2023年FCOE笔记.pdf

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1、FC拥有自己的独立层次结构,F C-0到FC-4相应OSI模型的1-5层，但也并非一一相应，完整协议内容请大家自行查阅标准文档。其中FC-2定义了数据通信的内容，是与网络方面息息相关的，下面介绍的内容也都是以FC-2为主。在FC网络中一共有三种重要的接口角色,NP。r t,FP。rt和EPor t,其中N是服务器或存储等终端节点连接FC网络的的接口，F是FC互换机设备连接服务器或存储等终端节点的接口,E是FC互换机互联接口。FC设备都拥有2个重要标记：WWN(World Wide Name):64 bit,节点和每个接口都有各自固定的WWN且所有的WWN均是唯一的，WWN的作用是为了身份辨认和

2、安全控制，有些类似于MAC,但不做转发寻址使用。F C ID:24 b i t，由 8个b it的 D om ai n ID,8 b it的A rea I D 8b i t 的 Port ID 组成，每个 Doma i n ID代表一台FC S w i tch(由此可以算出每个F C网络最多支持256个Swit c h节点，减去部分保存ID,实际可以支持最多239个Sw i t c h)。终端节点的FC ID是基于接口的，每个N P ort的FC I D是由直连的FC Switch动态分派。F C工D的重要作用就是供数据报文在FC网络中寻址转发。有了标记的Tag,那么就需要个动态协议供FC S

3、 w itch互相学习了,FC网络使用FSPF(Fabri c Shorte s t P ath F i r st)进行FC ID的寻址学习，看名字就知道其协议机制和OSPF没有什么大的区别。F C技术体系尚有最重要的一个关键流控技术Buff e r to Buff er Credi t s用来保证无丢包转发。B B Credits和T C P滑动窗口相似，规则很简朴，两个相邻F C节点在连接初始化的时候先协商一个度量收包设备Bu f fer大小的数值N 出来，发包设备每发一个数据报文就做N-1,收包设备每收一个报文就回一个R_RDY报文回来，发包设备每收到一个R _ RD Y就做N+1,当

4、N=0 时，发包设备就停止发包。这样当突发拥塞时,上游设备们都把报文存在本地缓存中档着，下游有空间时再发，可以最简朴的避免丢包。BB Credits是以报文数目衡量b u ffer能力，与报文长度无关(FC报文最大长度2112 B yte).FC设备(一般指服务器，称为Ini t ia t or)在传输数据之前需要进行两步注册动作,NP。r t 先通过FLOGI(Fabric Log i n)注册到最近的Fab r i c 互换机上，获取FC I D 及其他一些服务参数并初始化B B C r e d i t s。然后再通过PLO G I(Port Login)注册到远端的目的设备(一般指存储，

5、称为T a rget)的N P or t 上建立连接，并在P 2 P 直连的拓扑下初始化BB Cred its.FC从标准建立伊始就开始被研究跨传统TCP/IP/Ethe r net网络传播，目前重要有i SCSI(IPSAN)、FCIP、i F C P和 FCoE四条道路。其中FCIP和 iFCP应用最少,iSC S I缓慢增长,FCoE后来居上.1.1 4.(1).t*c e tSCSI也做过一些研究，后面有专门文章。FCP(Fibre Chan n el P ro to co l)是用来协助SCSI进行寻址的协议。iSCSI,F CIP和 i FCP都是依靠TCP的可靠连接保证无丢包，但

6、封的报头多了开销很大。iSCSI由于需要全新的存储设备支持，过于激进，目前虽然有发展，但是受传统存储设备厂商制约始终很缓慢。FCIP和 i F CP都是支持FC网络跨I P核心网传输时用到的网络协议，由于目前SAN还是本地组网或使用光纤直连方式的远程组网较多，此场景并不多见，因此也应用很少，其中FCIP已经成为 RFC,而 i FC P止步于Dra f t.FCoE相匕徽来说对上层协议改动较少，开销较低,且有助于减少服务器网络接口数量，在传统互换机厂商的大力鼓吹下当前发展最为迅猛,数据中心网络毕竟会是互换机的天下。FC。E基于F C模型而来，仍然使用FS P F和WWN/FC I D等F C的

7、寻址与封装技术，只是在外层新增长了 FCoE报头和E th e rn e t报头封装和相应的寻址动作,可以理解为类似IP和E the r n e t的关系。看一下FC oE的帧结构:Destination MAC AddressSource MAC Address(IEEE 802.1Q Tag)ET=FCoEVer ReservedReservedReservedReserved|SOFEncapsulated FC Frame(including FC-CRC)EOF|Res,J。匕sm .Ethernet FCSEncapsulated FC Frame寻址稍微说一下,FCoE使用FIP

8、(FCoE I niti a lization Protocol)进行初始化连接，FI P运营于V F P。r t和VNP。rt之间或VEP o rt之间，所谓的V就是前面介绍FC的接口角色中的名称前面加了个 Virtu a LFCo E 使用 FI P(FCoE Initializ ation P ro to col)进行初始化连接,FIP 运营于 VFPort 和 VNPo rt之间或VEPort之间，所谓的V就是前面介绍FC的接口角色中的名称前面加了个V irtual。FIP在接口使能后一共做了三件事：1.FIP VLAN Discovery 过程FIP VLAN Discovery过程

9、用于发现FIP协议以及后来的FCo E中使用的FCoE VLAN 0ENode 一方面向一个所谓的 Al 1 -FCF-MAC s 的 MAC 地址发送 FI P VLA N Discov e r yRequ e s t。本 地VLAN上的所有的 FCFs(Fi b re Channe I Forw a rd e r)都会监听这个MAC 地址，并对该地址上的 FI P VLAN Discovery进行响应，向EN。d e发送 ENode可以进行 V N _ P o rt Login 的 FCoE VLAN。FIP VLAN D is c o v e ry是一个可选的环节，它的作用仅仅是告诉EN

10、 ode可用的V L A N,但并不会引发ENode对V L A N进行选择。2.FIP FCF D i scov e ryFIP FCF D i scovery用于发现那些FCFs可以接受ENodes的LOGIN.FCF s会定期地向FCoEVLAN 上的 ALL-ENode-MACS 发送 FIPFCFDiscoveryAdverti s ement。All-ENode-MAC s与前面的Al 1 _FCF-MACs相应，该地址被所有的EN o des监听。这些Adv ert i s e men t中包含了 FCF的M A C地址，以及一些建立链接所需的其他参数。FCF会定期的发送这些 A

11、dv e r t i semen t,然而对于新添加的ENodes 来讲，这些EN。d es一般不乐旨在启动之后傻等着 收看广告”，对此,ENode可以向AII-FCF-MACs发 送soli c it uni ca s t Advert i seme nt F C F s在接受到这个单播之后，会向发送的 EN ode发送一个unic ast F I P FCF Discovery Advertisem e nt。EN o de在收集到了足够的信息之后，就可以决定和哪一个F C F建立连接了。3.FIP F L OGI 以及 FDISCENode在发现了所有的FCFs并选了了待Lo g i n

12、的F C F之后，FIP过程最后的一步就是告知所选择的F C F:我 要 和 你 的V F _ P o rt建立虚拟连接了！这个过程中也许会涉及到多个FIP数据包，并最终为 N_Port 分派 FCJD.ENodeFCFVLANDiscoveryVLANDiscoveryFCFDiscoveryFCFDiscoveryFIP:FCoEInitializationProtocolFIP协议交互和虚拟链接的建立般来讲，这两个协议的发起者都是I n itia t o r,但某些情况下,FCFs也也许会积极发送一些广播信息。图中，红色部分采用的是FIP协议，而绿色部分，则是建立链接以后，使用的是F C

13、 o E协议。FIP帧格式:Destination MAC AddressSource MAC Address(IEEE 802.1 Q Tag)ET=FIPVerReservedFIP Operation CodeReservedFIP Sub(Descriptor List LengthFPSPFlagsDescriptor ListPAD,if needed(to minimum length or Max Receive Si;Ethernet FCSFCF(Fibre Channel Forwa rd e r)是 FC o E 里面重要的角色,可以是软件或者芯片硬件实现，需要占用Do

14、main ID,解决FCoE互换机中所有与FC相关的工作，如封装解封装和FLOGI等。E n。d e是指网络中所有以FCoE形式转发报文的节点设备，可以是服务器CAN网卡、FCoE互换机和支持FCoE的存储设备。FCoE外层封装的E ther net报头中MAC地址在Enod e间是逐跳的，而FC ID才是端到端的。下图是一个ENode的VN_ P o rt与FCF s的V F _ P o rt的链接示意图:FCoE VN_Port to VF_Port Example图中，蓝色的实线表达E thernet连接，绿色的实线表达Fibre Chan 1 e连接，而红色的虚线则表达虚拟的V N _

15、 P o rt和VF_ P o rt的连接。每个ENode和F C F都有唯一的一条网线接入 Ether net,而 在 这 些Etherne t连接之上，则可以虚拟出多个V N _ Port与V F_Po r t的连接。V E _ Po rtto VE_Port Virtua 1 L i nks:FC fabric(Parti)L、LosslessFCFC r EthernetL network Y-I：!i FCF AZ1 1 FC fabric(part 2)C E O 3 -lz4 rp FCF B-_ 图中线条颜色的含义与前面的图类似，但是红色的虚线在这里表达了 VE_P o r t

16、和VE_Po r t之间的虚拟链接。从图中可以看出，每 个FC F可以拥有多个VE_Port,通过Ethernet连接，实现了多个VE_Po r t的虚拟链接。从前面的两附图可以看出:一个E N ode可以通过一个无损 Eth e r N e t与多 个FCF建立虚拟链接。一 个FCF可以通过一个无损E thernet与多个Enod e建立虚拟链接。一个FCF可以通过无损Eth e r n e t与多个其他的FCF建立虚拟链接。E N o d e模型如下图所示:ENod e Model对于每一个N IC,都相应惟一的一个F C。E C。n t rol 1 er,L i nux中,当为指定的网卡

17、创建FC。E实例的时候，会自动创建响应的FCoEContro Iler 0FCoE Cont r o lle r的重要作用涉及：发 起FIP VLAN D iscovery以搜索可用的VLANs（可选）;对FCF发 起F IP discovery以所搜该 F CF上可用的VF _ Port。向 F C F 发起 F IP FLOG I E x c hange,假如 该FLOGI 翊，则还需要V N _ P o rt/FCoE_LEP 对。发起 FIP N PIV FDISC Excha nge（可选）。当需要显示的从F C F 中L o g o u t时候，发起FI P L OGO Excha

18、nges.当 V N _P ort从FC F 中 1 ogou t后,反实例化 VN_Port/FCoE_LEP（也就是删除响应的数据结构等等）。收到 FIP Clear Vi r t u a 1 L i n k 请求的时候,反实例化 VN_Port/FCoE.LEP.后 台 发 送 FIP Keep Al i ve o USa VN_ P ort/FCoE_L E P；监视FCF 上 的 V F _ P ort状态。FC o E 网卡需要可以与多个VF_Port进行F I P交互，发送F LO G I和FD I SC帧。FCoE_LET的作用就是将FC帧封装为FC o E帧，将接受到的FCoE帧解封装为FC帧。