Конвергентные адаптеры 10GbE: взгляд экспертов

Вот уже более 25 лет, с момента своего создания, технология Ethernet непрерывно развивается, стремясь удовлетворить растущие потребности пакетно-ориентированных сетей. Эта технология завоевала доверие пользователей своей надежностью, низкой стоимостью внедрения, простотой установки и обслуживания. Популярность Ethernet достигла такой степени, что большая часть трафика в Интернет передается и принимается с помощью Ethernet. И теперь, чтобы соответствовать по-прежнему возрастающим требованиям, Ethernet был адаптирован для поддержки повышенных скоростей и больших объёмов данных, что нашло свое выражение в стандарте IEEE 802.3ae, разработанный в 2002 году. 10Gb Ethernet, описываемый в этом стандарте, использует только полнодуплексную передачу, и не нуждается в использовании протокола CSMA/CD. В остальном же он соответствует традиционной модели Ethernet.

Рисунок 1. Компоненты архитектуры стандарта 802.3ae

Со временем, для сокращения расходов центров обработки данных за счет конвергенции сетей хранения была разработана технология FCoE. Чтобы иметь возможность правильно использовать данную технологию, попробуем прояснить, что из себя она представляет и каким образом функционирует.

Технология FCoE

Fibre Channel over Ethernet, или FCoE, представляет собой протокол передачи данных, определенный стандартом T11 Committee. FCoE осуществляет перенос фреймов Fibre Channel через Ethernet, инкапсулируя фреймы Fibre Channel в Jumbo-фреймы Ethernet. В полном объеме этот стандарт был ратифицирован в 2009 году.

Традиционные сети Fibre Channel и Ethernet используют различные уровни сетевого стека, представляющие разный функционал. Стек Fibre Channel состоит из пяти уровней, с FC-0 по FC-4. Ethernet представляет собой набор протоколов, основанных на семиуровневой модели стеков OSI, которые определяют физические и логические уровни сети.

Пример инкапсуляции FCoE:

Технология FCoE объединяет два различных протокола:

• FCoE — Протокол передачи данных 

Этот протокол с интенсивной обработкой данных, требует lossless Ethernet. Это, как правило, осуществляется на аппаратном уровне и используется для передачи пакетов FC и всего трафика SCSI.

• FIP (Протокол инициализации FCoE) — Протокол управления

FIP не используется для передачи прикладных данных, реализуется на программном уровне, и используется для обнаружения устройств FCoE и других устройств, подключенных к сети, а кроме того, используется для определения скорости передачи данных.

Конвергенция ввода вывода при помощи FCoE

Конвергенцию сетевой инфраструктуры можно определить как перевод всего сетевого оборудования ЦОД на единый транспорт. В связи с развитием большого количества протоколов передачи данных, консолидация ввода/вывода является одной из основных задач в IT индустрии. Этому процессу способствует стандарт FC-BB-5 T11, позволяющий консолидировать ввод/вывод.

Консолидация ввода/вывода должна предоставлять возможность передачи различных видов трафика, с различными требованиями и характеристиками, по единому физическому подключению. Так как протокол Fibre Channel стал основным, используемым сетях хранения данных, любая технология консолидации должна обеспечивать интеграцию с существующими сетями Fibre Channel SAN.

Обеспечение консолидации ввода/вывода, на основе протокола Ethernet, является основой FCoE. FCoE позволяет протоколам Fibre Channel и Ethernet разделять единый канал передачи данных и легко интегрироваться в существующие инфраструктуры, позволяя сокращать количество используемых физических подключений и коммутационного оборудования в ЦОД.

Подключение к сетям Ethernet и SAN, происходит через единый конвергентный сетевой адаптер CNA (Converged Network Adapter), исключая необходимость установки в сервер двух различных адаптеров: Fibre Channel и сетевого адаптера NIC.

В качестве базового шага большинство экспертов рекомендуют осуществлять конвергенцию на уровне стойки. В таком случае, в самой стойке можно использовать адаптеры CNA и технологию FCoE для подключения к коммутатору ToR, а восходящие подключения реализовать отдельно для Ethernet и FC. Эксперты не исключают возможность использования для подключений внутри стойки не только технологии Ethernet/FCoE, но и других вариантов, например InfiniBand и PCIe.

Конвергентные адаптеры (CNA)

Конвергентные адаптеры (CNA) объединяют в одном устройстве функции сетевой платы (NIC) и адаптера Fibre Channel(HBA). Применение CNA позволяет уменьшить количество устройств и кабелей, подключаемых к серверам, и число коммутаторов в серверной стойке, снизить тепловыделение и сократить затраты.

Почему 10GbE Ethernet?

Технология 10 GbE полностью соответствует критериям, что обуславливает ее как естественный выбор для повышения производительности существующих сетей Ethernet:

• технология обеспечивает низкую, по сравнению с альтернативными технологиями, стоимость владения, приобретения и обслуживания, поскольку имеющаяся у пользователей инфраструктура сетей Ethernet легко сочетается и взаимодействует с 10 GbE;

• 10 GbE привлекательна для администраторов знакомыми элементами управления и возможностью применить накопленный опыт, так как использует процессы, протоколы и средства управления, уже развернутые в существующей инфраструктуре;

• стандарт обеспечивает гибкость при проектировании соединений между серверами, коммутаторами и маршрутизаторами;

• благодаря статусу индустриального стандарта обеспечивается совместимость устройств от большинства производителей.

Стандарт 10 GbE не только повысил скорость передачи данных до 10 Gbps, но и расширил возможности Ethernet как технологии для соединений узлов сети. Подобно Gigabit Ethernet (1 GbE), стандарт 802.3ае поддерживает как одномодовый, так и многомодовый оптоволоконный кабель, однако длина канала для одномодового волокна возросла с 5 км (для 1 GbE) до 40 км.

Почему FCoE?

Основной процесс, ведущий вперед FCoE, заключается в необходимости снижения совокупной стоимости владения, одновременно с сохранением существующей инфраструктуры и обратной совместимости, а также привычных процедур и процессов. С помощью конвергенции Fibre Channel и Ethernet, и устранения необходимости в использовании разных сетевых технологий, FCoE обещает значительное снижение сложности сетевой структуры, а учитывая еще и стремительное удешевление элементов инфраструктуры 10Gb Ethernet — еще и снижение стоимости.

Главное достоинство FCoE заключается в обеспечении плавной миграции от FC, как интерфейса, к Ethernet (сохраняя при этом FC как протокол). Можно расширить или заменить часть вашей сети FC на Ethernet, позволяя вам осуществить переход от одной сетевой технологии (FC) к другой (Ethernet), по мере того, как это станет необходимым. 

Решения Qlogic (QLE 81xx & 82xx Series)

Новые линейки продуктов Qlogic базируются на 3-м поколении архитектуры QLogic Network Plus(TM) и включают в себя три новых продукта: адаптеры для конвергентных сетей 10GbE серии 8200, интеллектуальные адаптеры 10Gb Ethernet серии 3200 и решение конвергентной локальной сети для материнских плат cLOM.

Эти продукты обеспечивают новые функциональные возможности FCoE, а именно:

• Параллельную разгрузку трафика Fibre Channel over Ethernet (FCoE),iSCSI и IP(Ethernet);

• Осуществление независимых от коммутатора соединений между виртуальными машинами (VM-to-VM) внутри физических машин;

• Наличие четырех портов 1GbE и два 10GbE, при этом используется один чип с улучшенной технологией FlexLOM(TM).

Серия продуктов 8100 QLogic

Адаптеры конвергентных сетей серии 8100 включают в себя одно- и двухпортовые модели, поддерживающие медные кабели прямого подключения SFP+ и оптические трансиверы SR (short reach).

• Низкопрофильный адаптер PCI Express Gen2
• Надежные драйверы Fibre Channel
• Максимальная пропускная способность 10 Гбит/с
• Полная аппаратная разгрузка для обработки протокола FCoE
• Полная поддержка средств повышения производительности TCP/IP и Ethernet
• Совместимость с существующими устройствами хранения Fibre Channel

Серия продуктов 8200 QLogic

Адаптеры конвергентных сетей серии 8200 включают в себя одно- и двухпортовые модели, поддерживающие медные кабели прямого подключения SFP+ и оптические трансиверы SR (short reach).

• PCI Express Gen2 x8
• Лучшая в отрасли производительность для сетей 10 Гбит/с
• Полная аппаратная разгрузка для обработки протоколов FCoE и iSCSI
• Поддержка одновременного применения трех протоколов: TCP/IP, FCoE и iSCSI
• SR-IOV для более высокого быстродействия сети в виртуализированных средах
• Функция NIC Partitioning (NPAR) компании QLogic, работающая с любыми коммутаторами 10 Гбит Ethernet
• Чрезвычайно надежные драйверы FCoE и iSCSI, которые применяются во всех адаптерах QLogic
• Совместимость с существующими устройствами хранения Fibre Channel и iSCSI
• Низкопрофильная карта PCIe Express

Решения Mellanox

Адаптеры Ethernet (NIC) Mellanox ConnectX-2 EN предоставляют высочайшую пропускную способность соединений 10GigE для корпоративных центров данных, высокопроизводительных вычислительных комплексов и встроенных сред. Кластерные базы данных, Web инфраструктура и серверы IP видео – это только небольшая часть приложений, которые получат значительное увеличение пропускной способности и снижение уровня задержек, что проявится в более быстром доступе к данным, ответом в реальном времени и возросшем количестве пользователей на один сервер. Адаптеры Ethernet (NIC) Mellanox ConnectX-2 EN улучшают производительность сети благодаря повышению пропускной способности в направлении центрального процессора и предоставляя увеличенную производительность, особенно в виртуализованных средах.

Серия продуктов ConnectX-2 EN

Особенности 

• Полнодуплексная пропускная способность 10Gb/s для серверов и хранилищ
• Лучшие в отрасли пропускная способность и уровень задержки
• Консолидация ввода/вывода
• Ускорение виртуализации
• Высокопроизводительный доступ к сети и хранилищам данных
• Программная совместимость со стандартными стеками TCP/UDP/IP и iSCSI

Технические характеристики

• Два порта 10 Gigabit Ethernet
• Опции соединений через оптический и медный кабели
  • 10GBASE-CX4 – SFP+ для -SR, -LR, медный кабель прямого подключения
• PCI Express 2.0 (до 5GT/s)
• Управление трафиком между множеством ядер
• Аппаратная разгрузка TCP/UDP/IP
• Интеллектуальный механизм отложенных прерываний
• Аппаратная виртуализация ввода/вывода
• Поддержка кадров T11 FCoE
• Поддержка Data Center Bridging
• Улучшенные средства QoS
• RoHS-R6