的数据传输，传统的数据传输经常是用基于以太网的网络来实现，但是目前基于铜缆的网络速度最高也只有千兆级别，而光纤传输可轻易的达到万兆级别，而且光纤的传输距离可以达到公里级别，因此现在很多的服务器和企业存储产品都标配了独立光纤通道。独立的光纤通道网络更安全，还有LUN zoning和LUN masking等访问控制机制，并且支持boot from SAN（从存储启动系统），服务器本地也可以不再需要硬盘。

光纤线缆和连接接口

  通过以上的分析我们可以得知，目前高速、规模大的磁盘存储部署，光纤通道拥有无法匹敌的优势，加之光纤有着超远距离的数据传输能力和更多的磁盘连接能力，目前更是无其右者。但是光纤通道需要特殊的HBA主机适配器、特殊的交换机，而且这些配件同以太网络使用的同类配件相比价格更加昂贵。并且光纤通道的组建比较复杂，对于维护人员的要求比较高，而且制作光纤接头和光纤融合都需要专门的设备，价格也非常昂贵，所以成本一直居高不下，这也是阻碍光纤通道在存储中难以大规模应用的主要原因。