詳細(xì)解析FCoE協(xié)議

申請(qǐng)免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

要不是能夠推動(dòng)成本或性能優(yōu)勢(shì)的發(fā)展，新技術(shù)很難取代已有的的成熟技術(shù)。例如，盡管令牌環(huán)（Token Ring）相較以太網(wǎng)有更高的性能（16Mb/s vs. 10Mb/s）和更強(qiáng)的功能，但以太網(wǎng)依仗其規(guī)模經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)在局域網(wǎng)傳輸領(lǐng)域上順利取代了令牌環(huán)。相比較之下，ATM網(wǎng)絡(luò)也無法取代以太網(wǎng)成為桌面系統(tǒng)的連接標(biāo)準(zhǔn)，這主要是由于它無法與以太網(wǎng)龐大的安裝基礎(chǔ)相兼容?！　?/P>

ATM的LANE（局域網(wǎng)仿真）實(shí)在存在太多問題。盡管InfiniBand以高性能的服務(wù)器集群應(yīng)用證明了它在高端用戶中的價(jià)值，但是它一直無法在局域網(wǎng)或存儲(chǔ)局域網(wǎng)傳輸上與其它技術(shù)相抗衡。InfiniBand獨(dú)特的布線方式和高速傳輸模式下的距離限制使得IT管理者們紛紛放棄高攀的念頭。

光纖通道作為一項(xiàng)成功的技術(shù)解決了許多與高性能數(shù)據(jù)塊傳輸相關(guān)的難題。畢竟，光纖通道是一種模擬數(shù)據(jù)中心大型機(jī)環(huán)境的傳輸架構(gòu)。大多的傳輸通道往往都是以高帶寬和低負(fù)荷為手段，在最大程度上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心環(huán)境中大量數(shù)據(jù)的高效傳輸。為了保持穩(wěn)定一致的性能，光纖通道借助包括Buffer-to-buffer Credit等在內(nèi)的內(nèi)部機(jī)制來降低網(wǎng)絡(luò)阻塞的潛在影響。

如果丟失一個(gè)幀，光纖通道不會(huì)像TCP一樣馬上停止直到恢復(fù)丟失的幀，而是以數(shù)千兆的傳輸速率重新發(fā)送整個(gè)序列的幀。光纖通道擁有一系列領(lǐng)先的存儲(chǔ)機(jī)制，例如自動(dòng)尋址、設(shè)備發(fā)現(xiàn)、光纖架構(gòu)和狀態(tài)變更通知等，這些機(jī)制為主機(jī)（服務(wù)器）和目標(biāo)設(shè)備（存儲(chǔ)系統(tǒng)）之間的交換處理提供了便利。

光纖通道也為高可靠和高可用性架構(gòu)引進(jìn)了一系列更高層的服務(wù)。光纖路由協(xié)議、基于策略的路由、基于硬件的中繼、虛擬光纖網(wǎng)絡(luò)、光纖網(wǎng)絡(luò)安全以及故障隔離等服務(wù)都成為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定傳輸?shù)幕A(chǔ)。針對(duì)存儲(chǔ)虛擬化和數(shù)據(jù)保護(hù)所提供的，基于光纖網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用服務(wù)也進(jìn)一步促進(jìn)了存儲(chǔ)管理的簡(jiǎn)化及自動(dòng)化。光纖通道標(biāo)準(zhǔn)和符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品均針對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化，最大程度上提高了數(shù)據(jù)的性能和可用性。

因此，基于光纖通道的SAN為全球主要的企業(yè)和學(xué)院提供著強(qiáng)大的技術(shù)支持。

最近業(yè)內(nèi)發(fā)布了一項(xiàng)新的光纖通道標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)在以太網(wǎng)上運(yùn)行光纖通道協(xié)議。這項(xiàng)名為FCoE（Fibre Channel over Ethernet ）協(xié)議希望能在現(xiàn)有光纖通道的成功基礎(chǔ)上，借助于以太網(wǎng)的力量重新保持自身在數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)局域網(wǎng)中的霸主地位。一些業(yè)內(nèi)分析人士表示，F(xiàn)CoE是光纖通道廠商與iSCSI陣營(yíng)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的新嘗試。畢竟iSCSI也是通過以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)存儲(chǔ)塊。

然而當(dāng)我們拿FCoE與iSCSI做比較時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上這兩個(gè)協(xié)議解決是完全不同的問題。iSCSI通過TCP/IP協(xié)議在可能產(chǎn)生損耗或阻塞的局域網(wǎng)和寬帶網(wǎng)上傳送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)塊。相比之下，F(xiàn)CoE則只是利用了以太網(wǎng)的拓展性，并保留了光纖通道在高可靠性和高效率方面的優(yōu)勢(shì)。屆時(shí)這些優(yōu)勢(shì)還將在10G以太網(wǎng)上有更好的體現(xiàn)。我們目前暫且將其稱為CEE（Converged Enhanced Ethernet）。

FCoE并不是要代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光纖通道技術(shù)，而是在不同連接傳輸層上對(duì)光纖通道進(jìn)行拓展。正如圖1所示，F(xiàn)CoE的價(jià)值在于在同樣的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)體系上用戶有權(quán)利選擇是將整個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)全部當(dāng)成傳輸存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與信號(hào)的專用局域網(wǎng)，或是作為混合存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、信息傳送、網(wǎng)絡(luò)電話、視頻流以及其它數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓灿镁W(wǎng)絡(luò)。FCoE的目標(biāo)是在繼續(xù)保持用戶對(duì)光纖通道SAN所期望的高性能和功能性的前提下，將存儲(chǔ)傳輸融入以太網(wǎng)架構(gòu)。FCoE還特別針對(duì)刀片服務(wù)器平臺(tái)提供了一種簡(jiǎn)化接口和布線的方法。

FCoE目前已經(jīng)正式提交給了管理光纖通道標(biāo)準(zhǔn)的官方組織--美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（ANSI）T11 委員會(huì)進(jìn)行審批。并且會(huì)收錄到新的Fibre Channel Backbone Generation 5 （FC-BB-5）規(guī)范中。由于FCoE具備了新一代增強(qiáng)形以太網(wǎng)的眾多優(yōu)勢(shì)，所以這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的審批需要與管理以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）保持密切合作。

早期業(yè)內(nèi)就在以太網(wǎng)存儲(chǔ)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化方面做過很多努力，但限于當(dāng)時(shí)百兆或千兆以太網(wǎng)性能而均未能如愿。例如在2001年，Nishan Systems公司開發(fā)了針對(duì)局域網(wǎng)或數(shù)據(jù)中心的mFCP（metro Fibre Channel Protocol）協(xié)議以及針對(duì)廣域應(yīng)用的Internet光纖通道協(xié)議（iFCP）。mFCP 支持在基于以太網(wǎng)的光纖通道上應(yīng)用UDP和IP協(xié)議，但是mFCP中缺少TCP中其它的用于數(shù)據(jù)包恢復(fù)的協(xié)議。

mFCP 協(xié)議假設(shè)以太網(wǎng)基礎(chǔ)體系本身的設(shè)計(jì)已經(jīng)可以避免網(wǎng)絡(luò)阻塞，并且具備基本的流量控制機(jī)制將丟幀減到最低。如果確實(shí)發(fā)生了丟幀，mFCP協(xié)議將會(huì)借助上層的光纖通道協(xié)議對(duì)適當(dāng)?shù)膸蛄凶龀鲋貍鞯幕貞?yīng)。除IP路由層之外，mFCP 協(xié)議的實(shí)際運(yùn)作與光纖通道Class-3的未確認(rèn)服務(wù)（Unacknowledged Service）相類似。

盡管iFCP 協(xié)議被廣泛地應(yīng)用于災(zāi)難恢復(fù)及其它遠(yuǎn)程存儲(chǔ)應(yīng)用，但由于10G以太網(wǎng)還在建設(shè)之中，所以mFCP無法在1 Gb/s的速率下得很好的效果。但mFCP 的主要優(yōu)點(diǎn)在于它可以整合以太網(wǎng)和光纖通道SAN，提高光纖通道協(xié)議棧的效率。

此外還有一些其它的小眾協(xié)議試圖將存儲(chǔ)協(xié)議直接與以太網(wǎng)相結(jié)合，如AoE協(xié)議和HyperSCSI以太網(wǎng)存儲(chǔ)協(xié)議。但這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)僅限定于低性能存儲(chǔ)應(yīng)用。例如HyperSCSI借助SCSI協(xié)議來驗(yàn)證和恢復(fù)傳輸錯(cuò)誤，所以在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域缺乏光纖通道協(xié)議的優(yōu)勢(shì)。

基于以太網(wǎng)的蛻變

光纖通道和以太網(wǎng)傳輸都是使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議（第二協(xié)議層）。在OSI七層模型中，第一協(xié)議層是傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的物理媒介，第二協(xié)議層是成幀協(xié)議（Framing Protocol ），當(dāng)上層協(xié)議處理網(wǎng)絡(luò)路由和會(huì)話管理等更高層級(jí)服務(wù)時(shí)，本層協(xié)議會(huì)立即作用于下層介質(zhì)。因?yàn)槊總€(gè)附加協(xié)議層都會(huì)帶來更多的協(xié)議處理和開銷，所以第二協(xié)議層是從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)快速傳輸數(shù)據(jù)的最為快捷的途徑。

光纖通道作為鏈路層傳輸協(xié)議，最初是專門被設(shè)計(jì)用來保證數(shù)據(jù)中心傳輸通道的高效率。這其中多方面原因的。首先，在千兆或數(shù)千兆的速率下，網(wǎng)絡(luò)需要一個(gè)流控機(jī)制來避免網(wǎng)絡(luò)阻塞引起的丟幀問題。光纖通道借助Buffer-to-buffer Credit解決了流控制問題。一端設(shè)備只有當(dāng)接收方的緩沖區(qū)已清空并且發(fā)出接收準(zhǔn)備信號(hào)（（R_RDY））后才能發(fā)送附加幀。其次，光纖通道結(jié)構(gòu)從本質(zhì)上來說是一個(gè)獨(dú)立的子網(wǎng)，專門處理在數(shù)據(jù)中心內(nèi)的主機(jī)與目標(biāo)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊問題。盡管現(xiàn)在光纖通道有SAN到SAN交流的輔助路由能力，但光纖通道路由使用的是網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換協(xié)議 （Network Address Translation，NAT），而不是上面第三層的路由協(xié)議。

光纖通道技術(shù)在這幾年時(shí)間中，發(fā)展出了很多更適用于存儲(chǔ)需求的更高層功能。例如，基于每臺(tái)光纖通道交換機(jī)都配備的簡(jiǎn)單域名服務(wù)（Simple Name Service，SNS），就為發(fā)起者尋找目標(biāo)資源提供了設(shè)備發(fā)現(xiàn)機(jī)制?；诙丝诨騑WN（World Wide Name）的分區(qū)實(shí)現(xiàn)了不同存儲(chǔ)單位間的彼此隔離，防止未授權(quán)服務(wù)器與特定存儲(chǔ)資產(chǎn)之間通信。

注冊(cè)狀態(tài)變化通告（Registered state change notifications，RSCNs）提供了一種將服務(wù)器與存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)系統(tǒng)相鏈接的方式。通信重路由（Fabric Shortest Path First ，F(xiàn)SPF）協(xié)議可在多臺(tái)交換機(jī)架構(gòu)下建立最佳的路徑。并允許多在多臺(tái)交換機(jī)之間進(jìn)行多重連接，以提高帶寬。具備故障隔離的光纖路由實(shí)現(xiàn)了各個(gè)獨(dú)立SAN間的資源共享。虛擬光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以使不同部門或應(yīng)用程序之間共享一個(gè)公共的SAN，而相互不受影響與限制。

為了保持此前光纖通道所具備的傳輸優(yōu)勢(shì)和以存儲(chǔ)為中心的特征，F(xiàn)CoE需要對(duì)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)和相應(yīng)的控制器進(jìn)行重大的改進(jìn)，以提供設(shè)備發(fā)現(xiàn)、通知（Notification）、安全和其他高級(jí)存儲(chǔ)服務(wù)。如果以太網(wǎng)可以滿足數(shù)據(jù)中心的苛刻要求的話，那么通過以太網(wǎng)封裝光纖通道幀的FCoE協(xié)議就完全能夠成為終端到終端傳輸（FCoE發(fā)起者與FCoE目標(biāo)直接通信）或網(wǎng)關(guān)應(yīng)用（FCoE發(fā)起者通過網(wǎng)關(guān)與光纖通道目標(biāo)設(shè)備通信）最簡(jiǎn)單直接的解決方法。但是為了使用戶實(shí)施成為可行，那些光纖通道上的高級(jí)服務(wù)必須得到保留。

防止丟包

FCoE發(fā)展過程中所遇到的第一個(gè)挑戰(zhàn)是將通過本地光纖通道的Buffer-to-buffer Credits特性所實(shí)現(xiàn)的流控制機(jī)制得以延續(xù)。雖然以太網(wǎng)交換機(jī)沒有相對(duì)應(yīng)的緩沖到緩沖機(jī)制，但以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)可以通過支持MAC控制幀來調(diào)節(jié)流入的信息量。IEEE 802.3x 流量控制標(biāo)準(zhǔn)是基于暫停幀流量控制技術(shù)的。這個(gè)技術(shù)會(huì)使得發(fā)送者后面的傳輸內(nèi)容延遲一段特定的時(shí)間再發(fā)送，如果接收設(shè)備在這段時(shí)間過去之前清除緩沖，那么它會(huì)重新發(fā)送暫停幀，同時(shí)將終止時(shí)間歸零。這使發(fā)送者可以重新傳送直至接收到另一個(gè)暫停幀。

因?yàn)镕CoE機(jī)制必須支持存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀寫，所以所有網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)路徑下的終端設(shè)備和以太網(wǎng)交換機(jī)必須支持雙向IEEE 802.3x流控制。盡管這樣的效果可能不如Buffer-to-buffer Credits機(jī)制那么理想，但是IEEE 802.3x暫停幀可以提供對(duì)應(yīng)的功能性，來調(diào)節(jié)存儲(chǔ)流量并防止阻塞和緩沖區(qū)溢出引起的丟幀。

IEEE中的IEEE 802.3ar阻塞管理研究小組和IEEE 802.1au阻塞通知研究小組負(fù)責(zé)以太網(wǎng)阻塞問題的研究工作。特別是對(duì)于存儲(chǔ)事務(wù)來說，這有助于增強(qiáng)流控機(jī)制的服務(wù)層級(jí)質(zhì)量，使得最關(guān)鍵的任務(wù)的數(shù)據(jù)流在可能發(fā)生阻塞的情況下獲得最高優(yōu)先權(quán)。