我們知道在存儲區域網絡(SAN：storage area network)，主機(Host)能夠訪問后端存儲(比如CLARiiON，VNX)必備的一個前提是主機必須配備HBA卡(Host Bus Adapter)。在沒有虛擬化之前，每台物理主機自己配備HBA卡是無可厚非的事情。但是，在虛擬化流行的今天，怎么在不添加新的HBA卡的前提下把后端存儲分配給運行在物理主機上的虛擬機呢？
目前一般的做法是物理主機配備了HBA卡后，具備了訪問后端存儲的能力。后端存儲把LUN分配給物理主機(在物理主機上表現為一塊新的硬盤)，物理主機再把空間分配給運行在上面的虛擬機。從后端存儲的角度來看，它只知道哪些LUN分配給了物理主機(比如ESX Server或者Hyper-V Server)，它並不知道哪些LUN是分配給了虛擬機。所以，從存儲管理的角度來看，其管理粒度就只能到物理主機，無法到虛擬主機了。
我們需要解決的問題是，如何把后端存儲的LUN通過FC的方式直接分配給虛擬機，使得后端存儲知道哪些LUN是給哪個虛擬機。本文介紹的NPIV就是其中的一個解決方案。
注：本文只討論如何把LUN通過FC分配給虛擬機。目前，通過iSCSI是可以把LUN直接分配給虛擬機了，只是iSCSI的性能不如FC。
如何解決
解決這個問題，我們得先了解FC是如何工作的。在數據中心里，主機通常是通過FC交換機與后端存儲連接，這樣后端存儲就能同時為很多主機服務了。
組建FC網絡有兩種方式：
1. FC-AL，類似於以太網里面的令牌環網絡，總線是被連接在網絡中的設備共享的。
2. Fabric，類似於以太網里面的全交換網絡。
這里我們只討論Fabric結構的網絡。
如何理解Fabric網絡
可以把Fabric網絡認為是一個有很多FC交換機互聯在一起的網絡，每個交換機上除了用來與其它交換機級聯的口之外，其它口都是用來連接主機或者后端存儲設備(這里做了簡化，有些口是做別的用途的)。在這個網絡中，任意交換機的任意兩個端口都能直接通信，因此如果某個設備想與網絡中另外一個設備通信，只要知道目標設備位於哪個交換機的哪個端口。
當然，實際的情況是，每個連接在Fabric網絡中的設備都將獲得一個有FC交換機分配給該設備的Fabric ID，用來表示該設備在Fabric網絡的位置。Fabric ID長度為24位，可以分成3段，長度分別為8位，分別是DomainID，Area ID和PortID。
1. Domain ID 是用來區分Fabric網絡中的交換機。因此，一個交換機上所有的端口的DomainID都是一樣的。
2. Area ID是用來區分同一交換機上的不同端口組。每個FC接口都會由一塊芯片來管理，處於同一塊芯片管理的端口唯一同一Area，因此具有同樣的AreaID。
3. Port ID 就是端口的ID。
如何獲得FabricID
連接在Fabric網絡中的設備是通過FabricID來尋址目標設備的。那么連接在Fabric網絡的設備是如何獲得一個FabricID呢？
在主機與交換機的連接中，主機方的口叫做N口(Node)，位於主機的HBA卡上，一個HBA卡可以有1個或者多個端口。交換機上的口叫做F口(Fabric)。
FC協議是通過WWN(WorldWide Name)來唯一標示設備和端口的。具體到HBA卡上，HBA卡上有兩種WWN，分別是：WWNN(WorldWide Node Name)和WWPN(WorldWide Port Name)。通常來講一個HBA卡只有一個WWNN，HBA卡上每個端口都有WWPN來唯一標示該端口。
當某個端口接入到Fabric網絡中，該端口會發起一個登錄到Fabric網絡中的動作，其中包含該端口的WWPN，FC交換機會返回一個FabricID 給該端口，這個動作叫做FLOGIN。一旦該設備獲得了FabricID后，它就相當於在Fabric網絡中有了個座位，以后別的設備要發送消息給該設備，只要告訴FC交換機其FabricID就行了。
NPIV 終於出場了
做了那么多鋪墊，現在來回顧一下我們要解決的問題，“如何把后端存儲上的LUN分配給虛擬機”。根據上面關於Fabric的介紹，一個設備要想連接到Fabric網絡中，首先要通過FLOGIN(其中包含自己的WWPN)注冊到Fabric網絡中，然后FC交換機將一個可用的FabricID分配給該設備。
為了實現把LUN分配給虛擬機，虛擬機必須要有自己的FabricID，因此必須要實現下面兩點：
1. 虛擬機上得有個”虛擬HBA卡”，提供WWNN和WWPN，這樣才能登錄到Fabric網絡。
2. FC交換機得為通過同一個HBA卡連接到的Fabric網絡的這些虛擬HBA卡提供不同的Fabric ID。
NPIV的全稱是N-PortID Virtualization, N-Port ID也就是N端口登錄到Fabric網絡后獲得的FabricID。NPIV一種在主機端的技術，使得主機端的物理HBA卡上N端口可以虛擬出多個WWPN，這樣主機上物理的HBA卡能在把自己的WWPN注冊到Fabric網絡中以后，再把虛擬的WWPN也注冊到網絡中(注冊的動作是FDISC，功能與FLOGI一樣，只是名字不一樣。)，從而一個N端口上獲得多個N-PortID，所以這個技術叫做NPIV。它解決了上述兩點中的第一點。
上述第二點說明NPIV需要交換機的支持。
Windows Server 2012中的NPIV配置
在即將發布的Windows8 Server的Hyper-V中已經提供了對NPIV的支持。用戶可以在通過Hyper-V創建為虛擬機創建虛擬HBA卡，並為其分配WWNN和WWPN。具體步驟為：
1. 創建Virtual SAN
假設運行Windows8的物理機器有兩塊HBA卡，分別連接在兩個不同的SAN，比如HBA1連接到用於生產的ProductionSAN，HBA2連接到用於測試的TestSAN。運行在Windows8 Hyper-V上的虛擬機訪問SAN的范圍不能超過物理HBA卡訪問SAN的范圍。
創建VirtualSAN是對物理HBA的SAN的訪問范圍的細分，從而讓某些虛擬機只能訪問ProductionSAN，某些虛擬機只能訪問TestSAN。
如下圖，我們定義了一個NPIVtest SAN (2E)，其中指定了WWPN以2E結尾的物理HBA卡，這樣連接到這個虛擬SAN的虛擬機就只能訪問到VirtualSAN里面指定的HBA卡能訪問到的那些SAN。
2. 為虛擬機創建Virtual FC Adapter，一個虛擬機可以最多創建4個虛擬的VirtualFC Adapter，每個Adapter可以與一個VirtualSAN相連接。
3. 在Virtual FC Adapter上創建虛擬的WWPN。目前Hyper-V中所有默認的Virtual FC Adapter的WWNN都是一樣的，當然也可以修改，這也說明WWNN不是那么重要。
上述配置都是在虛擬機處於關機的狀態下配置，配置好后開機，把對應的WWPN與后端存儲放到一個Zone里面，然后就可以像物理機器一樣，為之分配LUN了。
注意：NPIV需要操作系統，HBA卡，光纖交換機都提供對NPIV的支持，環境配置相對復雜。這里只是展示了在NPIV環境搭建好的基礎上，如何為虛擬機創建虛擬的HBA卡和分配WWPN。