Die (R)Evolution der Rechenzentren; Teil 36 Durchbruch für FCoE mit FC-BB-5 – FC-BB_E im Detail

In dieser und den nächsten Folgen betrachten wir Aufbau, Funktionen und Möglichkeiten von FC-BB_E näher und ziehen entsprechende Schlüsse. Das Verständnis von FC-BB_E ist wesentlich für sichere Entscheidungen bei Planung, Konfiguration und Aufbau konvergierter RZ-Netze

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Das Referenzmodell wurde bereits gezeigt. In der Abbildung 1 sehen wir die Einbindung einer FCoE-Arbeitseinheit in das FC-Referenzmodell, während Abbildung 2 die Strukturierung für FCoE-Forwarder (FCF) und FCoE-Knoten (ENodes) zeigt. Normalerweise würde man sagen, dass die FCFs die FC-Switches, und die ENodes die angeschlossenen FC-Endgeräte sind.

In einem normalen FC-Netz kommunizieren FC-Knoten und Switches durch FC_Ports. FC-Links verbinden PN_Ports mit PF_Ports und PE_Ports mit PE_Ports. Wieder neue Ports? Nein. Das sind die Arbeitseinheiten (LCFs) in FC-Fabrics, die E_, F_, und N_Ports im Rahmen der Fabric mit entsprechenden anderen Ports über eine native Link verbinden. Diese Nomenklatur ist im Standard FC-SW-5 festgelegt.

In einem Fiber Channel over Ethernet System kommunizieren FCoE-Knoten (ENodes) und FCoE Forwarder FCFs über Ethernet Ports durch ein Lossless Ethernet. Hierbei ersetzen virtuelle FCoE-Links die physikalischen FC-Links durch die Einkapselung von FC-Frames in Ethernet Frames. FCoE unterstützt Virtual Links von VE_Port zu VE_Port sowie zwischen VN_Ports und VF_Ports. Ein Virtual Link wird durch die beiden MAC-Adressen der Endpunkte des Links definiert. Werden Fabric Provided MAC-Adressen (FPMAs) benutzt, reicht das zur Identifizierung völlig aus.

Bild 3 zeigt eine beispielhafte FCoE Netzwerk-Konfiguration für die Kommunikation zwischen VN_Port und VF_Port.

Jeder der zwei ENodes H1 und H2 in Abb. 3 hat eine einzelne physikalische Ethernet-Verbindung zum Lossless Ethernet. Jeder der zwei FCFs, FCF A und B, hat ebenfalls eine einzelne physikalische Ethernet-Verbindung zum Lossless Ethernet Netzwerk. Jeder ENode kann Instanzen für multiple VN_Ports schaffen, die durch die FCFs vermöge FCoE Virtual Links mit VF_Port-Instanzen verbunden werden. Das sind im Bild die gestrichelten Linien. In diesem Fall wird ein Lossless Ethernet durch FCoE auf eine Menge von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen beschränkt, die VN_Port-zu-VF_Port Virtual Links tragen, auf denen Fibre ChannelProtokolle arbeiten können.

Nur Punkt-zu-Punkt-Verbindungen werden genutzt

Hier haben wir einen ganz wesentlichen Punkt. Von allen Fähigkeiten eines geswitchten Ethernets werden lediglich Punkt-zu-Punkt-Verbindungen genutzt. Diese können natürlich durch eine Hintereinanderschaltung von Ethernet-Switches im Rahmen einer Ethernet Fabric implementiert werden, in der Praxis des RZ-Netzes wird das aber eine eher sehr begrenzte Anzahl von Stufen sein. Wie wir noch sehen werden, werden diese Verbindungen im Rahmen eines umfangreichen Initialisierungsprozesses aufgebaut. Hier können schon sehr viele mögliche Fehler abgefangen werden.

Tritt dennoch Congestion auf, die die Lossless Eigenschaft gefährdet, ist das eigentlich nur noch auf eine schlechte Konstruktion der Ethernet Fabric oder auf einen echten Fehler irgendwo in einem der Ethernet-Switches zurückzuführen. Im Rahmen der normalen Operation wird das Ethernet durch die in DCB formulierten Protokolle wie PFC ergänzt. Im Zusammenhang mit DCBX kann man das alles schön einstellen, damit auch wirklich jeder Switch auf dem Weg weiß, was er zu tun hat.

In Verbindung mit einer gewissen Überkapazität sinkt dann die Wahrscheinlichkeit für den Verlust eines Paketes durch die Konstruktion in die Größenordnung des Verlustes eines Pakets durch eine Fehlfunktion einer physikalischen oder Firmware-Komponenten oder des Steuerprozessors im Switch. Mit diesem Risiko müssen wir immer leben. FCoE fügt in der durch FC-BB-5 definierten Konstruktion aber kein weiteres Risiko hinzu!

Abbildung 4 zeigt eine beispielhafte FCoE Netzwerk-Konfiguration für die Kommunikation zwischen VE_Port und VE_Port.

Jeder der drei FCFs A, B und C in Abb. 4 hat eine einzelne physikalische Ethernet Verbindung zum Lossless Ethernet Netzwerk. Jede FCF kann multiple Instanzen für VE_Ports erzeugen, die mit anderen VE_Ports durch FCoE Virtual Links verbunden werden. Die gestrichelten Linien zeigen mögliche Beispiele. Auch in diesem Fall wird das Lossless Ethernet auf eine Menge von Punk- zu-Punkt –Verbindungen reduziert, auf denen die FC-Protokolle laufen können. Die Anmerkungen im letzten Abschnitt gelten hier genauso.

Wie man in den Bildern 3 und 4 sehen kann, hat FCoE gegenüber nativem FC einige zusätzliche Möglichkeiten:

• Ein ENode kann Virtual Links von VN_Port zu VF_Port mit mehreren verschiedenen FCFs durch eine einzelne Lossless Ethernet MAC aufbauen, z.B. zum Zwecke des Fabric Logins.
• Ein FCF kann Virtual Links von VF_Port zu VN_Port mit mehreren verschiedenen ENodes durch eine einzelne Lossless Ethernet MAC aufbauen, z.B. zum Zwecke des Akzeptierens von Fabric Logins.
• Ein FCF kann Virtual Links von VE_Port zu VE_Port zu mehreren verschiedenen anderen FCFs durch eine einzelne Lossless Ethernet MAC aufbauen.

FC-Besitzer waren in der Vergangenheit nie besonders glücklich darüber, dass für zusätzliche gewünschte Verbindungen nach den bestehenden FC-Standards auch immer zusätzliche Adapter angeschafft und zusätzliche Leitungen gezogen werden mussten. Das betrifft vor allem solche, die man eigentlich nur zur Schaffung von Redundanz benötigt, also vor allem ISLs zwischen Direktoren.

Eine Alternative dazu waren bisher lediglich herstellerspezifische Erweiterungen. Auch wenn virtuelle FCoE-Verbindungen heute noch nicht wirklich die extreme Sicherheit tatsächlicher einzelner physikalischer Verbindungen aufweisen, wird sich hier in vielen Fällen eine vor allem kostenseitig attraktive Alternative auftun.