Fibre Channel over Ethernet

Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
Khoa Điện Tử Viễn Thông


Fibre Channel over
Ethernet
Giảng viên hướng dẫn: Ths. Nguyễn Việt Hà
Ths Trần Thị Thảo Nguyên

1

Giới Thiệu Chung
Ethernet là một chuẩn cho mạng LAN được sử dụng rộng rãi khắp toàn cầu. Kiến
trúc và đặc tính của nó đã được phát triễn toàn diện và được mô tả trong IEEE 802.3 .
Cùng với sự phát triễn của Ethernet, chuẩn Fibre Channel cũng khá phổ biến trong các
trung tâm lưu trữ dữ liệu, các data center. Việc kết hợn Fibre Channel và Ethernet để cho
ra đời chuẩn Fibre Channel over Ethernet- FCoE đã đem lại nhiều lợi ích to lớn. Trong đề
tài này,chúng ta sẽ tìm hiểu những đặc điểm cơ bản của FCoE, cũng như vì sao nó lại
đem lại nhiều lợi ích như thế.




Nhóm thực hiện
Stt
Họ tên

MSSV

1
2
3
4

Nguyễn Tấn Phát
Lê Hồng Phúc
Trần Minh Đức
Võ Tấn Tài


0920081
0920088
0920026
0920218

2


Mục Lục

I. Storage Area Network 3
1. Quá trình phát triển công nghệ lưu trữ. 3
2. Mạng lưu trữ riêng biệt(SAN- Storage Area Network). 4
2.1 Giới thiệu. 4
2.2 Phân chia logic mạng SAN. 4
2.3 Lợi ích từ mạng riêng biệt(SAN). 5
3. Chuẩn Fibre channel cho SAN. 6
3.1 Khái niệm fibre channel. 6
3.2 Các lớp trong fibre channel. 6
3.3 Topology FC SAN. 7
3.4 Ưu và nhược điểm của fibre channel. 9
II. Ethernet 9
1. Giới thiệu Ethernet: 9
2. Các chế độ giao tiếp: 9
3. Ethernet trong mô hình OSI: 10
1.1 Ethernet frame: 11
3.2 Lợi ích của công nghệ Ethernet: 12
III. Fibre Channel Over Ethernet 12
1. Sự ra đời của FCoE 12
2. Vai trò của FCoE trong Data center 13
3. Fibre Channel over Ethernet là gì 14
3.1 Encapsulation- Đóng gói 14
3.2 Frame Format- Định dạng Frame 15

3.3 Lossless (Không tổn hao): 16
3.4 Ánh xạ địa chỉ giửa FC và FCoE- Mapping 17
3.5 Ví dụ về mạng FCoE 18
4. Kết Luận 19

3

I. Storage Area Network
1. Quá trình phát triển công nghệ lưu trữ.

Hình 1: Các bước phát triển của công nghệ lưu trữ (từ trái qua phải).
Xét tổng quan về phương diện kết nối, điểm khởi đầu của quá trình phát triển công
nghệ lưu trữ là khi các máy tính và máy chủ nhỏ được trang bị các ổ đĩa trong của riêng
chúng. Với cách lưu trữ này, dung lượng lưu trữ không được lớn, thường chỉ có khả năng
đáp ứng nhu cầu của người sử dụng đầu cuối. Khả năng mở rộng dung lượng, công nghệ
bảo vệ tính toàn vẹn của dữ liệu (cụ thể là công nghệ RAID: Redundant Array of
Independent Disks, cho phép phục hồi nguyên vẹn dữ liệu khi ổ đĩa cứng bị hỏng) còn rất
hạn chế.
Bước phát triển tiếp theo là khi máy tính/máy chủ có kết nối riêng đến thiết bị lưu
trữ bên ngoài của mình (có thể là đĩa cứng hoặc băng từ) qua đường kết nối hoạt động
theo giao thức SCSI (Small Coumpter System Interface). Mỗi máy tính/máy chủ chỉ có
quyền kiểm soát, quản trị thiết bị lưu trữ ngoài của chính mình. Với cách kết nối và quản
lý cục bộ như vậy, rất khó có thể xây dựng được những hệ thống dữ liệu có dung lương
cao, chưa nói đến việc không có được khả năng quản trị tập trung từ xa.
Một hướng phát triển khác là khi thiết bị lưu trữ được thiết kế để dữ liệu trên đó có
thể được truy nhập qua mạng LAN thông thường. Điển hình là các thiết bị NAS
(Network Attached Storage) chứa dữ liệu tập trung và cho phép chia sẻ dữ liệu ở mức
file. Mặc dù đã phần nào giải quyết được vấn đề dung lượng và quản lý tập trung, nhưng
việc truyền tải dữ liệu giữa thiết bị có nhu cầu sử dụng và thiết bị lưu trữ xảy ra trên hạ
tầng mạng LAN thông thường, dùng giao thức mạng TCP/IP, gây hạn chế tốc độ truyền

tải, dẫn đến hiệu năng hoạt động của cả hệ thống không được cao.
Những nhược điểm về tốc độ về hiệu năng được đẩy lùi trong bước phát triển tiếp
theo với sự xuất hiện của công nghệ thiết lập mạng lưu trữ riêng biệt SAN (Storage Area
Network). Mặc dù có thể tận dụng hạ tầng mạng IP để truyền tải luồng dữ liệu của mạng
lưu trữ, điển hình là sự phát triển của các giao thức như iSCSI (Internet SCSI), FCIP
4

(Fibre Channel over IP), iFCP (Internet Fibre Channel Protocol), nhưng những giao thức
này chưa thật sự có được sự triển khai rộng rãi trong thực tế. Do đó, bài viết sẽ tập trung
vào xu hướng công nghệ phổ biến nhất là mạng SAN sử dụng công nghệ quang FC (Fibre
Channel), thường được nhắc đến với tên gọi FC SAN.
2. Mạng lưu trữ riêng biệt(SAN- Storage Area Network).
2.1 Giới thiệu.
Có thê hiểu SAN như một phương pháp truy cập dữ liệu ứng dụng trên nền tảng
mạng mà quá trình truyền dữ liệu trên mạng tương tự như quá trình truyền dữ liệu từ các
thiết bị quen thuộc trên máy chủ như Disks Drivers như ATA, SCSI.
SAN là hệ thống mạng lưu trữ, thường được sử dụng ở những nơi lưu trữ nhiều dữ
liệu như ngân hàng, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, các dữ liệu này cần độ an
toàn, dự phòng rất cao và có thể truy xuất nhanh. SAN giúp việc sử dụng tài nguyên lưu
trữ hiệu quả hơn, dễ dàng hơn trong công việc quản trị, quản lý tập trung các thao tác
tăng độ an toàn, sao lưu, khôi phục khi có sự cố.
2.2 Phân chia logic mạng SAN.


Hình 2: Phân chia lớp trong mạng SAN.
Một mạng SAN theo cách phân chia logic thành 3 lớp: Host layer, Fabric layer và
Storage layer. Host layer chứa các máy chủ chạy các ứng dụng có sử dụng dữ liệu được
5

lưu trữ trong mạng SAN. Fabric layer chứa các bộ chuyển mạch SAN switch. Storage

layer chứa các thiết bị lưu trữ như tủ đĩa ngoài và thiết bị băng từ.
Mạng SAN có quy mô càng lớn thì số lượng các thiết bị và kết nối (máy chủ,
switch, tủ đĩa, thiết bị băng từ) sẽ càng nhiều. Mặc dù vậy, cấu trúc logic tổng quan 3 lớp
(host layer, fabric layer, storage layer) như trong Hình 3 là không thay đổi.
2.3 Lợi ích từ mạng riêng biệt(SAN).
Tăng hiệu năng hoạt động: Hiệu năng của hệ thống lưu trữ, và theo đó là của cả hệ
thống IT được tăng lên đáng kể. Một mặt, tốc độ truyền tải trong mạng SAN với sự sử
dụng công nghệ quang đạt đến tốc độ 4Gbps, giảm thời gian truy cập dữ liệu trong các
quá trình sử dụng, sao lưu, phục hồi. Mặt khác, với mạng lưu trữ riêng SAN, luồng dữ
liệu trong mạng LAN thông thường dùng giao thức mạng TCP/IP không còn cần phải
chia sẻ đường truyền có dung lượng giới hạn với luồng dữ liệu của hệ thống lưu trữ, sao
lưu. Sự tách rời riêng biệt này tối ưu hoá hoạt động của cả 2 mạng LAN và SAN.
Tăng tính linh hoạt của hệ thống lưu trữ: Sử dụng mạng SAN đem lại tính linh
hoạt cao cho hệ thống lưu trữ. Các giao thức và công nghệ chuẩn dùng trong mạng SAN
cho phép sử dụng nhiều chủng loại thiết bị lưu trữ của các nhà sản xuất khác nhau, khi họ
cùng tuân thủ các chuẩn công nghiệp. Dung luợng lưu trữ trong mạng SAN có thể được
sử dụng bởi nhiều máy chủ, nhiều ứng dụng khác nhau. Dung lương lưu trữ của cả mạng
SAN có thể được mở rộng, nâng cấp dễ dàng. Hơn thế nữa, mạng SAN mở ra khả năng
hợp nhất tài nguyên lưu trữ, nâng cao hiệu suất sử dụng của hệ thống lưu trữ, cho phép
vận hành và quản lý hiệu quả hơn.
SANs được thiết kế dễ dàng cho tận dụng các tính năng lưu trữ, cho phép nhiều máy
chủ cùng chia sẻ một thiết bị lưu trữ.
Một ứng dụng khác của SAN là khả năng cho phép máy tính khởi động trực tiếp từ
SAN mà chúng quản lý. Điều này cho phép dễ dàng thay các máy chủ bị lỗi khi đang sử
dụng và có thể cấu hình lại cho phép thay đổi hay nâng cấp máy chủ một cách dễ dàng và
dữ liệu không hề ảnh hưởng khi máy chủ bị lỗi. Và quá trình đó có thể chỉ cần nửa giờ để
có một hệ thống Data Centers. Và được thiết kế với tốc độ truyền dữ liệu cực lớn và độ
an toàn của hệ thống được coi là vấn đề hàng đầu.
Giảm chi phí sở hữu (Totalcost of Ownership): đối với những DN có nhiều dữ liệu,
mặc dù chi phí đầu tư ban đầu để xây dựng mạng SAN có thể lớn hơn chi phí xây dựng

hệ thống lưu trữ thông thường, nhưng xét về tầm xa thì SAN là sự đầu tư hợp lý có chí
phí sở hữu (bao gồm vận hành, quản lý, và bảo quản) không cao. Thứ nhất, sử dụng mạng
SAN sẽ mở ra khả năng quản lý mềm dẻo, linh hoạt, và đơn giản, do đó giảm thiểu chi
6

phí quản lý, quản trị. Thứ hai, mạng SAN còn hỗ trợ nhiều tính năng thuận lợi khác trong
quá trình sử dụng (như hợp nhất lưu trữ, hỗ trợ phục hồi dữ liệu nhanh chóng sau sự cố,
thảm hoạ ), làm tăng hiệu quả hoạt động của hệ thống, xứng đáng với chi phí đầu tư ban
đầu.

3. Chuẩn Fibre channel cho SAN.
3.1 Khái niệm fibre channel.
Fibre channel(FC): là một công nghệ mạng có tốc độ cao(thường có tốc độ khoảng
2, 4,8 hoặc 16Gb/s) được sử dụng chủ yếu cho mạng lưu trữ. Được phát triển bởi Viện
Tiêu Chuẩn Quốc Gia Hoa Kỳ (ANSI). Không giống như tên của nó, tín hiệu thông tin có
thể được sử dụng trong cáp đồng xoắn đôi và cả cáp quang.
Fibre channel protocol(FCP): là giao thức lớp transport.
3.2 Các lớp trong fibre channel.

Hình: các lớp trong fibre channel.
 FC4: Protocol-mapping layer: các giao thức ứng dụng như SCSI hoặc IP được
đóng gói thành PDU để được phân phối đến lớp FC2.
 FC3: Common services layer: Thực hiện các chức năng như mã hóa(encryption)
hoặc thuật toán dư thừa RAID.
 FC2: Network layer, bao gồm phần lõi của Fibre channel và định nghĩa ra các
giao thức chính.
7

 FC1: Data link layer, thực hiện chức năng mã hóa đường truyền(line coding) cho
tín hiệu.

 FC0: Physical layer, bao gồm cáp, bộ kết nối…

3.3 Topology FC SAN.
Topology mạng SAN có thể được thực hiện bằng nhiều cách phụ thuộc vào đặc
điểm của các ứng dụng và các yêu cầu:
 Quy mô của mạng lưu trữ: Từ các mạng SAN có quy mô nhỏ bao gồm một chuyển
mạch hay một hub đơn lẻ cho tới các mạng SAN lớn với một số lượng lớn các
chuyển mạch và các cổng.
 Đường truyền dữ liệu và nhu cầu truyền dữ liệu.
 Dự phòng dữ liệu từ xa.
Các topology mạng SAN có thể được thiết lập bằng hai cách:
a. Kiểu tập trung: Các hệ thống lưu trữ được nối tới một chuyển mạch trung tâm
có số lượng cổng lớn trong mạng SAN.
b. Kiểu mạng: Các chuyển mạch được liên kết với nhau tạo thành một mạng tuyến
tính hoặc mạng lưới (mesh) nối các server và thiết bị lưu trữ.

Hình 3: topology FC SAN

8

3.3.1 Point-to-point(FC-P2P).
Gồm 2 thiết bị kết nối trực tiếp lại với nhau, đây là mô hình đơn giản nhất.
3.3.2 Arbitrated loop(FC-AL).
Topology Arbitrated Loop bao gồm một hub đường trục và các thiết bị trong mạng
được nối với hub tạo thành một mạng hình sao vật lý

Topology Arbitrated loop có nhược điểm là tại một thời điểm chỉ có một thiết bị
được truyền dữ liệu trên mạng. Khi số lượng thiết bị trên mạng tăng lên sẽ gây ra sự sụt
giảm chất lượng mạng. Do đó, Topology Arbitrated loop chỉ được sử dụng cho các mạng
SAN có quy mô nhỏ và lưu lượng dữ liệu hạn chế.

3.3.3 Switched fabric(FC-SW).
Trong Fibre Channel, thuật ngữ “chuyển mạch nối giữa các thiết bị” được gọi là
Fabric.
Topology SAN Fabric là topology có chỉ tiêu cao nhất và được sử dụng cho các
mạng SAN có quy mô và lưu lượng dữ liệu lớn. Các fabric rất lớn có thể được xây dựng
bằng cách liên kết nhiều chuyển mạch với nhau. Do đó, mạng SAN dựa trên fabric có thể
được mở rộng bằng cách thêm các chuyển mạch vào mạng.





9

3.4 Ưu và nhược điểm của fibre channel.
3.4.1 Ưu điểm.
 Băng thông lớn có thể đạt tới 4Gb/s.
 Kiến trúc an toàn nhanh chóng với khả năng quản lí dữ liệu toàn cầu.
 Tính dự phòng tốt.
 Tính bảo mật cao.
3.4.2 Nhược điểm.
 Chi phí cao chỉ áp dụng tốt cho các công ty lớn.
 Đô phức tạp cao.
II. Ethernet
1. Giới thiệu Ethernet:
Ethernet được phát minh bởi công Ty Xerox PARC vào năm 1973 với tốc độ ban đầu
là 2.94Mbps. Năm 1980, chuẩn Ethernet đầu tiên ra đời bởi DIX (là 3 công ty Digital,
Intel, Xerox). Năm 1985, IEEE đã chuẩn hóa Ethernet, cho ra đời chuẩn 802.3.
Ethernet là phương pháp truy cập mạng máy tính cục bộ (LAN) được sử dụng phố
biến nhất. Về căn bản, Ethernet là một môi trường mạng LAN có môi trường truyền

thông được chia sẻ (shared media LAN), hoạt động dựa trên chức năng của lớp Physical
và lớp Data Link trong mô hình 7 lớp OSI là chủ yếu. Mạng Ethernet có thể sử dụng cáp
đồng trục (coaxial cable), cáp xoắn đôi (twisted-pair cable), cáp quang (Optical Fiber)
hoặc vô tuyến (wireless).
2. Các chế độ giao tiếp:
Simplex: kênh truyền là 1 chiều và thông tin chỉ có thể đi theo 1 hướng. Simplex
thường dùng trong mạng quảng bá, ở đó máy thu không cần gửi tín hiệu ngược lại máy
phát.
Half-duplex: kênh truyền là 2 chiều, thông tin ở một thời điểm có thể đi theo hướng
lên hoặc hướng xuống. Half-duplex thường được áp dụng trong môi trường mạng chia sẻ
(shared media) với hubs là trung tâm, sử dụng CSMA/CD (khi thuyết trình nói lại về
CSMA/CD, cộng thêm việc, nếu sự truyền bị đụng độ 15 lần liên tiếp thì host sẽ discard
gói tin và báo cho người dùng rằng không thể truyền data được nữa). Do sử dụng hubs,
nên băng thông sẽ được chia sẻ ra tất cả các host, bất kể host có sử dụng băng thông hay
không, dẫn đến tốc độ sẽ chậm. Đụng độ sẽ xảy ra khi 2 thiết bị truyền cùng 1 thời điểm,
do đó, càng nhiều thiết bị trong hệ thống mạng thì đụng độ càng xảy ra thường xuyên
hơn, dẫn đến chất lượng hệ thống suy giảm.
10

Full-duplex: kênh truyền là 2 chiều, thông tin ở mọi thời điểm có thể đi theo hướng
lên và hướng xuống đồng thời. Có 2 cặp dây, 1 cặp dây dùng để truyền và 1 cặp dây dùng
để nhận, do đó tránh được đụng độ và tối ưu hóa băng thông. Full-duplex sử dụng kèm
với switch thay cho hub, và vì switch chỉ cấp băng thông cho host nào cần sử dụng nên sẽ
tối ưu được băng thông, tốc độ sẽ nhanh hơn so với khi dùng hubs.


3. Ethernet trong mô hình OSI:

Hình 5 Mô hình OSI và TCP/IP
Chức năng của từng lớp trong mô hình OSI:

1) Application: là tầng gần với người sử dụng nhất, cung cấp giao diện người dùng.
1 số ứng dụng như là Telnet, FTP, SMTP, HTTP…
2) Presentation: dịch dữ liệu được gửi từ tầng Application sang format chung, nén
dữ liệu, mã hóa và giải mã.
3) Session: thiết lập, quản lý và kết thúc các phiên kết nối giữa những ứng dụng từ
các host; có 3 cách kết nối: simplex, half-duplex, full-duplex.
4) Transport: kiểm soát độ tin cậy của một kết nối; nhận dữ liệu từ lớp session, cắt
chúng ra thành từng đoạn nhỏ (segment) nếu cần; thêm các port tương ứng với
ứng dụng cụ thể, đánh số các segment đó để đầu thu có thể sắp xếp, tái tạo lại
thông tin ban đầu.
5) Network: dựa vào địa chỉ logic để tìm đường đi đến đích nhanh nhất cho các gói
tin. Dữ liệu ở lớp này được gọi là packet. Ngoài ra, nếu 2 môi trường truyền là
khác nhau (MTU không bằng nhau) thì dữ liệu khi xuống lớp này sẽ được chia
nhỏ (fragment) để truyền đi.
11

6) Data link: chuyển dữ liệu tin cậy (frame) qua lớp vật lý, sửa lỗi trên các đường
truyền vật lý, đồng bộ tốc độ giữa bên phát và bên thu.
7) Physical: cung cấp phương thức truy cập vào đường truyền vật lý để truyền các
dòng bit, cung cấp các chuẩn về điện áp, dây cáp, đầu nối, tốc độ truyền dẫn, …
Theo hình vẽ, ta có thể ánh xạ mô hình OSI sang mô hình TCP/IP tương ứng.

Trên thực tế, mô hình TCP/IP ra đời sớm hơn mô hình OSI, và do tính cụ thể và chi
tiết, nên trong quá trình học tập và nghiên cứu thì OSI là công cụ đắc lực nhất được sử
dụng để tìm hiểu xem dữ liệu được gửi và nhận ra sao trong một mạng máy tính nói
chung.

1.1 Ethernet frame:

Hình 6. Ethernet frame format
Preamble: dùng để đồng bộ hóa bit.
Start of Frame Delimiter: đánh dấu kết thúc của chuỗi bit thông tin đồng bộ.
Preamble và Start of Frame Delimiter không được tính vào chiều dài của frame khi
truyền đi.
Destination Mac Address: địa chỉ MAC đích, dùng để nhận biết node nào nhận frame.
Source Mac Address: địa chỉ MAC nguồn, dùng để nhận biết node nào gửi frame.
Length of Type: xác định kiểu giao thức được sử dụng ở lớp 3 và kích thước của frame.
Data and Pad: dữ liệu truyền đi; đồng thời do kích thước tối thiểu của gói tin Ethernet là
64 bytes (kích thước tối đa là 1518 bytes), nên nếu dữ liệu toàn gói tin nhỏ hơn 64 bytes
thì Pad sẽ thêm vào các bit cho đủ 64 bytes.
FCS: giá trị kiểm tra lỗi.


12

3.2 Lợi ích của công nghệ Ethernet:
 Giá thành rẻ.
 Hỗ trợ truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao, hiệu suất băng thông lớn.
 Khả năng cài đặt và mở rộng, nâng cấp dễ dàng.
 Độ tương thích kết nối cao giữa các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau.
 Khả năng tích hợp thêm các công nghệ khác như VPN, VoIP.
III. Fibre Channel Over Ethernet
1. Sự ra đời của FCoE
Ngày 5/3/2007 những nhà sản xuất trung tâm dữ liệu có tên tuổi Cisco, Brocade
Communications Systems, EMC Corp. cùng các công ty IBM, Intel, Sun, Emulex, Nuova
Systems, QLogic đã đề nghị Ủy Ban T11 của ANSI (là Ủy Ban giám sát Fibre Channel)
tạo ra chuẩn mới cho Fibre channel lên các liên kết ethernet và gọi là Fibre channel over
Ethernet-FCoE, nhờ đó việc quản lý dữ liệu sẽ được đơn giản hóa.
Fibre Channel(FC) là hệ thống đã được tín nhiệm từ lâu cho kết nối trung tâm dữ

liệu nhanh (gồm cả SAN) nhưng Ethernet lại được sử dụng ở mọi nơi và có tốc độ ngày
một cao. Chuẩn FCoE (Fibre Channel over Ethernet) có thể cho phép doanh nghiệp sử
dụng công nghệ Fibre Channel trên cùng hạ tầng họ sử dụng cho phần mạng LAN còn
lại của mình.

Hình 7. Mô hình FCoE
13

FCoE sẽ đưa ra một lựa chọn kết nối mới và bổ xung cho những gì đang có trong các
trung tâm dữ liệu. Chuẩn cũng cho phép mở rộng và nâng cấp lên từ cơ sở hạ tầng hiện
có đồng thời cung cấp một cơ cấu trung tâm dữ liệu thống nhất mang nhiều kiểu kết nối
mạng, giảm chi phí kết nối máy chủ.
Đặc điểm của giao thức FCoE là đóng gói frame của chuẩn FC lên cấu trúc frame
của ethernet. Từ đó cho phép sự cãi thiện đáng kễ về I/O, giữ lại các ưu điểm của Fibre
Channel như tốc độ nhanh, an ninh cao trong khi lại giãm thiểu chi phí cho các công cụ
FC cũng như chi phí đào tạo. FCoE xem FC như là giao thức lưu trữ chính cũng nó
trong các data center đồng thơi đưa ra giãi pháp I/O tiết kiệm và khả thi nhất cho khách
hàng. FCoE là sự kết hợp của giao thức được sử dụng trong các data center là FC với
giao thức được sữ dụng rộng rãi là Ethernet từ đó đơn giản hóa các đường truyền phía
khách hàng cũng như tránh được việc tao ra một giao thức hoàn toàn mới.
2. Vai trò của FCoE trong Data center
Hợp nhất I/O: Khái niệm hợp nhất I/O đơn gian là sữ dụng chung một môi trường
truyền cho cả Fibre channel cũng như Ethernet tao nên sự linh hoạt trong sữ dụng và cấu
hình cùng một lại phần cứng cho cả hai loại mạng. Người dùng có thể dễ dàng nhận ra lợi
ích rất lớn từ ý tưởng đơn giản này. Hợp nhất I/O cho phép nâng cao hiệu suất sử dụng
khe cắm cũng như đơn giản hóa hệ thống cable và giãm nhiệt lượng cho hệ thống server.
Ngày nay, người ta thường sử dụng 4, 6 hoặc 8 adapter mạng cho những nhưng server
quan trọng. Những adapter này có thể là 2 adapter cho FC cùng với 2 card mạng internet.

Hình 8. Hợp nhất I/O

Hợp nhất I/O nghĩa là người dùng có thể sữ dụng một adapter đa chức năng thay thế
cho một card dành cho internet và một card dành cho Fibre channel vì thế giãm thiểu
được số lượng khe cắm và các port của switch từ đó giãm được công suất tiêu tán và năng
lượng dùng cho việc làm mát hệ thống. Ngoài ra việc thay thế như vậy còn giúp đơn giản
hóa quản lý hệ thống.
14

Việc giãm thiểu card NICs thông qua hợp nhất I/O còn tao ra một lợi ích quan trọng
đó là khả năng mở trọng hệ thống data-center do tiết kiễm được năng lượng làm mát. Nếu
một hệ thống khe cắm vẫn còn dư khe cắm nhưng công suất làm mát đã tới hạn thì ta vẫn
không thể gắn thêm server hay switch. Giãm thiểu số lượng NICs có thể giãm thiểu nhiệt
lượng tao ra từ đó cho phép thêm vào các switch hay server nếu hệ thống vẫn còn thừa
khe cắm. Hợp nhất I/O còn cung câp khả năng đơn giãn hóa hệ thống cáp. Ứng dụng
công nghệ FCoE trên một cặp 10 Gbps sẽ thay thế có 2 kết nối FC và 12 kết nối Ethernet
tương ứng. Giãm thiểu 86 % lượng cáp mà vẫn giử nguyên 20 Gb băng thông.

3. Fibre Channel over Ethernet là gì
Khái niệm FCoE có thể chia làm ba thành phần chính:
1. Đóng gói frame FC vào thành frame Ethernet
2. Phát triễn Ethernet thành một đường truyền không tổn hao (Lossless ethernet)
3. Thay thế đường kêt nối FC bằng đỉa chỉ MAC trên một đường truyền Ethernet
không tổn hao

Việc chuyễn đổi từ chuẫn Fibre Channel sang FCoE cần phải bảo đãm các chức năng
hiện có của mạng lưu trữ sử dụng Fibre Channel đó là các công cụ hiện có và các cấu trúc
quản lý hệ thống. FCoE cho phép có thể sử dụng các cơ sở vật chất của mạng lưu trữ sử
dụng Fibre Channel trước đó. Ngoài ra các ứng dụng lớp trên cũng có thể sử dụng lại do
cấu trúc từ lớp transport của FCoE vẫn được giữ nguyên.

3.1 Encapsulation- Đóng gói

Việc đóng gói của frame Fibre Channel (FC) xảy ra khi dữ liệu đi qua mapping của
Fibre Channel trong Ethernet. Fiber channel và các mạng truyền thống được phân thành
tập những lớp (layer), trong mỗi lớp sẽ được xếp để thể hiện một tập hợp các chức năng
nào đó.Fiber channel stack có năm lớp từ FC-0 đến FC-4.
Ethernet thường được xem là một tập các giao thức trong bảy lớp OSI và nó được
định nghĩa ở lớp physical và lớp data link. FCoE là mô hình tổng hợp của các lớp OSI và
Fibre Channel. Điều này cho phé Ethernet truyền lên các lớp trên của Fibre Channel tức
là lên FC-3 và FC-4.
15


Hình 9. Tương quang các lớp trong FCoE

3.2 Frame Format- Định dạng Frame
Theo định dạng frame trên thì 48 bit đầu tiên trong frame được sử dụng để xác định
các địa chỉ MAC đích (Destination MAC Addresses) và 48 bit kế tiếp chỉ định các địa
chỉ MAC nguồn (Source MAC Addresses ).32 bit IEEE 802.1Q Tag có chức năng giống
như trong mạng LAN ảo, cho phép nhiều mạng ảo trên cơ sở hạ tầng vật lý duy nhất.
Dạng Ethernet định ra dạng FCoE là 16 bit kế tiếp. Tiếp theo là 4 bit version. Kế tiếp
là 100 bit dành cho Reserved và 8 bit dành cho Start of Frame (SOF). 8 bit dành cho End
of Frame (EOF), và cuối cùng là 32 bit dành riêng cho FCS cung cấp khả năng phát hiện
lỗi cho Ethernet frame. Việc đóng gói Fiber Channel frame chứa 24 byte FC header và dữ
liệu truyền.(gồm cả Fiber Channel CRC).
CRC là một thuật toán kiểm tra độ dư vòng để phát hiện lỗi . Các FC header được duy
trì để khi một FC Storage Area Network truyền thống có thể kết nối với FCoE nhằm phân
giải gói. Điều này cũng cho phép FCoE có khả năng tích hợp với các mô hình hiện tại.
FC SAN không cần phải có một Gateway.
Kích thước frame cũng là một nhân tố trong FCoE. Loại Fibre Channel data frame có
2112 byte payload, một header và FCS. Một frame Etherenet thông thường là 1.5KB
16

hoặc nhỏ hơn. Để duy trì hiệu suất tốt nhất, FCoE phải sử dụng jumbo frame để ngăn
chặn một Fibre channel frame chia thành 2 Ethernet frame.

Hình 10. Cấu Trúc Frame FCoE
3.3 Lossless (Không tổn hao):
Một thách thức đối với chuyển Fibre Channel Frame over Ethernet là transport không
tổn hao. Sự tắc nghẽn trong hệ thống mạng lossless là một vấn đề cần phải được quản lý.
Fibre Channel truyền thống quản lí sự tắc nghẽn thông qua việc sử dụng level-link và cơ
chế kiểm soát luồng nhằm đảm bảo không có sự mất mát các framr ở trạng thái bình
thường. Ethernet kết hợp với giao thức TCP/IP, nó sử dụng gói tin để giảm cơ chế kiểm
soát luồng. Nó không được sử dụng đối với các lưu lượng lưu trữ (Storage traffic).
May mắn thay, Ethernet điển hình có một tính năng Pause do đó một port nhận ở
trạng thái Busy thì nó sẽ gửi một frame điều khiển đến port truyền để thông báo về trạng
thái busy của nó để cho port truyền biết và Pause lại. Việc sử dụng tính năng của IEEE
802.3x cho phép FCoE có thể traffic qua hệ thống mạng Ethernet mà không bị mất gói
tin.
17


Hình 11. Lossless Fibre Channel và Lossless Ethernet

3.4 Ánh xạ địa chỉ giửa FC và FCoE- Mapping

Vấn đề tiếp theo là thay thế đường kết nối của Fibre Channel trên đường truyền
ethernet không tổn hao.Các Switch của FC duy trì một bảng chuyển tiếp (forwarding
table) gọi là FC-IDs. Các FC witch căn cứ vào bảng chuyễn tiến này để tìm ra một đường
kết nối tốt nhất để chuyển tiếp frame đến nợi nhận. Các đường kết nối FC thường là
những đường kết nối điểm-điểm (point to point) vì thế không cần phải có địa chỉ trong
phân lớp kết nối này. Trong khi đó, Ethernet thì lại không dùng cấu trúc end-to-end như

cấu trúc của FC. Vì thế mạng lưu trữ sữ dụng FCoE cần thiết phải có địa chỉ MAC để
chuyễn tiếp gói tin đến nơi nhận.


Hình 11. Ánh xạ địa chỉ FC và FCoE (Address mapping)


18



Việc ánh xạ địa chỉ giữa FC và FCoE được thể hiện qua các bước:

1) Fibre Channel N_port trong mãng lưu trữ gửi frame với destination FC_ID
(D_ID=1.1.1) và Source FC_ID (S_ID= 7.1.1)
2) Switch của FC ở Domain 7 nhận frame. Căn cứ vào bảng chuyễn tiếp
forwarding table, switch chuyễn tiếp ra port với path ngắn nhất được xác định
bằng thuật toán Fabric Shortest Path First (FSPF).
3) Switch Domain ID 3 nhận được frame và tiến hành tìm kiếm tương tự bước
hai. Tuy nhiên Frame FC lần này được truyền qua đượng mạng Ethernet hổ trợ
FCoE vì thế cần pahir được đóng gói bởi bộ phận FCoE trong Switch. Sau đó,
Frame được truyên tra port có path ngắn nhất.
4) Việc đóng gói vẫn giữ nguyên các S_ID và D_ID, bộ phận FCoE sẽ thêm vào
destination MAC và Source MAC.
5) Quá trình mở gói và đóng gói với địa chỉ MAC phù hợp được tiếp tục thực
hiện ở switch ethernet có địa chỉ MAC B.
6) Khi frame được truyền đến nơi nhận, frame FCoE được mở gói và frame FC
được chấp nhận vì khới với FC_ID 1.1.1

3.5 Ví dụ về mạng FCoE

FCoE có thể được triễn khai trên nhiều dạng topology tùy thuộc vào nhu cầu của danh
nghiệp. Dưới đây là một mô hình ứng dụng FCoE đơn giản. Switch FCoE sẽ chuyễn tiếp
các frame thuộc về ethernet đến mạng Lan và chuyễn các fame thược về Fibre Channel
đến SAN.










Hình 12. FCoE topology

19

4. Kết Luận

Fibre Channel over Ethernet cho phép các data center của các công ty tăng cường
việc ảo hóa server trong vài năm tới. FCoE cho phép hợp nhật O/I tạo ra các lợi
ích sau:
 Giãm thiểu số lượng card mạng trên một server
 Giãm thiểu công suất tiêu tán của server và công suất dành cho việc làm
mát.
 Giãm thiểu đáng kể số lượng kết nối, cáp.
 Thống nhất kế nối giửa SAN và LAN trong khi vẫn giữ được các lợi điểm
của chúng.