Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
https://wos-scopus.com
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №4 (декабрь) 2013
Разделы: Информационные технологии
Размещена 03.12.2013. Последняя правка: 07.12.2013.

Конвергенция SAN и LAN в рамках FCoE

Марголин Александр Юрьевич

магистрант

НГТУ

АВТФ

Аннотация:
Статья раскрывает особенности консолидации сетей хранения данных и сетей передачи данных в рамках конвергентной технологии Fibre Channel over Ethernet. Рассмотрены механизмы и вспомогательные протоколы разработанные для организации конвергентной сети.


Abstract:
The article specifies aspects of storage area network and local area network consolidation in terms of Fibre Channel over Ethernet technology. Bridging mechanisms and protocols that are used for converged networks functioning were considered.


Ключевые слова:
FCoE, Ethernet, Fibre Channel, конвергентность, SAN, LAN, инкапсуляция, потеря кадров

Keywords:
FCoE, Ethernet, Fibre Channel, convergence, SAN, LAN, incapsulation,frame lossness


УДК 004.72

   Конвергентная сеть FCoE (Fibre Channel over Ethernet) является комплексной системой хранения и передачи данных, объединяющей в себе множество различных технологий. Основой для нее являются Fibre Channel и Ethernet. Fibre Channel представляет собой технологию сетей хранения данных (SAN), то есть предназначена для организации сетевого доступа хостов к хранилищам данных. Отличительной чертой является высокая доступность данных и организация передачи без потерь и задержек. Вместе с тем, для сетей передачи данных (LAN) повсеместно используется технология Ethernet. Технология предназначена для построения локальных вычислительных сетей. Несмотря на преимущества в консолидации инфраструктуры, предусмотренные стандартом FCoE, это решение является компромиссным с технологической точки зрения. Это справедливо, поскольку для объединения сети Fibre Channel и Ethernet используется ряд дополнительных, вспомогательных технических решений, протоколов и элементов инфраструктуры. Основные принципы их работы будут рассмотрены в данной статье.
Общий принцип технологии FCoE заключается в транспортировке кадров FC через Ethernet, путем инкапсуляции. Схема инкапсуляции в общем виде представлена на рисунке 1.
 Рисунок 2 –  Уровни FCoE в сопоставлении с уровнями FCи моделью OSI.
Рисунок 1 – Схема инкапсуляции в FCoE.
  Как видно из рисунка 2, в технологии FCoE нижние уровни представлены набором протоколов Ethernet, а верхние реализуются передачей кадров Fibre Channel. Передаваемые кадры сетей хранения данных Fibre Channel остаются практически неизменными (в передаче участвуют верхние три уровня Fibre Channel).

 Передаваемые кадры FCoE имеют внешнюю структуру аналогичную Ethernet кадрам локальных сетей. Отличие заключается лишь в специализированной метке о происхождении из сети FCoE. Таким образом, они могут беспрепятственно передаваться в локальной сети, не содержащей специализированного FCoE оборудования.

 Рисунок 3 – Типовая схема конвергентной сети FCoE.

Рисунок 2 –  Уровни FCoE в сопоставлении с уровнями FCи моделью OSI.

  Несмотря на это преимущество, в сетях хранения данных, недопустимы потери кадров, свойственные сетям Ethernet. Этот факт делает невозможным использование Ethernet в чистом виде для передачи трафика сетей хранения данных. Рассмотрим сервисы и технологии, адаптирующие Ethernet к конвергентной сети FCoE. Для этого обратимся к типовой схеме сети FCoE (рис 3).
 

Рисунок 3 – Типовая схема конвергентной сети FCoE.

Рисунок 3 – Типовая схема конвергентной сети FCoE.

   DCB (DataCenterBridge) – технология, представляющая собой определенный набор протоколов ипозволяющая осуществлять действие так называемого Lossless Ethernet (Ethernet без потерь). Соответственно DCB облако, изображенное на рис. 3, представляет собой сеть, в которой транспортировка трафика осуществляется по правилам Lossless Ethernet. Роль устройств, позволяющих выполнять эти правила играют коммутаторы. В технологии FCoE предусмотрено два типа коммутаторов: FCF (Fibre Channel Forwarder) и FSB (FIP Snooping Bridge). Рассмотрим каждый из них в отдельности.

   В задачи FCF входит обработка служебных пакетов, которые выполняют задачи взаимной идентификации хостов. По большей части такие запросы относятся к пакетам Fibre Channel (механизмы FLOGI и PLOGI). Также FCF коммутаторы могут осуществлять дополнительные функции: деинкапсуляция Fibre Channel кадров, которые направляются от CNA (Конвергентный сетевой адаптер сервера) к SAN-сети; инкапсуляцию Fibre Channel Кадров приходящих на CNA серверов из SAN-сети.
Коммутаторы типа FSB – это Ethernet коммутаторы, реализующие Lossless Ethernet. которые поддерживают следующие функции:
  • PFC (Priority Flow Control) – система приоритета потоков;
  • ETS (Enhanced Transmission Selection) – система гибкого выделения пропускной способности канала;
  • DCBX (Data Center Bridging Capabilities Exchange Protocol);
   Рассмотрим последовательно в отдельности каждую из них.
   PFC (PriorityFlowControl), или система приоритета потоков – это механизм, позволяющий избежать потери кадров при переполнении буферов. Критичная ситуация может возникнуть, когда отправляющий узел  передает принимающему узлу кадры со скоростью, превышающей пропускную способность доступной ему части канала на последующем сегменте сети. Работа механизма заключается в том, что когда значение наполненности буфера принимающего узла подходит к определенной критичной отметке, на отправляющий узел передается специальный Pause-on кадр. Он сигнализирует о необходимости приостановить передачу. Когда буфер принимающей стороны высвобождается, то отправляется Pause-off кадр, сигнализирующий о необходимости возобновить отправку.

   Таким образом, обеспечивается передача кадров без потерь. Однако следует помнить, что пересылка Pause-on кадра также требует часть пропускной способности канала и некоторое время. Поэтому, чтобы избежать потерь, отправляющий узел должен успеть получить Pause-on кадр до того, как емкость буферов принимающей стороны закончится, и он, соответственно, должен быть отправлен заранее. В связи с этим, на значительных дистанциях между узлами могут потребоваться дополнительные операции. Для того чтобы своевременно отправить Pause-on кадр и рассчитать момент его отправки, узел оперирует информацией о загруженности канала в данный момент, а также анализируя трафик, оценочно рассчитывает предполагаемый объем данных, которые отправитель передаст до того, как получит сигнал о приостановке.
ETS (Enhanced Transmission Selection) – механизм позволяющий динамически регулировать пропускную способность доступную трафику различного класса соответственно занятости канала.


Рисунок 4 – Реализация механизма ETS.

Рисунок 4 – Реализация механизма ETS.

   Данный механизм позволяет выделять гарантированную полосу пропускания для трафика различного типа и назначать ему приоритеты. Более того, ETS позволяет максимально эффективно использовать всю пропускную способность канала при передаче различных типов трафика. Обратимся к рисунку 4: пропускная способность канала равняется 10 Гб/сек. Как видно, суммарная требуемая скорость для трафика различного типа на временном отрезке t3 превышает 10 Гб/сек (2 Гб/сек + 3 Гб/сек + 6 Гб/сек = 11 Гб/сек). Также, поскольку гарантированная пропускная способность для трафика SAN B составляет лишь 40%, то на временном отрезке t3 без использования ETS она могла бы составлять максимум 4 Гб/сек. Однако благодаря его применению пропускная способность для трафика SAN B увеличивается за счет снизившейся нагрузки на трафик SAN A. Таким образом, мы получаем максимальную утилизацию канала, что является важным пунктом при организации соединения без потерь.

   DCBX (Data Center Bridging Capabilities Exchange Protocol) – это протокол, позволяющий распространять и согласовывать конфигурационные параметры. Данная функция должна быть обязательно активирована на CNA адаптерах. В противном случае, CNA адаптер не сможет взаимодействовать с FCF должным образом, а также предоставлять такие важные сервисы для SAN-сетей, как FLOGI.

   В данной статье были рассмотрены основные понятия и механизмы, связанные с конвергентными сетями FCoE. Как было показано, одним из основных препятствий для сосуществования в единой физической и логической среде трафика сетей хранения (SAN) и сетей передачи данных (LAN) является высокая чувствительность SAN к задержкам и требовательность к уровню доступности. Данные препятствия успешно разрешаются путем применения в конвергентной сети вспомогательных технологий, позволяющих адаптировать Ethernet к реалиям  Fibre Channel.
В последующих публикациях предполагается рассмотреть уязвимости конвергентных сетей FCoE а также способы их устранения.
 

Библиографический список:

1. M. Lippitt, E. Smith, E. Paine: Fibre Channel over Ethernet (FCoE) Data Center Bridging (DCB) Concepts and Protocols (version 14.0).
2. Fcoe.ru [Электронный ресурс]: Протокол FcoE. Структура протокола FCoE. – Режим доступа: http://www.fcoe.ru/russian/-fcoe




Рецензии:

3.12.2013, 13:43 Назарова Ольга Петровна
Рецензия: Рекомендуется к печати.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх