光纤网络的相关知识

陌路散爱 提交于 2020-04-08 11:02:40

FC(Fibre Channel)是美国国家标准协会(ANSI)制定的一种串行数据协议,它是高性能的混合接口,它支持FDDI(光纤分布式数据接口),PI(高效并行接口),IPI(智能外围接口),SCSI(小型计算机系统接口),ATM(异步传输模式)等多种高姐协议,可实现大容量,高速度和高效的信息传输。FC的最大特性就是将网络和设备的通信协议与传输物理介质隔离开,多种协议可以在同一物理连接上传输,高性能存储体和宽带网络使用单一的I/O接口互联。同时,它还支持热插拔。

FC由五个功能不同的层次组成:

FC-0,为最底层,定义物理连接,包括光纤、连接器等的物理特性,传输速度和光电参数等。

FC-1,定义了传输协议包括串行的编解码原理,特殊字符和错误可控制。

FC-2,信号协议层,定义了端口之间转移的数据帧格式和协议。

FC-3,公共服务层,被用了提供高级特性所需求的公共服务,例如,多点广播(发送一个信息到多个端口)等。

FC-4,FC结构中的最高层,定义了能执行光纤通道的应用接口。例如,SCSI, IPI, IP, ATM等。

FCoE(Fibre Channel over Ethernet)以太网光纤通道。是由数家IT厂商向美国国家标准协会(ANSI)T11委员会提交的一种新技术标准的提,2009年6月标准完成(FC-BB-5)。FCoE基于FC模型而来,仍然使用FSPF和WWN/FC ID等FC的寻址与封装技术,只是在外层新增加了FCoE报头和Ethernet报头封装和相应的寻址动作,可以理解为类似IP和Ethernet的关系。

FCoE标准定义了数据平面封装与控制平面寻址两个部分。寻址是指,FCoE使用FIP(FCoE Initialization Protocol)进行初始化连接,FIP运行于VFPort和VNPort之间或VEPort之间,所谓的V就是FC的接口角色中的名称前面加了个Virtual。FIP在接口使能后一共做了三件事:

1、使用本地VLAN(如VLAN1)确认FCoE数据报文将要使用的VLAN ID。

2、和FCF建立连接。

3、FLOGI/FDISC(Discover Fabric Service Parameters,FC节点设备第一次向FC交换机注册请求FC ID时使用FLOGI,后面再续约或请求其他FC ID时都使用FDISC)

FCF(Fibre Channel Forwarder)是FCoE里面重要的角色,可以是软件或者芯片硬件实现,需要占用Domain ID,处理FCoE交换机中所有与FC相关的工作,如封装解封装和FLOGI等。

Enode是指网络中所有以FCoE形式转发报文的节点设备,可以是服务器CAN网卡、FCoE交换机和支持FCoE的存储设备。FCoE外层封装的Ethernet报头中MAC地址在Enode间是逐跳的,而FC ID才是端到端的。

与三层交换机中的VLAN接口一样,每个FCF都会有自己的MAC,由于FC ID是FCF分配给Enode的,继承下来的终端Enode MAC也是由FCF分配的并具有唯一性,这个地址叫做FPMA(Fabric Provided MAC Address)。FPMA由两部分组成,FC-MAP与FC ID,结构如下所示,这样当FCoE交换机收到此报文后可以根据FC-MAP判断出是FC报文,直接送给FCF,FCF再根据FC ID查表转发,处理起来更简单,每个FCF下联的Enode终端最多也就255个(00-FF)。

FCoE技术标准可以将光纤通道映射到以太网,可以将光纤通道信息插入以太网信息包内,从而让服务器-SAN存储设备的光纤通道请求和数据可以通过以太网连接来传输,而无需专门的光纤通道结构,从而可以在以太网上传输SAN数据。FCoE允许在一根通信线缆上传输LAN和FC SAN通信,融合网络可以支持LAN和SAN数据类型,减少数据中心设备和线缆数量,同时降低供电和制冷负载,收敛成一个统一的网络后,需要支持的点也跟着减少了,有助于降低管理负担。它能够保护客户在现有FC-SAN上的投资(如FC-SAN的各种工具、员工的培训、已建设的FC-SAN设施及相应的管理架构)的基础上,提供一种以FC存储协议为核心的I/O整合方案。

FCoE面向的是10G以太网,其应用的优点是在维持原有服务的基础上,可以大幅减少服务器上的网络接口数量(同时减少了电缆、节省了交换机端口和管理员需要管理的控制点数量),从而降低了功耗,给管理带来方便。此外它还提高了系统的可用性。FCoE是通过增强的10Gb以太网技术变成现实的,我们通常称之为数据中心桥接(Data Center Bridging,DCB)或融合增强型以太网(Converged Enhanced Ethernet,CEE),使用隧道协议,如FCiP和iFCP传输长距离FC通信,但FCoE是一个二层封装协议,本质上使用的是以太网物理传输协议传输FC数据。最近在以太网标准方面也取得了一些进展,并有计划增强,如在10Gb以太网上提供无损网络特征,进一步推动FCoE的发展。

基于以太网光纤通道(Fibre Channel over Ethernet,FCoE)允许企业保留现有的FC基础架构,继续使用现有的FC管理工具,并以更低的价格提供相同的性能(采用数据中心以太网)。FCoE技术是基于美国国家标准协会(ANSI)的X3.230-1994标准(ISO 14165-1),而创建的基于块的网络方式。该技术详细定义了在服务器、转换器和存储子系统(例如,磁盘列阵或磁带库)之间建立网络结构所需的连接和信号。光纤通道几乎可以传输任何大小的流量。

FCoE采用光纤、同轴铜质电缆或者双绞合铜质电缆,以1Gbps、2Gbps、4Gbps和最新的10Gbps速率传输SAN数据。同时,延迟时间短,尽量缩短数据请求和发送的迟缓时间。例如,典型的FCoE转换所产生的延时仅有数微秒。正是由于FCoE结合了高速度与延迟性低的特点,在时间敏感或交易处理的环境中,光纤通道成为理想的选择。同时,这些特点还支持强大的扩展能力,允许更多的存储系统和服务器互连。光纤通道同样支持多种拓朴结构,,既可以在简单的点对点模式下实现两个设备之间的运行,也可以在经济型的仲裁环下连接126台设备,或者(最常见的情况)在强大的交换式结构下为数千台设备提供同步全速连接。在同一个SAN中,很容易实现不同拓朴结构和光缆类型的混合连接。

光纤通道被认为是一种非常可靠的SAN技术。通常而言,主机总线适配器卡(HBA)和交换机的性能非常强大,将设备故障率降到最低。光纤通道SAN结构允许多重连接线路和冗余线路,所以,如果某个硬件出现故障或电缆出现问题,可以找到一条新的通道,这样传输转换到另外一个通道,可以保持存储和应用程序之间的连接(可能性能会有所下降),直到故障排除。另外,多重连接可以进行合并,以获得更好的带宽。例如,将两个2Gbps的连接进行合并,可以有效地达到一个4Gbps数据带宽的性能。这种多重或冗余连接的可行性,能够在SAN系统卸载流量时,均衡负载,并且能够动态地调整繁忙通道(瓶颈)利用较少使用的通道进行传输。

安全是光纤通道技术的另一个重要特性。“网络”将多种设备互连通信。但是在SAN结构中,最好是不要让每台服务器去识别或访问SAN中的LUN(逻辑单元号)。在实际的使用中,LUN必须进行设置,只能让特定的应用程序看到,所以,设置安全性是存储准备过程中极其重要的一环。通过实行分区,光纤通道网络中的设备可以互相识别。通过限制终端设备的可视性,服务器(主机)只能看到和访问分配在同一个分区的存储设备。一旦SAN被分区,LUN就会被掩码保护,这样每一台主机服务器只能看到特定的LUN。

FCoE技术在网络中有两种部署模式,如图1所示。

 
   图1. FCoE技术的两种部署模式

服务器网络接入层部署FCoE,目的是实现服务器I/O整合,简化服务器网络接入层的线缆设施。服务器安装支持FCoE的10GE CNA(融合网络适配器,是将多种网络协议通过以太网线加以传输的服务器卡)网卡,并连接到接入层FCoE交换机,接入层交换机再分别通过10GE链路和FC链路连接到现有的LAN和SAN。

整网端到端(接入—汇聚—核心)的FCoE部署。FCoE技术的应用范围扩大到整网,除接入层交换机外,汇聚核心层交换机也支持FCoE功能;除服务器外,存储设备也逐渐支持FCoE接口。由此实现了LAN与SAN的融合,简化了整网基础设施。

转自:http://wangboxyk.cn/post/FC-guangxian-wangluo.html

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