CN102714668A - 分布式虚拟以太网光纤信道转发器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种通过给光纤中的FCoE转发器使用单个单个虚拟域ID以在FCoE环境的核心层内在两个或多个FCoE使能的核心交换机之间分配的虚拟以太网光纤信道转发器(vFCF)。通过这种方式，可以消除在光纤上单个点故障的网络问题，而无需为了冗余而将FCoE环境中的核心交换机的数量加倍。由于在该光纤的FCoE使能的核心交换机之间分配登录和状态信息，所以核心交换机的损耗或者故障不再意味着该光纤性能下降。反之，当核心交换机故障时，主机和发起站可通过其他核心交换机保持登录状态。

Description

分布式虚拟以太网光纤信道转发器
技术领域
本发明实施例总地涉及以太网光纤信道(FCoE，Fibre Channel overEthernet)，并且具体地涉及在两个或更多个FCoE使能核心交换机之间分布的虚拟FCoE转发器(vFCF)。
背景技术
光纤信道(FC，Fibre Channel)是一种主要用于存储网络并且以千兆速率运行的网络技术。FC是由国际信息技术标准委员会(INCITS，International Committee for Information Technology Standards)的T11标准委员会制定的标准，并且已经成为企业存储领域中的存储区域网络(SAN，storage area network)的标准连接类型。
以太网光纤信道(FCoE)是FC帧在以太网上的本地映射，但是其独立于以太网转发方案。这允许光纤信道提升到10千兆以太网，同时保留FC协议，允许与已存在的FC网络和管理软件进行无缝整合。通过保留所有的FC设施，即保持FC的相同的等待时间、安全性和流量管理属性，同时保留在FC工具、训练和SAN方面的投入，FCoE提供了I/O整合。FC被认为是在数据中心的首要存储协议，但是该整合源于使用以太网以避免创建另一个分离的网络。
正如INCITS T11标准体所定义的，当前针对FCoE的提议提升了无损的以太网网络架构(fabric)，保留了FC操作模型，并且包括最近批准的帧格式。注意，FCoE并不限于10千兆以太网(10GE)，并且还能在具有可变接口速度的网络上运行。
现代数据中心使用以太网用于传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)网络并使用FC用于SAN，其中每个都致力于特定目的。当终端用户需要在本地和全球距离或者在集群、低等待时间的计算机环境中传输相对少量的数据时，典型地实施以太网。当为了诸如在SAN启动的应用程序、邮件服务器、文件服务器和大型数据库需要进行区块(block)I/O时，通常使用SAN。配置SAN有许多好处，包括：(1)存储资源的集中式管理、安全性和支配，(2)诸如周期性备份的存储服务的统一传递，和(3)将存储资源运行在高效利用级别上。
发明内容
本发明的实施例通常涉及虚拟以太网光纤信道(FCoE)转发器(vFCF)，其中在两个或多个FCoE使能的核心交换机之间分配登录和状态信息。
本发明的一个实施例提供了一种FCoE通信方法。该方法通常包括使用单个MAC地址表示两个或更多个FCoE转发器(FCF，FCoEforwarder)的媒体接入控制(MAC)地址；接收利用该单个MAC地址寻址的FCoE帧；在与所述两个或更多个FCF中的任意FCF之间的通信故障都不存在情况下，转发所述FCoE帧到所述两个或更多个FCF中的第一FCF；并在与所述两个或更多个FCF中的任意一个之间发生通信故障后，转发所述FCoE帧到所述两个或更多个FCF中的第二FCF。所述单个MAC地址可以是vFCF的MAC地址。
本发明的另一个实施例提出了在一个或多个有形介质上编码的用于执行的逻辑。当执行时，所述逻辑可操作为：使用单个MAC地址表示两个或更多个FCF的MAC地址；接收利用该单个MAC地址寻址的FCoE帧；在与所述两个或更多个FCF中的任意FCF之间的通信故障都不存在情况下，转发所述FCoE帧到所述两个或更多个FCF的第一FCF；并且在与所述两个或更多个FCF的任意一个FCF之间发生通信故障后，转发所述FCoE帧到所述两个或更多个FCF中的第二FCF。
本发明的另一个实施例还提出了一种用于FCoE的装置。该装置通常包括网络地址转换(NAT，Network Address Translation)表，其将两个或更多个FCF的MAC地址映射到单个MAC地址；和逻辑，配置为接收使用该单个MAC地址寻址的FCoE帧，并且在与所述两个或更多个FCF的任意FCF之间都不存在通信故障的情况下，转发所述FCoE帧到所述两个或更多个FCF中的第一FCF，并且在与所述两个或更多个FCF中的任意一个fCF之间发生通信故障后，转发所述FCoE帧到所述两个或更多个FCF的第二FCF。在通信故障不存在或在发生通信故障之后转发所述FCoE帧典型地是基于所述NAT表而进行的。
附图说明
为了能够详细理解上述的本发明的特征，下面参考实施例对以上简要说明的本发明的进行具体的描述，在附图中显示了某些实施例。然而，应当注意，附图仅仅显示本发明的典型的实施例，并不能因此认为是限制它的范围，因为本发明允许其他等效实施例。
图1图示了根据本发明的一个实施例的示例性以太网光纤信道(FCoE)拓扑结构，其中每个FCoE核心交换机具有不同的FCoE转发器(FCF)。
图2图示了根据本发明的一个实施例的、在两个网络架构的每个中使用在两个FCoE核心交换机之间分布的虚拟FCF(vFCF)的示例性FCoE拓扑结构。
图3图示了根据本发明的一个实施例的、vFCF的产生、在vFCF存在情况下FCoE核心交换机的网络架构登录序列和vFCF网络地址转换(NAT)表的维护。
图4A和4B图示了根据本发明的实施例的、在图2的拓扑结构中存在FCoE核心交换故障情况下的帧转发。
具体实施方式
本发明的实施例提出了一种在通过给网络架构中的FCoE(FibreChannel over Ethernet，以太网光纤信道)转发器(FCF)使用单个单个虚拟域ID以在FCoE环境的核心层内在两个或多个FCoE使能的核心交换机之间分布的虚拟以太网光纤信道转发器(vFCF)。通过这种方式，可以消除在网络架构中具有单个点故障的网络问题，而无需为了冗余而将FCoE环境中的核心交换机的数量加倍。由于在该光纤的FCoE使能的核心交换机之间分布登录和状态信息，所以核心交换机的损失或者故障不再意味着该网络架构故障。反之，当核心交换机发生故障时，主机和发起站可通过其他核心交换机保持登录状态。
图1图示了具有网络架构A和B的示例性以太网光纤信道(FCoE)的双网络架构拓扑100。该基础设施非常适合于存储通信，因此可以在例如存储区域网(SAN)中实施。网络架构在概念上类似于在局域网(LAN)中的网段(network segment)，并且典型的FCoE SAN网络架构包括许多FCoE使能交换机。这些FCoE使能的交换机可以用来允许主机102接入服务器104，该服务器可以一种或多种不同形式(例如一个或多个数据库)来存储大量数据。
主机102可以经由接入层中的两个交换机106与SAN联接，在拓扑100中所述两个交换机的一个对应于一个网络架构。所述两个接入层交换机106可包括FCoE初始化协议(FIP，FCoE Initialization Protocol)侦听桥(snooping bridges)。对于某些实施例，这些接入层交换机106包括可从思科系统有限公司可得到的支持FIP侦听的Nexus 5000系列交换机。
在图1的拓扑结构100中，核心层被描述为在所述接入层之上。在存储区域网中的所述核心层与在以太网架构中的分布层类似。所述核心层包括在下文中详细描述的各种FCoE核心交换机108，其中每一个都具有用于网络架构登录和地址分配的FCoE转发器(FCF)。对于某些实施例，所述核心交换机108包括可从思科系统有限公司可得到的Nexus 7000系列交换机。
网络架构的核心交换机108可链接到在拓扑结构100的边缘层的一个或多个交换机110。所述边缘层交换机110可经由图1所示的本地(native)光纤信道(FC)与服务器104通信。对于某些实施例，所述边缘层交换机106包括来自思科系统有限公司的MDS 9000系列的多层交换机。
在本地FC中，接入层交换机控制本地连接设备的登录。为了在该网络架构中开始通信，发起站和目标站登录到在FC网络中的域名服务器以接收它们的光纤信道ID(FCID)。故障域与本地链接到该交换机或导向器(director)的设备的数量恰好一样大。随着能够进行N端口虚拟化/N端口ID虚拟化(NPV/NPIV)的交换机的使用，故障域可能增大。
另一方面，在FCoE环境下，典型地由FCF控制网络架构登录过程。FIP处理从ENode(具有一个或多个无损的以太网媒体接入控制(MAC)地址的FC节点，其中每一个节点与FCoE控制器耦合)到FCF的用于网络架构登录和地址分配的通信。对于每个网络架构设备只能被登录到一个FCF。在FCF故障的情况下，所有登录到该FCF的设备必须通过另一个FCF重新登录到该网络架构。
为了模拟在当今SAN中典型出现的双网络架构体系结构，在整个FCoE环境中可以配置多个FCF，不同的FCF专用于每个网络架构。FCoE设备可登录到网络架构A FCF和网络架构B FCF以通过FCoE环境提供冗余的路径。与在SAN中使用的本地FC交换机类似，容纳FCF的交换机(例如，核心交换机108)具有独一无二的域名ID。由于在网络架构中允许的域名ID的最大数量，这限制了可以在FCoE环境中配置的FCF的数量。与原始FC环境中的故障域相比，FCF限制增大了FCoE环境中的故障域。
一旦设备(诸如主机102)登录到具体的FCF，那么所有到达或来自该设备的流量必须通过该相同的FCF。该FCF的位置几乎必然地被考虑，以便避免遍及该网络架构的次优转发和用户超载问题。为了消除这些问题，FCF最可能被置于FCoE网络的核心中的FCoE发起站和目标站中间。
将FCF置于FCoE核心层中心在仅包含两个核心交换机的环境中创建了网络架构的单个故障点。因为这对于配置FCoE网络的客户来说是不可接受的，所以为了给单个个网络架构提供冗余的FCF，最可能的是将核心交换机108加倍。例如，在图1的拓扑100中，每个网络架构具有两个核心交换机108，以使得在核心层没有网络架构的单个故障。通过增加额外的交换机来改变SAN的体系机构面临挑战，因为这会导致以太网架构改变。不仅如此，通过将核心交换机加倍来获取的这样的FCF冗余增加了双网络架构SAN的费用和复杂性。
示例性虚拟vFCF
为了解决这些问题，本发明的实施例提出了一种在FCoE环境的核心层内在两个或多个FCoE使能的核心交换机之间分布的虚拟FCF(vFCF)。图2图示了示例性FCoE拓扑200，该拓扑202使用在每个网络架构A和B中的两个FCoE核心交换机之间分布的vFCF202。
vFCF可由单虚拟域ID引用。保存在vFCF中的主机和发起站的登录和状态信息可以在FCoE使能的核心交换机之间被同步，从而消除对于一个网络架构具有单故障点的问题，而无需将FCoE环境中的核心交换机的数量加倍。发起站和目标站无需逐个交换机地登录到FCF。恰恰相反，发起站和目标站可以基于每个网络架构来登录。而且，因为所有FCoE使能的核心交换机对于每个网络架构的vFCF非常可能包含相同的登录和状态信息，所以核心交换机的丢失不再意味着网络架构的丢失，因为主机和发起站可通过网络架构中的其他核心交换机保持登录。
如图2所示，在核心交换机108中，分布在两个或更多个核心交换机上的单个网络架构的FCF(即包括在vFCF中的FCF)会默认一个FCF进入激活状态，而剩余的FCF处于待机状态。例如，关于哪个FCF进入到激活状态的决定可以基于具有最低MAC地址的FCF。FCF的激活/或待机状态可以通过设置每个虚拟局域网(VLAN)的FCF属性来改变。对于某些实施例，在vFCF中的两个或多个FCF可进入激活状态以尽力在多于一个的FCF之间平衡负载。这还可以通过基于VLAN设置FCF属性来实现。当设置这些其他分布式FCF冗余协议参数时，可以将先占行为默认设置为“开”，并且可由通过配置将其切换到“关”。
具有vFCF的示例性网络架构登录序列
图3图示了vFCF的创建、在vFCF存在情况下FCoE核心交换机的网络架构登录序列和vFCF网络地址转换(NAT)表的维护。在图3中，诸如边缘层交换机110的本地FC交换机元件301可以在304生成具有MAC地址的唯一vFCF域ID。为该vFCF生成的MAC地址(vFC-MAP-MAC)与热备份路由选择协议(Hot Standby Routing Protocol(HSRP))或全球负载均衡协议(Global Load Balancing Protocol(GLBP))具有相同功能。
诸如核心交换机108的FCoE交换机元件306可以在308通过发送发现请求(Discovery Solicitation)到多播All-FCF-MAC地址来开始其使用FCoE初始化协议(FIP)的网络架构登录序列。vFCF 202可接收发现请求，并且在310使用包含vFCF的MAC地址(vFC-MAP-MAC)的单播发现通告(Discovery Advertisement)进行响应。在312，FCoE交换机元件306可以发送网络架构登录请求(FLOGI)或网络架构发现请求(FDISC)到由vFCF为光纤登录提供的MAC地址。
vFCF 202可以用作用于驻留在FCoE核心交换机108上的每个真实FCF网络架构的登录的代理。这样，vFCF 202可以转发FLOGI或FDISC请求到该网络架构，并且该网络架构可以响应该请求而发出光纤信道ID(FCID)。在314，该网络架构可以经由作为网络架构登录代理的vFCF202发送该发出的FCID到FCoE交换机元件306。在316，驻留在FCoE交换机元件306上的FCF可以使用包含该发出的FCID的真实FC-MAP-MAC地址进行响应。
在318，vFCF 202可将FC-MAP-MAC地址映射到vFCF NAT表中的vFC-MAP-MAC地址。例如，图4A图示了网络架构A的vFCF NAT表402，该表将两个FCF的FC-MAP-MAC地址(示为FC-MAP-MAC 1和FC-MAP-MAC2)映射到网络架构A的vFCF的MAC地址(vFC-MAP-MAC1)。类似地，图4B也图示了网络架构B的vFCF NAT表404，该表将两个FCF的FC-MAP-MAC地址(示为FC-MAP-MAC3和FC-MAP-MAC4)映射到网络架构B的vFCF的MAC地址(vFC-MAP-MAC2)。对于网络架构中的所有FCoE交换机元件，可重复上述网络架构登录序列。
利用vFCF的帧转发和FCoE核心交换机故障
如上所述，vFCF中的FCF仅有一个处于激活状态，而vFCF中的其他FCF处于待机状态。在图4A中，帧406在与vFCF 202的激活FCF的通信可工作时利用该激活的FCF而被在网络架构B中被转发。在转发帧406通过网络架构过程中，FCoE设备可使用它们的vFC-MAP-MAC地址。vFCF-MAP-MAC地址包括48比特，其中前24比特可以包括网络架构标识符，而后24比特包括登录到该网络架构的设备的FCID。该网络架构标识符包含vFCF的虚拟域ID。
如果发生了通信故障，例如激活的FCF故障或与激活的FCF的通信链路变得不可操作，待机FCF仍然能够根据vFCF NAT表404来负责vFC-MAP-MAC地址。这样，如图4B所示，可以使用先前处于待机的FCF在网络架构B中转发帧406。上述分布式FCF冗余协议不仅允许网络架构登录和状态信息分布在FCoE使能的交换机之间，而且还同样处理对每个网络架构中的所有FCoE使能交换机的更新。
对于网络架构中除了核心交换机108之外的设备，主机102发送登录确认到vFCF 202，其使用vFCF NAT表来转发帧406到真实FCF。本地FC设备遵循在交换网络架构中的标准FC登录过程。所有的网络架构登录可被分布到遵循FC标准的真实的FCF名服务器。本地FC设备可以使用vFCF NAT表与FCoE连接的设备通信。
实现在两个或多个FCoE使能的交换机之间分布的vFCF产生了几个优点。首先，具有vFCF的FCoE网络架构没有单故障点。而且，在FCoE使能的交换机之间分布网络架构登录提供了更高效的FCF之间的网络架构登录的负载平衡，并且确保在单个设备故障的情况下，设备无需重新登录到网络架构。不仅vFCF提供FCF冗余，而且这里描述的拓扑提供了完全冗余双网络架构解决方案，并且无需将FCoE使能的交换机的数量加倍。该拓扑还遵循当今在SAN光纤中部署的本地FC体系结构。另外，以太网体系结构无需改变来提供用于FCoE流量的路径冗余。
尽管前述内容涉及本发明的实施例，但是在不脱离其基本范围情况下可设计出本发明的其他和进一步实施例，所述范围由权利要求确定。

Claims (20)

1.一种以太网光纤信道(FCoE)的通信方法，包括：
用单个单个媒体接入控制(MAC)地址表示两个或更多个FCoE转发器(FCF)的MAC地址；
接收用所述单个单个MAC地址寻址的FCoE帧；
在与所述两个或更多个FCF中的任意FCF之间都不存在通信故障的情况下，转发所述FCoE帧到所述两个或更多个FCF中的第一FCF；和
在与所述两个或更多个FCF中的任意一个FCF之间发生通信故障后，转发所述FCoE帧到所述两个或更多个FCF中的第二FCF。
2.如权利要求1所述的方法，其中用单个MAC地址表示所述两个或更多个FCF的MAC地址包括创建将所述两个或更多个FCF的MAC地址映射到所述单个MAC地址的网络地址转换(NAT)表。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述单个MAC地址包括与所述两个或更多个FCF相关联的虚拟FCoE转发器(vFCF)的虚拟FC-MAP-MAC(vFC-MAP-MAC)地址。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述单个MAC地址包括发送所述FCoE帧的设备的网络架构标识符和光纤信道ID(FCID)，其中所述网络架构标识符包括与所述单个MAC地址相关联的域ID。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一FCF不同于所述第二FCF。
6.如权利要求5所述的方法，其中在不存在通信故障的情况下，所述第一FCF处于激活状态，所述第二FCF处于待机状态，并且在不存在通信故障的情况下转发所述FCoE帧包括转发所述FCoE帧到处于激活状态的所述第一FCF。
7.如权利要求6所述的方法，其中处于激活状态的所述第一FCF具有所述两个或更多个FCF中的最低MAC地址。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述通信故障包括与所述第一FCF之间通信的故障，并且转发所述FCoE帧包括转发所述FCoE帧到进入激活状态的所述第二FCF。
9.一种被编码在一个或多个有形介质中用于执行的逻辑，当执行时可操作来执行以下步骤：
用单个媒体接入控制(MAC)地址表示两个或更多个FCoE转发器(FCF)的MAC地址；
接收利用所述单个MAC地址寻址的FCoE帧；
在与所述两个或更多个FCF中的任意FCF之间都不存在通信故障的情况下，转发所述FCoE帧到所述两个或更多个FCF中的第一FCF；和
在与所述两个或更多个FCF中的任意一个FCF之间发生通信故障后，转发所述FCoE帧到所述两个或更多个FCF中的第二FCF。
10.如权利要求9所述的逻辑，其中用单个MAC地址表示两个或更多个FCF的MAC地址包括创建将所述两个或更多个FCF的MAC地址映射到所述单个MAC地址的网络地址转换(NAT)表。
11.如权利要求9所述的逻辑，其中所述单个MAC地址包括与所述两个或更多个FCF相关联的虚拟FCoE转发器(vFCF)的虚拟FC-MAP-MAC(vFC-MAP-MAC)地址。
12.如权利要求9所述的逻辑，其中所述单个MAC地址包括发送所述FCoE帧的设备的网络架构标识符和光纤信道ID(FCID)，其中所述网络架构标识符包括与所述单个MAC地址相关联的域ID。
13.如权利要求9所述的逻辑，其中所述第一FCF是所述第二FCF。
14.如权利要求9所述的逻辑，其中在不存在通信故障的情况下，所述第一FCF处于激活状态，所述第二FCF处于待机状态，并且所述逻辑可操作来在不存在通信故障的情况下转发所述FCoE帧到处于激活状态的所述第一FCF。
15.如权利要求14所述的逻辑，其中处于激活状态的所述第一FCF具有比所述第二FCF低的MAC地址。
16.如权利要求9所述的逻辑，其中所述通信故障包括与所述第一FCF之间通信的故障，并且所述逻辑可操作来转发所述FCoE帧到进入激活状态的所述第二FCF。
17.一种用于以太网光纤信道(FCoE)通信的装置，包括：
网络地址转换(NAT)表，其将两个或更多个FCoE转发器(FCF)的媒体接入控制(MAC)地址映射到单个MAC地址；和
逻辑，配置为接收使用该单个MAC地址寻址的FCoE帧，并且在与所述两个或更多个FCF中的任意FCF之间都不存在通信故障的情况下，转发所述FCoE帧到所述两个或更多个FCF的第一FCF，并且在与所述两个或更多个FCF中的任意一个FCF之间发生通信故障后，转发所述FCoE帧到所述两个或更多个FCF中的第二FCF，其中在不存在通信故障或者在发生通信故障后转发所述FCoE帧是基于所述NAT表进行的。
18.如权利要求17所述的装置，其中所述装置为FCoE核心交换机。
19.如权利要求17所述的装置，其中所述单个MAC地址表示与所述两个或更多个FCF相关联的虚拟FCoE转发器(vFCF)。
20.如权利要求19所述的装置，其中所述单个MAC地址包括所述vFCF的虚拟FC-MAP-MAC(vFC-MAP-MAC)地址。
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