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数据中心增强以太网手艺白皮书

增强型以太网是由IEEE数据中心网桥(Data Center Bridge ,简称DCB)事情组提出一系列以太网扩展协议 ,来增强古板以太网传输的可靠性 ;主要有两个特征:率先为在以太网基础上举行扩展 ,第二个为支持不丢包传输。

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    宣布时间:2011-11-21

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我想谈论

    配景

    数据中心 I/O整合的泛起

    数据中心(Data Center ,DC)为种种企业营业提供数据 ,是数据盘算、网络传输、存储的中心。数据中心现在尚在快速生长当中 ,有着辽阔的远景 ,凭证展望 ,预计到2013年 ,中国下一代数据中心的市场规模将凌驾977亿元。 

    数据中心是目今运营商和各行业的IT建设重点 ,实现对IT信息系统的整合和集中管理 ,提升管理、运营和服务效率 ,降低运营本钱。这也导致数据中心规模越来越大 ,重漂后越来越高。为了建设集中扁平化 ,统一多种应用的融合数据中心 ,未来的数据中心建设将围绕融合网络和虚拟化睁开 ,大宗新手艺应用在数据中心建设中 ,如数据中心以太网 ,FCoE ,虚拟化 ,种种应用服务器建设等。

    古板的Fibre Channel手艺以其高速、高效、可靠和长距离传输 ,普遍应用在存储网络(SANs)中。可是以太网手艺以其低本钱、高手艺、高普及率 ,在网络领域占有统治职位。这导致了在一个企业或者组织的数据中心网络中可能会建设若干套网络 ,其中以太网承载IP流量 ,Fibre Channel承载基于SCSI手艺 ,可能还会由InfiniBand来承载高速集群I/O。

    今天的数据中心情形(FCoE/CEE手艺引入前)

    特点

    1.服务器装备通过FC交流机毗连的存储网络(SAN) 。

    2.服务器装备通过以太网交流机毗连的IP网络。

    3.服务器装备上同时毗连IP网络和存储网络。

    古板营业结构下 ,由于多种手艺之间的伶仃性(LAN与SAN) ,使得数据中心折务器总是提供多个对外I/O接口(在此 ,可明确成服务器的网卡):用于数据盘算与交互的LAN接口以及数据会见的存储接口 ,某些特殊情形如特定HPC(高性能盘算)情形下的超低时延接口。服务器的多个I/O接口导致了数据中心情形下多个自力运行的网络同时保存 ,不但使得数据中心布线重大 ,差别的网络、接口形体造成的异构还直接增添了特殊职员的运行维护、培训管理等高昂本钱投入 ,特殊是存储网络的低兼容性特点 ,使得数据中心的营业扩展往往保存约束。

    这样就造成了大宗的线缆、能耗和用度。在全球经济� ;男问葡� ,在针对大型数据中心网络中 ,逐步泛起了I/O整合的思绪。(备注:可明确成原理服务器上要有多张网卡划分毗连种种存储、以太网等 ,整合后只需要一张网卡)

    I/O 整合与统一的设想是使适配器、交流机和/或存储系统使用相同的以太网物理基础实验来传送特征差别较大的差别类型流量和处置惩罚要求。数据中心管理职员可以采购更少的主机总线和服务器适配器、线缆、交流机和存储系统 ,削减电力、装备和管理本钱。关于 IT 网络管理职员 ,这等同于装置并操作一个网络而不是一个结构树 ,可是仍然具有区分差别流量类型的能力。

    IO整合后 ,把这些网络融合到以太网上 ,多个网络流量(以太网的流量、存储的流量)共享统一条物理链路 ,建设统一融合的数据中心以太网(Data Center Ethernet ,DCE) ,能够大幅镌汰线缆和能耗 ,大大降低运维本钱 ,是数据中心网络的生长趋势。数据中心以太网也称为融合增强型以太网(Converged Enhanced Ethernet ,CEE)。

    增强以太网的提出

    以太网作为一种起劲服务的网络模子 ,网络忙碌时可能爆发丢包或传输故障 ,由于古板以太网不可靠的传输特征 ,因此不适合在存储信息传输历程中使用。例如:公共清静场合的监控录像 ,有研究批注 ,一小我私家掠过一个监控摄像机最短的时间不到一秒钟 ,若是要害数据在传输历程中丧失 ,就会给未来的视察取证造成极大困扰。

    为了使光纤通道(Fiber Channel)传输数据可以在以太网上传输 ,生长出了FCoE(Fiber Channel Over Ethernet)协议。可是 ,古板的以太网是一定是无法承载光纤通道数据传输的 ,以太网应该生长成为拥有壅闭管理和流量控制功效的低延迟的和不扬弃数据包的传输手艺 ,最终生长成增强型的以太网。

    所谓增强型以太网 ,并不是在古板以太网基础上 ,提出新的报文封装名堂 ,而是由IEEE数据中心网桥(Data Center Bridge ,简称DCB)事情组提出一系列以太网扩展协议 ,来增强古板以太网传输的可靠性。增强型以太网主要有两个特征:率先为在以太网基础上举行扩展 ,支持将上述三类网络整合起来 ;第二个为支持不丢包传输 ,从而可以支持那些对传输可靠性要求极高的服务。

    IEEE数据中心网桥(Data Center Bridge ,简称DCB)事情组正在界说的标准如下:

    用于基于优先序次的流量控制的802.1Qbb标准 ;

    用于冲突通知的802.1Qau标准 ;

    用于增强的传输选择的802.1Qaz标准(该标准还含数据中心桥接交流协议DCBX)

    虚拟机支持IEEE802.1Qbg

    另外 ,IETF的TRILL协议也将成为数据中心主要协议。

    增强以太网简介

    在DCE/CEE中 ,Fibre Channel帧将映射到以太网上来举行承载(FCoE标准)。古板的Fibre Channel提供流控机制 ,支持营业的平滑举行 ,并且古板的Fibre Channel关于时延的增添/转变或者颤抖很是敏感。

    而古板的以太网络可以容忍一定的丢包和时延转变/颤抖。以是 ,IEEE界说了一系列标准 ,规范DCE/CEE关于古板以太网增强 ,主要包括:

    802.1Qbb Priority Flow Control(PFC):

    古板的以太网是整条链路举行流控的。802.1Qbb是基于优先级的流控标准。在一条物理链路上 ,分成了8个虚拟通道 ,每一个通道分派一个优先级。这样在一条链路上可以承载多种营业类型 ,包括FCoE和非FCoE的营业。当爆发拥塞时 ,吸收端可以在特定的优先级虚拟通道上发送XOFF和XON帧 ,抑制或者继续特定的营业 ,包管高优先级或者时延敏感的营业的传输。下面是802.1qbb的原理图。

    802.1Qaz Enhanced Transmision Selection(ETS):

    包管差别服务级别上的多种流量类型的质量。在DCE/CEE上的营业中 ,IPC是时延敏感的营业 ,SAN营业是对丢包敏感的营业 ,而IP营业是可以允许一定的丢包和时延。链路上的营业可以分为若干个优先级组(Priority Group ,PG) ,并且界说每个PG的带宽属性。主要的营业 ,好比存储网络数据被付与高优先级 ,包管带宽。低优先级营业只能在高优先级营业带宽不占用的情形下 ,才华使用分派带宽之外的特殊带宽。下面是ETS和PG的典典范子。
 

    Data Center Bridging eXchange Protocol(DCBX):

    这是IEEE Link Layer Discovery Protocol(LLDP)的扩展 ,可以在链路建设的时间交流两头装备的能力参数 ,好比是否支持PFC ,以及802.1Qaz Priority Group。

    其他相关标准:

    包括IEEE 802.1Qau端到端拥塞管理标准 ,为战胜天生树协议的单路径和收敛慢特点Layer2 Multipathing(L2MP)协议等。

    在古板的以太网情形中 ,网络传输历程中 ,当网络流量抵达最大带宽后 ,不可能包管所有流量的传输 ,只能将部分流量扬弃掉。为了包管数据流在传输历程中不被扬弃 ,泉源的步伐通知数据发送源端 ,降低数据发送的速率� ;谟等ǜ娴�802.1Qau标准 ,    就是在这种配景下泛起 ,服务于增强型以太网 ,用于提高以太网传输的可靠性。

    CNM(拥塞通告信息)的目的MAC直接是泉源主机! 下图为拥塞点(CP)与反应点(RP)的示意点。

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