网络存储技术——以太网光纤通道技术

随着网络技术和存储技术的发展,数据中心的规模日益壮大。数据中心中存在着LAN、SAN和IPC三张网络,这些网络采用不同的接口技术和管理软件,这使得数据中心的管理变得非常复杂。

服务器必须具备多种类型的网络接口,以满足不同网络的服务需求,服务器与数据中心网络的连线也因此越来越多,这使得数据中心的能源消耗和制冷费随之增加,这些费用甚至超过了数据中心核心设备本身的价值。

这些问题的存在,使得数据中心网络的融合成为必然趋势。

数据中心以太网DCB

  • 网络丢包对于存储业务影响很大。将FC业务搬移到以太网上,需要以太网不丢包。
  • 如何实现不丢包?

DCB简介

  • DCB特别小组努力下,制定了IEEE 802.1Qbb、IEEE 802.1Qaz、IEEE 802.1Qau和DCBX协议。
  • 弥补了传统以太网的不足,经过增强的以太网也叫增强融合型以太网(CEE,Convergence Enhanced Ethernet)或数据中心以太网(DCE,Data Center Ethernet)

IEEE 802.1Qbb

  • IEEE 802.1Qbb提出了一种新的流量控制机制——基于优先级的流控(PFC,Priority-based Flow Control)。
  • PFC提供的是链路层的流量控制机制,它和802.3x中定义的PAUSE功能非常相似,不同的是它根据数据的类型将数据流分为八种不同的优先级,它可以根据需要对不同优先级的数据流实现独立的流量控制。
  • 当网络中某一节点发生拥塞时,该节点可以要求数据源暂停发送相应优先级的数据,但不影响别的优先级数据的发送。
  • 该流量控制机制既保证了数据的无损传输,又不会因为一个数据源发送数据过快,而导致所有的数据源都暂停发送数据。

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IEEE802.1Qaz

  • EEE802.1Qaz协议提出了增强型传输(ETS,Enhanced Transmission Selection)的概念。主要目的是提高网络服务的公平性,前面介绍的PFC流量控制机制,其实在PFC之前已经有基于优先级的流量控制机制了,只不过当时该机制主要在网桥或路由器上实现,该机制虽然有效的区分了数据的优先级别,保证了以太网的不丢包功能,但在多种优先级数据争用链路的时候,它会让优先级高的数据先发送,之后才会发送低优先级的数据,这种机制通常会导致低优先级的数据出现“饿死”现象,这样是不公平的。
  • ETS根据数据的类型,将这些数据划分到不同的优先级组中,常见的划分方法是根据以前数据中心存在的三种网络来分组,即LAN、SAN和IPC,LAN中的数据只需要尽力传输的服务就够了,而SAN中的数据要求不丢包,IPC数据对延迟很敏感。划分好优先级组后,可以对不同的优先级组分配一定的带宽,这就可以防止低优先级的数据出现“饿死”的现象。

IEEE802.1Qau

IEEE 802.1Qau协议是IEEE Std 802.1Q-2005的修订版本,目的是给LAN的虚拟桥接设备提供拥塞通知能力,从而支持对长期活跃在网络中的数据进行拥塞管理。拥塞通知(CN,Congestion Notification)为上层协议(例如FCoE协议,Fibre Channel over Ethernet)提供了端到端的拥塞管理机制。该机制将会帮助以太网成为一个真正的无损网络。

该协议中介绍了一种拥塞通知的算法——量化的拥塞通知协议(QCN,Quantized Congestion Norification protocol)。QCN的主要思路是在拥塞点(CP,Congestion Point)对数据进行采样,根据采样结果向数据源端发送拥塞通知,数据源端从拥塞通知中提取拥塞通知信息(CNM,Congestion Notification Message),来控制自己发送数据的速率,另外数据源端在没有收到拥塞通知时,会按照一定的机制提高数据发送的速率。通过拥塞通知和加速机制的配合,数据源就会逐渐找到一个数据发送速率的平衡点,这样既不会由于发送数据过快而导致链路拥塞,又有效的利用了链路带宽,不至于链路带宽的浪费。

思考题

查询QCN协议,说明数据源端是如何控制发送速率的。即具体上,速率如何增加、如何减少?

DCBX

DCBX协议制定的主要目的有三个:

一、让DCB设备“弄清”与它直接相连的另一个DCB设备的基本能力,“弄清”与之对等的DCB设备是否具备某一特征,比如是否支持优先级组(PG)或优先级流量控制(PFC)等。

二、检测DCB设备的配置是否正确,两个互连的DCB设备的某些配置可能不同。

三、配置与本DCB互连的另一个DCB,通过DCBX协议可以实现本DCB对与之互连的DCB进行某些参数的配置。

FCoE协议

T11组织制定的FC-BB-5中包含了FC-BB-E,这个协议规定了如何将FC帧映射到以太网帧。

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ENode功能模型

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FCF功能模型

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FCoE帧格式

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思考题

假设SCSI Payload长度一样,为X,分别计算iSCSI和FCoE的封装效率。

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