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NPV 技术白皮书
Copyright © 2019 新华三技术有限公司 版权所有,保留一切权利。 非经本公司书面许可,任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本文档内容的部分或全部,并不得以任何形式传播。 除新华三技术有限公司的商标外,本手册中出现的其它公司的商标、产品标识及商品名称,由各自权利人拥有。 本文中的内容为通用性技术信息,某些信息可能不适用于您所购买的产品。
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目 录
1 概述 ······························································································································· 1
1.1 FC SAN······················································································································· 1
1.2 FC_ID ························································································································· 1
1.3 NPV 交换机 ·················································································································· 2
2 NPV 技术实现 ·················································································································· 2
2.1 NPV ··························································································································· 2
2.2 NPIV ·························································································································· 3
2.3 NPV 交换机运行机制 ······································································································ 4
2.4 负载均衡······················································································································ 5
3 典型组网应用 ··················································································································· 5
3.1 FC 节点设备通过 NPV 接入 FC 网络 ·················································································· 5
3.2 FCoE 节点设备通过 NPV 接入 FC 网络 ··············································································· 6
3.3 FCoE 节点设备通过 NPV 接入 FCoE 网络 ··········································································· 7
1
1 概述 1.1 FC SAN
FC SAN(Storage Area Networks,存储区域网络)由 FC 交换机、服务器和存储设备组成。FC 交
换机互联在一起形成的网络称为 Fabric,根据 FC 交换机在 Fabric 中部署的位置不同,分为核心交
换机和边缘交换机。服务器和存储设备统称为 N 节点,通过边缘交换机接入到 Fabric 中。
图1 FC SAN
1.2 FC_ID
在 FC SAN 中,服务器和存储设备通过 FC_ID 相互访问,FC_ID 由 FC(Fibre Channel,光纤通
道)协议自动生成和分配。FC_ID 的结构图 2 所示。FC_ID 的长度为 24 比特,分为三个字段:
Domain_ID、Area_ID 和 Port_ID,每个字段的长度均为 8 比特。
• Domain_ID:域 ID,用来标识一台 FC 交换机,取值范围是 1~239。一台 FC 交换机以及其
连接的所有 N_Port 构成一个域。
• Area_ID:一台节点设备上的一个或多个 N_Port可以被划分为一个Area,用 Area_ID标识。
• Port_ID:一个 Port_ID 代表一个 N_Port。
图2 FC_ID
Fabric
核心交换机
服务器n
服务器1……
服务器n
服务器1……
核心交换机 核心交换机
存储设备1
存储设备n
……
边缘交换机
边缘交换机
边缘交换机
2
在 Fabric 中,每台 FC 交换机(包括核心交换机和边缘交换机)都会分配一个独立的 Domain_ID。
边缘交换机再基于本机的 Domain_ID 为其连接的 N 节点分配 FC_ID。
Domain_ID 仅有 8 位,理论上可以有 256 个 Domain_ID,除了知名 Domain_ID 和保留 Domain_ID外,实际上协议规定可用的 Domain_ID 仅有 239 个。
1.3 NPV交换机
由于 Fabric 中每台 FC 交换机都要有一个独立的 Domain_ID,而可用 Domain_ID 的数目仅有 239个,那么整个 Fabric 中 FC 交换机的数目也仅能有 239 个。因此,FC SAN 的规模受到了 Domain_ID的限制,从而影响了网络的部署和扩展性。
NPV 交换机可以扩展 FC SAN 的规模,且不需要占用 Domain_ID 资源,因此,在 FC SAN 中得到
广泛应用。NPV 交换机部署在 Fabric 边缘,位于 N 节点和核心交换机之间,实现 N 节点和核心交
换机之间的请求代理和数据转发。
图3 NPV 交换机组网图
2 NPV 技术实现 2.1 NPV
NPV(N_Port Virtualization,N 端口虚拟化)交换机上支持两种端口模式:NP 模式和 F 模式。F端口用于连接 N 节点,也称为下行口,NP 端口用于连接核心交换机,也称为上行口。
Fabric
核心交换机
服务器n
服务器1……
服务器n
服务器1……
核心交换机 核心交换机
存储设备1
存储设备n
……
边缘交换机
边缘交换机
边缘交换机
3
图4 NPV 交换机端口模式
在 NPV 交换机上,可以配置多个下行 F 端口映射到一个上行 NP 端口上,实现 FLOGI 请求的代理
和数据转发。
对于 N 节点而言,NPV 交换机与 FC 交换机在功能上没有区别,N 节点可以向其发送 FLOGI 报文
申请 FC_ID 并请求加入到 Fabric 中,可以请求获取名字服务信息。
对于 FC 交换机而言,NPV 交换机虚拟成一台支持 NPIV 特性的 N 节点,NPV 交换机可以在同一条
FC 链路上虚拟多个 VN 节点,向 FC 交换机申请多个 FC_ID 并请求加入到 Fabric 中。
NPV交换机不占用独立的Domain_ID,通过将FLOGI请求代理到FC交换机上实现FC_ID的分配。
减小了 FC SAN 运行的复杂度,扩展了 FC 交换机的接入能力。
NPV 交换机上可以同时支持 FCoE 功能,可以通过以太网接口连接具有 FCoE 功能的节点设备,也
可以通过上行的以太网接口扩展 FCF 组成的存储网络。
2.2 NPIV
N端口在同一条物理链路上虚拟多个 VN节点,申请多个 FC_ID,虚拟多个 N端口实体加入到 Fabric中的技术称为 NPIV(N Port Identifier Virtualization,N 端口标识虚拟化)技术。NPIV 技术在网络
虚拟化中有着广泛的应用。例如一台服务器上运行着不同的应用服务程序,可以在一块物理 HBA卡上为每个应用服务程序虚拟一个 VN 端口,申请不同的 FC_ID 使用。
图5 NPIV 应用
NPV 交换机需要在 NP 端口上支持 NPIV,为每个下行 F 端口连接的 N 节点在 NP 端口上创建一个
虚拟的 VN 端口,实现 FLOGI 请求的代理功能。
核心交换机
服务器n
服务器1……
NPV交换机
F 端口
F 端口
N端口
N端口
NP端口
F 端口
4
2.3 NPV交换机运行机制
NPV 交换机在启动以后,首先要加入到 Fabric 中,然后才能执行后续的 FLOGI 代理和数据转发。
如图 6 所示。
图6 NPV 交换机运行机制
(1) NPV 交换机首先通过 NP 端口向 FC 交换机进行 FLOGI,加入到 Fabric 中。NP 端口通过
FLOGI 申请到的 FC_ID 用于 NP 端口与 Fabric 中的其他设备通信使用。
(2) NP 端口成功加入到 Fabric 中后,便可以代理下游接口的 FLOGI 请求,交互过程如下:
a. N 节点发送 FLOGI 请求申请 FC_ID 并请求加入到 Fabric 中。
b. NPV 交换机从下行 F 端口收到 N 节点发送的 FLOGI 请求后,在 NP 端口上虚拟一个 VN节点模拟下游的 N 节点,VN 节点的相关信息从 FLOGI 请求报文中获取,然后,NP 端口
向 FC 交换机发送 FDISC 请求。
c. FC交换机收到FDISC请求后,为其分配FC_ID,并记录N节点信息加入到Fabric中,回
复 FDISC LS_ACC 报文。
d. NPV 交换机收到 FDISC LS_ACC 报文,记录 FC 交换机为 VN 端口分配的 FC_ID,并回
复 FLOGI LS_ACC 给下游的 N 节点,将 FC_ID 携带到 LS_ACC 中。
e. N 节点收到 FLOGI LS_ACC 后,获取 FC_ID,加入到 Fabric 成功。
NPV交换机 FC交换机
FLOGI LS_ACC
N节点1
FLOGI
FDISC
FDISC LS_ACC
FLOGI LS_ACC
FDISC
FDISC LS_ACC
N节点2
FLOGI
FLOGI
FLOGI LS_ACC
Other Protocol & Data Other Protocol & Data
Other Protocol & DataOther Protocol & Data
Other Protocol & Data Other Protocol & Data
Other Protocol & DataOther Protocol & Data
5
(3) 下游 N 节点成功加入到 Fabric 中后,需要发送一系列的协议报文从 Fabric 中获取信息,发送
协议报文与其他 N 节点协商,发送数据报文给其他 N 节点。NPV 交换机收到这些协议报文或
数据报文都直接从上行 NP 端口转发给 FC 交换机,不做任何代理转换。从上行 NP 端口收到
的协议报文或数据报文,根据目的 FC_ID 转发给相应的下行 F 端口。
2.4 负载均衡
NPV 设备不仅实现了下行口到上行口的代理功能,还支持上行口到下行口映射的负载均衡。NPV上支持两种负载均衡模式:手动负载均衡和自动负载均衡。
1. 手动负载均衡
缺省情况下,当有新的上行口生效时,NPV 交换机并不会自动对已有的上下行口映射进行重新映射,
以达到负载均衡。因为重新映射时,NPV 交换机将对下行口进行链路初始化,会破坏已经稳定的上
下行口的映射关系,以及要求和下行口相连的节点设备重新进行注册,这样会导致流量中断。 当有新的上行口生效时,如果用户希望重新进行上下行口映射,以达到更好的负载均衡效果,可以
通过命令行立即触发一次重新映射,此时会对部分下行口进行链路初始化。 部分进行链路初始化的下行口选择步骤如下: (1) NPV 交换机计算出上行口负载平均值,上行口负载平均值=所有下行口数/所有上行口数。
(2) NPV 交换机遍历出超过该负载平均值的上行口。
(3) 这些上行口若存在自动映射的下行口,则 NPV 交换机会按先后自动映射顺序将先自动映射的
下行口进行链路初始化。需要进行链路初始化的下行口数=该上行口的所有下行口数-上行口负
载平均值,从而使得上行口的下行口数量不超过上行口负载平均值。
(4) 这些上行口若不存在自动映射的下行口,则 NPV 交换机不会对这些上行口的下行口进行链路
初始化。
2. 自动负载均衡
自动负载均衡与手动负载均衡对下行口重新映射的策略是相同的。开启自动负载均衡后,当系统检
测到 up 的上行口时,会自动创建一个延迟定时器,待定时器超时后,系统将自动进行一次负载均
衡。如果在定时器超时前又有新的上行口 up,则重置该定时器。 可以通过配置自动负载均衡的延迟时间来缓冲上行口的 up、down 而引起震荡,以减少对自动负载
均衡的影响。
3 典型组网应用
3.1 FC节点设备通过NPV接入FC网络
如图 7 所示,通过 NPV 交换机将 FC 节点设备接入到 FC 存储网络中。在这种组网环境中,上下行
口均为 FC 接口。这种组网用于 FC 网络扩容,可以减少 Domain_ID 占用。
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图7 FC 节点设备通过 NPV 接入 FC 网络组网图
3.2 FCoE节点设备通过NPV接入FC网络
如图 8 所示,通过 NPV 交换机将 FCoE 节点设备接入到 FC 存储网络中。在这种组网环境中,上行
口为 FC 接口,下行口为以太网接口。这种组网,在减少 Domain_ID 占用的同时,还可以在不更换
FC 核心交换机的情况下,将 FCoE 服务器或存储设备接入到 FC 网络中,实现 FC 技术到 FCoE 技
术的平滑迁移。
图8 FCoE 节点设备通过 NPV 接入 FC 网络组网图
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3.3 FCoE节点设备通过NPV接入FCoE网络
如图 9 所示,通过 NPV 交换机将 FCoE 节点设备接入到 FCoE 存储网络中。在这种组网环境中,
上下行口均为以太网接口。这种组网用于 FCoE 网络扩容,可以减少 Domain_ID 占用。
图9 FCoE 节点设备通过 NPV 接入 FCoE 网络组网图