Virtual Fabric--博科的虚拟分区技术.docx

博科的虚拟分区技术Virtual Fabric（以下内容为资料搜集网上整理）以下内容中部分是参考博科官方的白皮书所写，仅供参考。博科和McDATA是SAN网络这个行业的鼻祖，博科以前从开放环境做起而McDATA则是从大机环境做起，随着大机环境的日趋完善以及开放环境的逐渐流行，不断壮大的两家各自都开始盯上了对方所擅长的市场，因此在90年代末期到21世纪10年代初这段时间内博科和McDATA两家先后都试验性的向市场推出了一种称之为虚拟分区的技术，这种技术当时只能运行于各家的高端产品之上，两家都希望基于这样一种技术的出台，在各自高端的产品上都能通过虚拟分区的方式来同时运行开放环境的FC和主机环境的ESCON/FICON，在满足数据服务的同时更能蚕食对方的市场。只是可惜的是这个技术在当时有些过于超前，大多数用户并不感兴趣，所以两家只好陆续作罢从产品功能清单中将其移出封存。但在此之后于10年代中期慢慢进入存储领域的第三股势力思科，则借助对此类技术的研究并调整后作为自己SAN交换机的主力技术推向市场，并起了一个非常具有市场眼光的名字VSAN。在博科完成并购McDATA之后，尽管市场上还有其他一些玩家，但事实上存储网络这个市场就真正能称得上正式选手也就只有博、思二科了。因此在完成收购后博科迅速调整自己的产品发展战略，一方面将原McDATA在架构设计和软件特性中的精华融入到自己的设计当中，而另一方面一个更重要的举措就是在新一代产品上恢复虚拟分区技术，在经过彻底的优化与改良后，博科在8G产品上按照ANSI的工业标准重新启用的虚拟分区技术Virtual Fabric，简称VF。 使用Virtual Fabrics，客户可以将一个物理交换机划分为若干个逻辑交换机。而每个逻辑交换机均可独立地建立或从属于一个逻辑Fabric（逻辑SAN网），由此而构成的任意逻辑Fabric拥有独立的数据路径、Fabric架构配置（分区、服务质量（QoS）、互操作模式等）和管理。事实上，无论是否使用VirtualFabrics功能，用户都可以从Fabric OS®（FOS）的诸多高级特性中受益，通过轻松的管理就能实现高性能、高可扩展性和高可用性。随着Brocade® Fabric OS®（FOS）6.2的发布，博科的用户在架构设计当中又增加了一个新的选择：基于ANSI标准实现的Virtual Fabrics。Virtual Fabrics的两项新增功能：逻辑交换机和逻辑Fabric均在FOS微码当中默认提供。如图1所示，物理交换机可以分成若干个独立管理的逻辑交换机，其中每个都有自己的数据、控制和管理路径。逻辑交换机可以配置为任何博科所支持的互操作模式，其中包括McDATA Fabric或McDATA Open Fabric模式。逻辑交换机可用于： 按端口（而不是交换机）分配Fabric架构资源 简化按客户、部门、应用或存储层进行的存储收费 整合多个Fabric架构中的资源由于不需要在存储区域网（SAN）中的每台交换机上启用逻辑交换机，因此可在现有环境中实现简单而无中断的部署。如图1所示，每个逻辑交换机分别属于一个逻辑Fabric。逻辑Fabric包括分配给它的所有逻辑交换机，而且还可能包括不支持Virtual Fabrics的物理交换机。每个逻辑Fabric都能支持FOS Native、McDATA Fabric或McDATA Open模式。多个逻辑Fabric内的数据传输可以通过共用 一种被称为“XISL”的特殊交换机间级联链路（ISL）来实现，XISL可以在同一条物理链路上传输多个逻辑Fabric的数据流，同时保持各个Fabric架构间彼此的相互隔离。或者在逻辑交换机之间亦可以使用传统的ISL连接，来传输单个Fabric架构内的数据流。ISL和XISL连接都可以使用任意的标准FC端口和DCX系列交换机所独有的机柜间链路（ICL），这两种链接方式均支持博科独有的链路带宽合并技术（Frame Based Trunking）和领先的链路负载均衡技术（动态路径选择，DPS）从而实现对多链路带宽的充分利用。此外，逻辑Fabric还能够支持基于3层的集成路由（IR）。基于这一特性，由部分或一个或多个物理交换机所创建出的逻辑交换机即可创建或被指定成为一个骨干Fabric（BackboneFabric）。骨干Fabric架构与各个独立的边缘Fabric架构以SAN路由的方式连接；而借助LSAN ZONE分区功能即可允许数据流在任意边缘Fabric架构中所选择的设备之间传输。在使用Virtual Fabrics功能时，只有那些构成逻辑交换机且成为骨干交换机的端口才会在骨干Fabric架构中，而其它端口则不在骨干Fabric架构中且可以分配给任何其它逻辑交换机。Virtual Fabrics可以在支持VF的8 Gbit/sec平台上使用，其中包括： Brocade DCX® Backbone Brocade DCX-4S Backbone Brocade 5300交换机 Brocade 5100交换机为了保护用户的投资，不支持VF的产品（如Brocade 48000导向器、早期的2 Gbit/sec和4 Gbit/sec 运行FOS微码的B系列平台及运行M-Enterprise OS（M-EOS）微码的M系列平台等）也可以与支持VF的产品中的逻辑交换机进行无缝连接，而不需要重新进行任何配置。为了简化管理，一般情况下建议用户使用最新的管理平台，即Brocade Data CenterFabric Manager（DCFM®）。一旦创建成功，逻辑交换机和逻辑Fabric就可以采用与物理交换机和物理Fabric架构完全相同的方式进行管理。可以使用标准的FOS命令行界面（CLI）命令来执行Virtual Fabrics的配置和管理功能，或者为它们编写相应的脚本。VIRTUAL FABRICS与FOS功能 Virtual Fabrics是可以添加到现有FOS众多功能中的一个选项：它不会替换这些功能。无论是否使用Virtual Fabrics，所有博科SAN都具有以下功能：不停机搭建Fabric架构。添加或删除交换机和 ISL不会中断Fabric架构中其它任何位置上的数据流。 注册状态变更通知（RSCN）隔离及压制。在Brocade 环境内Fabric架构或终端设备状态的任何改变不会造成所谓广播风暴。状态变更通知的发送仅限于那些“需要知道”的区域。 分区（Zoning）。可以将应用数据流安全地限制在那些需要连接的设备中。 高级分区（Advanced Zoning）。可以将诸如加密、数据流隔离、服务质量（QoS）和光纤通道（FC）路由等Fabric架构服务简单、快速地配置为某个区的属性。 快速Fabric架构融合。路由表的更新在经过优化之后，可以在几秒钟（而不是几分钟）之内对多达55台交换机的6,000个端口进行融合。 独有的基于帧级别的链路带宽合并（Frame Based Trunking）。8 Gbit/sec的链路带宽合并能实现高达64 Gbit/sec的完全可用传输带宽而无单点故障。 分布式域名服务器数据库。每台交换机都包含一个完整的Fabric架构路由数据库，可实现无单点故障的极高可用性。 统一的微码体系。所有FOS产品都使用一个经过要求最苛刻的应用环境验证的微码体系，该体系支持整个产品线的扩展和统一管理，以实现投资保护。 多协议支持。FOS支持FC Protocol（FCP）、FICON、FC over IP（FCIP）、IP overFC（IPFC）、FC Routing、iSCSI、Converged Enhanced Ethernet （CEE）和FCoE。 无中断本地连接。运行FOS和M-EOS的设备可以在相同Fabric架构中使用，可以实现投资保护和向FOS Fabric架构的无中断移植。您Virtual Fabric功能允许用户创建多个关于光纤交换机或Fabric的实例，这些实例彼此间拥有完全相互独立的控制路径、架构协议体系、名称服务器、分区、架构最短路径优先（FSPF）路由协议等等。而博科的统一架构管理工具DCFM使用一个安全、基于角色的访问控制（RBAC）模型来简化向管理员分配权限的过程：管理员可以拥有针对每个逻辑交换机或逻辑Fabric的不同权限等级。从这一节开始将重点介绍VF当中的每个基本概念和原理。逻辑交换机 逻辑交换机是Virtual Fabric的基本组成部分。如果在支持VF的交换机上启用了VirtualFabrics，用户就可以将该交换机划分为多个逻辑交换机。物理交换机上的端口则可以动态地分配给机柜内的任何逻辑交换机，而且可以根据需要重新分配给其它逻辑交换机。端口、交换机和Fabric架构的管理方式与物理交换机或物理Fabric架构完全相同。如图2所示，Virtual Fabrics包括一个系统定义的默认逻辑交换机和多个用户定义的逻辑交换机。默认逻辑交换机 默认逻辑交换机（以下简称为默认交换机）是在支持VF的交换机上启用Virtual Fabrics时自动创建的。在尚未配置逻辑交换机/Fabric的初始阶段，默认交换机包含了所有物理交换机资源和端口。对于骨干级交换机，插入机柜中的任何刀片上的端口起初都属于默认交换机。而用户定义的逻辑交换机所需要的端口则由交换机硬件管理员从默认交换机上动态分配。只要启用了Virtual Fabrics，就有默认交换机，即使它上面的所有端口都已经被分配给其它逻辑交换机。默认交换机可支持的端口类型与物理交换机相同。逻辑交换机 在用户创建逻辑交换机时，会为其分配一个独一无二的Fabric ID（FID），用于识别该逻辑交换机属于哪个逻辑Fabric。如果逻辑交换机需要更多的端口，可以轻易地从默认交换机或任何其它逻辑交换机中分配。逻辑交换机支持F_Port、E_Port和VE_Port基本逻辑交换机 基本逻辑交换机（以下简称基本交换机）是一类可选的且由用户定义的逻辑交换机。每台物理交换机最多只能有一个基本交换机。基本交换机用于提供一个公共的通信架构，这个通讯架构可以供同个物理交换机中的所有逻辑交换机共享。多个基本交换机可以在二层（交换层）通过标准FC端口或者ICL连接来互联组成一个基本逻辑Fabric（以下简称基本Fabric架构）。基本交换机之间的物理连接被称为eXtendedISL（XISL）。XISL连接可以同时传输多个逻辑Fabric的数据流，同时保持共享XISL连接的各个逻辑Fabric之间是相互隔离的。此外，基本交换机还可用于创建基于第三层的骨干Fabric架构（Backbone Fabric），它可以通过Fabric间链路（IFL）连接（EX_Port、VEX_Port）来连接边缘Fabric架构（EdgeFabric）。IFL可以同边缘Fabric架构中的任何一个逻辑交换机或物理交换机进行相连。高级分区功能通过运用逻辑SAN（LSAN）分区以实现在各个边缘Fabric中的特定设备之间对数据流进行路由传递。具备VF特性的物理交换机都拥有集成路由的功能，它们可以根据需要在其基本交换机中创建EX_Port，无需额外插卡。Brocade FR4-18i FCIP容灾刀片上的千兆以太网（GbE）端口亦可以分配给基本交换机，并配置为VEX_Port，以便透过广域网（WAN）链路进行存储数据的路由传输。基本交换机支持E_Port、EX_Port和VEX_Port。还有一些补充的、但很重要的概念。逻辑Fabric 分配给逻辑交换机的Fabric ID（FID）用于识别属于某个特定逻辑Fabric的数据流。其它机柜中具有相同FID的逻辑交换机也可以加入到同一个逻辑Fabric中。逻辑Fabric中的逻辑交换机之间可以直接用 ISL（包括标准FC端口和/或ICL连接）进行互联，这些ISL链路完全支持数据帧级别链路带宽合并和DPS链路负载均衡。与物理Fabric架构相同，在逻辑Fabric内ISL连接也是用于传输Fabric内部的数据流。对于专用ISL连接在二层上还有另外一种实现方法：使用基本Fabric架构在相同物理连接上传输多个逻辑Fabric的数据流，同时可保持各个Fabric的相互隔离。XISL/LISL 如果基本交换机与另一个基本交换机相连，就会建立一条XISL连接，如图3中所示的大链路管道。如果带有相同FID的逻辑交换机配置使用了XISL（如逻辑交换机#1和#2）进行互联，则相关的基本交换机将自动在XISL中创建一条逻辑ISL（LISL，无需人工干预自动完成）。该LISL可以将自身承载的数据流同来自多个Fabric的其他数据流隔离开：每条LISL专用于一个Fabric架构的数据流。可以这样理解：两台基本交换机之间的物理XISL连接自动组成一条LISL“隧道”，这条隧道专用于数据流往返于两端的逻辑交换机，如XISL中的虚线所示。这类虚拟分区的技术在理论上的优势 大家要注意的是这种技术所产生的背景和目的是什么，我们并不需要在SAN中的所有交换机上都启用Virtual Fabrics。向现有环境中添加一台支持VF的交换机不需要中断系统的运行：逻辑交换机可以连接到以任何博科支持的互操作模式运行的现有Fabric当中。在使用了博科的DCFM的环境内，只需要在一个Virtual Fabric架构管理面板上点击几次鼠标，就能创建一个逻辑交换机，并将其分配给一个逻辑Fabric。相关的其它主要优势也将在本节内逐一说明。每端口资源分配 在有多个Fabric架构的大型应用环境中，其它Fabric架构不能使用某个Fabric架构中未使用的端口。而使用Virtual Fabrics，可以动态、无中断地将未使用的端口移动到任何逻辑Fabric中。由于只需使用数量更少的物理交换机就能扩展多个Fabric架构，因此在通过对未用端口重部署以提高交换机端口利用率的同时，功耗和冷却方面的成本也得以降低。提高ISL带宽利用率 基本交换机可以将来自物理交换机中逻辑交换机的数据流汇聚到一个公共基本Fabric架构中。而该基本Fabric架构将保持通过其传输的所有逻辑Fabric数据流的相互隔离。向基本交换机中添加端口可以增加XISL的带宽。通过运用帧级别链路带宽合并技术（FrameTrunking）和DPS多链路负载均衡技术，XISL的整体带宽可得到充分有效地利用，同时最大程度地减少需要的物理连接数量。最后，由于XISL支持FC最短路径优先（FSPF）协议，一旦干线当中的某一链路中发生故障，数据流都会被自动重路由到其它链路上，从而保持高可用性。灵活的管理分区 Virtual Fabrics特性允许管理层根据不同的管理模式进行分区以适应不同的管理需求：包括部门级别、不同的服务水平协议（SLA）、FICON、开放式系统或基于应用架构。博科的DCFM允许管理员根据RBAC体系将不同的管理功能进行分发。针对逻辑交换机、逻辑Fabric或物理机柜，一个用户可以拥有不同的权限。此外，诸如分区、QoS、FC路由等所有Fabric架构服务亦是分别在每个逻辑Fabric中独立进行管理。后向兼容性 不支持VF的交换机也可以与某个逻辑Fabric中的任何逻辑交换机相连接。这包括2和4Gbit/sec B系列平台以及所有以McDATA Fabric或McDATA Open模式运行的M-EOS交换机。只需向现有应用环境中添加一台或多台支持VF的交换机，就能享受到Virtual Fabrics的所有优势，而不需要替换或重新配置现有的交换机。全面的可扩展性 客户在使用博科的端到端8 Gbit/sec数据中心Fabric架构时，并不希望新特性引入的同时导致架构扩展能力下降。而Virtual Fabrics的启用，将保持SAN架构在二层和三层上的扩展能力。总结 Virtual Fabrics作为一项选择性的技术，客户能够运用其根据自身需要将物理交换机按端口级别划分为独立管理的逻辑交换机来使用。或者在在大型应用环境中通过运用逻辑Fabric来改善数据流、管理和应用故障隔离时使用。一旦创建成功，逻辑交换机和逻辑Fabric将采用与物理交换机和物理Fabric架构相同的方式进行管理。通过运用博科的DCFM，可以轻松对Virtual Fabrics进行定义和配置。Virtual Fabrics不会降低Fabric架构或机柜的可扩展性，同时可保持较高的投资回报率（ROI）。它可以无缝地支持包括多链路带宽合并、多链路负载均衡、FC路由、适应性网络服务、最高用量者、接入网关、接入网关聚合和扩展FCIP等在内众多的高级FOS功能。