CN1620784A - 用于封装帧以在存储区域网络中传输的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了封装分组或帧以用于在存储区域网络中传输的方法和装置。接收或生成分组或帧,所述分组或帧与存储区域网络中采用的标准协议相兼容。然后,利用虚拟存储区域网络标识符来封装所述分组或帧。还可利用TTL值、MPLS信息和要由所述分组或帧承载的流量类型来封装所述分组或帧。例如,要由所述分组或帧承载的流量类型可包括以太网、光纤信道和无限带宽。一旦被封装,所封装的分组或帧就被通过存储区域网络而发送。例如,可以由交换机来生成所封装的分组或帧,并将其通过交换机间链路而在存储区域网络中发送。
Description
技术领域
本发明涉及网络技术。更具体而言,本发明涉及用于封装帧以在存储区域网络中传输的方法和装置。
背景技术
当在网络中对计算机和其他设备进行互连时,希望创建“虚拟局域网”(VLAN),其中耦合到一个VLAN的所有设备接收在该VLAN上(通过广播、多播或其他技术而)普遍寻址的所有帧或分组,并且其中由VLAN上的一个设备所普遍寻址的所有帧或分组不会被传播到该VLAN之外的设备。当要使单一物理基础设施对多方可用,并且所述多方中的每一方都要求其数据对其他方保密时,尤其需要所述VLAN方法。此外,所述VLAN方法保护一个给定的VLAN上的网络实体免受位于同一基础设施上但属于不同VLAN的设备的故障的影响。
在本领域中已经提出并接受了多种VLAN传输协议技术。例如,现在常见的VLAN技术包括LANE(用于ATM LAN仿真),IEEE标准802.10,以及诸如交换机间链路(ISL)(例如用于Cisco CatalystTM交换机间链路)之类的多种专有方案。
为了允许多个VLAN共享下层物理拓扑上的单一交换机间链路,思科系统公司开发出了交换机间链路协议(ISL)。例如参见1998年4月21日授权给思科系统公司的美国专利No.5,742,604,该专利题为“Interswitchlink mechanism for connecting high-performance network switches”,发明人是Edsall等,在此为各种目的通过引用而包含了该专利的内容。ISL提供了一种封装机制,用于基于网络中不同交换机的多个端口之间的VLAN关联而在这些端口之间传输分组。
虽然ISL支持单一下层网络拓扑上的多个VLAN,但人们已经注意到了某些局限性。这些局限性中的一些使得ISL不易实现在新式的存储区域网络(SAN)上。
近年来,存储设备容量的增长速度并未跟上对存储的需求的增长速度。因此,一个给定的服务器或其他主机必须访问多个物理上分开的存储节点(一般是磁盘)。为了解决这些存储局限性的问题,开发出了存储区域网络。一般而言,存储区域网络是一种高速专用网络,其代表更大的用户网络而将不同的数据存储设备与相关数据主机互连起来。然而,虽然SAN使得存储设备能够被配置成由网络内的多个网络设备和/或实体所使用,但数据存储需求常常是动态的而非静态的。
SAN可以使用多种网络流量,例如以太网帧或光纤信道(FibreChannel)帧。无论使用何种技术,当前的SAN技术都要求在整个特定SAN中使用单一协议(例如光纤信道)。因而,当前的技术无法满足支持多重SAN系统的需求,在所述多重SAN系统中,多种不同的传输协议或技术同时共存。注意,ISL最初是为封装以太网分组而设计的。它不支持单一物理网络基础设施上的多种不同协议。
以太网是当前最广泛安装的LAN技术。最普通安装的以太网系统是10BASE-T系统,其提供上至10Mbps的传输速度。作为代替,快速以太网系统100BASE-T系统提供上至100兆比特每秒的传输速度,而吉比特以太网支持1000兆比特每秒(或10亿比特每秒)。
尽管以太网被广泛使用,但在要求高带宽和低延迟的系统中,对光纤信道的使用正在激增。更具体而言,光纤信道标准系列(由美国国家标准协会(ANSI)提出)定义了用于在多种硬件系统之间传输大量数据的高速通信接口,所述硬件系统例如是具有光纤信道接口的个人计算机、工作站、大型机(mainframe)、超级计算机、存储设备和服务器。光纤信道尤其适合于将计算机服务器连接到共享存储设备,以及将存储控制器和驱动器互连。此外,光纤信道能够以上至1Gbps(或10亿比特每秒)的数据率在计算机设备之间传输数据,并且光纤信道行业协会(Fibre ChannelIndustry Association)已经提出了10Gbps的数据率。因此,光纤信道是一种正广泛用于在SAN中传输数据的技术。然而,如上所述,ISL并未为光纤信道传输而进行最优化。
考虑到以上问题,人们希望VLAN的属性能够与SAN的属性相结合,以使得多个存储设备能够在逻辑上被分配给一个网络内的多个实体。此外,如果单一交换结构能够同时支持诸如SAN之类的网络内的多种传输协议(至少包括光纤信道),则将会有所裨益。
发明内容
本发明公开了封装分组或帧以用于在存储区域网络中传输的方法和装置。更具体而言,根据所公开的封装处理,利用虚拟存储区域网络(VSAN)标识符来封装分组或帧。通过生成并传输这种封装的分组或帧,就可以实现单一VSAN以及包括多个互连VSAN在内的网络。
根据本发明的多个实施例,在虚拟存储区域网络(VSAN)中实现封装机制。通过VSAN的原理,一个或多个网络设备(例如服务器)和一个或多个数据存储设备被分组到逻辑网络当中,所述逻辑网络定义在一个公共的物理基础设施内。每个VSAN由一个VSAN标识符唯一标识。
根据本发明的一个方面,接收或生成分组或帧,所述分组或帧与在存储区域网络中采用的标准协议相兼容。然后,利用VSAN标识符来封装所述分组或帧。例如,可将一个新的头部(header)(或尾部(trailer))添加到与所述标准协议相兼容的所述分组或帧上。一旦被封装,所封装的分组或帧就被通过存储区域网络而发送。一般通过链路来发送所封装的分组或帧,所述链路例如是由多个VSAN共享的增强型交换机间链路。
除了VSAN标识符以外,所封装的分组或帧还可包括更多的信息。更具体而言,根据一个实施例,还利用存活时间(TTL)值和/或多协议标签交换(MPLS)信息中的至少一项来封装所述分组或帧。例如,可用所述TTL值来规定所封装的分组或帧在被丢弃之前可以经历的剩余跳(hop)数。所述TTL值还可用来以时间单位(例如毫秒)规定剩余寿命(lifetime)。MPLS是一种用在多种技术当中的公共转发机制,用于转发诸如IP分组和以太网帧之类的分组或帧。然而,尚未实现或提出将MPLS用于光纤信道帧。
根据另一实施例,利用要由帧承载的流量类型来封装所述帧。例如,要由所述帧承载的流量类型可包括以太网、光纤信道和无限带宽(Infiniband)。典型情况是,此“类型”指的是用来生成所述帧的标准协议。通过标识流量类型,可以在VSAN内传输承载多种流量类型的帧。此外,每个都能够支持多种不同流量类型的多个VSAN可以通过在新附加的头部中标识流量类型而互连。
多种网络设备都可被配置为或适于生成与标准协议(例如光纤信道)相兼容的帧。类似地,多种网络设备都能够接收所述帧,封装所述帧,并经由VSAN来发送所封装的帧。这些网络设备包括但不限于服务器(例如主机)和交换机。此外,上述生成和封装处理的功能可以实现在软件以及硬件中。
本发明的另一个方面涉及计算机程序产品,其包含上面设有程序指令的机器可读介质,所述指令用于整体或部分地实现上述的方法和技术。本发明的方法中的任意方法都可整体或部分地表示为可被设在这种机器可读介质上的程序指令。此外,本发明涉及按照这里所描述的方式而生成和/或使用的数据的多种组合和设置。例如,所封装的帧具有这里所描述的格式,并被设在适当的介质上,这也属于本发明的一部分。
在以下本发明的具体实施方式中,将结合附图更详细地描述本发明的这些和其他特征。
附图说明
图1示出了可在其中实现本发明的包括多个VSAN在内的示例性存储区域网络。
图2示出了根据本发明一个实施例,对诸如光纤信道的帧的“扩展”。
图3示出了根据本发明一个实施例,包括扩展ISL(EISL)头部在内的EISL帧格式。
图4示出了示例性EISL头部(和相关MPLS标签栈),其可在具有诸如图3所示的EISL帧格式的帧中传输。
图5示出了根据本发明一个实施例,可用于图4的MPLS标签栈中的每个标签的示例性MPLS标签格式。
图6示出了可在其中实现本发明多个实施例的示例性网络设备。
具体实施方式
在以下描述中,阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而,没有这些具体细节中的一些或全部也可以实施本发明,这对于本领域技术人员来说是很显然的。在其他情况下,并未详细描述公知的处理步骤,以免多余地模糊了本发明。
如上所述,存储区域网络(SAN)是这样一种网络,其代表更大的用户网络而将不同的数据存储设备与相关网络主机(例如数据服务器或终端用户机)互连。SAN是由系统的物理配置所定义的。换言之,SAN中的这些设备必须是物理上互连的。
根据本发明的多个实施例,物理SAN由多个虚拟存储区域网络(VSAN)共享,所述VSAN中的每一个都使用所述SAN的物理基础设施中的一些或全部。采用一种封装机制来实现VSAN。通过VSAN的原理,将一个或多个网络设备(例如服务器)和一个或多个数据存储设备分组成定义在一个公共物理网络基础设施内的一个逻辑网络。通过一个或多个交换机而将所述网络设备和数据存储设备耦合在一起,从而就可以实现这些设备之间的通信。可被用在VSAN中的示例性数据存储设备包括但不局限于各种配置的存储磁盘,例如互连磁盘冗余阵列(RAID)。
每个VSAN是由一个VSAN标识符,而非网络内设备的任何特定物理配置来唯一标识的。例如,一个唯一标识符可以同时与一个或多个网络设备,以及一个或多个存储设备相关联。一般而言,所述VSAN标识符不代表任何特定的物理网络设备或链路。
在VLAN基础设施内,通过(例如在0到4094这一范围内)使用VLAN标识符来区分各个VLAN。根据本发明的多个实施例,通过使用上述的VSAN标识符,就可以区分一个VSAN基础设施内的各个VSAN。人们希望支持既包含VLAN又包含VSAN的混合基础设施,例如使用能够在VLAN和VSAN之间承载流量的主干链路或路由器来实现。
根据一个实施例,VLAN标识符和VSAN标识符共享同一数字空间。换言之,任意给定的数字可以是VLAN标识符或VSAN标识符,但不能同时用来分别标识VSAN和VLAN。例如,不可能同时具有VSAN#1和VLAN#1。
根据另一实施例,VLAN标识符和VSAN标识符具有各自独立的数字空间。换言之,一个给定的数字可以是VLAN标识符或VSAN标识符,也可以同时是VSAN和VLAN的标识符。由于一个数字可能对应于VSAN或VLAN,因此还标识网络类型(例如VSAN或VLAN)。因而,VSAN#1和VLAN#1可以同时作为不同和独立的虚拟网络而存在。这一类型可以是EISL头部中的一个单独字段,或者可被包含到帧类型(例如流量类型)当中,下文将参照图4对此进行更详细的描述。
图1示出了可在其中实现本发明的示例性存储区域网络101。如图1所示,数据存储设备102、104、106、108、110和112经由若干交换机118、120和122耦合到主机(例如服务器)114、116和128。所述交换机经由交换机间链路124和126彼此通信。本段所描述的这些元件共同组成了SAN 101的物理基础设施。SAN 101的存储设备、交换机和主机使用一种或多种标准协议进行通信,所述协议例如是光纤信道(FC)、光纤信道IP(FCIP)、SCSI、基于IP的SCSI(SCSI over IP),以太网、无限带宽等。有时,这里也将这些协议称为流量的“类型”。
可以通过将各个网络设备与所选择的数据存储设备一起进行逻辑分组,来创建一个或多个VSAN。例如,如图1所示,作为第一VSAN的VSAN 1由服务器114、128和数据存储设备102、106和110组成,而作为第二VSAN的VSAN 2由服务器116、128和数据存储设备104、108和112组成。注意,VSAN 1和VSAN 2共享交换机间链路124和126用于通信。例如,VSAN 1的主机114和VSAN 2的主机116都使用链路126,以分别访问存储设备110和存储设备112。
为了确保通过交换机间链路124和126的网络流量被正确地路由到(并限制于)相关VSAN内的设备,必须可将流量识别为VSAN 1流量和VSAN 2流量。这可以用多种方式来实现。本发明所采用的一种方便的方法利用某种VSAN标识符来封装数据帧。这样,交换机118、120和122就可以检查通过链路124和126的帧,以确定涉及哪个VSAN,并基于此信息来做出适当的交换决定。
可以应用本发明的多个实施例来封装分组或帧,如下文参照图2到5所描述的那样。分组和帧之间的区别未被所有人接受。然而,一种通常使用的区别定义如下。分组是在因特网或任何其他分组交换网络上的源和目的地之间被路由的数据单元。每个分组被单独编号,并包括目的地的因特网地址。对比而言,帧是在邻接的网络设备之间传输的数据。帧中的信息或数据可以包含用在高级或不同的协议中的分组或其他数据单元。
为方便起见,后面的讨论将会描述用于在SAN上传输数据的被封装的帧。交换机对帧采取动作,并使用关于VSAN的信息来做出交换决定。因而,根据本发明的多个实施例,源于一个VSAN内的帧被约束为留在被分派给该VSAN的物理资源之内。因而,工作在更高的协议层(例如应用层7)的网关可能将这种分组从一个VSAN传递到另一VSAN。为了执行这种约束,可以利用一种标识出帧所属的VSAN的结构来对帧进行封装。一旦被封装,就移动所封装的帧使之通过网络节点;具体而言是通过存储区域网络的交换机间链路而移动。因而,通过此封装,单一链路可以传输与多个VSAN相关联的帧。下文将参照图3和图4,更详细地描述示例性的封装分组。
注意,所封装的帧具有为诸如以太网或光纤信道之类的标准协议而规定的帧格式。因此,本发明可以采用传统上用来生成这种帧的软件和硬件。根据本发明,采用了额外的硬件和/或软件来封装所述标准帧。本领域技术人员将会了解如何开发必要的硬件和软件,以实现下述类型的封装。
根据本发明,在一个节点处获得与一个存储区域网络所采用的一种标准协议相兼容的帧,随后在该节点处进行封装。所述的帧是由诸如主机、交换机或存储设备之类的网络设备所生成的。在一种典型情况下,主机根据诸如光纤信道之类的一种标准协议生成所述帧,并将该帧转发到交换机。然后,所述交换机执行例如下述这样的封装处理。在一些实施例中,主机或存储设备可以自己执行这里所描述的封装。
在其他实施例中,交换机可以接收一个数据流,并首先根据一种标准协议将其成帧,然后封装所形成的帧封装以产生本发明的新帧。这里有时将所形成的封装帧称为“扩展ISL”(EISL)帧,因为其与先前通过引用而包含了的美国专利No.5,742,604中所描述的交换机间链路协议之间存在一般的关系。
刚才已经说明,所述封装处理可以由交换机外的网络设备(例如由主机)执行,也可以在交换机内执行。显然,应当利用适当的用于执行EISL封装的软件和/或硬件来配置适当的网络设备。当然,不需要用EISL封装软件(或硬件)去配置存储区域网络内的所有网络设备。确切地说,可以用EISL封装功能来配置或改装所选择的网络设备。类似地,在多个实施例中,可以通过选择多个节点来允许或禁止这种EISL封装功能。此外,人们可能希望将所选择的网络设备端口配置成EISL能力端口,其可以一直能够执行EISL封装,或仅在处于EISL允许状态时才能够执行EISL封装。
存储区域网络中所采用的标准协议(例如第2层协议)(即用来将数据成帧的协议)一般将会与网络所承载的“流量类型”同义,尽管未必尽然。如下所述,在一些封装格式中定义了流量类型。流量类型的典型例子是第2层或相应层的格式,例如以太网或光纤信道。
可在VSAN内使用的另一类流量是无限带宽体系结构,该体系结构是一种相对较新的用于服务器的输入/输出(I/O)规范。更具体而言,通过集中式的、统一的无限带宽交换机和链路的架构来附接所有设备,从而实现服务器、远程存储设备和网络之间的连接。无限带宽体系结构所具有的益处包括更低的延迟、更容易且更快速的数据共享以及内在的安全性和服务质量。无限带宽体系结构是一种正迅速发展的用于服务器集群以及远程存储设备和联网的I/O的技术。因而,对于由因特网的迅速成长以及因特网上数据和电信(语音、数据、视频和存储)的会聚而产生的需求来说,无限带宽体系结构非常适合于满足这种需求。利用无限带宽,数据在一个或多个分组中传输,而所述的一个或多个分组一起形成一条消息。例如,消息可以是远程直接存储器访问(RDMA)读或写操作、信道发送或接收消息、(可逆转的)基于事务的操作,或者多播传输。
此外,其他流量类型可包括令牌环、令牌总线,以及各种与诸如Aloha之类的卫星系统兼容的协议。还有一点重要的是应当注意到,流量类型也应被存储区域网络中所使用的技术所支持。例如,在主机和/或交换机中使用的技术(例如接口端口电路)以及通信介质应当支持封装帧中所承载的流量类型。
如图2所示,获得了一个与存储区域网络中所采用的标准协议相兼容的帧。例如,诸如光纤信道帧202之类的帧一般包括头部204、有效载荷206和差错校验信息,所述差错校验信息例如是循环冗余校验(CRC)值208。循环冗余校验是一种对接收到的帧进行检查以发现已在通信链路上传输的数据中的差错。如上所述,必须识别与帧202相关联的VSAN。然而,按照控制光纤信道的标准,光纤信道帧202的头部204不包括使得能够定义额外字段的未使用的比特。结果,就需要对帧202的“扩展”210。扩展210可以采取多种格式。重要的是,扩展210至少应当包括标识VSAN的信息和规定以下项目中一个或多个的其他信息:流量类型、MPLS信息和存活时间。
如图3所示,根据多个实施例,根据从初始帧202获得的信息,生成一个具有扩展ISL(EISL)格式的新帧302。更具体而言,封装可以包括将一个新的头部(或尾部)附加到初始帧202上。例如,如图所示,新帧302包括有效载荷303,该有效载荷303优选地包括初始帧的头部204和有效载荷206,新帧302还包括一个新的EISL头部304。此外,有效载荷303还可包括初始帧的CRC 208。封装还可包括用一个新的(例如额外的)或修改后的CRC值306来修改或取代初始CRC值208。更具体而言,由于新帧比初始帧202长,因此可以生成(例如计算出)一个新的CRC值306,以对应于包括新附加的EISL头部304及其相关长度在内的新帧302的更长的长度。因此,这个新CRC 306可以取代初始CRC 208。这样,就通过用EISL头部封装所述帧而生成了新帧。
根据多个实施例,诸如图3所示的EISL帧302开始于帧起始(SOF)分隔符308,并且终止于帧结束(EOF)分隔符310。这些分隔符使得EISL能力端口能够接收并识别EISL格式的帧。然而,如果EISL能力端口未处于EISL模式或者端口不是EISL能力端口,但却接收到了EISL格式的帧,则该端口可以将该帧丢弃。
图4示出了一个示例性的ELSL头部,该ELSL头部属于一个具有诸如图3所示的总体EISL帧格式的帧。更具体而言,如上所述,该ELSL头部优选地标识出一个VSAN。此外,封装可以包括在所封装的帧中提供更多的信息。下面将会更详细地描述,EISL头部可在该EISL头部的多个字段中提供更多的信息。更具体而言,可以用一个EISL指示符字段402来指示EISL头部的存在。此外,EISL版本指示符字段404可以指示用来创建该帧的EISL的版本。在一个具体例子中,EISL头部的EISL版本指示符字段404至少包括2比特。
所述EISL头部还包括指示帧类型(即流量类型)的字段406。要由该帧来承载的流量(例如有效载荷)类型可包括多种流量类型,例如上文所述的流量类型,它们包括但不局限于以太网、光纤信道和无限带宽。在一个实施例中,帧类型字段406是一个4比特的字段。通过标识流量类型,承载多种流量类型的EISL格式的帧可在一个VSAN内传输。此外,每个都能够支持多种不同流量类型的多个VSAN可以通过在新附加的EISL头部中标识流量类型而互连。
多协议标签交换(MPLS)标签字段(例如指示符)408指示出EISL头部是否承载着MPLS信息,所述MPLS信息例如是MPLS标签栈,这是一种既用于光纤信道帧又用于以太网帧的公共转发机制。下文将参照图5更详细地描述示例性的MPLS标签栈。在一个实施例中,MPLS标签字段408是一个1比特字段。更具体而言,MPLS标签字段408指示出在EISL帧中是否设有MPLS标签。例如,可以在EISL头部包括有MPLS标签栈时将所述指示符设置为1,反之则设置为0。MPLS标签字段408还可指示存在于416中的标签数量。
优先级字段410可指示EISL帧的用户优先级。所述用户优先级可以代表多种类型的优先级。一个例子是,所述用户优先级可以是仅用来指示诸如数字序号之类优先级的普通优先级,而没有受保证的服务级别。例如,较高的值仅代表较高的用户优先级,而较低的值可代表较低的优先级。较高优先级的用户首先接收可用带宽,而不管有多少可用的总带宽。用于此字段的比特数将会根据所采用的优先级别的数量或值而不同。
另一个例子是,所述用户优先级可以指示EISL帧的有效载荷的服务质量(QoS)。在因特网上和在其他网络中,QoS是这样一种思想,即传输速率、差错率和其他特性可以被测量、提高,以及在某种程度上预先保证。对于高带宽视频和多媒体信息的连续传输,QoS尤其受到关注。使用通常的“尽力而为”(best effort)协议在公共网络中可靠地传输这种内容是困难的。典型情况是,为了规定服务质量,优先级字段所需的比特数多于简单的数字优先级。在一个实施例中,优先级字段410是一个3比特字段。
如上所述,EISL头部最少包括一个VSAN标识符字段412,该字段适于包括标识出一个或多个VSAN的VSAN标识符。更具体而言,根据一个实施例,VSAN标识符标识了与EISL帧的有效载荷相关联的VSAN,并因而标识了初始帧(例如光纤信道帧)的有效载荷。根据一个实施例,VSAN标识符字段412是一个12比特字段。该标识符的格式可以与VLAN标识符的格式相同或类似,也可以类似于在诸如以太网之类的某些标准协议中所采用的地址。
在一些存储区域网络中,会存在可能使帧遍历网络内的一个环路的拓扑或路由问题。这种循环将会无谓地消耗带宽。为了解决此问题,可以用存活时间(TTL)字段414来指示一个TTL值,该值规定了在丢弃帧之前可以遍历的剩余跳数。更具体而言,TTL字段414的TTL值由生成包括EISL头部在内的EISL帧的网络设备(例如交换机)来初始化。可将缺省值例如设置为16。接收到EISL帧的后续网络设备(例如交换机)将TTL字段414的TTL值递减1。
根据一个实施例,为1的TTL值向接收网络设备(例如交换机)指示出应将该EISL帧丢弃。当EISL帧被丢弃时,可将一个差错消息发送到该帧的期望接收者以及该帧的发送者。类似地,为0的TTL值可指示出应忽略TTL字段414,允许由交换机转发该EISL帧。根据一个实施例,TTL字段414是一个8比特字段。
如上所述,可以用MPLS指示符408来指示EISL头部是否承载着诸如MPLS标签栈416之类的MPLS信息。当无连接网络层协议的分组从一个路由器前进到下一个路由器时,每个路由器对该分组做出独立的转发决定。即,每个路由器分析该分组的头部,并且每个路由器运行一个网络层路由算法。每个路由器都基于其对所述分组头部的分析和运行所述路由算法的结果,独立地为该分组选择下一跳。
分组头部中所包含的信息比仅选择下一跳所需要的信息多得多。因此,可以认为对下一跳的选择是由两个功能组成的。第一个功能将整个可能的分组的集合划分成一组“转发等价类(FEC)”。第二个功能将每个FEC映射到下一跳。在只考虑转发决定的情况下,无法区分被映射到同一FEC的不同分组。属于一个特定FEC并且从一个特定节点开始前进的所有分组都将会遵循同一路径(或者如果正使用某些种类的多路径路由,则所述分组都将会遵循与所述FEC相关联的一组路径之一)。
在传统的IP转发中,如果在一个特定路由器的路由表中存在某个地址前缀X,使得X是两个分组中每个分组的目的地地址的“最长匹配”,则所述路由器一般将会认为这两个分组处于同一FEC中。当分组遍历网络时,每一跳依次对该分组进行重检查,并将其分配到一个FEC中。在MPLS中,将一个特定分组分配到一个特定FEC中的操作只在该分组进入网络时进行一次。分组被分配到的FEC被编码成一个短的固定长度的值,这个值被称为“标签”(label)。
当一个分组被转发到其下一跳时,所述标签被与其一起发送;即,在转发分组之前给所述分组“贴标签”。在随后的跳中,不再对分组的网络层头部做进一步分析。相反,所述标签被用作对一个表的索引,该表规定了下一跳和新标签。用所述新标签取代旧标签,并将分组转发到其下一跳。在所述的MPLS转发模式中,一旦将一个分组分配到一个FEC中,就不再由后续路由器进行头部分析;所有的转发都是由标签驱动的。这相对于传统的网络层转发具有许多优点。例如,通过MPLS标签,可以避开传统的IP路由。MPLS转发机制和MPLS标签栈编码的更多细节分别在Rosen等于2001年1月提出的RFC 3031“Multiprotocol Label SwitchingArchitecture”和Rosen等于2001年1月提出的RFC 3032“MPLS LabelStack Encoding”中进行了公开,并为各种目的而通过引用包含于此。
上面参照图4的方框408描述过,可以用指示符来指示EISL帧是否包括标签栈。根据一个实施例,标签栈最多可以包括4个标签。标签栈中的每个标签都具有同样的标签格式。
图5示出了根据本发明一个实施例,可用于图4的MPLS标签栈中的每个标签的示例性MPLS标签格式。标签字段502承载相应标签的实际值,所述标签被用来做出转发决定。当接收到贴有标签的分组时,查找位于栈顶的标签值。作为在相应的表、文件或数据库中进行的成功的查找的结果,查明了以下信息:a)该分组要被转发到的下一跳,和b)在转发之前要对标签栈执行的操作;此操作可以是将标签栈顶条目用另一条目取代,从标签栈中弹出一个条目,或者取代标签栈顶条目并随后将另外的一个或多个条目压入标签栈。除了得知下一跳和标签栈操作以外,还可以得知外出数据链路封装,并可能得知为了正确地转发分组而需要的其他信息。根据一个实施例,标签字段502是一个32比特字段。
实验性字段504可被保留以供实验性使用。实验性字段504一般用来编码差分业务码点(DSCP),DSCP是一种用于服务质量的机制。
此外,可在标签中设置终止字段506,以指示出此标签是不是栈中的最后一个标签。根据一个实施例,终止字段是一个单比特指示符。例如,终止字段506可以在所述指示符处于第一状态(例如1)时指示出该标签是标签栈中的最后一个标签,并在所述指示符处于第二状态(例如0)时指示出该标签不是标签栈中的最后一个标签。
所述标签还可包括TTL字段508。TTL字段508一般用来提供与IPv4分组相关联的TTL字段语义,或者提供与IPv6分组相关联的跳计数(HopCount)语义。
如上所述,封装可以在多种网络设备中执行。图6示出了可在其中实现本发明多个实施例的示例性网络设备。所图示的网络设备是一个既可以对以太网帧又可以对光纤信道帧进行交换的混合型交换机。优选的是,可以经由单一交换机制来传输多种类型(例如以太网和光纤信道)的帧。通过使用扩展ISL(EISL)帧格式,可以使用同一交换机或ISL来传输不同类型的帧,而非将交换机或ISL专用于不同的帧(或流量)类型。
如图6所示,交换机的端口602经由双向连接器(未示出)来接收数据。与进入端口相关联,设置了媒体访问控制(MAC)模块604,这使得能够接收多种协议的帧,所述多种协议例如是以太网或光纤信道。一旦如上所述地封装了一个帧,该帧随后就由转发引擎608接收,转发引擎608从该帧的多个字段中获得信息,例如源地址和目的地地址。然后,转发引擎608访问一个转发表(未示出),以确定所述源地址是否具有对所规定的目的地地址的访问权。转发引擎608还确定交换机上用来发送所述帧的适当端口,并为所述帧生成适当的路由标记(tag)。
一旦将所述帧适当地格式化以用于传输,该帧就会在传输之前被缓冲排队模块606所接收。与将帧按照接收时的原样发送相比,可能更希望将该帧暂时存储在缓冲区或队列606中。例如,可能希望基于服务质量,将分组暂时存储在一组队列中的一个队列中,所述一组队列中的每一个都对应于不同的优先级别。然后,经由交换架构610将所述帧发送到适当的端口。每个外出端口也具有其自身的MAC模块和双向连接器,可以通过所述MAC模块和双向连接器来发送分组。
虽然在上文中参照图6而描述的网络设备被描述为交换机,但此网络设备仅仅是说明性的。因而,可以实现诸如路由器之类的其他网络设备,以接收、处理、修改和/或生成分组或帧,这些分组或帧具有例如上述的功能,以用于在存储区域网络内传输。此外,上述网络设备仅仅是说明性的,因此可以实现其他类型的网络设备以执行所公开的封装功能。
一旦生成了所述EISL帧,就可以由交换机通过交换机间链路(ISL)来发送所封装的帧,所述ISL被配置为以图1所示的互连交换机顺序设置的方式,来耦合源和目的地端口接口电路。所述ISL链路可以由能够作为对交换总线的扩展而起作用的任何类型的介质(例如双铰线或光纤),或者其他通信介质所组成。此外,端口接口电路可以包括封装和解封装电路。由于到ISL的接口实质上包括所述端口接口电路,因此能够将诸如图6所示的交换机之类的网络设备中任意数量的端口配置为EISL端口。即,ISL端口接口电路可包括一个电路和/或被用软件配置,所述软件包括用于根据所公开的EISL封装机制来封装分组,以及对分组进行解封装的功能。
虽然在此示出并描述了本发明的说明性实施例和应用,但在本发明的原理、范围和精神之内可以进行许多变化和修改,并且本领域普通技术人员在仔细阅读了本申请之后,将会很清楚这些变化。例如,本发明被描述为使用一种具体的EISL头部来实现。然而应当理解到,本发明并不局限于这种实现,而是不管在这种头部中定义的字段如何都能够同等地应用。此外,不管实现的上下文和系统如何,都可以应用本发明。因而,广泛地说,上述操作不一定要用在SAN中,而是可被用来在任何网络中实现协议兼容性。
此外,虽然描述的是示例性交换机,但上述实施例可以实现在多种网络设备(例如服务器)以及多种介质中。例如,用于实现上述本发明的指令和数据可以存储在磁盘驱动器、硬盘驱动器、软盘、服务器计算机或远程联网计算机上。因此,所述实施例应被视为说明性而非限制性的,并且本发明不应局限于此处所给出的细节,而是可以在所附权利要求的范围和等同物的范围之内进行修改。
Claims (66)
1.一种在用于存储区域网络中的网络设备上实现的方法,该方法包括以下步骤:
接收或生成分组或帧,所述分组或帧与所述存储区域网络中采用的标准协议相兼容;
利用虚拟存储区域网络标识符、以及规定了存活时间值和多协议标签交换信息中至少之一的信息,来封装所述分组或帧;以及
发送所封装的分组或帧。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述网络设备是交换机,并且其中,发送所封装的分组或帧包括通过所述存储区域网络中的交换机间链路来发送所封装的分组或帧。
3.如权利要求1所述的方法,其中封装包括将头部附加到所述分组或帧上以创建新的分组或帧,其中所述头部包括用于所述虚拟存储区域网络标识符、以及用于规定所述存活时间值和所述多协议标签交换信息中至少之一的信息的多个字段。
4.如权利要求1所述的方法,其中所述存活时间值规定了所封装的分组或帧在被丢弃之前可以遍历的剩余跳数。
5.如权利要求1所述的方法,其中所述存活时间值规定了剩余寿命。
6.如权利要求3所述的方法,还包括为所述新的分组或帧计算差错校验值,并将所述差错校验值包括在所述新的分组或帧当中。
7.如权利要求3所述的方法,其中所述头部包括用于所述存活时间值的第一字段和用于所述多协议标签交换信息的第二字段。
8.如权利要求3所述的方法,其中所述头部还包括规定了要由所述分组或帧承载的流量类型的字段,并且其中可用的类型包括以太网、光纤信道和无限带宽中至少之一。
9.如权利要求8所述的方法,其中所述要由所述分组或帧承载的流量类型规定了所述分组或帧的所述标准协议。
10.如权利要求8所述的方法,其中所述头部中的4个比特用于所述规定了要由所述分组或帧承载的流量类型的字段。
11.如权利要求3所述的方法,其中所述头部还包括规定了所述分组或帧的用户优先级的字段。
12.如权利要求1所述的方法,其中所述标准协议是光纤信道。
13.如权利要求1所述的方法,其中所述标准协议是以太网。
14.如权利要求1所述的方法,其中所述标准协议是无限带宽。
15.如权利要求3所述的方法,其中用于所述虚拟存储区域网络标识符的头部字段保留了12个比特。
16.如权利要求3所述的方法,其中所述头部包括存活时间值字段,并且该字段保留了8个比特。
17.如权利要求3所述的方法,其中所述头部包括指示符字段,用于指示是否存在一个或多个多协议标签交换标签。
18.如权利要求3所述的方法,其中所述头部包括指示符字段,用于指示出在所述新的分组或帧中存在多个多协议标签交换标签。
19.如权利要求3所述的方法,其中所述新的分组或帧包括一个或多个多协议标签交换标签,所述标签中的每一个都包括指示符,用于指示该标签是不是标签栈中的最后一个标签。
20.如权利要求17所述的方法,其中所述指示符字段是1个比特。
21.如权利要求1所述的方法,其中所述头部还包括指示该头部的版本的版本字段。
22.一种计算机可读介质,该介质上存储了计算机可读指令,所述指令用于在存储区域网络中的网络设备上执行一种方法,所述指令包括:
用于接收或生成分组或帧的指令,所述分组或帧与所述存储区域网络中采用的标准协议相兼容;
用于利用虚拟存储区域网络标识符、以及规定了存活时间值和多协议标签交换信息中至少之一的信息,来封装所述分组或帧的指令;以及
用于发送所封装的分组或帧的指令。
23.如权利要求22所述的计算机可读介质,其中所述网络设备是交换机,并且其中,用于发送所封装的分组或帧的指令包括用于通过所述存储区域网络中的交换机间链路来发送所封装的分组或帧的指令。
24.如权利要求22所述的计算机可读介质,其中用于封装的指令包括用于将头部附加到所述分组或帧上以创建新的分组或帧的指令,其中所述头部包括用于所述虚拟存储区域网络标识符、以及用于规定了所述存活时间值和所述多协议标签交换信息中至少之一的信息的多个字段。
25.如权利要求22所述的计算机可读介质,其中所述存活时间值规定了所封装的分组或帧在被丢弃之前可以遍历的剩余跳数。
26.如权利要求22所述的计算机可读介质,其中所述存活时间值规定了剩余寿命。
27.如权利要求24所述的计算机可读介质,还包括用于为所述新的分组或帧计算差错校验值,并将所述差错校验值包括在所述新的分组或帧当中的指令。
28.如权利要求24所述的计算机可读介质,其中所述头部包括用于所述存活时间值的第一字段和用于所述多协议标签交换信息的第二字段。
29.如权利要求24所述的计算机可读介质,其中所述头部还包括规定了要由所述分组或帧承载的流量类型的字段,并且其中可用的类型包括以太网、光纤信道和无限带宽中至少之一。
30.如权利要求29所述的计算机可读介质,其中所述要由所述分组或帧承载的流量类型规定了所述分组或帧的所述标准协议。
31.如权利要求29所述的计算机可读介质,其中所述头部中的4个比特用于所述规定了要由所述分组或帧承载的流量类型的字段。
32.如权利要求24所述的计算机可读介质,其中所述头部还包括规定了所述分组或帧的用户优先级的字段。
33.如权利要求22所述的计算机可读介质,其中所述标准协议是光纤信道。
34.如权利要求22所述的计算机可读介质,其中所述标准协议是以太网。
35.如权利要求22所述的计算机可读介质,其中所述标准协议是无限带宽。
36.如权利要求24所述的计算机可读介质,其中用于所述虚拟存储区域网络标识符的头部字段保留了12个比特。
37.如权利要求24所述的计算机可读介质,其中所述头部包括存活时间值字段,并且该字段保留了8个比特。
38.如权利要求24所述的计算机可读介质,其中所述头部包括指示符字段,用于指示是否存在一个或多个多协议标签交换标签。
39.如权利要求24所述的计算机可读介质,其中所述新的分组或帧包括一个或多个多协议标签交换标签,所述标签中的每一个都包括指示符,用于指示该标签是不是标签栈中的最后一个标签。
40.如权利要求24所述的计算机可读介质,其中所述头部包括指示符字段,用于指示出在所述新的分组或帧中存在多个多协议标签交换标签。
41.如权利要求38所述的计算机可读介质,其中所述指示符字段是1个比特。
42.如权利要求22所述的计算机可读介质,其中所述头部还包括指示符字段,用于指示所述头部是否存在。
43.如权利要求22所述的计算机可读介质,其中所述头部还包括指示该头部的版本的版本字段。
44.一种用于存储区域网络中的网络设备,该网络设备包括:
多个端口,其中每个端口都被配置为发送和/或接收分组或帧,所述分组或帧与所述存储区域网络中采用的一种或多种标准协议相兼容;以及
处理器和相关指令,其可以将所述标准协议中至少一种协议的分组或帧封装为包括虚拟存储区域网络标识符、以及规定了存活时间值和多协议标签交换信息中至少之一的信息,并传递所产生的所封装的分组或帧,以通过所述存储区域网络传输。
45.一种用于存储区域网络中的网络设备,该网络设备包括:
用于发送和/或接收分组或帧的装置,所述分组或帧与所述存储区域网络中采用的一种或多种标准协议相兼容;
用于将所述标准协议中至少一种协议的分组或帧封装为包括虚拟存储区域网络标识符、以及规定了存活时间值和多协议标签交换信息中至少之一的信息的装置;以及
用于传递所产生的所封装的分组或帧以通过所述存储区域网络传输的装置。
46.一种用于存储区域网络中的交换机,该交换机包括:
多个端口,其中每个端口都被配置为发送和/或接收分组或帧,所述分组或帧与所述存储区域网络中采用的一种或多种标准协议相兼容,其中所述端口中至少一个端口支持与存储区域网络上的另一交换机之间的交换机间链路;以及
处理器和相关指令,其可以将所述标准协议中至少一种协议的分组或帧封装为包括虚拟存储区域网络标识符、以及规定了存活时间值和多协议标签交换信息中至少之一的信息,并传递所产生的所封装的分组或帧,以从所述支持交换机间链路的端口进行发送。
47.如权利要求46所述的交换机,其中所述支持交换机间链路的端口提供光纤信道分组或帧。
48.如权利要求46所述的交换机,其中所述支持交换机间链路的端口提供以太网分组或帧。
49.如权利要求46所述的交换机,其中所述支持交换机间链路的端口提供无限带宽分组或帧。
50.如权利要求46所述的交换机,还包括多个线路卡,其中每个线路卡提供所述多个端口中的至少之一。
51.如权利要求46所述的交换机,其中所述处理器可以通过将头部添加到所述分组或帧来创建新的分组或帧,从而封装所述分组或帧,其中所述头部包括用于所述虚拟存储区域网络标识符、以及用于规定了所述存活时间值和所述多协议标签交换信息中至少之一的信息的多个字段。
52.如权利要求51所述的交换机,其中所述处理器可以为所述新的分组或帧计算差错校验值,并将所述差错校验值包括在所述新的分组或帧当中。
53.如权利要求51所述的交换机,其中所述头部包括用于所述存活时间值的第一字段和用于所述多协议标签交换信息的第二字段。
54.如权利要求51所述的交换机,其中所述头部还包括规定了要由所述分组或帧承载的流量类型的字段,并且其中可用的类型包括以太网、光纤信道和无限带宽中至少之一。
55.一种在用于存储区域网络中的网络设备上实现的方法,该方法包括以下步骤:
接收或生成分组或帧,所述分组或帧与所述存储区域网络中采用的标准协议相兼容;
利用虚拟存储区域网络标识符、以及规定了要由所述分组或帧承载的流量类型的信息,来封装所述分组或帧,其中可用的类型包括以太网、光纤信道和无限带宽中至少之一;以及
发送所封装的分组或帧。
56.如权利要求55所述的方法,其中所述网络设备是交换机,并且其中,发送所封装的分组或帧包括通过所述存储区域网络中的交换机间链路来发送所封装的分组或帧。
57.如权利要求55所述的方法,其中封装包括将头部添加到所述分组或帧上以创建新的分组或帧,其中所述头部包括用于所述虚拟存储区域网络标识符、以及用于要由所述分组或帧承载的流量类型的多个字段。
58.如权利要求57所述的方法,其中所述头部还包括用于存活时间值的第一字段和用于多协议标签交换信息的第二字段。
59.如权利要求55所述的方法,其中所述要由所述分组或帧承载的流量类型规定了所述分组或帧的所述标准协议。
60.一种计算机可读介质,该介质上存储了计算机可读指令,所述指令用于在存储区域网络中的网络设备上执行一种方法,所述指令包括:
用于接收或生成分组或帧的指令,所述分组或帧与所述存储区域网络中采用的标准协议相兼容;
用于利用虚拟存储区域网络标识符、以及规定了要由所述分组或帧承载的流量类型的信息,来封装所述分组或帧的指令,其中可用的类型包括以太网、光纤信道和无限带宽中至少之一;以及
用于发送所封装的分组或帧的指令。
61.如权利要求60所述的计算机可读介质,其中所述网络设备是交换机,并且其中,发送所封装的分组或帧包括通过所述存储区域网络中的交换机间链路来发送所封装的分组或帧。
62.如权利要求60所述的计算机可读介质,其中用于封装的指令包括用于将头部添加到所述分组或帧上以创建新的分组或帧的指令,其中所述头部包括用于所述虚拟存储区域网络标识符、以及用于所述要由所述分组或帧承载的流量类型的多个字段。
63.如权利要求62所述的计算机可读介质,其中所述头部还包括用于存活时间值的第一字段和用于多协议标签交换信息的第二字段。
64.如权利要求60所述的计算机可读介质,其中所述要由所述分组或帧承载的流量类型规定了所述分组或帧的所述标准协议。
65.一种在用于光纤信道网络中的交换机上实现的方法,该方法包括以下步骤:
接收或生成光纤信道分组或帧;
利用存活时间值来封装所述光纤信道分组或帧;以及
通过所述光纤信道网络中的交换机间链路发送所封装的分组或帧。
66.一种计算机可读介质,该介质上存储了计算机可读指令,所述指令用于在光纤信道网络中的交换机上执行一种方法,所述指令包括:
用于接收或生成光纤信道分组或帧的指令;
用于利用存活时间值来封装所述光纤信道分组或帧的指令;以及
用于通过所述光纤信道网络中的交换机间链路发送所封装的分组或帧的指令。
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