Cisco FCoE

Fibre Channel over Ethernet är en teknik för att enkapsulera Fibre Channel frames över lossless Ethernet. FCoE fungerar som vanlig FC men FC0 och FC1 görs av ethernet istället. Genom att konsolidera nätverk och storage behövs inte lika mycket kablage i datacentret. Servrar som ska nyttja FCoE behöver converged network adapters som har fysiska ethernet-portar men de innehåller både HBA och NIC. FCoE har en dedikerad Ethertype, 0x8906, och fungerar med 802.1Q taggar.

Native FC

Eftersom FCoE är sedvanlig FC är det viktigt att känna till hur FC funkar. FC lämpar sig bra för block based storage.

Termer

• pWWN/WWPN: 64-bitars portadress på HBA (typ MAC-adress)
• nWWN/WWNN: 64-bitars HBA-adress
• sWWN: Switch WWN
• Sequence: en eller flera data frames som hör ihop (SEQ_ID) och skickas i en enkelriktad ström mellan två N ports
• FCID: Logisk adress
• Principal switch: har bl.a. hand om domain ID distribution och RSCN, finns en per SAN
• FCNS: Fibre Channel Name Server (typ DNS), körs på den utvalda Principal switch
• RSCN: Registered State Change Notification är en tjänst som N ports kan subscriba på för att få uppdateringar om vad som händer i fabricen
• FSPF: Fabric Shortest Path First är det routingprotokoll som körs i fabricen (motsvarighet till OSPF för IP)

Layers

• FC-0: physical layer
• FC-1: enconding and error control
• FC-2: signaling protocol med frame structure och byte sequences
• FC-3: vilka services finns i fabricen, t.ex. time distribution och säkerhet
• FC-4: Mappning mellan FC och det som körs ovanpå, t.ex. SCSI eller IP

Initiators och targets har Host Bus Adapters (HBA), dessa kallas Node Ports. N ports kopplas till Fabric Ports (F ports) på FC-switcharna. Switchportar som kopplas ihop med varandra kallas Expansion (E) Ports. Har man t.ex. Ciscoswitchar finns det stöd för VSAN (motsvarigheten till VLAN) kan man trunka dem över dessa E ports, då kallas det Trunking Expansion Ports (TE Ports).

Det första som händer när man kopplar in en server är att den skickar en Fabric Login (FLOGI). Detta görs till FFFFFE (well-known fibre channel address for a fabric F_Port). Switchen tar emot detta meddelande och registrerar denna unika WWPN med FCNS. FCNS svarar tillbaka med en unik 24-bitars Fibre Channel Identifier (FC_ID eller N_Port_ID). FCID består av Domain ID, Area ID, Port ID och är routbar inom FC-domänen. När en initiator har fått ett FCID så skickar den Port Login (PLOGI). Detta görs till FFFFFC (well-known fibre channel address for a directory server). Då registreras WWPN och det assignade FCID till FCNS. FCNS svarar då tillbaka med FCID:n för de targets som initiatorn har rätt att accessa enligt zoningpolicyn. När PLOGI är klart kan initiatorn börja sin discovery process för att hitta targets och deras capabilities och operating parameters. Detta görs mellan upper layer protocols och kallas PRLI. Sedan kan man hitta Logical Unit Numbers (LUNs).

FLOGI-databasen är alltså locally significant inom switchen. Där finns endast WWPN och FCID:n för de directly connected initiators och targets. FCNS-databasen är distribuerad över alla switchar i fabricen och där finns alla nåbara WWPN och FC_ID:n.

Eftersom FC är lossless data transport så finns det inbyggd flow control mekanismer. Detta är credit-based vilket betyder att mottagaren alltid kontrollerar flödena och sändaren får endast skicka data om den vet att mottagaren har tillräckligt med resurser för att ta emot det. Man berättar för andra sidan hur mycket buffer som finns tillgängligt (BB_Credit) och sändaren räknar sedan hur mycket som har skickats (BB_Credit_CNT). Counten får ej överstiga BB_Credit. Varje gång en buffer blir ledig så skickas ett R_RDY message över till sändaren som då sänker BB_Credit_CNT. Detta görs hela tiden mellan alla portar i fabricen.

Zoning
En zone är en samling N ports i fabricen som känner till varandra men inget utanför zonen, ett slags VPN. Detta används för att få storage access control. Varje medlem kan definieras av port på switch, WWN, FCID eller ett operator configured alias. Zoning kan göras på två olika sätt, soft och hard zoning. Soft betyder att members endast ser varandra i name server queries medans hard görs med "ACL:er" i hårdvaran i hela fabricen. Nuföritden finns endast hard zoning.

En eller flera zoner kan aktiveras som en grupp och kallas då zone set. En fabric kan ha flera zone sets men endast en kan vara aktiv åt gången. För att ha hand om detta finns det en Zone Server.

VSAN
Med virtuella SAN kan man köra flera SAN i samma hårdvara. VSAN är en emulering av en FC fabric, dvs man partitionerar upp sitt SAN. Varje VSAN kör sin egen Name Server, Zone Server, Login Server etc. VSAN Manager är en NX-OS process som håller koll på VSAN attribut och porttillhörighet. Alla portar på en Cisco-switch ligger default i VSAN 1. Man kan förlänga VSAN genom att trunka dem över E ports, som då kallas TE_port. Alla frames taggas då med en VSAN header. Det går även att aggregera länkar som trunkar VSAN. Man kan låta PCP agera kontrollprotokoll för länkaggregeringar likt LACP för ethernet.

Konfiguration

Nexus 5000

feature fcoe

slot 1 
 port 44-48 type fc

copy run start
reload

Verify

show int br  
show int e1/44 trans

VSAN o trunk

feature npiv
feature fport-channel-trunk

vsan database
 vsan 100
 vsan 100 interface fc1/44 - 48

interface fc1/44 - 45
 channel-group 10 

interface san-port-channel 10
 channel mode active
 switchport trunk mode on
 switchport trunk allowed vsan 100

Noter att båda sidor bör konfas klart innan man gör no shutdown på port-channel.

show san-port-channel database

Verify

show flogi database
show fcns database
show fcdomain domain-list

Zoning

Zoning är access control i fabricen. Hard zoning går ej att stänga av på Nexus.

zone name PROD vsan 100
 member pwwn 10:00:00:23:45:00:00:10
 member pwwn 10:00:00:23:45:00:00:20

zoneset activate name PROD vsan 100

Show

show zone status vsan 100

Permit all

zone default-zone permit vsan 100

FCoE

Fibre Channel är ett stängt point-to-point medium medans Ethernet är öppet multi-access medium. Trots detta kan ethernet användas för att bära FC. Fibre Channel traffic kräver lossless transport. FCoE har en egen EtherType (0x8906).

Termer

• End Node (E-Node): de noder som har CNA.
• FCF: Fibre Channel Forwarder är en switch som förstår både FC och FCoE.
• NPV: N-Port Virtualisation

Overview

Data Center Bridging
Ett DCB-nätverk tillhandahåller I/O consolidation. Det betyder att SAN- och LAN-trafik går i samma nätverk. Switcharna måste supportera CoS-based traffic differentiation. Fibre Channel är känsligt för packet drops och är beroende av att paketen kommer fram i samma ordning som de skickades. I ett DCB-nätverk används virtuella länkar (VLs) för att differentiera trafik-klasser. VLs är en extension av CoS vilket gör att trafik i en klass inte påverkar trafik i en annan. Det finns 8 CoS värden. DCBX är på default på Nexus-switchar.

Priority Flow Control
PFC (IEEE 802.1bb) är ett subprotokoll till DCB. Det är en mekanism som förhindrar frame loss pga congestion. Det är likt 802.3x Flow Control (pause frames) men det jobbar på en per CoS basis. När en buffer threshold överstigs pga congestion så skickas en pause frame till andra sidan för att den ska sluta skicka frames med ett visst CoS-värde på den länken under en viss tid. När sedan trafik går ner under ett visst gränsvärde så skickas en resume frame för att dra igång dataflödet på länken igen. PFC kommunicerar genom att skicka frames till well-known multicast address 01:80:C2:00:00:01.

Det första som händer när länken mellan FCoE-switch och CNA kommer upp är att DCBX (Data Centre Bridging capabilities eXchange protocol) berättar för CNA hur den ska vara konfad med avseende på PFC & ETS. DCBX transporteras on the wire av LLDP. När DCBX är klart kan FIP ta vid.

FCoE Initiation Protocol
FIP är en väsentlig del i FCoE. Det används för att upptäcka och initiera FCoE-kapabla enheter som är kopplade till ethernetnätverket. FIP har hand om vlan och FCF discovery samt FLOGI och Fabric Discovery. Det är FIP som sätter upp virtuella FC-länkar. På varje FCoE Ethernet port på FCF skapas en virtuell FC-port (vfc). Varje virtuell FC-länk identifieras av FCoE VLAN ID samt MAC-adresserna i varje ände på länken. Det betyder att varje FC-paket måste vara taggat med det vlan som vsanet är mappat med, detta vlan kan ej användas till något annat än FCoE. FIP bygger även länkar FCF till FCF för multihop FCoE samt håller koll på länkar mha periodiska maintenance messages. FIP har en dedikerad Ethertype (0x8914). Protokollet finns i två versioner (CIN-DCBX & CEE-DCBX) och Nexus har stöd för båda.

E-Nodes använder olika MAC-adresser för FIP och FCoE. FIP sourcas med burned in address medans FCoE sourcas med den MAC-adress som fabricen tillhandahållit, Fabric Provided MAC Address. FPMA utgörs av FCoE MAC address prefix (24 bitar) plus FC_ID (24 bitar). För att rymma den maximala FC-framen är qos class-fcoe definierad med MTU 2240 bytes.

Konfiguration

Eftersom FCoE och FIP använder ett taggat FCoE-vlan så måste ethernetport på FCF mot servrar vara vlan-trunk.

PFC

interface ethernet 1/15
 priority-flow-control mode auto

show interface priority-flow-control

auto betyder att no-drop CoS values ska annonseras och förhandlas med hjälp av DCBXP. En successful negotiation slår på PFC på no-drop CoS. Medans om det t.ex. är en mismatch i capabilities så kommer inte förhandlingen att lyckas och PFC förblir avstängt.