Unified Fabric（统一网络）

venysky

数据中心的现状

虽然现在越来越多的数据中心拔地而起，而且规模与日俱增，但是建设与管理数据中心从来都不是一件简单的事情，因为能源消耗日趋严重，并且在管理方面日趋复杂。和Unified Fabric相关的管理方面的复杂性，主要有两个方面：

• 网络过多，一个数据中心内，会有多个网络存在，肯定包括普通的数据网络和存储网络，或者还会有一个用于服务器集群的网络。而且每个网络都需要有它们单独的网卡，交换机，空间，电力和空调等设备，还包括许许多多很让人头疼的线。虽然下图略显夸张，但是也是能非常好地表现在数据中心的杂乱。
  
• 团队过多，在现有大中型数据中心中，每种类型的设备都会有一个专业的团队来维护，比如有网络团队和存储团队等。由于这些团队各司其职，使得在管理方面出现了障碍，同样这种做法已经不适合现在逐渐趋向统一的数据中心架构。
  

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图1 数据中心之现状

Unified Fabric

由于数据中心网络泛滥的问题已经非常严重了，所以以Cisco为首的一批厂商推出了Unified Fabric这个概念，其作用是通过一个单一的，高速的和高可用的网络来整合多种不同类型的流量，比如网络流量和存储流量等，通过整合能极大地简化数据中心内的网络架构和降低成本。同时为了实现整合，一个Unified Fabric必须有能力判别各种流量，并使用合适的方法来处理它们。还有，Unified Fabric为网络和存储提供一个统一的管理接口来更好地支持大规模虚拟技术在数据中心中实践。
接下来，稍微介绍一下Unified Fabric在UCS这款产品内的实现。首先，每个刀片服务器都自带一个CNA（Converged Network Adapter，融合性网卡），这块卡内置以太网的处理核心和FCoE（Fibre Channel over Ethernet）的处理核心，能同时发送和接受数据流量和存储流量。接着，通过Blade机箱上的Cisco UCS 2100系列Fabric Extender，将CNA直接和Cisco UCS 6100系列Fabric Interconnect连接起来，这样减少了原本在Blade机箱层的需要做的一次交换。最后Fabric Interconnect会根据流量会转发给不同的上层交换机，比如，数据流量会转发给Cisco Nexus 7000系列网络交换机，存储流量会转发给Cisco MDS 9000系列光纤交换机。下图为Unified Fabric的架构：

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图2 Unified Fabric的架构

最后，谈谈Unified Fabric潜在的影响：很简单，网络将会在整个数据中心起到一个非常核心的作用，甚至逼近“永远的王者”服务器的作用，从而使得在数据中心这个层次能够做到“网络为王”，当然这种局面肯定是思科和她那些CCIE们喜闻乐见的，但是这个过程将不会轻松。

基石

其实Unified Fabric这种想法就像云计算那样由来已久，但是由于技术限制，使得之前的尝试都以失败告终，但是由于新技术不断地涌现，使得Unified Fabric终于能在2009年正式投入市场。在切入到Unified Fabric的基石之前，让我们先回顾一下，之前几个技术失败的原因。

• Fibre Channel（光纤），由于SAN在性能和管理方面优点，使得SAN在企业级存储市场中占有一个非常核心的地位，同时Fiber Channel身为SAN的传输介质，使得其在数据中心中有一定程度的覆盖，但是通过Fiber Channel是无法实现Unified Fabric，因为它不是基于以太网的。
  
• Infiniband，它是一种基于交换的串行 I/O 互连体系结构，运行速度为每方向 2.5Gb/s 或 10Gb/s（每端口），并且在HPC（High-performance computing）环境中大行其道。 它的缺点也在于它不是基于以太网的。
  
• iSCSI，iSCSI是通过以太网提供了块存储，它使用了最通用的TCP/IP协议来传送SCSI命令。它最大优点就是灵活，因为它是基于最通用的TCP/IP协议。但是也因为它是基于不是以快出名的TCP/IP协议，导致不论是传输成本还是处理成本都是非常高昂的，还有它不支持Fibre Channel。
  

接下来，就跟大家介绍一下Unified Fabric的六大基石：
FCoE
FCoE是近期最灸手可热的技术之一，它的作用是通过一对一对应的方式，直接把光纤通道帧映射成以太网帧。因为不用IP协议，所以无需额外的开销，在性能上接近光纤。同时支持无须重试即可保障低时延的机制。下面它主要优点：

• 减少了线和卡的使用，因为存储和网络的流量都可使用同一根以太网线和同一块融合网卡，这样既能简化管理，又能减少能源的消耗。
  
• 它并不是一种隧道协议，能提供和光纤同水平的性能，适合那些需要高强度I/O的应用。
  
• 能够很好地和现有的SAN进行整合，不仅能让公司保留现有的光纤通道架构，还能保持现有的光纤通道管理工具。
  

但是过去的以太网是无法支持FCoE的，因为它自带一个“Buffer-to-buffer Credit”的机制来降低网络阻塞的潜在影响，这个机制的作用是如果丢失一个帧，光纤通道不会像TCP一样马上停止直到恢复丢失的帧，而是以数千兆的传输速率重新发送整个序列的帧。所以FCoE需要跑在Lossless（无损失）以太网，因为Lossless以太网自带的“Pause”机制能帮助FCoE实现“Buffer-to-buffer Credit”。
万兆以太网
由于现在网络流量不断地成长，使得对高速以太网的需求与日俱增。在虚拟环境中，更是如此，因为由于参与动态迁移的两台主机必须在同一个Layer 2网段，导致在一个个庞大的Layer 2的网段不断诞生。还好随着10Gb低耗电的SFP+标准诞生，使SFP+ Direct Attch 铜线（CX1）能在低价的情况下实现万兆以太网。还有，在未来还会出现40G和100G以太网技术。
Lossless （无损失）以太网
Lossless以太网是定义在IEEE 802.3 – Annex 31B，并主要通过Pause机制来实现Lossless以太网，而Pause机制是就是在一段时间内阻碍数据frames的传输。Lossless以太网的好处是不会掉Frame，能让FCoE很好地在Lossless Ethernet上运行。但是当出现堵塞的时候，会增加相关的成本。
Data Center Bridging（数据中心桥接）
Data Center Bridging，由IEEE 802.1 Data Center Bridging Task Group负责，且处于临近发布的状态，也被称为“CEE（Converged Enhanced Ethernet，统一增强以太网）”。通过Data Center Bridging协议将为Unified Fabric搭建更强大的基础。
这整套协议共分四部分：

• Priority Flow Control（流量优先级控制） IEEE 802.1Qbb (PFC) ：这个协议主要是给网络中的各种流量进行优先级设定，来更好地管理流量，同时它也可以被认为是增强版的“Pause”机制。
  
• Enhanced transmission selection（增强传输选择）IEEE 802.1Qaz (ETS) ：允许低优先级的流量使用高优先级流量闲置的带宽，并且可以超出各自的带宽保证，来使带宽管理更弹性化。
  
• Data Center Bridging Exchange（数据中心桥接交换）(DCBX) ：DCBX协议主要用于发现同伴（peers），并与对方交换自己的配置信息。
  
• Congestion Management（阻塞管理） IEEE 802.1Qau (QCN) ，这个协议通过诸如设定一个阻塞点等措施来管理阻塞。
  

TRILL（Transparent Interconnection of Lots of Links）
TRILL是一个最新的IETF协议，常被称为RBridges或者Routing Bridges。TRILL技术是运行在Layer 2，它主要整合了网桥和路由器的优点，也就是说，将Link State Routing（链路状态路由）技术用在Layer 2，而且不会干扰上层路由器的工作。总体而言，TRILL是为了替代STP（Spanning Tree Protocol）而诞生的。它的好处主要有三，其一是能替换STP这已经略显衰老的技术。其二是提高了对单播和多播在多路方面（Multi-Pathing ）的支持。其三是减低了延迟。
CNA（Converged Network Adapter）
CNA是一个非常让人容易理解的技术，它就是将以太网的处理核心和Fibre Channel处理的核心放置在同一张网卡上，在运行的时候，通过查看每个以太网帧的头部，来判断这个帧应该用哪一个核心来进行处理。同时对操作系统而言，每个CNA在系统中会显示为两块卡，一块为普通的网卡，而另一块是Fiber Channel卡。

不足

瑕不掩瑜，Unified Fabric还是两方面瑕疵的：其一是FCoE接受度的问题，虽然FCoE“出身名门”，它既有Fibre Channel的“真传”，又继承以太网的“精髓” ，但是FCOE缺遇到一个非常强大的竞争对手iSCSI。据美国Forrester咨询公司的一项调研显示，仅有27%的用户会考虑采用FcoE, 而大部分用户(56%)会考虑长期使用iSCSI在万兆以太网络上，说明人们对FCoE的未来并没有极为乐观。还有，FCoE存在诸如于协议不能做路由和不能做点对点的连接等问题。其二是价格，由于现在Unified Fabric从整体而言，还处于一个非常初期的阶段，所以现在的供应商非常稀少，而且产量有限，导致其现在的价格稍微偏离了主流市场。（吴朱华）