IXIA數據中心以太網(wǎng)（DCE）測試方案

1引言

隨著(zhù)數據中心（DataCenters）規模擴大和組網(wǎng)復雜性的增加，從多種不同業(yè)務(wù)應用所產(chǎn)生的流量也使管理技術(shù)也變得更為復雜和成本高昂，隨著(zhù)近來(lái)以太網(wǎng)速率的新發(fā)展（10Gbps已經(jīng)是成熟的標準并得到廣泛的應用，40/100Gbps仍然在開(kāi)發(fā)中，正式標準計劃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)成為下一代數據中心存儲與數據傳送技術(shù)融合最有吸引力的技術(shù)。

數據中心技術(shù)的向前發(fā)展，下一代存儲網(wǎng)絡(luò )（SANs）必須集成數據中心網(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)上的標準。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標準也在快速推進(jìn)中，為了滿(mǎn)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(guò)以太網(wǎng)直接傳輸光纖協(xié)議，讓存儲網(wǎng)絡(luò )中的數據可輕易跨越光纖和以太網(wǎng)的界限，從而降低用戶(hù)在存儲網(wǎng)絡(luò )構建和管理方面的成本和復雜性。數據中心以太網(wǎng)（Data Center Ethernet, DCE）的概念就這樣被提了出來(lái)。

2數據中心以太網(wǎng)技術(shù)介紹

數據中心以太網(wǎng)（DataCenterEthernet,簡(jiǎn)稱(chēng)DCE），是對當前以太網(wǎng)技術(shù)標準高性能方面的增強，可以為下一代數據中心提供網(wǎng)絡(luò )架構。需要特別指出的是，數據中心以太網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò )結構可擴展性、可操作性以及傳輸靈活性方面對以太網(wǎng)做了重點(diǎn)擴展，目標是實(shí)現一個(gè)穩定的、無(wú)損的（Lossless）傳輸層面。

為了滿(mǎn)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(wú)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(mǎn)足FCoE等數據中心技術(shù)的需要。主要增強的技術(shù)見(jiàn)表1。

2.1從光纖通道FC到以太網(wǎng)的映射

從OSI模型上來(lái)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(lái)取代光纖通道協(xié)議模型中的FC-0和FC-1層，其他均無(wú)變化，見(jiàn)圖1。另外需要注意的是，一個(gè)以太網(wǎng)幀最長(cháng)為1518字節。而一個(gè)典型的光纖通道幀最長(cháng)為2112字節。見(jiàn)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 )導致更多的處理開(kāi)銷(xiāo)，阻礙FCoE端到端傳輸的流暢性。從數據幀的類(lèi)型區分商，FC和FCP協(xié)議會(huì )封裝在以太幀中以以太類(lèi)型0x8906標識，FIP協(xié)議和FC類(lèi)似，也會(huì )封裝在以太幀中，但以太幀類(lèi)型以0x8914標識。

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(lái)平衡光纖通道和以太網(wǎng)幀大小上的差異。有一個(gè)稱(chēng)為"巨型幀"的實(shí)質(zhì)標準，盡管不是正式的IEEE標準，但它允許以太網(wǎng)幀在長(cháng)度上達到9k字節。在使用"巨型幀"時(shí)需要注意，所有以太網(wǎng)交換機和終端設備必須支持一個(gè)公共的"巨型幀"格式。因為在正常情況下，以太網(wǎng)交換機是會(huì )對巨型幀進(jìn)行丟棄處理的。

最大的巨型幀（9K字節）可以實(shí)現在一個(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以及應用802.3x暫停指令的緩沖流量控制變得更加復雜。仍如圖2所示，一個(gè)巨型以太網(wǎng)幀內封裝一個(gè)完整的光纖通道幀，頭信息為12個(gè)字節（目的MAC地址和源MAC地址各6個(gè)），但MAC地址是存儲透明的，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?？梢赃x擇一個(gè)與地址解析協(xié)議（ARP）相類(lèi)似的協(xié)議來(lái)實(shí)現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，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(lái)獲得存儲服務(wù)（例如通過(guò)SNS發(fā)現設備機制）。FCoE要求有相應的功能性來(lái)完成從熟知的地址到對應MAC地址的映射。

在傳統光纖通道中，HBA或存儲端口在連接到以太網(wǎng)交換機時(shí)會(huì )接收FCID。FCoE設備無(wú)法確保通用以太網(wǎng)交換機提供專(zhuān)門(mén)的存儲服務(wù)，所以必須依靠可用于FCoE交換機內部的域控制器和存儲服務(wù)引擎來(lái)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存儲服務(wù)融合為一體提供保障。

2.2無(wú)損的以太網(wǎng)

FCoE發(fā)展過(guò)程中所遇到的第一個(gè)挑戰是將通過(guò)本地光纖通道的Buffer-to-bufferCredits特性所實(shí)現的流控制機制得以延續。雖然以太網(wǎng)交換機沒(méi)有相對應的緩沖到緩沖機制，但以太網(wǎng)標準可以通過(guò)支持MAC控制幀來(lái)調節流入的信息量。IEEE802.3x流量控制標準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)送者后面的傳輸內容延遲一段特定的時(shí)間再發(fā)送，如果接收設備在這段時(shí)間過(guò)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。

因為FCoE機制必須支持存儲數據的讀寫(xiě)，所以所有網(wǎng)絡(luò )存儲路徑下的終端設備和以太網(wǎng)交換機必須支持雙向IEEE802.3x流控制。盡管這樣的效果可能不如Buffer-to-bufferCredits機制那么理想，但是IEEE802.3x暫停幀可以提供對應的功能性，來(lái)調節存儲流量并防止阻塞和緩沖區溢出引起的丟幀。對于存儲事務(wù)來(lái)說(shuō)，這有助于增強流控機制的服務(wù)層級質(zhì)量，使得最關(guān)鍵的任務(wù)的數據流在可能發(fā)生阻塞的情況下獲得最高優(yōu)先權。需要指出的是，以太網(wǎng)上常用的802.3x流量控制能夠對控制報文和數據報文同時(shí)“暫?！?，但是基于流量控制的802.1Qbb 可以對特定優(yōu)先級數據流進(jìn)行轉發(fā)控制。圖3是一個(gè)運行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。