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Die (R)Evolution der Rechenzentren; Teil 39 FC-BB_E im Detail – Die Auswirkungen auf Unternehmensnetze

Autor / Redakteur: Dr. Franz-Joachim Kauffels / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

Ich möchte nun an einem abstrakten Beispiel erläutern, wie ein FCoE-Switch aufgebaut sein kann und wie er funktioniert. Es gibt noch verschiedene andere Alternativen und jeder Hersteller kann es natürlich machen wie er möchte, aber wir beschränken uns jetzt hier auf diese. Die letzten 20 Folgen waren der Realisierung der Konvergenz durch DCB und FCoE gewidmet. Zeit, ein Zwischenfazit hinsichtlich der Konsequenzen für die Unternehmensnetze zu ziehen.

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Der Aufbau eines FCoE Switches im Blockdiagramm
Der Aufbau eines FCoE Switches im Blockdiagramm
( Archiv: Vogel Business Media )

Abbildung 1 zeigt das Funktionsdiagramm eines FCoE-fähigen Switches, der insgesamt durch das größere gelbe Feld dargestellt ist. Im Switch befinden sich sowohl eine Ethernet- als auch eine Fibre-Channel-Switch-Funktion. Beachten Sie die FCoE-Einheit innerhalb des FC-Switches. Diese Einheit kapselt FC-Frames in FCoE-Frames und entkapselt entsprechend ankommende FCoE-Frames. Also kommt aus dem oberen Ende der Einheit FC-Verkehr und aus dem unteren Ende FCoE-Verkehr. Die FCoE-Einheit hat eine EthernetMAC-Adresse, die als Quell- oder Zieladresse benutzt wird, wenn FCoE-Frames über eine Ethernet Fabric transportiert werden.

Ein FC-Frame kommt von den grünen FC-Ports auf der rechten Seite in den FC-Switch, wo die FCoE-Einheit ihn in einen FCoE-Frame kapselt, der wiederum an die Ethernet-Bridge geschickt wird, die ihn an einen passenden Ethernet Port leitet. Die Bridge ist hier natürlich ein gedankliches Hilfsmittel für eine Switchmatrix. In der Gegenrichtung ist die Funktion entsprechend.

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Dieses Beispiel zeigt, dass in FC-Geräten noch nicht einmal die FC-Adapter ausgetauscht werden müssen – die merken von dem Ganzen also gar nichts.

Ein früher erwähntes Verfahren ist der Ersatz von FC Link MAC-Adressen in einer verlustfreien Ethernet Fabric. Traditionelle Fibre Channel Fabric Switches verwalten Forwarding Tabellen, FC_IDs, und nutzen sie, um den besten Weg für einen Frame auf dem Weg zu seinem Zielport zu bestimmen. FC-Links sind üblicherweise Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und brauchen keine Adressierung auf dem Link Layer. Ein Ethernet arbeitet da ganz anders und formt insbesondere keine Verbindung zwischen zwei Endpunkten in der Art eines FCs. Deshalb muss sich FCoE auf Ethernet MAC-Adressen beziehen, um einen Frame an das korrekte „Ethernet-Ziel“ zu schicken.

Abbildung 2 zeigt, wie traditionelle FC-Adressen mit MAC-Adressen in einem FCoE-Netzwerk in Einklang gebracht werden.

Links ist ein Storage Array, welches an einen FC Switch mit dem Namen FC Domain 7 angeschlossen ist. Dieses Storage Array ist ein traditionelles SAN und speichert Information für einen Engineering Host, der an eine FCoE-fähige Fabric angeschlossen ist. Dieser Host hat die FC_ID 1.1.1 und eine FC-MAC-Adresse.

Fünf Schritte für die eingekapselte Datenübertragung

  • 1.: Der FC-N_ Port des Storage Arrays sendet den FC-Frame aus, der die Ziel-FC_ID (D_ID 1.1.1) und die Quell-FC_ID (S_ID = 7.1.1) im Header enthält. Zur Vereinfachung stellen wir hier nur den Header dar.
  • 2.: Der FC-Switch mit Domain_ID 7 empfängt den Frame. Da die Ziel-ID (D_ID) nicht in dieser FC-Domäne (7) liegt, schaut der Switch die Zieladresse in seiner Forwarding-Tabelle nach und schickt den Frame an den Port, der dem vom Fabric Shortest Path First Algorithmus (FSFP) bestimmten kürzesten Weg zugeordnet wurde.
  • 3.: Der Switch mit der FC-Domain ID 3 empfängt den Frame und sieht, dass die Zieladresse (D_ID) nicht in Domain 3 ist und wiederholt den Lookup-Prozess, wie wir ihn schon vom letzten Schritt kennen. Als Ergebnis wird in dem Fall jedoch der FC-Frame über eine FCoE-fähige Ethernet Switching-Fabric weitergeleitet. Dazu muss der Frame durch eine FCoE-Einheit im Switch eingekapselt werden und dann an den Port, der dem kürzesten Weg entspricht, weitergeleitet werden. Während die originalen FC Quell- und Ziel-IDs im eingekapselten FC-Frame verbleiben erzeugt die FCoE-Einheit neue Ziel- und Quell-MAC-Adressen für den Ethernet Header. Wie schon erwähnt, hat die FCoE-Einheit ihre eigene MAC-Adresse. In diesem Fall liegt das Ziel bei der MAC-Adresse B, das ist die MAC-Adresse der FCoE-Einheit im empfangenden Switch. Die Quelladresse ist die MAC-Adresse A, das ist die der FCoE-Einheit im sendenden Switch.
  • 4.: Wenn der FCoE Frame an der FCoE-Einheit mit der MAC-Adresse B ankommt, wird er ausgepackt und der Switch entscheidet, dass das FC-Frame-Ziel innerhalb seiner Domäne (1) liegt. Der Frame wird erneut enkapsuliert und zwar mit der neuen Ziel-MAC-Adresse C (die zur FC-D_ID 1.1.1 korrespondiert) und der neuen Quell-Adresse B. Dann wird der Frame an den geeigneten Port des FCoE Hosts mit der Ethernet-MAC-Adresse C geschickt.
  • 5.: Wenn der FCoE Host-Bus-Adapter den FCoE-Frame mit der MAC-Adresse C empfängt, wird der FCoE Frame ausgepackt und der FC-Frame vom Engineering Host mit der FC_ID 1.1.1 entgegengenommen.

Das Beispiel zeigt, wie die Adressabbildung funktioniert. Es sind sehr viele unterschiedliche FC/FCoE/Ethernet-Konfigurationen denkbar, der Mechanismus funktioniert aber immer auf die gleiche Art und Weise.

FCoE kann in einer Vielzahl von Topologien aufgebaut werden, die vom RZ, den Geschäftsbereichen, den Anforderungen und den gewählten Produkten abhängen. Abbildung 3 zeigt eine FCoE-Topologie, bei der die I/O-Konsolidierung auf der Zugriffsebene des Netzwerks passiert.

FCoE wird in diesem Szenario dazu benutzt, den Verkehr zwischen Servern und FCoE-fähigen Switches zu konsolidieren. Die FCoE-Switches leiten den FC-Verkehr zu den angeschlossenen SANs und den Ethernet-Verkehr an das Ethernet-Netzwerk. Dieses einfache Beispiel wäre z.B. etwas für ein RZ, welches die Konsolidierung in bestimmten Phasen durchlaufen möchte.

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