? ? ? 在前面文章中已經(jīng)講過，Fibre Channel over Ethernet(FCoE)是一個把Fibre Channel中的幀封裝到一個增強的以太網(wǎng)(Ethernet)中的傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它應(yīng)來組建存儲網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于FCOE技術(shù)的介紹網(wǎng)絡(luò)上非常多資料，但大多都比較分散。本文通過幾個FCoE的技術(shù)細(xì)節(jié)，將存儲網(wǎng)絡(luò)FCoE中必須要了解的知識進(jìn)行整理和總結(jié)，方便小伙伴們學(xué)習(xí)和查閱。

???? FCoE旨在通過以太網(wǎng)直接傳輸光纖協(xié)議，讓存儲網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)可輕易跨越光纖和以太網(wǎng)的界限，通過同一種物理介質(zhì)(以太網(wǎng)絡(luò))進(jìn)行傳輸，同時保留了FC中的上層協(xié)議的特性，例如數(shù)據(jù)一致性，流控制等，但不使用原先光纖網(wǎng)絡(luò)的物理線路與接口。目的在于降低用戶在存儲網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和管理方面的成本和復(fù)雜性。

? ? ? 但是FCoE和FC協(xié)議又存在很多區(qū)別，如FC協(xié)議是運行在傳統(tǒng)的FC SAN的存儲網(wǎng)絡(luò)中。而FCOE則是運行在以太網(wǎng)的存儲協(xié)議。FC協(xié)議是運行在FC網(wǎng)絡(luò)中，所有的報文都是運行在FC通道中。在以太網(wǎng)中存在各種協(xié)議報文，有IP，ARP等傳統(tǒng)以太網(wǎng)協(xié)議，而FCOE是運行要在增強以太網(wǎng)中需要創(chuàng)建一個虛擬的FC通道來承載FCOE報文。

? ? ? FCOE保留了FC-2以上的協(xié)議棧，把FC中的FC-0和FC-1用以太網(wǎng)的鏈路層取代。因為FC的FC-0作用是定義承載介質(zhì)類型，FC-1作用是定義幀編解碼方式，這兩層是在FC ?SAN網(wǎng)絡(luò)傳輸時需要定義的方式。而FCOE是運行在以太網(wǎng)中，所以不需要這兩層處理，而是用以太網(wǎng)的鏈路層取代這兩層處理。

? ? ? FCOE和FC的幀結(jié)構(gòu)唯一不同的就是FCOE就是在FC幀外層在封裝上一層以太網(wǎng)報頭。實際上，FCoE的優(yōu)勢顯而易見，下面也簡單總結(jié)下。

? ? ? 部署FCoE以后，企業(yè)只需要使用以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)，而不是原來使用光纖網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)合。同時減低線路的總數(shù)，主機(jī)端接口卡(HBA，網(wǎng)卡)等的總數(shù)。而這兩者會被集成為同一個接口設(shè)備?–融合網(wǎng)卡Converged Network Adapter(CNA)用來同時處理FC協(xié)議和TCP/IP協(xié)議，從而保證在同一個主機(jī)接口上對存儲網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離。

? ? ? 另外，未來FCoE可能會提供相比FC網(wǎng)絡(luò)更大的帶寬，FCoE目前起始就是用10 Gb的以太網(wǎng)，而40 Gbps和100 Gbps的以太網(wǎng)也已經(jīng)推出，相對FC網(wǎng)絡(luò)方面，8Gb和16Gb是主流，最新的32Gb也剛剛出現(xiàn)，但相對也在起步階段的100Gb以太網(wǎng)來說還是稍遜不少。

? ? ? 由于以太網(wǎng)是可以容忍網(wǎng)絡(luò)丟包的，但是FC協(xié)議不允許出現(xiàn)丟包，那么FCOE做為以太網(wǎng)中傳輸?shù)腇C協(xié)議來說同樣是繼承了這點特點不允許丟包。所以想要FCOE協(xié)議可以正常的運行在以太網(wǎng)絡(luò)中就需要對以太網(wǎng)做一定的增強來避免丟包?，這種以太網(wǎng)叫增強型的以太網(wǎng)。

? ? ? 由于FCOE是運行在以太網(wǎng)中的存儲協(xié)議，要讓FCOE能正常的運行在以太網(wǎng)中，就需要FIP初始化協(xié)議來獲取FCOE運行的相應(yīng)vLAN，與哪個FCF建立虛通道，和虛鏈路的維護(hù)等。所以從這方面來講FCOE比FC多了一個FIP的初始化協(xié)議?。?

? ? ? 簡單的說FCOE協(xié)議就是指FC協(xié)議承載在以太網(wǎng)上的一種新型的協(xié)議，那么要讓FC協(xié)議正常的在以太網(wǎng)中運行，需要協(xié)商一些參數(shù)以便更好的在以太網(wǎng)上運行。FIP的作用就是協(xié)商這些參數(shù)。FIP初始化協(xié)議是FCoE控制平面相對FC控制平面新增的協(xié)議，協(xié)商過程包含四個階段，即vLAN發(fā)現(xiàn)、FCF發(fā)現(xiàn)、虛鏈路建立、虛鏈路維護(hù)，這四個階段主要完成以下功能如下圖所示。

第一階段vLAN發(fā)現(xiàn)

? ? ? 在FCOE網(wǎng)絡(luò)中需要將FCoE的VSAN映射到指定一個專用VLAN中，而VLAN發(fā)現(xiàn)階段就是獲取FCoE流量所使用的VLAN。

? ? ? 服務(wù)器Node節(jié)點發(fā)送一個目標(biāo)MAC為組播地址vLAN Discover Request報文，本地所有FCF(FCOE交換機(jī))都會監(jiān)聽到這個MAC地址，并對該FIP VLAN Discovery 進(jìn)行響應(yīng)，響應(yīng)報文中攜帶了FCOE協(xié)議可以使用VLAN信息。獲取FCoE流量所使用的VLAN；

第二階段FCF發(fā)現(xiàn)

? ? ? 這個階段的作用是發(fā)現(xiàn)本地所有的FCF優(yōu)先級最高的設(shè)備并與其建立虛鏈路。經(jīng)過上一階段vLAN發(fā)現(xiàn)后，從這個階段開始，FCoE報文所攜帶的vlan就是上面協(xié)商的vLAN ID。

? ? ? 服務(wù)器Node節(jié)點發(fā)送一個目標(biāo)MAC為組播地址Soliciation 報文，本地所有FCF(FCOE交換機(jī))都會監(jiān)聽到這個報文，并對其回應(yīng)一個Nnicast Advertisement報文，這個報文中攜帶了FCF優(yōu)先級，FCF MAC等信息。Node節(jié)點收到多個Advertisement報文之后，會選擇一個優(yōu)先級最高的設(shè)備與其建立虛鏈路。這里要注意的是FCF也可能定期的發(fā)送組播Advertisement報文。

第三階段虛鏈路建立

? ? ? 這個階段是用于建立虛鏈路vLINK。FCOE與FC不同，需要在以太網(wǎng)通道中建立一個虛擬的FC通道用于傳輸FCOE報文。這個階段有兩種情況。

• 如果服務(wù)器Node節(jié)點的接口是物理接口就使用FLOGIC報文進(jìn)行登錄

• 如果是服務(wù)器Node節(jié)點虛擬出的NPIV接口就使用Fdisc報文進(jìn)行登錄建立虛鏈路。

  
  

? ? ? 但是兩種情況的作用都是一樣的，建立虛鏈路，他們之間的區(qū)別是一個是物理接口使用的注冊報文，一個是虛擬接口使用的注冊報文。FCF收到Node發(fā)送的Flogic/Fdisc報文后，會回復(fù)一個確認(rèn)報文，報文中攜帶了分配給Node節(jié)點的FC_ID。所以實際上這個階段有兩個作用，一個是建立虛鏈路一個是分配FC_ID。

最后階段虛鏈路維護(hù)

? ? ? 同其他很多協(xié)議一樣，FCOE也需要一個機(jī)制來保活鄰居，這就是這個階段的作用。在建立虛鏈路后，就會啟動保活定時器，Node節(jié)點會定期發(fā)送Keeplive報文，默認(rèn)情況下8000ms發(fā)送一次Keeplive，當(dāng)2.5倍的Keeplive時間內(nèi)也就是20s內(nèi)FCF沒有收到Node節(jié)點發(fā)出的Keeplive報文，FCF認(rèn)為Node已經(jīng)掉線，會馬上發(fā)送clear vlink的報文，清除虛鏈路。

? ? ? 在FCoE數(shù)據(jù)傳輸?shù)?strong>每個節(jié)點上(網(wǎng)卡，交換機(jī))都需要啟用巨幀Jumbo Frame以支持封包以后的以太網(wǎng)幀的傳輸(以太網(wǎng)原來默認(rèn)幀最大1500字節(jié)，傳輸FC幀需要2112)。不同的廠商的產(chǎn)品默認(rèn)的巨幀MTU有所不同，比如思科的Nexus默認(rèn)值是2158。

???? FCoE其實不能運行于普通的10/100Mb、1Gb和10Gb的以太網(wǎng)絡(luò)，因為普通的以太網(wǎng)并不是Lossless Ethernet，它不包含任何重傳(重傳由上層的TCP協(xié)議控制)和流控制技術(shù)， 保證傳輸?shù)裙δ堋?/p>

? ? ? 以太網(wǎng)使用到了一種叫做PAUSE的機(jī)制，PAUSE機(jī)制可以防止瞬時過載導(dǎo)致緩沖區(qū)溢出時不必要的幀丟失，實現(xiàn)了一種簡單的停-等式流量機(jī)制，來提高傳輸?shù)馁|(zhì)量。而原有的PAUSE機(jī)制在決定對特定端口進(jìn)行停-起的操作的時候并沒有一個優(yōu)先級的控制。

? ? ? 增強的以太網(wǎng)解決這個問題，在原有的以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加了一些擴(kuò)展的協(xié)議機(jī)制，使得讓以太網(wǎng)更適合存儲網(wǎng)絡(luò)。這種控制機(jī)制主要包括以下幾種。

• Priority Flow Control(IEEE 802.1Qbb)和Enhanced Transmission Selection(IEEE 802.1Qaz)，它們的作用是可以對幀的傳輸優(yōu)先級進(jìn)行調(diào)整。例如將存儲網(wǎng)絡(luò)的幀的優(yōu)先級調(diào)高，獲得更高的帶寬，以保證存儲網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量。

• Congestion Notification(IEEE802.1Qau)作用是對以太網(wǎng)中造成沖突的源和目標(biāo)端同時叫停的機(jī)制。

• 增強的以太網(wǎng)還提供了二層網(wǎng)絡(luò)的多路徑機(jī)制，替代原有Spanning Tree Protocol(STP)只支持單路徑。

?

? ? ? FC協(xié)議和FCOE協(xié)議雖然兩者是不同協(xié)議，但是他們之間還是有相應(yīng)聯(lián)系，FCoE仍然保留了FC中N_Port、F_Port、E_Port的結(jié)構(gòu)以及FC的管理模式，所以在上層處理和FC是沒有區(qū)別的。

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• N_Ports(HBA和存儲FC前端口)在FCoE中叫做VN_Ports(CNA和存儲FCoE端口)

• F_Ports(Fabric端口)在FCoE中叫做VF_Ports(FCoE交換機(jī)的端口)

• E_Ports(FC交換機(jī)到FC交換機(jī))在FCoE中叫做VE_Ports(FCoE以太網(wǎng)交換機(jī)互聯(lián)的端口)。

???? 如果你的企業(yè)在以太網(wǎng)上部署存儲且規(guī)模不是很大，iSCSI和NAS分別是在B塊和文件端很好的選擇。如果您的企業(yè)已經(jīng)有更大規(guī)模的存儲網(wǎng)絡(luò)，在新建基礎(chǔ)架構(gòu)的情況下，使用融合的FCoE網(wǎng)絡(luò)可以同時兼顧塊和文件存儲，10Gb的速度可以同時用來支持FCoE，iSCSI，NAS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實際上，以太網(wǎng)的高速發(fā)展也會使得企業(yè)在部署FCoE上也取得了一些成效。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的“FCoE全解系列”之关键特性和技术分析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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