Консолидация LAN и SAN сетей ЦОД на базе протоколов DCB и FCoE

    Цель данной статьи — дать читателю базовое понимание технологий, благодаря которым стало возможным объединение двух сетей Ethernet и Fibre Channel (FC). Эти сети долгие годы строились параллельно и сопровождались независимо. Протоколы Data Center Bridging (DCB) и Fibre Channel over Ethernet (FCoE) позволяют совместить функции обеих на едином наборе оборудования, что экономит капитальные и операционные затраты на инфраструктуру Центров Обработки Данных.

    Ethernet, без сомнения, самая популярная на сегодняшний день сетевая технология. За время существования Ethernet максимальная скорость передачи данных выросла с 10 Мбит/с до 100 Гбит/с. Ethernet вытеснил с рынка множество других протоколов, за счет своей простоты, дешевизны и широкой поддержки сетевой индустрией. В Ethernet сетях допустимы потери передаваемых данных, что категорически неприемлемо для сетей Fibre Channel. DCB – технология «улучшения» Ethernet, которая обеспечивает транспортировку данных без потерь. FCoE — протокол транспорта FC через «улучшенный» Ethernet.

    Хотя DCB и FCoE используются совместно для построения целостного решения, это две разные технологии, и мы рассмотрим их по отдельности


    Технология Data Center Bridging (DCB)


    Что же требуется от Ethernet, чтобы обеспечить его применимость для транспорта FC? Этот вопрос являлся предметом пристального внимания сетевой индустрии и разработки стандартов на протяжении ряда лет и для обозначения набора усовершенствований Ethernet для нужд центров обработки данных появилось несколько терминов:
    • CEE (Converged Enhanced Ethernet)– термин, предложенный компанией IBM и активно используемый в рамках процесса стандартизации Fibre Channel over Ethernet
    • DCB (Data Center Bridging) – термин, используемый в процессе стандартизации различных усовершенствований Ethernet в комитетах организации IEEE
    • DCE (Data Center Ethernet) – термин, используемый Cisco для обозначения архитектуры Ethernet нового поколения для задач центров обработки данных.

    Для обозначения «улучшенного Ethernet» в дальнейшем в статье будет использоваться термин Data Center Bridging.

    К основным компонентам решения Data Center Bridging относятся:
    • Обеспечение транспорта без потерь (lossless Ethernet). Для этого необходимо выполнить два условия:
    o Внутренняя архитектура коммутатора должна обеспечивать коммутацию данных без потерь. В частности, на коммутаторах Cisco Nexus это обеспечивается с использованием концепции VOQ (Virtual Output Queuing – организация виртуальных выходных очередей), которая предусматривает передачу данных через коммутационную матрицу к выходному порту только в случае, если он способен принять эти данные

    • Должны существовать механизмы управления потоком, которые не позволят отправить в сеть больше информации данного типа, чем сеть может передать в конкретный момент времени (аналогично тому, что обеспечивается в сетях Fibre Channel благодаря механизму Buffer-to-buffer Credits). В DCB был создан механизм управления потоком PFC (Priority-based Flow Control, IEEE 802.1Qbb), функционирующий отдельно для каждого класса трафика и позволяющий приостанавливать передачу данных сети хранения, не затрагивая управляющие данные и клиент-серверные сессии. Управление полосой, доступной разным типам трафика. Это необходимо для того, чтобы определить уровни обслуживания, предоставляемые для разных типов трафика в консолидированной сети, и тем самым сделать возможной их совместную передачу без ущерба для качества. Данная задача решается в архитектуре DCB с помощью механизма ETS (Enhanced Transmission Selection, IEEE 802.1Qaz).
    Автоматическое определение настроек взаимодействующих устройств. Это необходимо для автоматического обеспечения согласованных настроек управления потоком и выделенной полосы для разных типов трафика, логического состояния «виртуальных полос» и т.д., а также для определения того, поддерживает ли взаимодействующее устройство функции DCB, т.е. определения границы «домена» DCB в рамках сети Ethernet. Данную задачу решает протокол DCBX (Data Center Bridging Exchange), разрабатываемый в рамках IEEE 802.1Qaz.

    Технология Fibre Channel over Ethernet (FCoE)


    Передача информации протокола Fibre Channel через «улучшенный» Ethernet в архитектуре FCoE происходит с полным сохранением структуры кадров Fibre Channel – кадры Fibre Channel оснащаются дополнительными заголовками и помещаются внутрь кадров Ethernet.
    Необходимо заметить, что из требования передачи (инкапусляции) кадров Fibre Channel следует два существенных дополнительных требования, предъявляемых FCoE к транспорту DCB:
    Поддержка больших кадров Ethernet. Поскольку максимальный размер кадра Fibre Channel превышает 2 килобайта, то он не может быть инкапсулирован в стандартный кадр Ethernet размером до 1518 байт, поэтому для передачи Fibre Channel через Ethernet необходима поддержка кадров большего размера – так называемых jumbo frames.

    Работа на скорости 10 Гбит/с и выше. Современные сервера, как правило, подключены к сети хранения на скорости 4-8 Гбит/с, поэтому, естественно, мы не можем использовать для консолидированного транспорта скорости 1 Гбит/с или ниже.

    На сегодняшний день FCoE совместно с DCB имеют широкое применение, особенно на уровне подключения серверов к сети ЦОД, позволяя сократить в два раза количество сетевых адаптеров и коммутаторов, уменьшить кабельную инфраструктуру. Технология консолидации ввода-вывода является эффективным способом сокращения расходов на создание и эксплуатацию ЦОД, повышает гибкость и скорость развертывания новых сервисов.

    Дополнительные материалы:
    Коммутаторы Cisco для ЦОД
    Решения Cisco для ЦОД
    Cisco 119,76
    Cisco – мировой лидер в области сетевых технологий
    Поделиться публикацией
    Комментарии 4
    • 0
      Хорошо, но только как минимальный ликбез.
      • +1
        там вначале написали об этом:
        «Цель данной статьи — дать читателю базовое понимание технологий, благодаря которым стало возможным объединение двух сетей Ethernet и Fibre Channel (FC)»
      • 0
        При использовании FCoE в более «домашних» условиях, где SAN и LAN одновременно не забьют и половины пропускной способности 10GE-интерфейсов, можно ли обойтись вообще без DCB?
        • 0
          Доброго времени суток. Спасибо за вопрос. Без DCB обойтись нельзя.
          Описанные в данной статье FCoE и DCB это протоколы Data Plane, реализуемые на коммутаторах аппаратно.
          Кроме них еще существует Control Plane: протокол FIP (FCoE Initialization Protocol). С его помощью удается сохранить операционную модель, принятую в классических SAN-сетях. Сам по себе протокол FIP никак не настраивается, но администратор должен иметь возможность выполнить на свитче конфигурацию FC-фабрики и описать права доступа хостов к системам хранения, так как это делается на обычных FC-коммутаторах.

          Пример настройки FCoE на коммутаторах Cisco Nexus можно посмотреть тут:
          Data Center Deployment Guide (страница 64)

        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

        Самое читаемое