[轉]FCoE徹底顛覆儲存網路架構格局 日期：2010-3-22

FCoE的出現在儲存領域中引起了不小的轟動。為了讓其健康快速的向前發展，在09年6月出台了FCoE標準，這也就預示著這一技術將會更加成熟的向資料中心儲存傳輸協議主導地位這一目標而前進。像以往眾多新技術初現時一樣，對FCoE，有人積極，有人觀望，也有人不屑一顧。不過，大多數人還是對FCoE充滿了期待，只是它想成為主流還有待時日。

2009年6月，T11技術委員會終於將FCoE（Fibre Channel over Ethernet）標準作為一項ANSI標準正式提交給了INCITS（國際資訊技術標準委員會）審核，並有望在近期得到批准。儘管FCoE離成為最終標準還差最後一步，但已基本沒有懸念。

FCoE的出現一直被業界看好，被認為是將徹底顛覆儲存網路架構目前的格局，成為未來主導的儲存傳輸協議。由於FCoE協議是在乙太網路上傳輸FC封裝的協議，因此，增強型乙太網路（Converged Enhanced Ethernet，CEE）是其中最重要的相關部分。CEE是採用FC特性的乙太網路，可傳輸FCoE儲存資料、資料中心應用系統和叢集。CEE是一種無損乙太網路（Lossless Ethernet），其能夠無損地傳輸FCoE資料。據介紹，目前，CEE使用三個優先順序組，包括IPC、LAN和WAN。

乙太網路和光纖通道的有機結合

FCoE的出現源自人們希望將目前大規模應用的乙太網路和光纖通道相結合的想法。兩者的結合將給資料中心帶來減少裝置數量、充分利用光纖通道、儲存集中化等好處。FCoE給大型企業資料中心帶來的好處則非常明顯，因為大型企業每年都投資數十億美元用於光纖通道儲存，因此，能夠在10Gbps的增強乙太網路中充分利用光纖通道是一個非常誘人的想法。應該說，將乙太網路和光纖通道結合是偉大的、令人激動的。

FCoE還能夠協助完成光纖SAN在高速短距網路中的應用，比如在資料中心外圍中常見的刀片式伺服器背板和虛擬化伺服器。

FCoE的概念很簡單，就是將光纖通道架構運行於10Gbps增強型乙太網路（CEE）上，從而形成融合網路，其特點包括: FC資料幀依舊，沒有任何改變，並使用相同的名稱; 乙太網路需要更大的資料幀（Jumbo Frames），應大於1500 bytes; 乙太網路必須變成無丟失的、保證傳輸完整的儲存資料。FCoE是比iSCSI包頭少但比FC要多的一種封裝協議，封裝協議並不替換儲存介面，比如FC或SCSI。FCoE可減少伺服器和交換器連接埠數，減少線纜和電力消耗，增加鏈路使用效率。同時，由於使用10Gbps的CEE，其傳輸速度高。

FCoE並不適用於所有情況，通常一個小規模的、只使用乙太網路的儲存環境不需要FCoE所帶來的連通效能的提升。但對於使用光纖通道的使用者來說，FCoE能夠使光纖通道儲存滲透到資料中心的每個角落。

達到這種應用水平需要兩個相關的協議: 首先是FCoE本身，一種令本地光纖通道架構運行在乙太網路上的傳輸通訊協定; 第二個是增強型乙太網路（CEE），FCoE需要通過乙太網路來傳輸光纖通道。

FCoE標準使光纖通道通過資料連結層橋域運行在多個增強型以太區域網路段之間，通過保持跨越10Gbps增強型乙太網路段的多個邏輯光纖通道SAN，從而支援SAN管理域。FCoE標準不會造成光纖通道的任何效能損失，也不會改變其架構。

增強型乙太網路，又稱為融合增強型乙太網路（CEE）、資料中心乙太網路（Data Center Ethernet）或資料中心橋（Data Center Bridging，DCB），用本機資料鏈路層乙太網路取代了TCP/IP網路層協議。傳統的乙太網路經常有網路阻塞、延遲和丟幀現象，不適合在光纖通道傳輸中使用，但10Gbps增強型乙太網路通過放棄了TCP/IP達到了“無損（lossless）”網路的目的。

“無損”的網路環境是優先順序流量控制（Priority Flow Control）、議程調度（ETS）和FCoE協議應用的前提（同時也是阻塞管理的前提，雖然也很誘人，但對於FCoE不是必要的）。而這些則是使光纖通道架構直接在10Gbps乙太網路段上運行，同時不損失任何效能的必要條件。

 

FCoE與資料中心

 

 

目前融合網路介面卡（Converged Network Adapters，CNA）還處在企業自我裝載狀態。客戶對FCoE最大的希望是緩解資料中心越來越緊張的計算環境，將其與SAN相串連。FCoE將可能在資料中心計算環境中擴充和平衡現有的光纖通道資源。

與CEE一起，FCoE能夠為資料中心管理員提供以下方便:

● 使用現有的集中式儲存替代直連儲存（DAS）;

● 平衡光纖通道資源，這樣管理員就不再需要購買單獨的iSCSI SAN;

● 為高效能環境提供10Gbps速度的CEE。

某些高效能環境面臨的某些問題正好FCoE和CEE可以解決。這些問題包括需要在集中儲存中部署iSCSI SAN以消除直連儲存，以及大量複雜電纜和多餘裝置帶來的能耗。

這也是目前大部分FCoE相關研究的目標，在2009年，FCoE仍應用於上述外圍環境。隨著FCoE被證明越來越穩定並形成正式標準，我們相信未來幾年內FCoE將會出現在資料中心的關鍵性應用上。而在少量企業率先使用以後，FCoE將會在一兩年裡成為主流。2009年已出現了FCoE部署測試，預計2010年商業FCoE將會出現在資料中心的介面區中。

雖然會有很多組織上和預算上的挑戰，但是我們仍然相信在現有光纖通道SAN上進行集中化儲存的回報將大於付出。

1. 在密集的伺服器環境中使用集中化儲存

過去，位於資料中心外圍的刀片伺服器和虛擬伺服器一般使用DAS方式儲存資料; 而基於CEE和FCoE的集中乙太網路結構能夠帶來更大的頻寬、更高的速度以及串連光纖通道SAN的能力。將現有光纖儲存擴充到這些I/O密集的高效能環境中，能夠摒棄效率低下的DAS儲存，還能平衡現有的光纖儲存SAN，而無需購買iSCSI SAN。CEE還能夠改善I/O密集的環境，因為它能夠提供更大的頻寬和速度。

2. 通過整合伺服器降低裝置複雜度和資料中心的改擴建

FCoE的另一個早期應用是協助伺服器和網路整合。資料中心中典型的伺服器叢集通常有5～7個為其他網路和冗餘裝置準備的I/O介面。FCoE和CEE能夠通過多協議切換和基於主機的CAN將連接埠統一起來，這樣大大減少網路裝置的數量、伺服器到網路的介面、以及串連不同叢集的電纜。舉個例子來說，介面數量將可能降低至兩個10GbE連接埠、兩條電纜、兩個交換介面。

整合的另一個好處在於支援FCoE的CNA能夠提供光纖SAN串連的標準化方法，這將簡化物理架構及其支援。對於I/O互連性來說，整合以後將不再需要安裝光纖通道服務，因為所有的資料中心伺服器都擁有了CNA，於是IT部門或者其他政策性部門可以隨時隨地使用光纖通道服務。

3. 協助提高資料中心能源效率

在資料中心中，整合和網路統一還會減少與網路和儲存相關的能源消耗。一般來說，網路沒有儲存消耗的能源多。集中化結構減少了電纜數量、介面數量和冗餘伺服器數量，從而達到節省能源的目的。但通過使用FCoE擴充更多資料中心伺服器的光纖通道儲存，減少了額外磁碟陣列的能耗，而這部分能耗相當可觀。用SAN集中化儲存取代多個DAS儲存和iSCSI陣列，能夠顯著地減少陣列對能源、空間及冷卻的需求。

4. 一致的SAN連通

CNA使動態光纖通道SAN能夠在乙太網路服務中部署。這樣就無需在伺服器上配置額外的光纖通道連接埠建立串連了。光纖通道的連通也能夠代替效率低下的DAS方式，簡化物理架構及其支援，減少為不同結構互相串連配備的大量複雜的裝置，還可以使儲存管理員獲得高效的儲存資源管理方式，即光纖通道方式代替光纖通道+iSCSI和/或DAS方式。

雖然FCoE和CEE還沒有正式成為標準，但已經擁有了眾多廠商的支援和認可。不過標準也非常重要，這是深入整合和協同的關鍵。建立標準會令管理員們不僅在資料中心外圍的虛擬化和刀片伺服器上信任FCoE和CEE，更能夠在資料中心核心環境中相信其能力。雖然標準還未正式制定，但已經吸引了足夠多的廠商和企業將商業產品帶給各位嘗鮮者，預計2010年FCoE和CEE將成為主流產品。目前市場上的FCoE裝置供應商包括Brocade、Cisco、Emulex和QLogic，除此之外，大部分儲存和乙太網路廠商都參與了它的開發和整合。

與此同時，InfiniBand廠商還看到了基於Alibaba Cloud HPC的擴充機會。雖然僅有少數廠商參與，然而修改InfiniBand將更加容易得到審批，並且InfiniBand已經提供了很多CEE在未來將提供的無損環境。

何時部署FCoE

想要知道何時FCoE才能被廣泛採用，關鍵在於理解資料中心經理們決策的方式。“改變”意味著裝置的投資和安裝、管理及其他動作需要的預算。裝置升級通常基於兩種情況: 第一種情況是服務水平跟不上需求，第二種是舊裝置的操作運行成本比新裝置要高。因此，總的來說，採用新技術只能在舊技術的機會成本和管理成本比改造成新技術的成本更高的情況下才能發生。

這樣一來，幾乎所有新技術從提出到採用都經曆了相對漫長的過程。實用主義和預算的影響超過了專家們對項目的樂觀預測。作為參考，可以翻閱過去專家們對某些技術的預測。InfiniBand、iSCSI甚至10Gbps乙太網路都經過了比一開始預計更長的時間才達到一定數量的市場滲透率。有些技術從來都達不到50%的滲透率; iSCSI和InfiniBand維持不到50%的市場滲透率已經超過6年了，10GbE則經曆了7年50%以下的市場滲透率。

技術的採用率根據企業的規模和產業特點而有所不同。對於每年在儲存上花費超過100萬美元的企業來說，新技術的採用率要高得多，因為它會帶來效能的提高。而對於每年在儲存上花費少於10萬美元的機構來說，對易用性的需求是它們較多採用iSCSI和NAS的主要原因。對於中小企業，光纖通道的採用率還不到50%。

也有技術採用率增幅很快的例子，但是即使是速度較快的案例，比如光纖通道，也同樣經曆了若干年才成為主流串連技術。光纖通道的高速增長主要是因為現有儲存網路技術的弊端超過了使用新技術帶來的部署問題和成本。然而就是在這樣的理想環境下，光纖通道還是用了4年才成為主流技術。

FCoE主要依靠兩個基礎。一個是將光纖通道架構置於乙太網路架構中的新標準，該標準已經在2009年6月通過T11技術委員會正式發布。另一個是一個新的標準，能夠提供FCoE指定的可靠的乙太網路傳輸。這一部分仍在推進中，正在快速向正式的標準邁進。

FCoE要求使用的CEE，早期的術語“資料中心乙太網路”（Data-Center Ethernet，DCE）是思科的專利術語。新的10Gbps CEE不再需要TCP來保證包的傳輸，而是使用乙太網路的資料連結層，這更像是光纖通道的資料連結層安全傳輸。

對於某些人來說，使用CEE意味著將儲存協議轉移到LAN上，但是這次不一樣。新的CEE網路擁有全部的儲存網路特徵，包括虛擬通道、優先順序和品質服務、安全傳輸以及透明容錯的冗餘串連。

另外一個要求CEE的可能原因是傳統乙太網路使用TCP/IP會帶來安全問題。與CEE不同，乙太網路始終處於非路由資料轉送層。有了CNA和CEE後，連通的SAN和LAN將共用同一個物理管線，但是在邏輯上仍然是分開的，服務品質依然受到保護。

雖然使用同樣的傳輸方式，iSCSI和FCoE之間仍有很多不同，iSCSI的價值在於低成本和易用性，但它無法提供與光纖通道相同的效能。這其中的原因有很多，與TCP脫離太遠就是其中原因之一。

資料中心經理們目前都有這樣的疑問，那就是未來FCoE是否會變得很重要。這個問題很簡單，答案當然是肯定的。不過難回答的問題是: “FCoE將在何時代替標準光纖通道。”或者說“FCoE會代替光纖通道和iSCSI儲存嗎。”這些問題的答案需要由幾個因素決定，包括企業的規模和IT預算的數目。就像圖2所示，光纖通道儲存逐漸會被FCoE和iSCSI代替。

推廣初期，FCoE將適用於大型組織，因為這些組織需要10Gbps的速度，能夠承受持續的基建投資，並且擁有解決部署問題的IT專家。而iSCSI儲存主要應用於小型組織和不要求最高儲存效能的特殊領域。未來隨著時間的推移，FCoE成本將下降，部署難題也將解決，並開始進軍主流市場。在CEE和10Gbps的協助下，iSCSI將克服效能的不足，從而在大型企業中找到適合的市場。

最終，CEE的部署將使FCoE成為可能，同時iSCSI和NAS儲存效能也將得到提高。於是，在不久的將來，CEE將成為相容所有LAN和SAN協議的主流傳輸方式。

FCoE的出現對企業裝置效能提出了新的需求，那就是網路速度要求10Gbps。因此，正在升級光纖通道到8Gbps的企業很可能不會在近期部署FCoE。但是，仍然使用4Gbps甚至2Gbps裝置的企業應該會很快升級到10Gbps。

記得當FCoE首次發布時，曾有很多懷疑的聲音，因為當時IT環境惟一需要的是一種新的傳輸方式和協議。而目前已經有兩種比較完善的網路，即光纖通道SAN儲存和乙太網路LAN儲存。另外，雖然InfiniBand最近獲得了廣泛關注，但它看起來不像是能夠代替乙太網路作為LAN和SAN的通用資料轉送方式。

FCoE市場

雖然步入FCoE的過程將不會像從100Mbps乙太網路到1Gbps乙太網路和從4Gbps光纖通道到8Gbps光纖通道那樣容易，但廠商們仍在不斷地開發CEE和FCoE的配套產品。因為將SAN和LAN融合到公用架構上還需要對現有乙太網路硬體進行升級，這需要新型的低延遲乙太網路裝置。

增加虛擬I/O層也將推動CNA代替HBA的步伐。虛擬化曾是動態IT、資訊生命週期管理、雲端運算以及許多其他成就的關鍵催化劑。但是，現有的LAN和SAN協議並不支援連接埠虛擬化。因此，增加虛擬I/O將使CEE資料轉送發揮更大的支援作用，也會協助虛擬I/O脫離融合主機介面卡。

許多廠商已經開始推出或正在計劃推出CEE和FCoE的配套產品（雖然現在還沒有任何本地FCoE儲存需求）。像JDS Uniphase一類的廠商已經推出了FCoE測試裝置（JDS Uniphase最近剛剛收購了Finisar的網路工具事業部）。

FCoE市場的繁榮也許也是其成功的原因之一。傳統的光纖通道廠商也已經開始發布FCoE產品，而乙太網路廠商甚至InfiniBand廠商也都開始提供CEE裝置。舉個例子，InfiniBand廠商Voltaire和Mellanox均發布了10Gbps的CEE裝置，與Cisco和Brocade展開競爭。CEE裝置目前的市場價約為每連接埠1000美元，幾乎是標準10Gbps網路連接埠的2倍。

誰是FCoE的受益者。

FCoE的受益者包括大型企業和中小企業。大型IT組織將可以使伺服器I/O傳輸整合為柔性的、虛擬資料轉送方式，以節省空間的、能耗以及電纜。另外，由於頻寬增加，大型企業也將會獲得更高的連線速度。這是因為FCoE對現有光纖通道網路的向後相容和新型高速網路對其他儲存協議資料的相容。

對於中小型企業來說，在FCoE中獲益的原因是這些企業未來幾乎不需要對傳輸方式進行選擇。因為無論怎麼樣，結果都是使用乙太網路。這也就是說，中小型企業目前可以在標準乙太網路上部署NAS和iSCSI儲存。未來如果對光纖通道儲存有需要，仍然可以利用FCoE充分發揮NAS和iSCSI儲存的功能。而這隻需要對現有乙太網路進行一次簡單的升級。

許多儲存廠商支援FCoE的原因是FCoE為融合型資料轉送開創了一條道路，並且還能夠充分利用企業過去在I/O技術上的投資。廠商們需要的是用最少的投資將物理和資料連結層從光纖通道轉移到乙太網路。最初使用FCoE時，支援FCoE的CNA和CEE的價格一定不會比8Gbps光線通道便宜。但隨著使用數量和廠商數量的增加，市場競爭將會促進價格的下降。

由此可以說，幾乎所有人都是FCoE的受益者。使用光纖通道的IT組織可以繼續充分利用舊裝置; 尚未使用光纖通道的組織則可以利用這個機會部署光纖通道儲存和其他協議，比如iSCSI、NFS和CIFS。通過將CEE乙太網路作為標準傳輸方式，舊裝置將得到充分的利用，不論是對於大型企業還是中小型企業。

措施和建議

Evaluator Group諮詢公司建議所有企業在規劃儲存架構時考慮新的CEE乙太網路。基於現有的儲存產品，企業還應當對FCoE的使用方式有所安排。

2010年，只有年IT預算超過數百萬美元的企業適合投資CEE和FCoE。這些企業部署CEE和FCoE將最可能用於解決超規模伺服器虛擬化問題和I/O密度過高的問題。CEE和FCoE的大規模應用將出現在2012年及以後。

對於大型企業，CEE和FCoE的部署建議如下:

2009～2011年: 超規模伺服器虛擬化對I/O提出了更高的要求（CEE和FCoE的邊緣化應用）;

2010～2013年: 伺服器I/O整合，用融合型CEE提供額外儲存;

2012年以後:將現有光纖儲存網路設施轉為CEE和FCoE架構。

對裝置效能要求不高的中小企業來說，在CEE和FCoE的部署上將走在後面，預計不早於2011年。對於已經大力部署了光纖通道的中小企業來說，未來在儲存系統改進上要繼續充分利用原有的光纖通道。對於光纖通道裝置，建議在明後兩年裡將其升級到8Gbps。

有些中小企業則主要使用乙太網路串連儲存，比如NAS和iSCSI。Evaluator Group建議，繼續加強標準乙太網路建設。新型CEE乙太網路裝置的價格比標準乙太網路裝置高出很多，性價比不高，預計在未來2到3年內兩者的價格可能將趨於一致。

我們相信，未來的世界將屬於乙太網路。