IXIA數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)（DCE）測試方案

1引言

隨著數(shù)據(jù)中心（DataCenters）規(guī)模擴(kuò)大和組網(wǎng)復(fù)雜性的增加，從多種不同業(yè)務(wù)應(yīng)用所產(chǎn)生的流量也使管理技術(shù)也變得更為復(fù)雜和成本高昂，隨著近來以太網(wǎng)速率的新發(fā)展（10Gbps已經(jīng)是成熟的標(biāo)準(zhǔn)并得到廣泛的應(yīng)用，40/100Gbps仍然在開發(fā)中，正式標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃2010年推出，美國Ixia公司目前已經(jīng)推出100G測試儀表。），以太網(wǎng)已經(jīng)成為下一代數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)傳送技術(shù)融合最有吸引力的技術(shù)。

數(shù)據(jù)中心技術(shù)的向前發(fā)展，下一代存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)（SANs）必須集成數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，光纖通道（FibreChannel,FC）是成熟可靠的技術(shù)并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用SANs網(wǎng)絡(luò)中，以太網(wǎng)技術(shù)是局域網(wǎng)（LAN）理論以及事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。目前主要部署的光纖通道技術(shù)最高為4Gbps的速率，它不太可能能夠很快支持8Gbps的速率。而以太網(wǎng)已經(jīng)支持10Gbps,并且40/100Gbps標(biāo)準(zhǔn)也在快速推進(jìn)中，為了滿足服務(wù)器集群和網(wǎng)絡(luò)融合的需要，一個(gè)清晰明確的方向就是部署全以太網(wǎng)技術(shù)并支持互操作性和后向兼容性。以太網(wǎng)光纖通道（FibreChannel over Ethernet, FCoE）技術(shù)就是是通過以太網(wǎng)直接傳輸光纖協(xié)議，讓存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)可輕易跨越光纖和以太網(wǎng)的界限，從而降低用戶在存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和管理方面的成本和復(fù)雜性。數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)（Data Center Ethernet, DCE）的概念就這樣被提了出來。

2數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)技術(shù)介紹

數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)（DataCenterEthernet,簡稱DCE），是對當(dāng)前以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高性能方面的增強(qiáng)，可以為下一代數(shù)據(jù)中心提供網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。需要特別指出的是，數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性、可操作性以及傳輸靈活性方面對以太網(wǎng)做了重點(diǎn)擴(kuò)展，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的、無損的（Lossless）傳輸層面。

為了滿足上述要求，一些新技術(shù)特點(diǎn)比如從光纖通道到以太網(wǎng)的映射、“無損的”以太網(wǎng)和冗余路徑和故障切換等必須進(jìn)行改進(jìn)和提升以滿足FCoE等數(shù)據(jù)中心技術(shù)的需要。主要增強(qiáng)的技術(shù)見表1。

2.1從光纖通道FC到以太網(wǎng)的映射

從OSI模型上來看，進(jìn)行從光纖通道到以太網(wǎng)的映射，要用到以太網(wǎng)中的IEEE802.3層和FCoE映射層來取代光纖通道協(xié)議模型中的FC-0和FC-1層，其他均無變化，見圖1。另外需要注意的是，一個(gè)以太網(wǎng)幀最長為1518字節(jié)。而一個(gè)典型的光纖通道幀最長為2112字節(jié)。見圖2，由于FC幀要大于以太網(wǎng)幀，因此在以太網(wǎng)上打包光纖幀時(shí)需要進(jìn)行分段發(fā)送，然后在接收方進(jìn)行重組。這會(huì)導(dǎo)致更多的處理開銷，阻礙FCoE端到端傳輸?shù)牧鲿承?。從?shù)據(jù)幀的類型區(qū)分商，F(xiàn)C和FCP協(xié)議會(huì)封裝在以太幀中以以太類型0x8906標(biāo)識(shí)，F(xiàn)IP協(xié)議和FC類似，也會(huì)封裝在以太幀中，但以太幀類型以0x8914標(biāo)識(shí)。

要解決以太網(wǎng)和光纖通道各自傳輸幀大小之間的差異。必須要一個(gè)更大的以太網(wǎng)幀來平衡光纖通道和以太網(wǎng)幀大小上的差異。有一個(gè)稱為"巨型幀"的實(shí)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，盡管不是正式的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，但它允許以太網(wǎng)幀在長度上達(dá)到9k字節(jié)。在使用"巨型幀"時(shí)需要注意，所有以太網(wǎng)交換機(jī)和終端設(shè)備必須支持一個(gè)公共的"巨型幀"格式。因?yàn)樵谡Ｇ闆r下，以太網(wǎng)交換機(jī)是會(huì)對巨型幀進(jìn)行丟棄處理的。

最大的巨型幀（9K字節(jié)）可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)以太網(wǎng)幀下封裝四個(gè)光纖通道幀。但是這會(huì)使光纖通道連接層恢復(fù)以及應(yīng)用802.3x暫停指令的緩沖流量控制變得更加復(fù)雜。仍如圖2所示，一個(gè)巨型以太網(wǎng)幀內(nèi)封裝一個(gè)完整的光纖通道幀，頭信息為12個(gè)字節(jié)（目的MAC地址和源MAC地址各6個(gè)），但MAC地址是存儲(chǔ)透明的，并且只能用于從源到目的地幀的交換。以FCoE幀中保留了存儲(chǔ)事務(wù)中需要的光纖通道尋址，所以需要從FCID（FibreChannelID）到以太網(wǎng)MAC地址映射的方法。可以選擇一個(gè)與地址解析協(xié)議（ARP）相類似的協(xié)議來實(shí)現(xiàn)FCID到MAC的地址映射。例如，在第三層IP環(huán)境下，地址解析協(xié)議用于從上層IP網(wǎng)絡(luò)地址到第二層硬件MAC地址映射。FCoE頭信息為2個(gè)字節(jié)，包括版本、SOF,EOF等控制信息等。此外，光纖通道使用一些較為熟知的地址來獲得存儲(chǔ)服務(wù)（例如通過SNS發(fā)現(xiàn)設(shè)備機(jī)制）。FCoE要求有相應(yīng)的功能性來完成從熟知的地址到對應(yīng)MAC地址的映射。

在傳統(tǒng)光纖通道中，HBA或存儲(chǔ)端口在連接到以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí)會(huì)接收FCID。FCoE設(shè)備無法確保通用以太網(wǎng)交換機(jī)提供專門的存儲(chǔ)服務(wù)，所以必須依靠可用于FCoE交換機(jī)內(nèi)部的域控制器和存儲(chǔ)服務(wù)引擎來提供光纖通道登陸、尋址和其它高級服務(wù)。這些技術(shù)的需要就為太網(wǎng)、光纖通道和FCoE存儲(chǔ)服務(wù)融合為一體提供保障。

2.2無損的以太網(wǎng)

FCoE發(fā)展過程中所遇到的第一個(gè)挑戰(zhàn)是將通過本地光纖通道的Buffer-to-bufferCredits特性所實(shí)現(xiàn)的流控制機(jī)制得以延續(xù)。雖然以太網(wǎng)交換機(jī)沒有相對應(yīng)的緩沖到緩沖機(jī)制，但以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)可以通過支持MAC控制幀來調(diào)節(jié)流入的信息量。IEEE802.3x流量控制標(biāo)準(zhǔn)是基于暫停幀流量控制技術(shù)的。這個(gè)技術(shù)會(huì)使得發(fā)送者后面的傳輸內(nèi)容延遲一段特定的時(shí)間再發(fā)送，如果接收設(shè)備在這段時(shí)間過去之前清除緩沖，那么它會(huì)重新發(fā)送暫停幀，同時(shí)將終止時(shí)間歸零。這使發(fā)送者可以重新傳送直至接收到另一個(gè)暫停幀。

因?yàn)镕CoE機(jī)制必須支持存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀寫，所以所有網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)路徑下的終端設(shè)備和以太網(wǎng)交換機(jī)必須支持雙向IEEE802.3x流控制。盡管這樣的效果可能不如Buffer-to-bufferCredits機(jī)制那么理想，但是IEEE802.3x暫停幀可以提供對應(yīng)的功能性，來調(diào)節(jié)存儲(chǔ)流量并防止阻塞和緩沖區(qū)溢出引起的丟幀。對于存儲(chǔ)事務(wù)來說，這有助于增強(qiáng)流控機(jī)制的服務(wù)層級質(zhì)量，使得最關(guān)鍵的任務(wù)的數(shù)據(jù)流在可能發(fā)生阻塞的情況下獲得最高優(yōu)先權(quán)。需要指出的是，以太網(wǎng)上常用的802.3x流量控制能夠?qū)刂茍?bào)文和數(shù)據(jù)報(bào)文同時(shí)“暫?！?，但是基于流量控制的802.1Qbb 可以對特定優(yōu)先級數(shù)據(jù)流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)控制。圖3是一個(gè)運(yùn)行Ixia IxExplorer FCoE測試功能時(shí)，啟用以太網(wǎng)中的流量控制與802.1Qbb流量控制時(shí)對FCoE流量的影響。