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统一连接

企业数据中心通常使用以太网网络传输 LAN 和 IP 数据,而使用单独的光纤通道 (FC) 网络传输存储区域网络 (SAN) 。此外,数据中心还常常使用专门的附加集群互连,例如 InfiniBand。随着数据中心越来越多地采用万兆以太网 (10GbE),再加上以太网光纤通道 (FCoE) 和无损 10GbE 技术的出现,企业可将光纤通道流量与 LAN 和 IP 数据流量整合到相同的以太网基础架构中。

网络聚合有望使您保住现有 FC 存储投资、降低数据中心成本和复杂性,并简化网络管理。由于通过网络聚合简化数据中心的潜能显而易见,并且人们对 FCoE 技术高度青睐,因此近几年 Tech OnTap 刊载了许多与此主题相关的文章。(见边栏。)

随着 Data ONTAP® 8.0.1 的推出,NetApp 已经完成实现完全网络聚合的最后一步。借助我们的统一连接这项新技术,您可以通过一条线缆运行所有存储协议(从服务器到交换机再到存储)。本文介绍统一连接,包括它的概念、工作原理、性能注意事项和最佳实践。

传统方法与统一连接的比较。统一连接可简化网络基础架构,并释放服务器、交换机和存储上的端口和插槽。

图 1) 传统方法与统一连接的比较。统一连接可简化网络基础架构,并释放服务器、交换机和存储上的端口和插槽。

什么是统一连接?

统一连接是在 Data ONTAP 8.0.1 中提供的一项新软件功能,除该功能之外,Data ONTAP 8.0.1 中还包含多种其他重要的增强功能,包括:

  • 数据压缩
  • 64 位聚合
  • 卷数据迁移
  • 新硬件支持

有关最新推出的 Data ONTAP 8 中所有功能的详细介绍,请阅读近期的一篇 Tech OnTap® 文章

NetApp 在一年半多之前开始提供端到端 FCoE。虽然旧有的 FC 基础架构为 10GbE 基础架构所取代,但是对于块数据和文件数据,仍然需要单独连接。统一连接的推出可消除完全聚合的这最后一个障碍,使传输到和来自存储系统的所有 IP 和 FCoE 网络流量能够共享一条线缆。

借助 FCoE 和统一连接实现网络聚合会带来多项优势,包括:

  • 将布线减少多达 70%
  • 对于典型配置,将存储系统端口要求从 12 个降至 4 个,从而释放端口和(或)PCIe 插槽用于其他目的
  • 能够将多个 GbE 和 2/4 Gb FC 连接整合到一条 10GbE 线缆上
  • 提高带宽利用率,因为多种类型的数据流量共享同一条线缆

表 1) 统一连接对典型存储系统配置的影响。

  典型 10GbE 和 UTA 提高百分比
适配器总数 4 2 50%
服务器上的 PCI 插槽数 4 2 50%
端口总数 12 4 66%
总带宽 24 Gb 40 Gb 66%

 

省去维持单独、分离的 IP 和 FC 网络所需的冗余设备:

  • 降低散热和电耗成本,同时释放数据中心内宝贵的不动产
  • 消除布线复杂性
  • 简化管理
  • 降低数据中心成本

NetApp 是唯一一个能够在同一条线缆上支持 FCoE 和 IP 协议的存储提供商,现有硬件平台均支持统一连接。统一连接是在 Data ONTAP 8.0.1 中提供的软件更新。如果您已经购买了统一目标适配器 (UTA),无需更改或升级硬件,只需升级软件即可获得统一连接功能。

统一连接性能


考虑采用该技术的任何人自然而然都会关心这样一个问题:在通过一条线缆同时运行多个协议的情况下,统一连接的实际性能。NetApp 最近与 Intel 执行了一系列联合测试,来验证统一连接及其他功能在以下环境中的性能:使用 NetApp® FAS6280 存储系统(已安装 UTA)、Cisco Nexus® 5020 交换机和 Intel® Xeon® 服务器(使用 Intel X520 系列 10GbE 适配器)。

使用 IOmeter 在 FCoE 流量访问 LUN 同时 CIFS 流量访问映射驱动器的环境中执行各种 I/O 测试。两种流量使用服务器上的同一个网络接口和 FAS6280 上的同一个目标适配器。根据最佳实践,映射驱动器和 LUN 在存储系统中单独的灵活卷上。

这两种协议都受到以下服务类别 (CoS) 的约束:为 FC 流量指定 80% 的 10GbE 线路容量;为以太网流量指定 20%。即使块和文件存储协议使用同一条线缆,FAS6280 和 X520 以太网适配器也能够维持与单协议测试相同的线速。在 CoS 维持块与文件流量比率为 80/20 的情况下,网络性能无变化。

图 2 中显示了比较典型的一个结果。有关详细信息和更多性能结果,请参阅完整的研究

统一连接性能。使用 IOmeter 通过一条线缆同时传输 FCoE 和 CIFS 流量。使用 COS 为 FCoE 指定 80% 的可用带宽,为 CIFS 指定 20% 的可用带宽。

图 2) 统一连接性能。使用 IOmeter 通过一条线缆同时传输 FCoE 和 CIFS 流量。使用 COS 为 FCoE 指定 80% 的可用带宽,为 CIFS 指定 20% 的可用带宽。

统一连接工作原理


FCoE、聚合以太网和统一连接都以以太网协议的数据中心桥接 (DCB) 增强功能为支撑。DCB 增强功能包括带宽分配和流量控制(基于流量类别和端到端拥塞通知)。使用数据中心桥接交换 (DCBX) 而不是 LLDP 执行 DCB 功能的发现和配置。

使用增强传输选择(ETS,在 IEEE 802.1Qaz 标准中定义)执行 DCB 的以太网带宽分配。流量归入八个组(0 到 7)之一,在以太网帧头中使用一个字段。每个类别都分配有最低可用带宽。如果链路上存在争用或超额申请,每个流量类别将至少获得配置的带宽量。如果链路上没有争用,则任何类别使用的带宽都可多于或少于分配量。

统一连接内第一个 ETS 实施仅使用两个类别。一个支持一个优先级队列中的 FCoE,而所有 IP 流量都在另一个优先级队列中。下一代将提供更高粒度级,优先级队列最多 8 个。

基于优先级的流量控制 (PFC) 提供以优先级为基础运行的链路级别的流量控制。它类似于 802.3x PAUSE,不同之处在于它可以暂停单个流量类别。这样一来,网络不会因使用 PFC 的流量类别发生拥塞而造成损失。并非所有流量都需要 PFC。普通 TCP 流量根据窗口大小提供自己的流量控制机制。由于光纤通道协议要求使用无损介质,而 FCoE 无内置流量控制,因此需要 PFC 为其指定无损链路层。PFC 在 802.1Qbb 标准中定义。

ETS 和 PFC 值通常在支持 DCB 的交换机中配置,并被推送到端节点。对于 ETS,发送端口控制该链路段(启动程序到交换机、交换机到交换机或交换机到目标)的带宽分配。对于 PFC,接收端口发送以优先级为基础的暂停信号,发送端口通过以下方式做出回应:在收到暂停信号的端口不向外发送该流量类别的流量。

最佳实践


有关在数据中心内应用 FCoE 的最佳方法的详细介绍,请阅读以前的 Tech OnTap 文章

对于任何 FCoE 部署,您都应该遵循 TR-3800《Fibre Channel over Ethernet (FCoE) End-to-End Deployment Guide》TR-3802《Ethernet Storage Best Practices》中所列的准则。

为了确保成功的统一连接部署,必须另外实施一些最佳实践:

  • 评估共享聚合网络的所有流量的带宽需求,以确定 FCoE 流量的带宽需求,以及其他类型以太网流量的带宽需求。
  • 在交换机上配置 ETS 和 PFC 设置,使所有节点共享相同的配置。
  • 连接多个支持 DCB 的交换机时,为所有交换机配置相同的 DCB 设置。
  • 为 FCoE 设置 ETS 带宽分配,使其满足将利用该链路的所有 SAN 流量的最低可接受吞吐量要求。例如,如果 10 台主机连接到一个 FCoE 交换机及该交换机连接的存储系统,则应确定所有这 10 台主机总的最低可接受吞吐量。该值即为 FCoE 流量类别的 ETS 设置。由于 ETS 分配值仅设置最低可用带宽,因此如果在流量高峰期间需要更多吞吐量,只要可以获得就能使用。同样,如果 FCoE 流量并未利用全部分配量,则其他以太网流量可以利用其余带宽。
  • 必须针对支持 FCoE 的交换机内的每个 VSAN 配置专用 VLAN。
  • 应该针对每个 VSAN 配置单独的多生成树 (MST) 实例。
  • 必须将统一端口配置为支持 DCB 的交换机上的 IEEE 802.1Q 接口。
  • Data ONTAP 8.0.1 目前在用于 FCoE 的端口上不支持接口绑定(也称为 IFGRP)。

不断扩展的聚合网络生态系统


随着统一连接的出现,NetApp 帮助完全实现了数据中心内的 FCoE 部署。在聚合网络中部署端到端 FCoE 有望消除布线复杂性、简化管理,并显著降低数据中心总支出,而不会影响性能。

现已形成一个不断扩展的解决方案和服务提供商生态系统,该系统有助于进一步确保您取得成功。大多数主要的主机操作系统已经提供 FCoE 支持,或者在不久的将来就会提供。Intel、Broadcom、Emulex、QLogic、Brocade 和 Cisco 提供支持 FCoE 的适配器,Cisco 和 Brocade 提供支持 FCoE 和 DCB 的交换机。

此外,新标准不断出现,将进一步加强该生态系统。开放式 FCoE 标准提供了 Linux® 的开源 FCoE 软件堆栈。开放式 FCoE 包含可使 FCoE 与更多不同种类的网络接口结合使用的软件启动程序。Intel 和 Broadcom 已宣布支持此标准。FC-BB-6 标准目前正在制定中,旨在扩展在 FCoE 上支持的配置数量,包括可使标准以太网交换机(不支持 DCB)成为拓扑结构一部分的配置。

与现有平台相比,新 FAS6200 型号的相对连续读取性能。

图 3) 不断扩展的 NetApp FCoE 生态系统。

 对统一连接有任何见解?

请在 NetApp 社区中在线提出问题、交流观点、分享看法。

Jason Blosil

Jason Blosil
NetApp
高级产品营销经理

Jason 拥有 15 余年的 IT 行业经验,从事数据存储行业 10 多年,主要负责基于服务器的 RAID 存储产品和外部存储系统的管理和营销工作。他目前在 NetApp 专门从事以太网 SAN(iSCSI 和 FCoE)存储解决方案的营销工作,并积极参加了多个行业协会,包括以太网联盟和 SNIA ESF(担任 iSCSI SIG 的联合主席)。

Mike McNamara

Mike McNamara
NetApp
高级产品营销经理

Mike 拥有 22 余年的计算机行业营销经验,其中有 16 年的时间专注于存储产品的营销工作。他加入 NetApp 已经五年有余,此前曾在 Adaptec、EMC 和 Hewlett Packard 任职。Mike 还是光纤通道行业协会 (FCIA) 的营销主席,同时也是以太网联盟的成员。

 
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