FCoE – Anforderungen an die Übertragungsstruktur

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Erhaltung des nativen Fibre Channels

Der größte Teil dieser Ziele ist darauf ausgerichtet, den nativen FC unter allen Umständen zu erhalten. Warum ist das so wichtig? Die Argumentation liegt hauptsächlich in den Bereichen Administration, Management und Bereitstellung von Diensten.

Anwender, die die Umstellung auf eine FCoE-Umgebung in Erwägung ziehen, können auf eine sanfte Migration hoffen, weil alle gewohnten Funktionen auch weiterhin bestehen bleiben. Die verlangte Kompatibilität zu installierten FC-Umgebungen erlaubt die Weiterverwendung bestehender FC-SAN-Tools und Management-Konstukten.

Aus der Perspektive eines Storage Administrators ist z.B. Zoning eine ganz wesentliche Funktion, die einem Host den Zugang zum Speicher ermöglicht. Zoning hat zwei wesentliche Funktionsbereiche, nämlich Zuordnung von Speicher und Sicherheit. Durch das Zoning kann ein Host die für ihn zur Verfügung stehenden Bereiche des Speichers „sehen“. Zoning sorgt dafür, dass unautorisierte Server nicht an die Speicher können. Es wäre doch schade, wenn diese praktische Funktion verloren ginge. FCoE-basierte Switches werden diese Zoning-Funktion daher weiter anbieten und so dazu beitragen, dass Speicher-Zuordnungsfunktionen und Sicherheit weiterhin gewährleistet bleiben.

Neben dem Zoning ist die Name Server Datenbank ein weiteres integrales Instrument in SANs. Sie deckt eine Liste von Geräten ab, die aktuell mit dem SAN verbunden sind. Außerdem enthält sie z.B. Informationen über den Zustand von Verbindungen. FCoE-basierte SANs werden natürlich auch diese Datenbank weiter anbieten.

Über die beispielhaft genannten Bereitstellungsfunktionen benötigt ein SAN-Administrator natürlich weitergehende Funktionen wie z.B. Disaster Recovery bzw. Backup und Recovery. Disaster-Recovery-Funktionen benutzen gerne das FCIP-Protokoll, um auch über beliebige IP-Netze arbeiten zu können. Auch FCIP bleibt im Zusammenhang mit FCoE unangetastet. Daten, die an eine entfernte Stelle geschickt werden müssen, benutzen dazu einen FCIP-Link über ein Gateway und kommen auch über ein solches in das FCoE-Netz. Damit kann man alle bestehenden Tools z.B. für den Betrieb externer Bibliotheken mit Backup und Recovery weiterverwenden.

Unternehmen, die bereits eine FC-Infrastruktur verwenden, müssen also nicht ihre gesamten Investitionen in diese Infrastruktur durch die Einführung von FCoE abschreiben, weil alles oberhalb der FCoE-Schicht bleibt wie es ist. Der Kern dazu ist die FC-Einkapselung

Einkapselung

Die Einkapselung des FC Frames geschieht durch das Mapping von FC auf Ethernet. FC und traditionelle Netze haben Protokollstacks, bei denen jede Schicht eine Menge von Funktionen repräsentiert. Der Fibre Channel ist in fünf Schichten (FC-0 bis FC-4) definiert, während Ethernet die unteren zwei OSI-Schichten abdeckt. FCoE schafft die Möglichkeit des Transports der FC-2-Schicht über die Ethernet-Schicht. Dadurch fallen die FC-0 und die FC-1-Schicht weg und die FC-Schichten 2 bis 4 werden durch die IEEE 802.3 Ethernet-Schichten unterstützt. Genau diese Abbildung erlaubt den FC-Verkehr über Ethernet. Abbildung 1 zeigt die Grundidee.

Abbildung 2 zeigt das entsprechende Frame-Format nach dem INCITS T11.3-Standard.

Die ersten und zweiten jeweils 48 Bits spezifizieren die Quell- und Ziel-MAC-Adressen. Das 32-Bit IEEE 802.1Q Tag hat die gleiche Funktion wie in VLANs und erlaubt den Betreib unterschiedlicher logischer Netze auf einer gemeinsamen Infrastruktur. FCoE hat seinen eigenen „Ether-Typ“, der in den nächsten 16 Bits angezeigt wird, gefolgt vom 4 Bit langen Versionsfeld. Die nächsten 100 Bits sind reserviert. Nach ihnen kommt der 8 Bit Start of Frame und dann der eigentliche FC Frame. Auf den 8 Bit End of Frame Delimiter folgen 24 reservierte Bits. Der Frame endet wie immer mit 32 Bits für die FCS.

Der eingekapselte FC Frame besteht aus dem originalen 24 Byte langen FC Header und den Daten, die transportiert werden sollen, einschließlich der Fibre Channel CRC. Der Header wird deshalb unverändert übernommen, damit es bei der Verbindung von einem traditionellen FC-SAN mit einem FCoE-Switch nicht zu Irritationen kommen kann. So ist die Integration kein Problem.

Frame-Größe

Ein weiterer Faktor ist die Frame Größe. Ein typischer FC Daten Frame hat 2.112 Byte Payload, einen Header und eine CRC. Ein klassischer Ethernet Frame ist höchstens 1.500 Byte groß. Um eine gute Performance zu erzielen, muss man vermeiden, dass ein FCoE Frame in zwei Ethernet Frames zerlegt und anschließend wieder zusammengebaut werden muss. Also muss man einen Jumbo-Frame oder zumindest den „Baby-Jumbo“ benutzen, der zwar nicht standardisiert ist, aber von verschiedenen Herstellern dennoch angeboten wird.

Der durch FCoE anfallende Overhead besteht aus konstant 56 Bytes. Bei einer maximalen FC-Paketlänge wären das grob gerechnet 3 Prozent, bei einer mittleren FC-Paketlänge fünf bis sechs Prozent. Anders gerechnet ergäbe ein 10 GbE-Kanal damit eine maximale FC-Übertragungsrate von ca. 9,7 Gigabit/s.

Damit haben wir jetzt zunächst einmal eine Idee davon erarbeitet, wie die Konvergenz von FC über Ethernet arbeiten soll.