FCoE网络中FIP-snooping多跳模式的实现

('FCoE网络中FIPsnooping多跳模式的实现饶新宇;戴锦友;汪怀坤【摘要】FCoE(基于以太网的光纤通道)协议将FC协议承载在以太网上,创造性的将数据中心SAN网络和LA网络合二为一,使得在以太网上传输存储数据成为可能,从而节省了网络资源和减少了网络建设投入.本文主要描述FIP(FCoEInitializationProtocol)snooping的实现,FIPsnooping是FCoE的一个重要功能,它作为现有以太网向FCoE演进的一种过渡模式,在纯以太网模式的基础上加强了对FC协议栈的保护,并且不消耗FCDomainID,降低了搭建多跳链路的难度.FIPsnooping设备串联在ENode和FCF之间,监听并转发FIP协议报文.在距离短、拓扑简单的拓扑环境中为一个良好的过渡方案.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(023)013【总页数】3页(P179-181)【关键词】FCoE;FIP;FIPsnooping;多跳【作者】饶新宇;戴锦友;汪怀坤【作者单位】光纤通信技术和网络国家重点实验室湖北武汉430074;武汉邮电科学研究院湖北武汉430074;武汉烽火网络有限责任公司湖北武汉430074;光纤通信技术和网络国家重点实验室湖北武汉430074;武汉邮电科学研究院湖北武汉430074;武汉烽火网络有限责任公司湖北武汉430074;光纤通信技术和网络国家重点实验室湖北武汉430074;武汉邮电科学研究院湖北武汉430074;武汉烽火网络有限责任公司湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TN91当前，数据中心网络中存储网和数据网是相对分离的，各自拥有独立的通道。随着服务器数量的增加，和数据中心内部虚拟化的发展，数据中心布线数量、能耗不断上升，控制物理链路成了刻不容缓的任务。FCoE将LAN与SAN流量集中到一套网络上传输将数据中心内部的网络缩减为一套单一的网络，为网络的进一步融合扫清了障碍。FCoE在维持原有服务的基础上，可以大幅减少服务器上的网络接口数量，从而解决上述数据中心面临的问题。1FCoE协议原理和标准进展简介FCoE（FibreChanneloverEthernet，基于以太网的光纤通道）[1]协议由美国INCITST11委员会提出，于2010年标准化，公开标准是FC-BB-5和FC-BB-6，有独立的以太网数据类型0x8906。FCoE将FC协议栈的下两层用无损以太网取代，将OSI七层协议模型的物理层、数据链路层映射到FC协议栈的最下两层，并加入倒数第三层为FCoE映射层，构成FCoE协议栈，如图1所示。FCoE使用一块CNA网卡取代原有的HBA卡和NIC卡，实现了网络的融合。图1FCoE协议栈映射原理Fig.1MappingprincipleofFCoEstackFCoE网络架构中有两种设备类型[2]：ENode和FCF。ENode(FCoENode)是负责终结FCoE流量的设备，一般指装配在服务器主机上的CNA网卡，相当于FCSAN中的HBA卡。服务器上电后，ENode一般率先发起FIP请求，以寻找合适的FCoEVLAN。FCF（FCoEForwarder）是转发FCoE流量的交换机，也就是ENode的直接上联设备。目前的FCoE技术只解决了服务器到接入交换机之间的传输问题。但是从存储设备到服务器HBA卡之间是一个完整的FC链路，需要端到端的解决方案，因此需要实现FCoE的多跳传输[3]。目前影响力比较大的FCoE多跳方案主要有4种：纯以太网模式、FIPsnooping桥接模式、NPV模式和VE_Port互联模式。FIPsnooping桥接模式实现相对简单，同时能够很好的保护FC协议栈，所以我们优先选择该方案实现FCoE多跳，延长FCoE链路的长度。2FIP协议和FIPsnooping工作原理FCoE的控制平面是由FIP（FCoEInitializationProtocol，FCoE初始化协议）[4]来实现的。FIP将FC控制平面的指令反映到以太网的环境中，仿佛打通了FC和以太两个世界的通道。FIP有独立的以太网类型0x8914。FIP协议建立和维护虚链路的过程主要包括四个步骤：VLAN发现、FCF发现、虚链路建立和虚链路维护四个阶段，如图2所示。图2FIP协议交互过程Fig.2TheinteractiveprocessofFIPprotocolFIPsnooping（FCoEInitializationProtocolSnooping，FCoE初始化探测协议）在线路中侦听并转发FIP报文。运行FIPsnooping的设备又叫transit交换机，桥接在ENode和FCF设备之间，通过侦听FIP报文，建立FCoE报文的转发规则。首先，ENode在默认VLAN内向对端的FCF设备发出一个广播报文，以获取VLAN信息.FIPsnooping收到后将报文在所有的FCF模式端口转发。对端的FCF设备收到FIPVLAN发现报文后，向ENode回应VLAN通告报文，内含可用的VLANid。FIPsnooping对报文进行解析，将FCF和ENode方向的接口分别加入到报文中的VLAN中,并转发此报文。ENode在收到的报文中选取一个VLAN来进行后续的数据传输。（这一过程是可选的，因为ENode和FCF交互所用的VLAN可以是静态配置）。确定VLAN后，会马上选取一个FCF进行注册。ENode节点发出发现请求报文，用于发现FCF设备。FIPsnooping收到报文后记录报文中的源、目的MAC地址、端口号等信息，并转发至FCF。FCF收到发现请求报文后，向回应请求发现通告报文，其中descriptionpriority字段包含了该FCF的优先级，FIPsnooping用数据包里面的MAC地址查找ENode表中对应的表项，如果找到，则从指定ENode端口转发，如果没找到，则丢弃。ENode选取优先级最高的FCF作为建立虚链路的交换机设备。确定了FCF后，ENode便向该FCF设备发出FLOGI注册报文。FIPsnooping收到FLOGI后根据其中目的MAC查找记录的FCF信息，并根据FCF表项里的port转发，如果不在表项中则丢弃。FCF收到FLOGI请求后，将分配一个地址标识FCID给ENode设备,FIPsnooping记录后转发给ENode。同时虚链路的建立完成。虚链路成功建立后，FCF交换机周期性向ENode发送非请求发现通告报文来维护建立的虚链路。FIPsnooping侦听并转发此报文。如果ENode在一定的时间周期(老化时间)内没有接收到非请求发现通告报文，则删除该虚链路。3FIPsnooping模式的设计FIPsnooping通过对报文MAC地址的检查来限定ENode发送的报文仅能转发给FCF交换机，不能转发给ENode，且只有成功注册的ENode发送的FCoE报文才能被Transit交换机转发给FCF交换机，以及限定FCF交换机发送的FCoE报文仅能被Transit交换机转发给已经注册的ENode[4]。FIPsnooping通过绑定socket函数截获FIP报文收发包，通过ACL设置VLAN转发规则和生成FIPsnooping转发规则。生成的FIPsnooping规则为：1)FCF模式接口生成FCFFIPsnooping规则：入方向允许源MAC地址为FCF交换机的FCoEMAC地址、目的MAC地址高三个字节为FC-MAP的FCoE报文通过，出方向允许源MAC地址高三个字节为FC-MAP的FCoE报文、目的MAC地址为FCF的FCoEMAC的报文通过。2)ENode模式接口生成ENodeFIPsnooping规则：入方向允许源MAC地址为FC地址对应的MAC地址（即高三个字节为FC-MAP，低三个字节为FC地址）、目的MAC地址为FCF交换机的FCoEMAC地址的FCoE报文通过，出方向允许源MAC地址为FCF交换机的FCoEMAC地址、目的地址为ENode的FCoEMAC地址通过。当一台transit交换机通电后，使能FIPsnooping功能后即可在链路中收发侦听FIP协议报文包。FIPsnooping按收到报文的端口和报文种类不同，调用不同的处理函数进行处理。设计收发包流程如图3所示。4FIPsnooping模式在交换机上的实验搭建的测试环境拓扑结构如图6所示，transit设备为烽火的某款交换机，手动配置VLANid为2。当transit交换机通电后，使能fipsnooping功能，然后侦听FIP报文。图4、图5、图6、图7分别为transit交换机侦听到的链路中ENode、FCF信息，会话信息和建立的FIPsnooping规则。图3FIPsnooping协议处理流程Fig.3TheprocessingflowofFIPsnoopingprotocol图4显示ENode信息Fig.4ShowENodeinformation图5显示FCF信息Fig.5ShowFCFinformation图4、图5分别显示出了连接transit交换机的ENode和FCF的WWN和MAC地址。ENode和FCF在VLAN2中通信。图6显示会话信息Fig.6Showinterviewinformation会话信息里的FCF和ENode的MAC与先前显示的ENode和其中一个FCF的MAC相同，说明ENode选取了接口号为1/0/2的FCF进行会话。图7显示了会话过程中建立的FIPsnooping规则，FCF模式和ENode模式接口分别限定了报文的源地址为连接自身的FCF、ENode的MAC，目的地址为对端的ENode或者FCF的MAC.5结束语图7建立的FIPsnooping规则Fig.7ThebuiltFIPsnoopingprincipleFIPsnooping桥接模式作为FCoE由一跳向多跳演化的一种过渡方式，虽然不具备完整的FC协议栈，但是在纯以太网模式的基础上提高了网络的可靠性，并且易于实现，适用于数据中心LAN和SAN网络由传统的分离走向融合的过渡时期。同时实现FIPsnooping为实现后续的NPV模式多跳FCoE也奠定了良好的基础。【相关文献】[1]AmericanNationalStandardsInstitute.InternationalCommitteeforInformationTechnologyStandardsFC—BB—6Rev2[S].American.2013.[2]AmericanNationalStandardsInstitute.InternationalCommitteeforInformationTechnologyStandardsFC—BB—5Rev2[S].American.2009.[3]罗敏.FCoE协议FIP模块的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2010.[4]徐立冰.云计算和大数据时代网络技术揭秘[M].北京:人民邮电出版社,2013.[5]郑云峰.FCoE网络中FLOGIN过程的研究与实现[D].北京：北京邮电大学，2013.[6]艾克宝.FCoE项目接口模块和配置管理模块的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2010.',)