FCoE简介

数据中心融合网络的发展趋势

如图1所示，传统数据中心组网中，以太网LAN（Local Area Network）用于服务器与服务器、客户端与服务器之间通信，存储区域网络SAN（Storage Area Network）用于服务器与存储设备之间通信，两者的部署和维护相互独立。

随着数据中心的飞速发展和服务器数量的激增，LAN和SAN的独立部署存在如下问题：

• 网络复杂：LAN和SAN的相互独立导致业务部署的灵活性差，网络扩展困难，网络的维护和管理成本高。

• 能效比低：服务器上至少配置4～6块网卡，包括用于接入LAN的网络接口卡NIC（Network Interface Card）和用于接入SAN的主机总线适配器HBA（Host Bus Adapter）。服务器的多类型的网卡使得整个数据中心的电力消耗和冷却成本增加。

图1 数据中心网络融合前后对比

数据中心网络融合后，存储网络SAN和以太网LAN通过网络融合技术可共享同一个单一的、集成的网络基础设施，解决了不同类型网络共存所带来的问题，实现了网络基础设施整合、精简的目标。

本文所采用的网络融合技术是指以太网光纤通道FCoE（Fibre Channel over Ethernet）。

定义

FCoE是由美国国家标准委员会ANSI（American National Standards Institute）下属的T11（Technical Committee 11）委员会定义的一种融合网络技术，是以光纤通道FC（Fibre Channel）存储协议为核心的I/O整合方案。

目的

对比SAN和LAN网络模型可知，当网络融合后：

• FC流量无法正常转发。
• 现有以太网无法达到FC网络中无丢包转发的需求。

为解决上述问题，以太网光纤通道FCoE和数据中心桥接DCB（Data Center Bridging）应运而生。其中：

• FCoE实现了以太网帧承载FC帧，从而使得LAN和SAN能够共享网络资源，实现网络融合。
• DCB实现了在数据中心网络中构建一个无丢包以太网，使得传统以太网实现FC SAN网络中的拥塞控制，为FCoE融合业务提供了传输质量保证。

受益

FCoE可以为数据中心带来如下受益：

• 更低的总体拥有成本TCO（Total Cost of Ownership）：LAN和SAN网络通过FCoE技术共享网络资源，整合并更有效的利用以前分散的资源，减少对于SAN网络基础设施的投资，简化了网络复杂度，降低网络的管理和维护成本；服务器采用融合网络适配器CNA（Converged Network Adapter），减少数据中心的电力和冷却成本。
• 强大的投资保护：FCoE可以和数据中心现有的以太网及FC基础设施无缝互通，保护客户在现有FC SAN上的投资（如FC设备、工具成本和管理成本）。
• 增强的业务灵活性：FCoE使得所有的服务器共享存储资源，满足虚拟机迁移的需求，这样也提高了系统的灵活性和可用性。

FCoE的封装

FCoE通过将FC帧封在普通以太帧中，从而实现FC流量在以太网中传输的功能。从FC协议的角度看，FCoE仅仅是将FC流量承载在另一种链路上传输；从以太网协议的角度看，FCoE仅仅是以太帧承载不同的上层协议。

FCoE的协议栈

如图1所示，在传统的FC协议中，FC协议栈共分为5层：

• FC-0定义承载介质类型
• FC-1定义帧编解码方式
• FC-2定义分帧协议和流控机制
• FC-3定义通用服务
• FC-4定义上层协议到FC的映射

图2 从FC到FCoE的映射关系

如图2所示，在FCoE协议栈中，FC-0和FC-1被映射成为IEEE 802.3 Ethernet协议的Physical和MAC，并添加了FCoE Mapping作为上层FC协议栈与底层Ethernet协议栈之间的适配层。

报文封装

FCoE协议将一个完整的FC帧封装在以太帧中，封装形式如图3所示。

图3 FCoE的报文封装

其中：

• Ethernet Header中指定了报文的源、目的MAC地址、以太帧类型和FCoE VLAN。以太帧类型字段取值为FCoE_TYPE(0x8906)。
• FCoE Header指定了FCoE帧的版本号和控制信息。
• FC Header和传统FC帧相同，即指定了FC帧的源、目的地址等信息。