IXIA数据中心以太网(DCE)测试方案

介绍了数据中心以太网的技术演进与重点技术要求，着重描述了IXIA领先的DCE测试方案，包括FCoE测试技术以及目前最新支持情况，最后对IXIA所具有的独特优势进行了总结。

1  引言

随着数据中心（Data Centers）规模扩大和组网复杂性的增加，从多种不同业务应用所产生的流量也使管理技术变得更为复杂和成本高昂，随着近来以太网速率的新发展（10Gbit/s已经是成熟的标准并得到广泛的应用，40/100Gbit/s仍然在开发中，正式标准计划2010年推出，美国IXIA公司目前已经推出100G测试仪表），以太网已经成为下一代数据中心存储与数据传送技术融合最有吸引力的技术。

数据中心技术的向前发展，下一代存储网络（SANs）必须集成数据中心网络，光纤通道（Fibre Channel，FC）是成熟可靠的技术并且已经广泛应用SANs网络中，以太网技术是局域网（LAN）理论以及事实上的标准。目前，主要部署的光纤通道技术最高为4Gbit/s的速率，它不能很快支持8Gbit/s的速率。而以太网已经支持10Gbit/s，并且40/100Gbit/s标准也在快速推进中，为了满足服务器集群和网络融合的需要，一个清晰明确的方向就是部署全以太网技术并支持互操作性和后向兼容性。以太网光纤通道（Fibre Channel over Ethernet，FCoE）技术就是通过以太网直接传输光纤协议，让存储网络中的数据可轻易跨越光纤和以太网的界限，从而降低用户在存储网络构建和管理方面的成本和复杂性。数据中心以太网（Data Center Ethernet，DCE）的概念就这样被提了出来。

2  数据中心以太网技术介绍

数据中心以太网（Data Center Ethernet，DCE），是对当前以太网技术标准高性能方面的增强，可以为下一代数据中心提供网络架构。需要特别指出的是，数据中心以太网在网络结构可扩展性、可操作性以及传输灵活性方面对以太网做了重点扩展，目标是实现一个稳定的、无损的（Lossless）传输层面。

为了满足上述要求，一些新技术特点比如从光纤通道到以太网的映射、"无损的"以太网、冗余路径和故障切换等必须进行改进和提升以满足FCoE等数据中心技术的需要。主要增强的技术见表1。

表1  用于数据中心以太网的主要新标准

2.1  从光纤通道FC到以太网的映射

从OSI模型上来看，进行从光纤通道到以太网的映射，要用到以太网中的IEEE802.3层和FCoE映射层来取代光纤通道协议模型中的FC-0和FC-1层，其他均无变化（见图1）。另外需要注意的是，一个以太网帧最长为1518字节。而一个典型的光纤通道帧最长为2112字节。由于FC帧要大于以太网帧，因此在以太网上打包光纤帧时需要进行分段发送，然后在接收方进行重组（见图2）。这会导致更多的处理开销，阻碍FCoE端到端传输的流畅性。从数据帧的类型区分商，FC和FCP协议会封装在以太帧中以以太类型0x8906标识，FIP协议和FC类似，也会封装在以太帧中，但以太帧类型以0x8914标识。

图1  光纤通道帧与以太帧OSI协议模型映射

图2  FC帧示意图

要解决以太网和光纤通道各自传输帧大小之间的差异。必须要一个更大的以太网帧来平衡光纤通道和以太网帧大小上的差异。有一个称为"巨型帧"的实质标准，尽管不是正式的IEEE标准，但它允许以太网帧在长度上达到9k字节。在使用"巨型帧"时需要注意，所有以太网交换机和终端设备必须支持一个公共的"巨型帧"格式。因为在正常情况下，以太网交换机是会对"巨型帧"进行丢弃处理的。

最大的"巨型帧"（9k字节）可以实现在一个以太网帧下封装四个光纤通道帧。但是这会使光纤通道连接层恢复以及应用802.3x暂停指令的缓冲流量控制变得更加复杂。仍如图2所示，一个巨型以太网帧内封装一个完整的光纤通道帧，头信息为12个字节（目的MAC地址和源MAC地址各6个），但MAC地址是存储透明的，并且只能用于从源到目的地帧的交换。以FCoE帧中保留了存储事务中需要的光纤通道寻址，所以需要从FCID（Fibre Channel ID）到以太网MAC地址映射的方法。可以选择一个与地址解析协议（ARP）相类似的协议来实现FCID到MAC的地址映射。例如，在第三层IP环境下，地址解析协议用于从上层IP网络地址到第二层硬件MAC地址映射。FCoE头信息为2个字节，包括版本，SOF，EOF等控制信息等。此外，光纤通道使用一些较为熟知的地址来获得存储服务（例如通过SNS发现设备机制）。FCoE要求有相应的功能性来完成从熟知的地址到对应MAC地址的映射。

在传统光纤通道中，HBA或存储端口在连接到以太网交换机时会接收FCID。FCoE设备无法确保通用以太网交换机提供专门的存储服务，所以必须依靠可用于FCoE交换机内部的域控制器和存储服务引擎来提供光纤通道登陆、寻址和其它高级服务。这些技术的需要就为太网、光纤通道和FCoE存储服务融合为一体提供保障。

2.2  无损的以太网

FCoE发展过程中所遇到的第一个挑战是将通过本地光纤通道的Buffer-to-Buffer Credits特性所实现的流控制机制得以延续。虽然以太网交换机没有相对应的缓冲到缓冲机制，但以太网标准可以通过支持MAC控制帧来调节流入的信息量。IEEE 802.3x流量控制标准是基于暂停帧流量控制技术的。这个技术会使得发送者后面的传输内容延迟一段特定的时间再发送，如果接收设备在这段时间过去之前清除缓冲，那么它会重新发送暂停帧，同时将终止时间归零。这使发送者可以重新传送直至接收到另一个暂停帧。

因为FCoE机制必须支持存储数据的读写，所以所有网络存储路径下的终端设备和以太网交换机必须支持双向IEEE 802.3x流控制。尽管这样的效果可能不如Buffer-to-Buffer Credits机制那么理想，但是IEEE 802.3x暂停帧可以提供对应的功能性，来调节存储流量并防止阻塞和缓冲区溢出引起的丢帧。对于存储事务来说，这有助于增强流控机制的服务层级质量，使得最关键的任务的数据流在可能发生阻塞的情况下获得最高优先权。需要指出的是，以太网上常用的802.3x流量控制能够对控制报文和数据报文同时"暂停"，但是基于流量控制的802.1Qbb 可以对特定优先级数据流进行转发控制。图3是一个运行IXIA IxExplorer FCoE测试功能时，启用以太网中的流量控制与802.1Qbb流量控制时对FCoE流量的影响。

图3  使用802.3x和802.1Qbb流量控制对FCoE流量影响示意图

来源：电信网技术