1引言

隨著數據中心（DataCenters）規模擴大和組網復雜性的增加，從多種不同業務應用所產生的流量也使管理技術也變得更為復雜和成本高昂，隨著近來以太網速率的新發展（10Gbps已經是成熟的標準并得到廣泛的應用，40/100Gbps仍然在開發中，正式標準計劃2010年推出，美國Ixia公司目前已經推出100G測試儀表。），以太網已經成為下一代數據中心存儲與數據傳送技術融合最有吸引力的技術。

數據中心技術的向前發展，下一代存儲網絡（SANs）必須集成數據中心網絡，光纖通道（FibreChannel,FC）是成熟可靠的技術并且已經廣泛應用SANs網絡中，以太網技術是局域網（LAN）理論以及事實上的標準。目前主要部署的光纖通道技術最高為4Gbps的速率，它不太可能能夠很快支持8Gbps的速率。而以太網已經支持10Gbps,并且40/100Gbps標準也在快速推進中，為了滿足服務器集群和網絡融合的需要，一個清晰明確的方向就是部署全以太網技術并支持互操作性和后向兼容性。以太網光纖通道（FibreChannel over Ethernet, FCoE）技術就是是通過以太網直接傳輸光纖協議，讓存儲網絡中的數據可輕易跨越光纖和以太網的界限，從而降低用戶在存儲網絡構建和管理方面的成本和復雜性。數據中心以太網（Data Center Ethernet, DCE）的概念就這樣被提了出來。

2數據中心以太網技術介紹

數據中心以太網（DataCenterEthernet,簡稱DCE），是對當前以太網技術標準高性能方面的增強，可以為下一代數據中心提供網絡架構。需要特別指出的是，數據中心以太網在網絡結構可擴展性、可操作性以及傳輸靈活性方面對以太網做了重點擴展，目標是實現一個穩定的、無損的（Lossless）傳輸層面。

為了滿足上述要求，一些新技術特點比如從光纖通道到以太網的映射、“無損的”以太網和冗余路徑和故障切換等必須進行改進和提升以滿足FCoE等數據中心技術的需要。主要增強的技術見表1。

2.1從光纖通道FC到以太網的映射

從OSI模型上來看，進行從光纖通道到以太網的映射，要用到以太網中的IEEE802.3層和FCoE映射層來取代光纖通道協議模型中的FC-0和FC-1層，其他均無變化，見圖1。另外需要注意的是，一個以太網幀最長為1518字節。而一個典型的光纖通道幀最長為2112字節。見圖2，由于FC幀要大于以太網幀，因此在以太網上打包光纖幀時需要進行分段發送，然后在接收方進行重組。這會導致更多的處理開銷，阻礙FCoE端到端傳輸的流暢性。從數據幀的類型區分商，FC和FCP協議會封裝在以太幀中以以太類型0x8906標識，FIP協議和FC類似，也會封裝在以太幀中，但以太幀類型以0x8914標識。

要解決以太網和光纖通道各自傳輸幀大小之間的差異。必須要一個更大的以太網幀來平衡光纖通道和以太網幀大小上的差異。有一個稱為"巨型幀"的實質標準，盡管不是正式的IEEE標準，但它允許以太網幀在長度上達到9k字節。在使用"巨型幀"時需要注意，所有以太網交換機和終端設備必須支持一個公共的"巨型幀"格式。因為在正常情況下，以太網交換機是會對巨型幀進行丟棄處理的。

最大的巨型幀（9K字節）可以實現在一個以太網幀下封裝四個光纖通道幀。但是這會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，一個巨型以太網幀內封裝一個完整的光纖通道幀，頭信息為12個字節（目的MAC地址和源MAC地址各6個），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中需要的光纖通道尋址，所以需要從FCID（FibreChannelID）到以太網MAC地址映射的方法。可以選擇一個與地址解析協議（ARP）相類似的協議來實現FCID到MAC的地址映射。例如，在第三層IP環境下，地址解析協議用于從上層IP網絡地址到第二層硬件MAC地址映射。FCoE頭信息為2個字節，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獲得存儲服務（例如通過SNS發現設備機制）。FCoE要求有相應的功能性來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交換機時會接收FCID。FCoE設備無法確保通用以太網交換機提供專門的存儲服務，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引擎來提供光纖通道登陸、尋址和其它高級服務。這些技術的需要就為太網、光纖通道和FCoE存儲服務融合為一體提供保障。

2.2無損的以太網

FCoE發展過程中所遇到的第一個挑戰是將通過本地光纖通道的Buffer-to-bufferCredits特性所實現的流控制機制得以延續。雖然以太網交換機沒有相對應的緩沖到緩沖機制，但以太網標準可以通過支持MAC控制幀來調節流入的信息量。IEEE802.3x流量控制標準是基于暫停幀流量控制技術的。這個技術會使得發送者后面的傳輸內容延遲一段特定的時間再發送，如果接收設備在這段時間過去之前清除緩沖，那么它會重新發送暫停幀，同時將終止時間歸零。這使發送者可以重新傳送直至接收到另一個暫停幀。

因為FCoE機制必須支持存儲數據的讀寫，所以所有網絡存儲路徑下的終端設備和以太網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。對于存儲事務來說，這有助于增強流控機制的服務層級質量，使得最關鍵的任務的數據流在可能發生阻塞的情況下獲得最高優先權。需要指出的是，以太網上常用的802.3x流量控制能夠對控制報文和數據報文同時“暫停”，但是基于流量控制的802.1Qbb 可以對特定優先級數據流進行轉發控制。圖3是一個運行Ixia IxExplorer FCoE測試功能時，啟用以太網中的流量控制與802.1Qbb流量控制時對FCoE流量的影響。