【YD通讯标准】 基于 FDN 的存储网络技术要求

ICS33.040.40
中华人民共和国通信行业标准
YD/T33072017
基于FDN的存储网络技术要求
Technical specification for FDN based Storage metwork2017-11-07发布
中华人民共和国工业和信息化部2018-01-01实施
前言：
规范性引用文件.
3缩略语、
基于FDN的存储网络需求和应用场景4
4.1需求分析
4.2应用场景，
4.3存储网络对FDN的需求
4.4组网模式
5基于FDN的存储网络功能架构
5.1参考架构
5.2功能模块.
5.3参考模型.
6控制面技术要求.
6.1FC端口描述.
6.2FC控制协议，
6.3FC路由同..
7北向接口技术要求.
7.1北向接口定义
7.2北向接口功能描述
YD/T3307—2017
YD/T3307-2017
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任本标准由中国通信标准化协会提出并归口。本标准起草单位：华为技术有限公司、中国信息通信研究院、中国电信集团公司、中国联合网络通信集团有限公司。
本标准主要起草人：陈昊、宋伟、江兴烽、万小兰、程莹、刘军、周超。1范围
基于FDN的存储网络技术要求
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本标准规定了基于FDN的数据中心存储网络技术要求，包括基于FDN的存储的网络功能架构、网络转发面功能、网络控制面功能及网络管理功能等。本标准适用于基于FDN的数据中心存储网络。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。IEEEStd802.1Qbb-2011局域网和城域网网络－媒体访问控制（MAC）桥和虚拟桥接局域网网络-修订17：基于优先级的流量控制(MediaAccessControl(MACBridgesandVirtualBridgedLocalAreaNetwork-Amendment17:Priority-basedFlowControl)IEEEStd802.1Qaz-2011局域网和城域网.媒体访问控制(MAC)桥和虚拟桥局域网-修订18:流量级别间共享带宽用增强型传输选择(MediaAccessControl(MAC)BridgesandVirtualBridgedLocalAreaNetworks-Amendment18:EnhancedTransmissionSelectionforBandwidthSharingBetweenTrafficClasses)3缩略语
下列缩略语适用于本文件。
融合网络适配器
数据中心桥接协议
光纤通道
光纤通道以太网络
未来数据网络
FCoE初始化协议
主机总线适配器
小型计算机系统接口
局域网
存储区域网络
小型计算机系统接口
软件定义存储网络
ConvergedNetworkAdapter
DataCenterBridging
FibreChannel
Fibre Channel over Ethernet
FutureDataNetwork
FCoEInitializationProtocol
Host Bus Adapter
Internet SmallComputer Serial Interface InternetLocal Area Network
StorageAreaNetwork
SmallComputerSerial InterfaceSoftwareDefinedStorageNetworkYD/T3307——2017
存储网络边界设备
4基于FDN的存储网络需求和应用场景4.1需求分析
Storage Network Edge
基于FDN的存储网络的需求主要包括以下三个方面：a）网络融合的需求。希望统一由以太网终承载，业务流量与存储流量在基于以太技术的LAN内进行融合传输，简化网络设备数目以降低，提高网络的可管理性；b）多种存储流量统一传输的需求。同一套物理网络需能够承载多种SAN流量（如iSCSI流量与FCoE），实现多种SAN流量的混合传输，可同时满足不同应用的SAN组网需求；c）大规模组网需求。可适应节点数目较多的场景，特别是虚拟化场景下，多虚拟机、高动态性的大规模组网。简化控制面设计，减少管理面开销，从而适应大规模、高动态性的存储网络组网。4.2应用场景
4.2.1存储网络应用现状
存储网络是一种面向网络的存储结构，以数据存储为中心。SAN采用可扩展的网络拓扑结构连接服务器和存储设备，并将数据的存储和管理集中在相对独立的专用网络中，面向服务器提供数据存储服务。现阶段，存储网络主要应用在大型企业级存储方案中。4.2.2现有组网模式
当前存储网络针对各种类型的业务组网模式主要有以下三种：a）基于FCSAN技术的数据中心组网模式。整个网络的架构可以分为前端网络、服务器群和后端网络三部分。所有存储流量只存在于后端FC网络中，服务器群与存储设备间通过FCSAN互连，服务器采用专门的FCHBA卡接入FCSAN网络。FCSAN由FC交换机组成，基于FC交换技术进行通信。FCSAN组网中存储网络与业务网络是独立的两张物理网络，存储流量与业务流量物理隔离。典型的FCSAN组网模式如图1所示。LAN
前端网络
服务器群
后端网络
图1FCSAN组网模式
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b）基于IPSAN技术的数据中心组网模式。整个网络的架构也可分为前端网络、服务器群和后端网络三部分。现有的IPSAN技术主要基于iSCSI技术实现。存储流量与业务流量均由IP承载，但服务器采用不同的物理网卡承载存储流量与业务流量，也即仍然是独立的两张物理网络，保证存储流量与业务流量的物理隔离。典型的IPSAN组网模式如图2所示。LAN
前端网络
服务器群
后端网络
图2IPSAN组网模式
c）基于FCoE技术的数据中心组网模式。服务器和存储设备均以FCoE方式接入网络。业务网络与存储网络在形式上合并为同一张物理网络，业务流量与存储流量以融合方式在同一张物理网络内传输。服务器通过CNA卡接入网络，交换机均需支持FCoE。FCoE的典型组网模式如图3所示，
融合网络
服务器群
磁盘阵列
4.3存储网络对FDN的需求
FCoEEnable
图3FCoE组网模式
存储网络发展的目标，是将存储网络与业务网络融合为一张物理网络，精简设备复杂度，通过集中控制来简化控制面复杂度，最终达到可控、可管、易运维的目的。基于FDN的存储网络主要需要解决以下几个问题。a）简化网络拓扑结构：现有数据中心的存储网络，包括FCSAN，IPSAN及FCoESAN均需将业务网络和存储网络分为两张物理子网，拓扑结构的精简度不足。因此，存在将两张物理子网统一成一张物理网络的需求。
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b）简化控制面协议复杂度：FCSAN及FCoESAN的组网均需FC协议栈的支持，现有FC协议栈的控制面为分布式实现，其主要问题在于网络规模扩大时控制面协议复杂度显著上升，最终导致存储网络规模受限。因此，存在简化控制面协议复杂度的需求。c）降低网络设备复杂度：FCSAN组网要求整个存储网络均使用FC交换机，也即需实现FC协议栈，其设备复杂且价格昂贵；FCoE组网要求数据中心内以太网交换机，包括接入层和核心层交换机均需具备FCoE能力，也即需实现FC协议栈，导致设备复杂度高。因此，需精简设备结构，最终达到仅需部分交换设备支持FC协议栈的目的。d）提高网络对业务的感知能力：1）存储网络的快速自动部署；
2）增强存储网络网元的可视性，提高网络故障诊断的速度。e）兼容多种定义的存储流量，包括FC、FCoE及iSCSI流量。4.4组网模式
基于FDN的数据中心存储网络组网模式如图4所示。中心
控制器
统一存储网络
服务器群
及磁盘阵列
无损以太网络
CNA CNA (CNACNA CNACNA HBACHBA服务器
FCoE存储
FC存假
图4基于FDN的数据中心存储网络组网模式引入FDN之后，存储组网控制面与转发面分离，其中边缘设备实现对FCoE流量与iSCSI的统一转发，SDSNController作为逻辑实体，可以是集成在核心交换机上的controlagent模块，用于转发面与控制面的协议交互，也可以是独立的物理设备，如实现在物理服务器上。。转发面：网络中存储网络边界设备（SNE）需支持FC协议栈以支持FCoE转发，需提供FCoE接口或FC接口以适应不同接口类型的存储设备接入需求；网络中非边缘交换设备无需支持FCoE协议栈，仅需支持IEEE802.1DCB相关协议即可，转发方式采用普通以太转发。。初期网络层网元级的互联互通及数据流转发仍采用商业FCoE转发芯片，后期待openflow流表芯片发展成熟，逐步向openflow流表转发演进。现有商业FCoE芯片已比较成熟，且已经具备规模部署，兼容现有网络硬件条件。4
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。控制面：完成网络拓扑的发现与构建、为端口分配地址、提供集中式的名字服务、ZoningACL的下发、FC/IP路径的计算及表项的下发。。管理面：SDSNController提供基于网络的北向接口，提供给FDNController或网管使用。5基于FDN的存储网络功能架构
5.1参考架构
图5所示是基于FDN的存储网络抽象架构，网络中部署的网元包括：SDSNController、存储网络边界设备（SNE）及由支持IEEE802.1DCB功能的以太交换机组成的无损以太网络。SDSNController是个软件系统，可以内置在网络设备中，也可以部署在一个独立的服务器中。SDSNController是整个网络的控制面，对整个网络进行集中控制。SDSNController控制的网络范围根据实际情况，由网络管理员进行定义。
控制面通路
SDSN控制器
无损以太网络
SCSISNE
服务器
Eiscsi
服务器
数据面通路
图5基于FDN的存储网络参考架构FCoEiSCSI
SDSNController提供北向接口，该接口可供FDN控制器调用进行存储网络的创建、配置与管理。北向接口提供的主要功能包括：a）创建与配置无损以太网络。无损以太网络中的交换机支持IEEE802.1DCB实现。FDN控制器通过SDSNController北向接口创建无损以太网络，提供带宽、时延等要求。SDSNController将上述要求映射为一组具体的无损以太网交换机参数，对交换机进行具体配置。b）创建与配置FCoE/iSCSI存储网络的功能。FDN控制器可通过北向接口提供存储网络类型及参数配置功能。FDN控制器可通过SDSN的北向接口配置存储网络类型为iSCSI或者FCoE，分别可配置带宽、Zoning配置等参数；
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c）提供存储网络的监控、故障处理和故障定位等功能。SDSNController提供的北向接口有别于传统网络设备的接口，SDSNController提供的北向接口是基于网络视图的接口。同时，SDSNController也向第三方应用开放编程接口，提供API编程接口。用于第三方应用利用SDSNController获取存储网络资源（如存储网络拓扑）。存储网络边界设备（SNE）可视作SDSN域中的边缘节点。该边缘节点具有基本的FC路由功能，以保证转发节点与SDSNController和网管之间能够建立控制通道。边缘节点只具有有限的控制面功能（如端口注册和网络基本连通性），SDSNController集中实现大部分控制面功能。边缘节点通过FabricAgent模块接受SDSNController的控制，同时也通过其上报自身的资源和状态（如端口信息）。
转发节点同时仍然需要提供FDNController的北向接口。但是该北向接口功能不包括存储网络协议的功能，只提供转发节点设备本身的管理接口，如电源，电压，单板等管理功能。在存储网络应用FDN技术后，转发面仍然保持现有FCoE存储网络的架构，支持FCoE转发。5.2功能模块
基于FDN的SAN网络参考架构包括如下功能模块，分为三部分：SDSNController相关功能模块、SNE相关功能模块及转发节点。
a）SDSNController相关功能模块及定义：1）网络管理功能：提供北向接口，接收FDNController或网管创建存储网络的需求，将需求映射为对应的网络命令及参数，对边缘节点（SNE）和转发节点进行具体配置。2）网络协议层：为端口进行地址分配；集中计算路由，分发路由信息到SNE;集中计算ZoningACL信息，分发到对应的SNE；提供集中式的名字服务。b）边界设备（SNE）功能：提供FC控制信令（例如FIP）的中继功能，同时具备基于FC地址和基于传统IP的转发能力，使整张物理网络可以实现存储流量的统一转发。c）转发节点功能：网络协议层提供二层转发能力，需支持IEEEStd802.1Qbb-2011及IEEEStd802.1Qaz-2011标准规范，实现无损以太网络。5.3参考模型
根据存储网络的不同情况和不用应用场景，有内嵌式SDSNController和独立SDSNController两种实际组网实例。对于独立SDSNController，又可以根据SDSNController控制的网络范围分为两种组网实例。
三部分功能模块的功能子模块定义及其功能描述如下：a）SDSNController在功能上包括如下五个子模块，如图6所示，分别为：1）地址管理子模块AddressManager：负责网络内FC地址的分配和管理，参见FC-BB-5；2）路由计算子模块Routing：负责生成和维护Fabric内所有FC路由信息，参见FC-SW-5；6
3）名字服务子模块NameService：负责提供FC名字服务，参见FC-GS-6；4）Zone服务子模块ZoneService：负责提供FCZoning服务，参见FC-SW-5；YD/T3307—2017
5）SANFabric管理子模块FabricManager：负责与SNE上的FabricAgent通信，包括接收与处理SNE转发的FIP控制报文，以及向FabricAgent发送请求响应及其它配置信息。Address
manager
service
Routing
Fabric
Manager
service
图6SDSNController功能模块
b）边界设备（SNE）在功能上包括如下五个子模块，如图7所示，分别为：1）FIP虚链路维持子模块FIPVirtualLinkMaintenance：负责周期性发送虚链接保活报文，维持虚链接的active状态。
2）FC控制信令中继子模块FCControlSignalingRelay：负责识别N端口发送的FIP报文，将其正确转发至SDSNController作进一步处理；接收SDSNController计算所得的N端口信息，并将其正确转发至对应的N端口。
3）SANFabric代理子模块FabricAgent：负责与SDSNController的FabricManager通信，识别服务器和存储设备发送的FIP报文并转发至SDSNController，同时转发SDSNController下发给服务器和存储设备的响应报文。
4）FCoE数据转发子模块FCForwarding：数据面组件，负责按地址正确转发FCoE报文。5）Zoning接入控制子模块ZoningACL：数据面组件，负责实现N端口的安全链接。接收来自SDSNController计算的Zoning信息，以ACL的方式对数据报文进行安全隔离。FIPVirtual
maintenance
FCForwarding
FCControl
signaling免费标准下载网bzxz
Fabric
ZoningACL
图7SNE功能模块
c）转发节点
转发节点功能模块示意图如图8所示。转发节点定义为，具有无损以太网功能的数据中心交换机。该交换机需支持数据中心桥接交换协议（DCBX），具体技术要求可见IEEEStd802.1Qbb-2011及IEEEStd802.1Qaz-2011。
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6控制面技术要求
6.1FC端口描述
function
图8转发节点
基于FDN的存储网络完全基于端口通信，FC控制协议在不同类型端口间运行。FC端口通信示意如图9所示。服务器和存储设备侧的端口类型是VN端口：SNE侧的端口类型包括虚拟F端口（VNPort）和虚拟C端口(VC_Port)，SDSNController侧的端口类型是虚拟C端口(VCPort)。端品的功能描述如下：
a）服务器和存储设备通过虚拟N端口（VNPort）与SNE的虚拟F端口(VFPort)通信：b）SNE与SDSNController、SNE间通过虚拟C端口（VCPort）通信。SDSNController
yC Port
VN_Port
Server
6.2FC控制协议
VF_Por
vc_Port
JVF_Port
图9FC端口通信示意
VNPort
Storage
在网络初始阶段，服务器和存储设备上所有与SNE对接的虚拟N端口均进行端口初始化，初始化请求通过向SNE的VF端口发送FIP报文实现。SNE侧对接的虚拟F端口在接收到FIP报文后，将FIP报文封装并转发给SDSNController。SDSNController汇集所有端口的FIP报文，解析请求报文的地址信息及携带的内容，为发送FIP的对应虚拟N端口分配MAC地址和FC地址，通过对应的响应报文给对应设备的虚拟N端口。虚拟N端口解析响应报文中的的内容，获取所分配的地址。本标准涉及的端口间通信扩展消息可分为三类，见表1。8
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