FC总线技术简介一

FC总线技术介绍（一）在前面的介绍中，我们介绍了航空航天数据总线技术，并认为FC总线技术由于含有高速率的数据传输特性、较高可靠性、可扩展性强等特点被认为是将来航空总线发展的重要数据总线之一。因此，在接下来的几期文章中，我们将从光纤通道技术、FC-AE系列原则、FC-AE-1553及FC原则簇等方面进行具体介绍。在本期中，我们将对光纤通道的有关技术进行介绍，涉及分层构造、拓扑构造、端口类型、服务类型及端口单元等方面。1.

光纤通道介绍光纤通道航空环境(FC-AE：FiberChannelAvionicsEnvironment)是光纤通道(FiberChannel)原则开发组织制订的一簇合同族，用于具体定义可用于光纤通道航空电子环境上的(包含军事以及商业应用)专用系统。该合同将快速可靠的通道技术和灵活的、可扩展的网络技术有机融合在一起。FC合同发展至今，已经能够支持诸多上层合同和指令集，例如：MIL-STD-1553B、IP、ATM等合同以及HIPPI、IPI、SCSI等指令集，支持光纤和铜缆等多个物理介质。FC合同能够较好地实现全双工、半双工和单工的通信模式。光纤通道的基本特点以下：高带宽、多媒介、长距离传输：串行传输速率已由最初的1Gbps

提高到4Gbps

，并且正在向更高速率、更大数据吞吐量发展，合用于不同模块间大规模应用数据（如音频、视频数据流）交换；以光纤、铜缆或屏蔽双绞线为传输介质，低成本的铜缆传输距离为25m，多模光纤传输距离为0.5km，单模光纤传输距离为10km；可靠性与实时性：多个错误解决方略，32位CRC

校验，运用优先级不同适应不同报文规定，并解决媒介访问控制时的冲突，传输误码率低于10-12，端到端的传输延迟不大于10us，支持非应答方式与传感器数据传输；统一性与可扩展性：能够方便的增加和减少节点以满足不同应用需求，拓扑构造灵活，支持多层次系统互连，运用高层合同映射提高兼容和适应能力。能够把SCSI、IP、ATM等合同映射到光纤通道上，以有效地减少物理器件与附加设备的种类并减少经济成本；开放式互连，遵照统一的国际原则。光纤通道（FC）是高吞吐量、低延时、包交换及面对连接的网络技术。整个原则系列还在不停的发展，其中用于航空领域-航空电子系统环境工程（FC-AE）的合同规范已经定制了5种，分别是：无签名的匿名消息传输（FC-AE-ASM）、MIL-STD-1553高层合同（FC-AE-1553）、虚拟接口（FC-AE-VI）、FC轻量合同（FC-AE-FCLP）、远程直接存储器访问合同（FC-AE-RDMA）。2.

光纤通道分层构造光纤通道重要分为5层（FC-0到FC-4），类似于OSI的七层模型构造和TCP/IP的四层模型构造，FC合同含有五层模型构造。FC-0接口与媒体层，用来定义物理链路及特性；FC-1传输合同层，定义了编码/解码方案、字节同时和有序集；FC-2链路控制层，定义了传送成块数据的规则和机制；FC-3为通用服务层；FC-4合同映射层，定义高层合同映射到低层合同的办法。其合同分层如图1所示：图1光纤通道分层构造图FC-0层描述物理接口，涉及传送介质、发射机和接受机及其接口，FC-0层规定了多个介质和与之有关的能以多个速率运行的驱动机和接受机；FC-1层描述了8B/10B编码，该码型使控制字节与数据字节分离且可简化比特、字节和字同时；FC-2层是信令合同层，它规定了需要传送成块数据的规则和机制，在合同中，FC-2层是最复杂的一层，它提供不同类型的服务、分组、排序、检错、传送数据的分段重组；FC-3层提供了一系列服务，是光纤通道节点的多个N端口所公用的；FC-4层提供了光纤通道容量到已存在的更上层合同的映射。3.光纤通道的拓扑构造光纤通道定义了3种拓扑构造，分别是点对点（Point-to-Point）、仲裁环（ArbitratedLoop）和交换式（Fabirc）拓扑构造，如图2所示。图2光纤通道拓扑构造示意图点对点连接是3种构造中最简朴的，如图2（a）所示，通过光缆直接连接两个设备的端口，能够提供最大带宽并可实现全双工连接，可用于连接有大量持续数据传输规定的节点。仲裁环能够进行126个设备的高速连接，数据在环路的一种方向上传送，在任一时刻仲裁环只有一对端口进行通信，环中的设备只有当环处在空闲状态，才干通过仲裁获得仲裁环的使用权，一种或多个仲裁环路的网状构造能够构成混合构造。仲裁环能够作为机载系统中外部存储设备间的连接或显示阵列间的连接。能够采用集线器式的环模式提高环连接的可靠性，如果加入端口旁路功效，则可对故障结点进行旁路，进一步提高整个环的可靠性。交换式网络在三种拓扑构造中功效最强大、可靠性最高、性能最佳、带宽最大，能够连接多达1600万个设备，并且在同一时刻允许多个设备进行高速通信，但是价格昂贵些。在一条连接通道中，交换机可同时建立共享连接链路和多条直接连接通道，即能够同时进行分组交换和电路交换。各终端的端口通过点对点的双向连接与交换机端口互连，每个端口都能够最大速度与交换机的端口建立连接。光纤通道能够根据需要配备成以上三种方式的混合网络，从而提供最大程度的灵活性。4.光纤通道端口类型在光纤通道合同中，端口是通信的基本单元。所谓端口是一种节点内部的硬件实体，通过光纤通道链路和相邻的端口进行数据通信。根据端口位置和拓扑构造的不同，光纤通道合同定义了下列类型的端口：N

端口，N端口是实现整个网络的起点和入口，它是光纤通道合同中最简朴的端口，它的功效对的与否直接决定网络与否正常工作；F

端口，在光纤通道交换机中实现，为N端口之间提供管理和连接服务，是光纤通道网络中数据的中转者；L

端口，L端口存在于光纤通道环网中，环状网络中的节点共享一种公用连接光纤通道环网，目的是为了减少光纤网络的带宽费用；NL

端口和FL端口，FL端口在交换机上实现，它作为一种特殊的节点加入到光纤环网中，NL端口位于环构造内，含有N端口和L端口的双重能力。5.光纤通道服务类型光纤通道定义了6类服务，使用的类别很大程度上依赖所传输的数据类型。服务类别之间的重要区别是使用不同的流控制类型。如果两个N-Port之间进行通信或者一种N-Port要注册到交换式网络，则最少需要1类公共服务支持，由于序列和交换需要使用1类服务，且在交换式网络注册和N-Port注册的过程中信息进行了交换。第1类服务：专用连接。第1类服务建立的专用连接要由交换机维持和确保，交换机将会按照源N端口的发送次序将帧发送给目的N端口。第2类服务：复用连接。第2类服务是无连接的服务，收到数据帧后需要发送链路控制帧进行确认。在一种给定的序列内部，发射器会以持续的次序发送第2类数据帧，但是交换机可能不能确保按序传送。第3类服务：数据报。第3类服务是无连接的服务，只支持无确认的传送，在接受到正当的数据帧后不发送任何链路控制帧进行确认。在一种给定的序列内部，发射器会以持续的次序发送第3类数据帧。但是，交换机可能不能确保按次序传送。第4类服务：部分带宽。运用交换机管理部分带宽分派合同，第4类服务使用建立在交换机内部和两个正在通信的N端口之间的虚电路来彼此发送帧。在一种给定的序列内部，发射器会以持续的次序发送第4类数据帧，交换机会以和源N端口发送次序相似的次序发送帧到目的N端口。第5类服务：5类服务用于同时、即时服务。但到现在为止还没有被完整的定义，有可能会被废弃。第6类服务：多点传送连接。第6类服务允许一种N端口和多个N端口建立同时的专用连接。一旦专用连接建立，它们就要由交换机维持和确保。第6类的数据流只能由源N端口到目的N端口。全部的目的N端口会发送适宜的链路回应帧给一种多点传送服务器，多点传送服务器会收集这些链路回应帧并返回一种单独的链路回应帧给源N端口。6.光纤通道数据单元光纤通道帧和信令合同定义了3种合同数据单元：帧（Frame）、序列（Sequence）和交换（Exchange），它们之间的层次关系如图所示。图3光纤通道帧与信令合同之间的层次关系图帧都遵照通用的帧格式，其帧格式如图所示。图4帧格式示意图每个帧涉及开始分隔符，大小为24个字节的固定帧头，多个可操作服务头，从0到2112个字节的长度灵活的有效载荷，一种帧原则循环冗余码校验和一种结束分隔符。序列是从一种N端口向另一种N端口单向传送的一种或多