2.6.4　FCoE数据平面

FCoE实际包含两个不同的协议：FCoE协议及FCoE初始化协议（FCoE Initialization　Protocol,FIP）。FCoE协议负责管理数据平面，FIP则属于控制平面协议。本节将探讨FCoE数据平面，更多FIP的内容请参考2.6.5节。

图2-21展示了一个简化的FCoE组件及架构：

图　2-21　FCoE组件及简化架构

·FC实体（FC entity）：FC交换机元素（属于FCF）或FC栈（属于ENode）与FCoE实体之间的接口，每个FC实体包括一个单一实例，可以是VE_Port、VF_Port或VN_Port。

·FCoE实体（FC entity）：FC实体与无损以太网MAC之间的接口，每一个FCoE实体包括一个或多个FCoE_LEPs。

·FC交换机元素（未在图中显示）：属于体系结构实体，负责转发VF_Ports与VE_Ports之间的FC帧。

·无损以太网桥接元素（未在图中显示）：以太网桥接模块，支持无损以太网MAC的基本功能。

·无损以太网MAC：全双工以太网MAC，支持至少2.5KB的巨帧，并且具备拥塞扩展功能，能够避免丢失以太网帧（更多细节，请参考2.6.2节的相关内容）。

·无损以太网网络：由全双工链路、以太网MAC以及无损以太网桥接组件组成的以太网网络。

·虚拟F_Port（VF_Port）：FC实体中模仿F_Port的数据转发组件，在FLOGI交换成功完成后动态初始化，每一个VF_Port都与一个或多个FCoE_LEP配对。

说明：F_Port（光纤端口）是FC互连内对N_Port（节点端口）的附加端口。N_Port通过光纤登录（Fabric Login,FLOGI）建立到光纤的会话，光纤只接收那些完成登录的N_Port帧。

·虚拟N_Port（VN_Port）：FC实体中模仿N_Port的数据转发组件，当FLOGI或FDISC交换成功完成后被动态初始化，每一个VN_Port都与1个FCoE_LEP配对。

说明：N_Port是FC节点端口，是FC的连接点。N_Port ID虚拟化（N_Port ID Virtualization,NPIV）使用了发现光纤服务参数（Discover Fabric Service Parameter,FDISC），向光纤登录地址0xFFFFFE发送一个请求以获得一个新的N_Port ID。

·虚拟E_Port（VE_Port）：FC实体中模仿E_Port进行数据转发的组件，当ELP交换完成后被动态初始化，每一个VE_Port都与一个FCoE_LEP配对。

说明：E_Port（扩展端口）是FC交换机中通过内部交换机链路（Inter-switch Link,ISL）连接另一个FC交换机的端口。交换链路参数（Exchange Link Parameter,ELP）是FC交换机内部链路服务参数，用于交换机端口之间服务参数交换。

·FCoE链路端点（FCoE_LEP）：FCoE实体的数据转发组件，负责FC帧封装/解封以及通过单个虚拟链路发送/接收封装后的帧。EN_Node的FCoE_LEP仅支持VN_Port，而位于FCF的FCoE_LEP既支持VF_Port，也支持VE_Port。

·FCoE控制器：功能实体，与无损以太网MAC一起工作。与ENode相关的FCoE控制器其主要功能为实例化新的VN_Port并/或生成新FCoE_LEP；而与FCF-MAC相关的FCoE控制器其主要功能为实例化新的VE_Port并/或生成新FCoE_LEP。

·FCoE终端节点（ENode）：FCoE终端节点是一个带有一个或多个无损以太网MAC的FC节点，每一个节点都配备了一个FCoE控制器，它实际上是以太网NIC内的FC HBA，通常被称为CNA（聚合网络适配器），有两种“版本”的CNA：

·第一代（Gen-1）CNA：标准FC HBA与10GE NIC通过一种中间“胶合”ASIC连接在一起，在OS看来，CNA由两块独立的适配器，FC HBA以及以太网NIC组成，CNA无需改造就可以继续使用现有FC及以太网驱动器，Gen-1类型的CNA通常不具备FIP功能，因此被称为pre-FIP。

·第二代（Gen-2）CNA：Gen-2型CNA是首先方案，它由单块芯片构成，能够兼容FIP。

说明：读者也可以采用软件驱动器（更多细节，请参考http：//www.open-fcoe.org/）来实现FCoE，这对那些没有配备密集I/O负载但又需要经常访问FC存储阵列的服务器特别合适。

·FCoE转发器（FCoE forwarder,FCF）：FCF为FC交换组件，带有一个或多个无损以太网MAC，每一个都配备了相应的FCoE控制器。每个以太网MAC拥有一个MAC地址，称为FCF-MAC地址，可以为每个FCF-MAC配置一无损以太网桥接组件。也可以为FC交换机组件配置FC光纤接口，实现本地E_Port以及F_Port的连通。如果以太网目的地址是一个FCF，该FCoE帧将被转发至相应的FCF-MAC地址，然后由FCoE_LEP对封装了的FC帧解封，FC交换机组件将基于其相应的FC目的地址或FC目标ID（Destination ID,DID）转发解封后的FC帧。如果该FC帧需要经过一个以太网端口被转发出去，系统会将该FC帧封装在一个以太网帧中，附带以太网源地址与FCF-MAC的关联，以及以太网目标地址集与到正确目标MAC的映射等信息。FCF的功能本质上与带有一个或多个以太网端口的FC交换机类似，FCF也可以选择本地FC端口。

说明：如果FCF配备的是本地FC光纤接口，那些目标地址为本地FC的帧将被当做本地FC帧通过本地FC端口经由相关FC链路转发。如果FCF-MAC配备了以太网桥（或以太网交换机），目标地址非FCF-MAC的以太网帧被接受后，将通过以太网桥按常规方式转发到相应的目标地址。

·虚拟链路（Virtual Link）：虚拟链路是在无损以太网上连接到两个FCoE_LEP的逻辑链路，如图2-21所示，虚拟链路由两个终端的MAC地址对确定。也可以将虚拟链路看成无损以太网上的一条隧道，将封装好的FC帧从源MAC地址转发至目标MAC地址。

FC包含由FC-0～FC-4，5个不同功能级别的层次，FCoE中将FC-2级进一步细化成3个子级，如图2-22左边上部所示，以便能够实现更灵活地虚拟化处理。

·FC-4定义了包括SCSI、IPV4及IPV6等不同上层协议（ULP）与FC的映射方式。

·FC-3定义了跨越多个节点间可选的常用服务或功能。

·FC-2V（FC-2——虚拟）定义了对FC帧处理，以支持上层应用。

·FC-M（FC-2——多路复用器）定义了如何将FC-2P子级实例的FC帧切分成FC-2V子级实例。

·FC-2P（FC-2——物理）定义了底层物理介质实际发送及接收帧的相关功能，包括帧发送及接收、CRC生成及校验以及链路级别（缓存到缓存）流量控制。

·FC-1定义了传输协议，包括连续编码、解码及错误控制。

·FC-0定义了系统的承载介质类型。

FC-2P、FC-1以及FC-0级别定义FC物理端口功能和行为说明，这些端口包括物理N_Port（Physical N_Port,PN_Port）、物理F_Port（Physical F_Port,PF_Port）以及物理E_Port（Physical E_Port,PE_Port）等。在FCoE环境中，如图2-22右边所示，这些功能则被FCoE_LEP以及无损以太网代替了。FCoE能够保证FC_2V以及其上更高层不受影响，也说明了对于OS而言FCoE是透明度，系统可以延续一样的FC操作及管理模型。

图　2-22　FCoE栈以及封装

FCoE封装如图2-22底部所示，其中FCoE的以太类型为8906h。FCoE为无状态封装及接封装备，不会影响实际FC帧，这也使得FCoE不需要网关就能与现有FC SAN集成。如果包括FCoE的帧检验序列（Frame Check Sequence,FCS）一起，则FCoE帧最大不超过2180个字节，如果不包括FCS，则最大不超过2176字节，而为了能够容纳下最大尺寸的FC帧，FCoE要求采用至少2.5KB的小巨帧。FCoE同时也能够满足以太网规定最小有效载荷不超过46KB的限制：14字节（FCoE头）+24字节（FC头）+0字节（FC有效负载）+4字节（CRC）+4字节（FCoE trailer）。固定的FCoE头及trailer字段保证了最小尺寸的FC帧总是能够产生合法的最小尺寸以太网帧。

说明：FC帧首（Start-of-Frame,SOF）定界符包含在FCoE头中，帧尾（End-of-Frame,EOF）定界符包含在FCoE trailer字段中。