本篇將介紹UCS的三大核心技術(shù)之一Unified Fabric（統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)，或者統(tǒng)一架構(gòu)）。那么什么是Unifed Fabric呢？簡(jiǎn)單地來說，就是通過萬兆級(jí)別以上以太網(wǎng)來整合數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)（比如FCoE）等流量。在深入介紹Unified Fabric之前讓我們了解一下數(shù)據(jù)中心的現(xiàn)狀。

數(shù)據(jù)中心的現(xiàn)狀

雖然現(xiàn)在越來越多的數(shù)據(jù)中心拔地而起，而且規(guī)模與日俱增，但是建設(shè)與管理數(shù)據(jù)中心從來都不是一件簡(jiǎn)單的事情，因?yàn)槟茉聪娜遮厙?yán)重，并且找管理方面日趨復(fù)雜。接下來，就主要講解一下和Unified Fabric相關(guān)的管理方面的復(fù)雜性，主要有兩個(gè)方面：

1. 網(wǎng)絡(luò)過多，一個(gè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)，會(huì)有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)存在，肯定包括普通的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，或者還會(huì)有一個(gè)用于服務(wù)器集群的網(wǎng)絡(luò)。而且每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都需要有它們單獨(dú)的網(wǎng)卡，交換機(jī)，空間，電力和空調(diào)等設(shè)備，還包括許許多多很讓人頭疼的線。雖然下圖略顯夸張，但是也是能非常好地表現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心的雜亂。
2. 團(tuán)隊(duì)過多，在現(xiàn)有大中型數(shù)據(jù)中心中，每種類型的設(shè)備都會(huì)有一個(gè)專業(yè)的團(tuán)隊(duì)來維護(hù)，比如有網(wǎng)絡(luò)團(tuán)隊(duì)和存儲(chǔ)團(tuán)隊(duì)等。由于這些團(tuán)隊(duì)各司其職，使得在管理方面出現(xiàn)了障礙，同樣這種做法已經(jīng)不適合現(xiàn)在逐漸趨向統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)。

圖1 數(shù)據(jù)中心之現(xiàn)狀（參【1】）

Unified Fabric

由于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)泛濫的問題已經(jīng)非常嚴(yán)重了，所以以Cisco為首的一批廠商推出了Unified Fabric這個(gè)概念，其作用是通過一個(gè)單一的，高速的和高可用的網(wǎng)絡(luò)來整合多種不同類型的流量，比如網(wǎng)絡(luò)流量和存儲(chǔ)流量等，通過整合能極大地簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)中心內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和降低成本。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)整合，一個(gè)Unified Fabric必須有能力判別各種流量，并使用合適的方法來處理它們。還有，Unified Fabric為網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)提供一個(gè)統(tǒng)一的管理接口來更好地支持大規(guī)模虛擬技術(shù)在數(shù)據(jù)中心中實(shí)踐。

接下來，稍微介紹一下Unified Fabric在UCS這款產(chǎn)品內(nèi)的實(shí)現(xiàn)。首先，每個(gè)刀片服務(wù)器都自帶一個(gè)CNA（Converged Network Adapter，融合性網(wǎng)卡），這塊卡內(nèi)置以太網(wǎng)的處理核心和FCoE（Fibre Channel over Ethernet）的處理核心，能同時(shí)發(fā)送和接受數(shù)據(jù)流量和存儲(chǔ)流量。接著，通過Blade機(jī)箱上的Cisco UCS 2100系列Fabric Extender，將CNA直接和Cisco UCS 6100系列Fabric Interconnect連接起來，這樣減少了原本在Blade機(jī)箱層的需要做的一次交換。最后Fabric Interconnect會(huì)根據(jù)流量會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)給不同的上層交換機(jī)，比如，數(shù)據(jù)流量會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)給Cisco Nexus 7000系列網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，存儲(chǔ)流量會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)給Cisco MDS 9000系列光纖交換機(jī)。下圖為Unified Fabric的架構(gòu)：

圖2 Unified Fabric的架構(gòu)（參【2】）

最后，談?wù)刄nified Fabric潛在的影響：很簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò)將會(huì)在整個(gè)數(shù)據(jù)中心起到一個(gè)非常核心的作用，甚至逼近“永遠(yuǎn)的王者”服務(wù)器的作用，從而使得在數(shù)據(jù)中心這個(gè)層次能夠做到“網(wǎng)絡(luò)為王”，當(dāng)然這種局面肯定是思科和她那些CCIE們喜聞樂見的，但是這個(gè)過程將不會(huì)輕松。

基石

其實(shí)Unified Fabric這種想法就像云計(jì)算那樣由來已久，但是由于技術(shù)限制，使得之前的嘗試都以失敗告終，但是由于新技術(shù)不斷地涌現(xiàn)，使得Unified Fabric終于能在2009年正式投入市場(chǎng)。在切入到Unified Fabric的基石之前，讓我們先回顧一下，之前幾個(gè)技術(shù)失敗的原因。

1. Fibre Channel（光纖），由于SAN在性能和管理方面優(yōu)點(diǎn)，使得SAN在企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)市場(chǎng)中占有一個(gè)非常核心的地位，同時(shí)Fiber Channel身為SAN的傳輸介質(zhì)，使得其在數(shù)據(jù)中心中有一定程度的覆蓋，但是通過Fiber Channel是無法實(shí)現(xiàn)Unified Fabric，因?yàn)樗皇腔谝蕴W(wǎng)的。
2. Infiniband，它是一種基于交換的串行 I/O 互連體系結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度為每方向 2.5Gb/s 或 10Gb/s（每端口），并且在HPC（High-performance computing）環(huán)境中大行其道。 它的缺點(diǎn)也在于它不是基于以太網(wǎng)的。
3. iSCSI，iSCSI是通過以太網(wǎng)提供了塊存儲(chǔ)，它使用了最通用的TCP/IP協(xié)議來傳送SCSI命令。它最大優(yōu)點(diǎn)就是靈活，因?yàn)樗腔谧钔ㄓ玫腡CP/IP協(xié)議。但是也因?yàn)樗腔诓皇且钥斐雒腡CP/IP協(xié)議，導(dǎo)致不論是傳輸成本還是處理成本都是非常高昂的，還有它不支持Fibre Channel。

接下來，就跟大家介紹一下Unified Fabric的六大基石：

FCoE

FCoE是近期最灸手可熱的技術(shù)之一，它的作用是通過一對(duì)一對(duì)應(yīng)的方式，直接把光纖通道幀映射成以太網(wǎng)幀。因?yàn)椴挥肐P協(xié)議，所以無需額外的開銷，在性能上接近光纖。同時(shí)支持無須重試即可保障低時(shí)延的機(jī)制。下面它主要優(yōu)點(diǎn)：

1. 減少了線和卡的使用，因?yàn)榇鎯?chǔ)和網(wǎng)絡(luò)的流量都可使用同一根以太網(wǎng)線和同一塊融合網(wǎng)卡，這樣既能簡(jiǎn)化管理，又能減少能源的消耗。
2. 它并不是一種隧道協(xié)議，能提供和光纖同水平的性能，適合那些需要高強(qiáng)度I/O的應(yīng)用。
3. 能夠很好地和現(xiàn)有的SAN進(jìn)行整合，不僅能讓公司保留現(xiàn)有的光纖通道架構(gòu)，還能保持現(xiàn)有的光纖通道管理工具。

但是過去的以太網(wǎng)是無法支持FCoE的，因?yàn)樗詭б粋€(gè)“Buffer-to-buffer Credit”的機(jī)制來降低網(wǎng)絡(luò)阻塞的潛在影響，這個(gè)機(jī)制的作用是如果丟失一個(gè)幀，光纖通道不會(huì)像TCP一樣馬上停止直到恢復(fù)丟失的幀，而是以數(shù)千兆的傳輸速率重新發(fā)送整個(gè)序列的幀。所以FCoE需要跑在Lossless（無損失）以太網(wǎng)，因?yàn)長(zhǎng)ossless以太網(wǎng)自帶的“Pause”機(jī)制能幫助FCoE實(shí)現(xiàn)“Buffer-to-buffer Credit”。

萬兆以太網(wǎng)

由于現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)流量不斷地成長(zhǎng)，使得對(duì)高速以太網(wǎng)的需求與日俱增。在虛擬環(huán)境中，更是如此，因?yàn)橛捎趨⑴c動(dòng)態(tài)遷移的兩臺(tái)主機(jī)必須在同一個(gè)Layer 2網(wǎng)段，導(dǎo)致在一個(gè)個(gè)龐大的Layer 2的網(wǎng)段不斷誕生。還好隨著10Gb低耗電的SFP+標(biāo)準(zhǔn)誕生，使SFP+ Direct Attch 銅線（CX1）能在低價(jià)的情況下實(shí)現(xiàn)萬兆以太網(wǎng)。還有，在未來還會(huì)出現(xiàn)40G和100G以太網(wǎng)技術(shù)。

Lossless （無損失）以太網(wǎng)

Lossless以太網(wǎng)是定義在IEEE 802.3 – Annex 31B，并主要通過Pause機(jī)制來實(shí)現(xiàn)Lossless以太網(wǎng)，而Pause機(jī)制是就是在一段時(shí)間內(nèi)阻礙數(shù)據(jù)frames的傳輸。Lossless以太網(wǎng)的好處是不會(huì)掉Frame，能讓FCoE很好地在Lossless Ethernet上運(yùn)行。但是當(dāng)出現(xiàn)堵塞的時(shí)候，會(huì)增加相關(guān)的成本。

Data Center Bridging（數(shù)據(jù)中心橋接）

Data Center Bridging，由IEEE 802.1 Data Center Bridging Task Group負(fù)責(zé)，且處于臨近發(fā)布的狀態(tài)，也被稱為“CEE（Converged Enhanced Ethernet，統(tǒng)一增強(qiáng)以太網(wǎng)）”。通過Data Center Bridging協(xié)議將為Unified Fabric搭建更強(qiáng)大的基礎(chǔ)。

這整套協(xié)議共分四部分：

1. Priority Flow Control（流量?jī)?yōu)先級(jí)控制） IEEE 802.1Qbb (PFC) ：這個(gè)協(xié)議主要是給網(wǎng)絡(luò)中的各種流量進(jìn)行優(yōu)先級(jí)設(shè)定，來更好地管理流量，同時(shí)它也可以被認(rèn)為是增強(qiáng)版的“Pause”機(jī)制。
2. Enhanced transmission selection（增強(qiáng)傳輸選擇）IEEE 802.1Qaz (ETS) ：允許低優(yōu)先級(jí)的流量使用高優(yōu)先級(jí)流量閑置的帶寬，并且可以超出各自的帶寬保證，來使帶寬管理更彈性化。
3. Data Center Bridging Exchange（數(shù)據(jù)中心橋接交換）(DCBX) ：DCBX協(xié)議主要用于發(fā)現(xiàn)同伴（peers），并與對(duì)方交換自己的配置信息。
4. Congestion Management（阻塞管理） IEEE 802.1Qau (QCN) ，這個(gè)協(xié)議通過諸如設(shè)定一個(gè)阻塞點(diǎn)等措施來管理阻塞。

TRILL（Transparent Interconnection of Lots of Links）

TRILL是一個(gè)最新的IETF協(xié)議，常被稱為RBridges或者Routing Bridges。TRILL技術(shù)是運(yùn)行在Layer 2，它主要整合了網(wǎng)橋和路由器的優(yōu)點(diǎn)，也就是說，將Link State Routing（鏈路狀態(tài)路由）技術(shù)用在Layer 2，而且不會(huì)干擾上層路由器的工作?？傮w而言，TRILL是為了替代STP（Spanning Tree Protocol）而誕生的。它的好處主要有三，其一是能替換STP這已經(jīng)略顯衰老的技術(shù)。其二是提高了對(duì)單播和多播在多路方面（Multi-Pathing ）的支持。其三是減低了延遲。

CNA（Converged Network Adapter）

CNA是一個(gè)非常讓人容易理解的技術(shù)，它就是將以太網(wǎng)的處理核心和Fibre Channel處理的核心放置在同一張網(wǎng)卡上，在運(yùn)行的時(shí)候，通過查看每個(gè)以太網(wǎng)幀的頭部，來判斷這個(gè)幀應(yīng)該用哪一個(gè)核心來進(jìn)行處理。同時(shí)對(duì)操作系統(tǒng)而言，每個(gè)CNA在系統(tǒng)中會(huì)顯示為兩塊卡，一塊為普通的網(wǎng)卡，而另一塊是Fiber Channel卡。

不足

瑕不掩瑜，Unified Fabric還是兩方面瑕疵的：其一是FCoE接受度的問題，雖然FCoE“出身名門”，它既有Fibre Channel的“真?zhèn)?#8221;，又繼承以太網(wǎng)的“精髓” ，但是FCOE缺遇到一個(gè)非常強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手iSCSI。據(jù)美國(guó)Forrester咨詢公司的一項(xiàng)調(diào)研顯示，僅有27%的用戶會(huì)考慮采用FcoE, 而大部分用戶(56%)會(huì)考慮長(zhǎng)期使用iSCSI在萬兆以太網(wǎng)絡(luò)上，說明人們對(duì)FCoE的未來并沒有極為樂觀。還有，F(xiàn)CoE存在諸如于協(xié)議不能做路由和不能做點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接等問題。其二是價(jià)格，由于現(xiàn)在Unified Fabric從整體而言，還處于一個(gè)非常初期的階段，所以現(xiàn)在的供應(yīng)商非常稀少，而且產(chǎn)量有限，導(dǎo)致其現(xiàn)在的價(jià)格稍微偏離了主流市場(chǎng)。

本篇結(jié)束，下篇將分析為什么說UCS是“為虛擬化而生”？

參考資料

1. Unified Computing Deep Dive Overview。
2. A Platform Built for Server Virtualization: Cisco Unified Computing System。