Fibre Channel im Überblick
Fibre Channel (FC) ist eine Hochgeschwindigkeits-Netzwerktechnologie, die Netzwerkelemente miteinander verbindet und ihnen die Kommunikation untereinander ermöglicht. Das Internationale Komitee für Informationstechnologiestandards (INCITS) T11 Technical Committee setzt FC-Standards.
FC-Netzwerke bieten hochleistungsfähige Eigenschaften wie verlustfreie Übertragung in Kombination mit flexibler Netzwerktopologie. FC wird vor allem in Storage Area Networks (SANs) eingesetzt, da es einen zuverlässigen, verlustfreien, in Reihenfolge geordneten Frame-Transport zwischen Initianten und Zielen ermöglicht. FC-Komponenten umfassen Initianten, Ziele und FC-fähige Switches, die FC-Geräte miteinander verbinden und FC-Geräte auch mit Fibre Channel over Ethernet-Geräten (FCoE) verbinden. Initiatoren beginnen mit E/A-Befehlen. Ziele erhalten E/A-Befehle. Beispielsweise kann ein Server eine E/A-Anforderung an ein Speichergerätziel initiieren.
Der QFX3500-Switch von Juniper Networks verfügt über native FC-Ports sowie Ethernet-Zugriffsports und kann als FCoE-FC-Gateway oder als FCoE-Transit-Switch fungieren. Alle anderen Switches der QFX-Serie und EX4600-Switches verfügen über Ethernet-Zugriffsports und können als FCoE-Transit-Switch fungieren.
FCoE transportiert native FC-Frames über ein Ethernet-Netzwerk, indem es die unveränderten Frames in Ethernet verkapselt. Darüber hinaus bietet es Protokollerweiterungen, um FCoE-Geräte über das Ethernet-Netzwerk zu entdecken. FCoE setzt voraus, dass die Ethernet-Netzwerkerweiterungen Datencenter-Bridging (DCB) unterstützen, die einen verlustfreien Transport gewährleisten und es der Layer-2-Ethernet-Domäne ermöglichen, die Anforderungen des FC-Transports zu erfüllen.
Die FCoE-FC-Gateway-Funktionalität ist eine lizenzierte Funktion der QFX-Serie, die nur auf QFX3500-Switches verfügbar ist. Als FCoE-FC-Gateway verbindet der Switch FCoE-Geräte in einem Ethernet-Netzwerk mit einem SAN FC-Switch.
Sie benötigen keine Lizenz, um den Switch als FCoE-Transit-Switch zu verwenden. Als FCoE-Transit-Switch:
Ist ein Layer-2-Rechenzentrums-Bridging-Switch (DCB), der FCoE-Frames transportieren kann.
Implementiert FCoE Initialization Protocol (FIP)-Snooping.
Verbindet mehrere FCoE-Endpunkte mit dem FC-Netzwerk.
Eigenständige Switches unterstützen FCoE. Virtual Chassis (VC) und Virtual Chassis Fabric (VCF)-Konfigurationen im gemischten Modus unterstützen FCoE nicht. Reine QFX5100-Switch-VCFs (bestehend aus nur QFX5100-Switches) unterstützen FCoE.
In diesem Thema wird Folgendes beschrieben:
Fibre Channel Transport Protocol
Das Fibre Channel-Protokoll ist ein Transportprotokoll, das aus fünf Ebenen besteht, wie in Tabelle 1 dargestellt:
FC-Protokollschicht |
Beschreibung |
|---|---|
FC-0 |
Physisch (Verkabelung, Stecker usw.) |
FC-1 |
Datenverbindungsebene |
FC-2 |
Netzwerkschicht (definiert die Hauptprotokolle) |
FC-3 |
Gemeinsame Dienste |
FC-4 |
Protokollzuordnung |
Die FC-Protokollschichten sind im Allgemeinen in drei Gruppen unterteilt:
FC-0 und FC-1 sind die physischen Schichten.
FC-2 ist die Protokollschicht, ähnlich wie OSI Layer 3.
FC-3 und FC-4 sind die Serviceschichten.
Das FCoE-FC-Gateway betreibt die physischen Ebenen und die Protokollebene und bietet FIP und Dienstumleitung auf der Serviceebene.
So funktioniert FC auf dem Switch
Der Switch verbindet Geräte, die FC und Ethernet unterstützen (z. B. FCoE-Server in einem Ethernet-Netzwerk), mit einem FC SAN und konvergiert so die Ethernet- und FC-Netzwerke in einer einzigen physischen Netzwerkinfrastruktur. Der Switch bietet die Class-of-Service(CoS)-Funktionen, die für die angemessene Verarbeitung der verschiedenen Datenverkehrstypen erforderlich sind.
Um FC- und Ethernet-Netzwerke zu konvergieren, können Sie den Switch folgendermaßen konfigurieren:
FCoE-FC-Gateway
Wenn der Switch als FCoE-FC-Gateway fungiert, aggregiert der Switch den FCoE-Datenverkehr und führt die Einkapselung und Entkapselung nativer FC-Frames in Ethernet durch, während er die Frames zwischen FCoE-Geräten im Ethernet-Netzwerk und dem FC-Switch transportiert. Der Switch übersetzt Ethernet in FC und FC in Ethernet.
Das Gateway empfängt in Ethernet gekapselte FC-Frames von FCoE-Geräten über eine FCoE-VLAN-Schnittstelle, die aus einer oder mehreren 10-Gigabit-Ethernet-Schnittstellen besteht. Das Gateway entfernt die Ethernet-Einkapselung aus den FC-Frames und sendet dann die nativen FC-Frames über eine native FC-Schnittstelle an den FC-Switch.
Das Gateway empfängt native FC-Frames vom FC-Switch an den nativen FC-Schnittstellen des Gateways. Das Gateway verkapselt die nativen FC-Frames in Ethernet und sendet dann die eingekapselten Frames über die FCoE-VLAN-Schnittstelle an das entsprechende FCoE-Gerät.
Für FCoE-Geräte verhält sich das Gateway wie ein FC-Switch und kann mehrere virtuelle F_Ports (VF_Ports) auf einer einzigen Schnittstelle darstellen. Für einen FC-Switch verhält sich das Gateway wie ein FC-Knoten, der N_Port ID-Virtualisierung (NPIV) durchführt.
FCoE Transit-Switch
Wenn der Switch als FCoE-Transit-Switch fungiert, leitet er Datenverkehr (einschließlich FCoE-Datenverkehr) basierend auf der Layer 2 Media Access Control (MAC)-Weiterleitung weiter und ist ein normaler DCB-fähiger Layer 2-Switch, der auch FIP-Snooping ausführt. Der Switch aggregiert FCoE-Datenverkehr und leitet ihn an eine FCF weiter. Der Switch entfernt die Ethernet-Einkapselung nicht aus den FC-Frames, behält aber die Class of Service (CoS) für die Übertragung von FC-Frames bei.
Der Switch prüft (Snoops) FIP-Informationen, um Filter zu erstellen, die es nur gültigem FCoE-Datenverkehr ermöglichen, durch den Switch zwischen FCoE-Geräten und der FCF zu fließen. Der Switch verwendet keine nativen FC-Ports, da die FC-Frames im Ethernet verkapselt sind, wenn sie zwischen den FCoE-Geräten und der FCF fließen. Virtuelle Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen jedem FCoE-Gerät und der FCF passieren transparent den Switch, sodass der Switch weder von FCoE-Geräten noch von der FCF als Endpunkt oder Zwischenpunkt angesehen wird.
FCoE-VLANs
Der gesamte FCoE-Datenverkehr muss in einem VLAN übertragen werden, das nur FCoE-Datenverkehr transportiert. Nur FCoE-Schnittstellen sollten Mitglieder eines FCoE-VLANs sein. Ethernet-Datenverkehr, der nicht FCoE- oder FIP-Datenverkehr ist, muss in einem anderen VLAN übertragen werden.
Das gleiche VLAN kann nicht sowohl im Transit-Switch-Modus als auch im FCoE-FC-Gateway-Modus verwendet werden.
FCoE-VLANs (alle VLANs, die FCoE-Datenverkehr übertragen) unterstützen nur Spanning Tree Protocol (STP) und Link Aggregation Group (LAG) Layer 2-Funktionen.
FCoE-Datenverkehr kann keine Standard-LAG verwenden, da der Datenverkehr möglicherweise auf verschiedene physische LAG-Verbindungen bei verschiedenen Übertragungen hashed wird. Dadurch wird die (virtuelle) Point-to-Point-Verbindung, die für Fibre Channel-Datenverkehr benötigt wird, durchbrechen. Wenn Sie eine Standard-LAG-Schnittstelle für FCoE-Datenverkehr konfigurieren, wird der FCoE-Datenverkehr möglicherweise vom FC SAN abgelehnt.
QFabric-Systeme unterstützen eine spezielle LAG namens FCoE LAG, mit der Sie FCoE-Datenverkehr und regulären Ethernet-Datenverkehr (nicht FCoE-Datenverkehr) über dasselbe Link-Aggregationspaket übertragen können. Standard-LAGs verwenden einen Hashing-Algorithmus, um zu bestimmen, welche physische Verbindung in der LAG für eine Übertragung verwendet wird. Daher kann die Kommunikation zwischen zwei Geräten unterschiedliche physische Verbindungen in der LAG für verschiedene Übertragungen verwenden. Ein FCoE LAG stellt sicher, dass der FCoE-Datenverkehr dieselbe physische Verbindung in der LAG für Anfragen und Antworten verwendet, um die virtuelle Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen dem konvergierten FCoE-Gerätenetzwerkadapter (CNA) und dem FC SAN-Switch über das QFabric-Systemknotengerät zu erhalten. Eine FCoE-LAG bietet keine Load Balancing- oder Link-Redundanz für FCoE-Datenverkehr. Der reguläre Ethernet-Datenverkehr nutzt jedoch den Standard-Hashing-Algorithmus und erhält die üblichen LAG-Vorteile von Load Balancing und Link-Redundanz in einer FCoE LAG.
IGMP-Snooping ist standardmäßig auf allen VLANs in allen Softwareversionen vor Junos OS R13.2 aktiviert. Deaktivieren Sie IGMP-Snooping auf FCoE-VLANs, wenn Sie Software verwenden, die älter als 13.2 ist.
Sie können mehr als ein FCoE-VLAN konfigurieren, aber jede bestimmte virtuelle Verbindung muss sich nur in einem FCoE-VLAN befinden.
Alle 10-Gigabit-Ethernet-Schnittstellen, die mit FCoE-Geräten verbunden sind, müssen über ein natives VLAN konfiguriert sein, um FIP-Datenverkehr zu übertragen, da FIP VLAN-Erkennungs- und Benachrichtigungsbilder als nicht infizierte Pakete ausgetauscht werden.
Nur FCoE-Datenverkehr ist im FCoE-VLAN zulässig. Ein natives VLAN muss möglicherweise unmarkierten Datenverkehr verschiedener Typen und Protokolle übertragen. Daher ist es eine gute Vorgehensweise, das native VLAN von FCoE-VLANs zu trennen.
Unterstützte FC-Funktionen und -Funktionen
Folgende Funktionen und Funktionen werden unterstützt:
Als FCoE-FC-Gateway:
DCB, einschließlich Data Center Bridging Capability Exchange Protocol (DCBX), priority-based Flow Control (PFC), Enhanced Transmission Service (ETS) und 10-Gigabit Ethernet-Schnittstellen
FCoE Initialization Protocol (FIP)
Proxy für FCoE-Geräte bei der Kommunikation mit FC-Switches und fungiert als Proxy für FC-Switches bei der Kommunikation mit FCoE-Geräten
Bis zu 12 native FC-Schnittstellen pro QFX3500-Switch (jede Schnittstelle kann als 2-Gigabit-, 4-Gigabit- oder 8-Gigabit Ethernet-Schnittstelle konfiguriert werden)
Als FCoE-Transit-Switch:
DCB-Funktionen
FIP-Snooping
Transparente Layer 2 MAC-Weiterleitung von FCoE-Frames
Verlustfreie Transportunterstützung
Bis zu sechs verlustfreie Weiterleitungsklassen werden unterstützt. Für verlustfreie Übertragung müssen Sie PFC am IEEE 802.1p-Codepunkt verlustfreier Weiterleitungsklassen aktivieren. Die folgenden Einschränkungen gelten für die Unterstützung verlustfreier Übertragungen:
Die externe Kabellänge von einem eigenständigen Switch oder QFabric-System Node-Gerät zu anderen Geräten darf 300 Meter nicht überschreiten.
Die interne Kabellänge von einem Node-Gerät des QFabric-Systems zum Interconnect-Gerät des QFabric-Systems darf 150 Meter nicht überschreiten.
Für FCoE-Datenverkehr muss die maximale Übertragungseinheit (MTU) der Schnittstelle mindestens 2180 Bytes betragen, um die Paketnutzlast, Header und Prüfungen unterzubringen.