Introduction au FCoE

juillet 30, 2014  |   Actualités,Blog   |     |   0 commentaire

Introduction

Comme nous l’avions déjà abordé dans un article précédent, le câblage en DataCenter est un enjeu majeur, notamment parce qu’il représente un centre de coût important.
Nous allons voir au cours de cet article ce qu’est le FCoE (Fibre Channel over Ethernet) et en quoi le FCoE peut être un élément de réponse à la problèmatique du câblage.

Qu’est ce que le FCoE

Dans le DataCenter, il y a deux mondes complètement distincts qui nécessitent du câblage. Pour le stockage, le Fibre Channel ou FC est utilisé, tandis que pour le réseau de données, Ethernet et IP sont la norme. Chacun utilise un réseau dédié complètement distinct, ce qui signifie des équipements actifs et du câblage séparés.
L’idée du FCoE est de réutiliser Ethernet, qui a l’avantage d’être largement répandu avec des adaptateurs bon marché, pour transporter des trames FC.

Contrairement à ce que l’on peut lire et entendre parfois, FCoE n’est pas à proprement parler une encapsulation de Fibre Channel dans des trames Ethernet. Pour bien comprendre le fonctionnement, il faut d’abord comprendre la structure de Fibre Channel.
Fibre Channel ne suit pas le modèle OSI, mais possède une structure à peu près similaire composée de 5 couches :

  • FC-0 : la couche physique, qui définit les connecteurs et le câblage (equivalent du PHY du modèle OSI)
  • FC-1 : la couche de données, qui définit le protocole de transmission (utilisation du codage 8b/10b)
  • FC-2 : la couche réseau, qui définit le format des trame FC
  • FC-3 : la couche de service, qui peut éventuellement servir à implémenter du chiffrement ou du RAID
  • FC-4 : la couche application, i.e. le SCSI

Le FCoE utilise Ethernet pour remplacer les couches FC-0 et FC-1 du Fibre Channel, et transporte les couches supérieures FC-2 à FC-4 au dessus d’une couche intermediaire servant à faire le lien entre les deux (notamment le mapping entre les adresses MAC et les FC-ID)

stack

Pré-recquis au FCoE

Le SCSI est un protocole qui supporte très mal la perte de donnée. Le FCoE doit donc implémenter un réseau “sans perte”. Pour cela, quelques modifications ont été apportées au 10G Ethernet :

Priority Flow Control ( IEEE 802.1Qbb) : implémente les trames ethernet “PAUSE” envoyées en cas de congestion par classe de service (CoS)
Enhanced Transmission Selection (IEEE 802.1Qaz) : Gestion de la bande passante réservée par CoS
Data Center Bridging eXchange Protocol (DCBX) : Utilise LLDP pour négocier les capacités du port connecté concernant les fonctionnalités précédentes.

Ces améliorations sont regroupées sous le terme DCB (Data Center Bridging)

Le protocole FCoE

Le FCoE utilise deux types de trames différentes définies dans le standard FC-BB-5
– les trames FCoE qui sont des trames ethernet avec l’ethertype 0x8906.
Ces trames transportent le SCSI, il s’agit donc du plan de données du FCoE
les trames FIP (FCoE Initialization Protocol) avec l’ethertype 0x8914, qui forment le plan de contrôle du FCoE.
FIP est chargé entre autre de la découverte du VLAN FCoE et du FLOGI (Fabric LOGIn, i.e. l’enregistrement Fibre Channel d’une carte FC auprès d’un switch FC)

Quels avantages apporte le FCoE

L’utilisation du FCoE amène plusieurs changements dans le datacenter :
Au niveau des serveurs, au lieu d’avoir deux HBA pour le FC, deux NIC Ethernet pour le trafic de production, et éventuellement encore d’autres NIC dédiées pour le management et/ou la sauvegarde, le FCoE combiné au 10GE permet de réduire tout cela à deux cartes 10Gb/s capables de faire du FCoE et de l’Ethernet.

Pour le serveur, il n’y aura pas de différence puisque les cartes en question vont présenter un driver Ethernet et un driver FC. L’OS verra donc deux cartes physiques et n’aura pas connaissance du FCoE.

Pour les cartes réseau Fibre Channel, on utilise le terme HBA (Host Bus Adapter), tandis que le terme NIC (Network Interface Card) est utilisé pour l’Ethernet. Les cartes 10GE capables de faire du FCoE sont nommées CNA pour Converged Network Adapter

Converged_Network_Adapter

Ensuite, au niveau des équipements actifs du réseau, le FCoE remplace les switches SAN et Ethernet par des switches capables de faire à la fois du FC de l’Ethernet et du FCoE. Le FCoE est utilisé en général au niveau de la couche d’accès dans la topologie, c’est à dire pour les switches qui connectent directement les serveurs.

FCoE

L’utilisation du FCoE (et donc du 10GE) a donc plusieurs effets bénéfiques :

  • Moins de cartes réseau sur les serveurs, ce qui réduit la consommation électrique
  • Une réduction significative du câblage et donc des coûts et des problèmes récurrents qui y sont associés
  • Une rationnalisation du nombre d’équipements réseau, ce qui veut dire moins d’achat de switch, moins de consommation électrique et moins de points de management différents

Mais ces avantages ne viennent pas sans quelques inconvénients

  • C’est une technologie relativement récente :

Le standard FC-BB-5 a été publié en mai 2010 par l’ANSI, et le DCB est devenu une norme IEEE seulement en juin 2011. Les compétences en FCoE sont donc encore rares, et les équipes techniques souvent frileuses pour se lancer dans une nouvelle technologie qu’elles ne maitrisent pas.

– L’investissement initial est important :
Pour construire une infrastructure FCoE, il faut s’équiper de switches 10GE FCoE pour remplacer les switches classiques. D’autres solutions de convergence LAN/SAN comme le iSCSI sont souvent préférées par les petites structures car elles ne remettent pas en cause l’architecture existante.

  • Le defi organisationnel :

Dans les grandes entreprises, le LAN et le SAN sont souvent opérés par des équipes différentes. La mise en place du FCoE amène une réorganisation du travail entre ces équipes qui doivent intervenir sur les mêmes équipements. Les problèmes de responsabilités et d’organisation font que beaucoup d’équipes ne voient pas d’un bon oeil cette convergence LAN/SAN.

Conclusion

On voit donc que le FCoE a beaucoup d’avantages. La tendance à l’utilisation de la virtualisation qui nécessite du stockage SAN, et le besoin de rationnaliser les équipements en data center plaident en la faveur du FCoE
Cependant, c’est une technologie qui n’est pas encore largement déployée à cause des facteurs de frein à son adoption (justifiés ou non) que nous avons vu et qui n’arrivera sans doute qu’avec l’adoption massive du 10GE dans le réseau.

Références

http://www.ieee802.org/1/pages/802.1bb.html
http://www.ieee802.org/1/pages/802.1az.html
http://www.fcoe.com/09-056v5.pdf
http://www.bswd.com/ETS11/ETS11-DeSanti.pdf