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什么是
FCoE
？它
是在怎样的背景之下产生的？它能给用户带来怎样的便利与好处？
以太网光纤通道
(FCoE)
技术综述
文
/
杨小朋
目前，数据中心正以前所未有的速度增长，企业级应用需要更强的计算能力，
Web
服
务成为企业面向客户的核心策略，
包括电子邮件、
文件、
以及多媒体等在内的数
据量不断增
多，等等。此外，法规遵从要求数据作较长时间的保存。所有这些要求使得运
行一个数据中
心变得日益复杂和昂贵。
与此同时，数据中心通常运行多个独立的网络：一个以太网网络（
LAN
）用于客户机到
服务器和服务器到服务器的通信；一个光纤通道的存储区域网
络（
SAN
）用于服务器和存
储设备的
通信。
为了支持各类型网络，
数据中心的服务器上需要为每种网
络配置单独的接口，
即以太网网络接口卡（
NIC
）和光纤通道主机总线适配器
(HBA)
。并且服务
器通常还具有其
他专用的网络接口，
用于管理、
备份和虚拟机即时迁移。
对这些接口提供支持需要大量接口
卡、
布线、
机架空间、
上行交换机
。
多种并行的网络架构增加了数据中心的建设成本和电力、
冷却
方面的开支以及空间的消耗，使得数据中心管理更加困难，削弱了业务灵活性。
网络融合是数据中心应对上述挑战的发展方向
(
如图
1
所示
)
。
FCoE
便是一种网络融合
的技术
，可以使得
FC
和以太网共享一个单一的，集成的网络基础设施
。
FCoE
可以为数据
中心带来显著的
业务优势：
更低的总体拥有成本
(TCO)
：
通过为
< br>LAN/SAN
流量提供统一交换网络，融合网络能够
整
合并更有效的利用以前分散的资源，通过消除不必要的交换基础设施，将服务器的
I/O
适配器与线缆的数量减少多达
50%
，
大幅减少电力和冷却成本。同时，简化的基础设施还
可以降低管理和运营的开支。
强大的投资保护：
FCoE
可以和数据中心现有的以太网及
FC
基础设施无缝互通，使用户
享受融合网络带来的优势，同时延续以太网和
FC
网络领域的架构，管理和运营最佳实践。
增强的业务灵活性：
FCoE
使得所有的服务器均能访问存储设备，在虚拟机移动的情况下
可
为虚拟机提供一致的存储连接，这样也提高了系统的灵活性和可用性。
图
1
当前
的网络架构和通过
FCoE
整合后的网络架构
< br>
以太网
LAN
与
FC SAN
设计差异比较
以太网
LAN
的设计思路
图
2.
以太网的基本模型
如图
2
所示为传统以太网
LAN
的基本模型，其特点是
“
无限制性和尽力而为
< br>”
，正是这种特
点使得以太网的拓扑结构及流量模型具有
高度灵活性。
对以太网这种特点的理解包括以下五
点。
拓扑结构。
以太
网由交换机和主机节点这两个基本元素组成，交换机之间成网状互联，主
机节点间没有预
先定义的主从访问关系。
任何一台主机都可以是发起访问的客户端，
也可以
是被访问的服务器。
传输可靠性。
传统以太网本身不保证传输可靠性，在转发层层面
采用
“
尽力而为
”
的思想，
传输可靠性由上层协议实现，例如，通过
TCP<
/p>
协议可实现报文重传机制和滑动窗口机制。
网络服务。
以太网本身只负责报文
传输，
不提供更多网络服务，
如
L4/
L7
相关网络服务由
防火墙、负载分担设备、网流分析设备等实
现。
流量模型。
对于分层（接入、汇聚
/
分布、核心）网络模型来说，
以太网既有同层间的横
向流量（如同一接入层设备的主机间互访），也有跨层的纵向流量
（如不同接入层设备的主
机跨汇聚
/
核
心的互访）。
高可用性。
通过物理上的全连接和冗余节点部署，并辅以生成树协议和动态路由协议实现
< br>环路避免和流量分担。
图
3.
局域网分层架构
由传统以太网技术构
成的局域网
/LAN
（本文主要讨论数据中心局域网），最常用
的设计模
型是
“
接入
< br>——
汇聚
——
核心
”
分层架构，如图
3
所示。
服务器采用双网卡接入方式上行到两台接入层交换机。
采用设备冗余部署方式以保证高可用性。
当网络规模较小时，核心与汇聚核心合并，形成
“
接入
/
汇聚
——
核心
”
两层架构。<
/p>
网络二层与网络三层的边界通常在汇聚交换机上。
二层网络通过生成树协议避免环路，也可以采用
N:1
虚拟化（如
H3C
IRF
）技术避免环
路。
汇聚层上通常部署各种
L4/L7
层服务，实现安全控制和应用优化。
传统
FC
SAN
设计思路
图
4. FC
SAN
的基本模型
如图
4
所示为
FC SAN
的基
本模型，其特点是
“
流向确定和可靠传输
”
。
FC
网络本身可承载
多种上层协议，如
IP
、
SCSI
等，但由于
FC
协议在标准化
之初，具备其他协议所不及的高
带宽和可靠传输特性（不丢包），这种特性满足了
SCSI
的传输需求，所以
FC
网络技术的
最广泛应用是构建存储网络（
SAN
），即通过
FC
协议承载
< br>SCSI
报文。与此相比，以太网
只有物理层（
PHY
）与访问控制层（
MAC
），其本身所具备的灵活性使以太网更适合于局
域网中承载
IP
报文。对
FC SAN“
流向
确定和可靠传输
”
特点的理解包括以下五点：
< br>
拓扑结构：
FC SAN
由
FC
交换机、
Initiator
（存储访问的发起方）、
Target<
/p>
（受访存储
设备）三种基本元素构成，
F
C
交换机间网状互联。访问发起方与受访端的关系明确定义，
也
就是说流量方向明确定义。
传输
可靠性：
FC
网络采用基于
BB_Cr
edit
的流控机制，可能够保证无丢包传输。
BB_Cred
it
数目代表
FC
网络端口接收方向
可缓存的报文数，当发送一个报文后
BB_Credit
减
1
，当减到
0
时便
不能再发报文，当收到对端发来的报文接受确认时，
BB_C
redit
加
1
。
网络服务：
FC
协议内置的网络服务包括
DNS
（名称服务器）、
RSCN
（注册状态变化通
知）、
FDMI
（通过带内通信管理
HBA
卡等设备的机制）等。
流量模型：
对于采用分层（核心
—
边缘）模型的
FC SAN
，只有纵向跨层流量（边缘
—
核
心
—
边缘）。因此在规划
FC SAN
时，可以根据
Initiator
（主机）的数量和流量，明确定
义边缘
FC
交换机上行端口的收敛比。
相比与以太网，
由于接入层主机间存在横线访问流量，
因此接入层上行端口的收敛比存在更多不确定性因素。
高可用性：
对于高可用的
FC SAN
，
要求从
Initiator
到
Target
必须存在两条完全独立的
路径，也就是说从主机的角度看到的是完全不同的、各自独立、没有交叉的两个
FC
网路，
在每个
FC
网络内，
提供各自的
FC
网络服务
（如
DNS
等）
，
运行各自的
FC
路由
协议
（
FSPF
）
。
图
5. FC SAN
边缘
—
核心架构
“
边缘
—
核心
”
分层架构是
FC SAN
建设时最常用的网络
设计模型，如图
5
所示。
服务器端（
Initiator<
/p>
）采用双网卡分别接入到不同的边缘
FC
交换机，服务器上通过多路
径软件实现磁盘
IO
负载分担与磁盘访问的高可用性。
存储设备（
Target
）采用双归属方式接入到核
心
FC
交换机。对于大型的
FC
网络，在存
储设备端可增加一层边缘
FC
交换机，构成
“
边缘
—
核心
—
边缘
”
架构。
核心
FC
交换机做为主交换机，并向边缘
< br>FC
交换机提供各种
FC
网络服
务（如
DNS
）。
边缘
FC
交换机之间不做横向互联（
FC SAN
中没有横向互访需求）
，不同的边缘交换机
与核心交换机组合，形成多个相互独立的
F
C SAN
网络。
从边缘交换机上行
到核心交换机的链路带宽可根据服务器
（
Initiator<
/p>
）
接入数量和访问带宽
进行明确定义。<
/p>
FCoE
技术概述
< br>如图
6
所示，
FCoE
是把
FC
帧封装在以太网帧中，允许
LAN
和
SAN
的业务流
量在同
一个以太网中传送。
FCoE
保留了
FC
中
N_Port
、
F_Port
、
E_Port
的结构以及
FC
的管
理模式。在
FC
的角度来
看，
FCoE
就是把
FC
承载在一种新型的链路上；在以太网的角度
来看，
F
CoE
仅是其承载的另外一种上层协议。
由于
FC
要求网络在拥塞情况下仍保持无丢包的可靠传输服
务，
故
FCoE
需要对以太网
做一定的增强（
CEE
）来避免丢包。
图
6
FCoE
在以太链路上承载
协议栈及报文封装
FC
网络协议栈有五层，其中
FC0
定义承载介质类型，
FC1
定义帧编解码方式，
FC2
定义
分帧协议和流控机制，
FC3
定义通用服务，
FC4
定义上层协议到
FC
的映射。
FCoE
是把
FC-2
层以上的内容封装到以太网报文中进行承载。
如图
7
、图
8
所示
.
图
7
从
FC
协议栈到
FCoE
协议栈
图
8
FCoE
报文封装
FIP
(FCoE
初始化协议
)
FIP
协议是
FCoE
控
制平面相对
FC
控制平面新增的协议，
主要完成以下功能，
如图
9
所示：
VLAN
发现：
Node
获取
< br>FCoE
流量所使用的
VLAN
；
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