什么是 IP 光纤通道 (FCIP)

IP 光纤通道 (FCIP) 是一种连接基于光纤通道的存储区域网络并将其扩展到远距离的技术。FCIP 包含多种针对存储数据移动优化的传输技术，并使用互联网协议 (IP) 在广域网上移动数据。

对于数据分布在多个地理位置的企业（例如办公楼、数据中心、灾难恢复数据中心以及云端）而言，这项技术至关重要，因为它能够快速高效地传输数据，并且延迟低。

IP 光纤通道 (FCIP) 如何工作？

FCIP 本质上是一种隧道协议，它利用广泛可用的 IP 网络来连接地理分布的光纤通道 (FC) 存储区域网络 (SAN)。FCIP 将光纤通道的功能与 TCP/IP 相结合，有效地将整个 FC 堆栈定位在 TCP 堆栈内。

TCP/IP 代表一组管理计算机系统之间互联网连接的规则。它决定了数据如何交换、如何拆分成数据包，以及如何对各种数据包进行寻址、传输、路由和接收，具体如下：

  • 传输控制协议 (TCP) - 在网络上创建通信通道，并处理数据包的拆解以进行传输，然后在接收点进行重组。
  • 互联网协议 (IP) - 确保数据包被正确寻址，以便它们到达正确的目的地（IP 地址）。
这套通信协议在互联网应用程序与其底层的路由和交换结构之间形成了一个抽象层，规定了哪些流量应该流向何处。

传输控制协议 (FCIP)


TCP 机制通过将 FCIP 链路绑定到 TCP 连接，为 FCIP 提供了拥塞控制、错误检测和错误恢复等功能，从而将存储网络和远程网络结合起来。

互联网协议 (Internet Protocol)


FCIP 使用 IP 进行互联网传输，同时保留了使用 SAN 管理工具对远程 SAN 进行管理的重要功能。随着千兆以太网、万兆和新兴 400 千兆技术的出现，IP 的性能得到了大幅提升，可用的带宽也极大地提升了 FCIP 的价值和成本效益。

FCIP 隧道


FCIP 隧道通过 IP 网络传输光纤通道流量，方法是将 FC 数据帧拆分，在隧道内将其放入 IP 数据包中，并在数据包离开时进行重构。这种点对点隧道方法可以透明地连接两个或多个 SAN 结构，这些结构位于它们之间的 IP 网络上。

IP 光纤通道的重要性

使用光缆建立远距离的直接光纤通道连接成本高昂——相比之下，搭载在现有的、几乎无处不在的 IP 网络上则更具成本效益。由于 IP 技术在吞吐量方面的进步，光纤通道 (FC) 在长距离连接中使用 IP 是合理的。

这也为更低成本的企业灾难恢复打开了大门。它允许企业将灾难恢复站点设在东西海岸，或地理和气候模式不同的不同州，以实现冗余。如果一个地区的电网出现故障，另一个地区应该不会受到影响并立即恢复。

在某些情况下，跨 IP 网络从一台 FC 交换机到另一台 FC 交换机的透明隧道可以将 SAN 管理功能扩展到整个大陆。

IP 光纤通道用例

光纤通道被广泛使用，并因其诸多原因而受益。以下是一些最常见的企业应用：

  • 互连 SAN 孤岛——存储区域网络 (SAN) 可以分布在很远的地方，从数百公里到整个大陆。
  • 灾难恢复数据中心——FCIP 能够以经济高效、可靠且可重复的方式将大量数据从一个 SAN 移动到另一个 SAN，从而扩展灾难恢复位置。
  • QoS 改进——FCIP 可以提供 SAN 和许多应用程序所需的更高服务质量 (QoS) 级别。
  • 远程备份——该协议允许以更低的成本在更长的距离上进行备份和复制。
  • 远程计算——FCIP 的低延迟和成本效益使得在不同地区之间共享资源和移动数据成为可能。
  • 简化的 SAN——使用该协议可以简化大型分布式 SAN 网络的管理，并通过利用现有 IP 网络来降低成本。
FCIP 还可以用于结合光纤通道和互联网小型计算机系统接口 (iSCSI) 的功能。作为补充存储解决方案，FCIP 可以通过 IP 网络连接 FC 岛，而 iSCSI 可以帮助基于 IP 的主机访问 iSCSI 或 FC 连接的存储。

然而，它们通常用于不同的目的——SCSI 命令支持通过 IP 网络进行磁盘输入/输出访问。FCIP 使用 IP 在 IP 网络上传输 SCSI 和非 SCSI 帧。

FCIP 的优势

FCIP 为企业带来诸多优势，包括：

  • 更低延迟——远距离高效运行，并包含窗口缩放和选择性确认等功能，以加速传统的 TCP 流量。
  • 数据包合并——通过将多个较小的数据包重新打包成一个较大的数据包，进一步降低延迟。
  • 动态路径控制——查找并使用到远程位置的最快路径。
  • 减少拥塞——找到最佳路径，以实现跨网络的最高性能。
  • 实时重建丢失的数据包——消除多次往返重传时常见的延迟。
  • 重新排序乱序的数据包——自动识别并重新排序乱序的数据包。
  • 增加灵活性——允许组织使用 FC 连接实现低延迟和关键任务存储，使用 IP 实现非实时或低成本存储和应用程序。
FCIP 的挑战

虽然 FCIP 优势众多，但也存在一些众所周知的局限性。

相比纯光纤通道，存在一些妥协


FC 和 IP 的结合能够提供各种附加服务，并能够以经济高效的方式实现更远距离的灾难恢复和数据传输，但其缺点是，在性能、可靠性、数据完整性或可管理性方面无法与纯 FC 相媲美。由于 FC SAN 使用 IP 网络，因此其正常运行时间高于 FCIP。

与纯 FC SAN 相比，IP 网络更容易出现网络延迟、数据包丢失和延迟。使用 FCIP 的流量、应用程序和数据应明确定义，关键流量应保留在 FC SAN 内。

安全性不足


FCIP 本身并不具备安全性。这是许多协议和应用程序的通病，它们在设计之初就注重功能，而安全问题则在之后才显现出来。幸运的是，IPSEC 协议套件提供了数据保密性、身份验证服务和密钥管理服务。

复杂性


FCIP 的故障排除和性能分析可能比较棘手。在 FC SAN 中，需要知识渊博且经验丰富的 SAN 管理员来解决问题；但在 FCIP 中，SAN 和 IP 网络的专业知识本质上是评估跨越 FC 结构、IP LAN 和 IP WAN 的整个数据路径。

总结

FCIP 和 FC SAN 在企业领域都有各自的应用。FCIP 能够使用路由器连接远距离 SAN，在 SAN 结构之间传输数据，而无需在站点之间铺设昂贵的 FC 线缆。现有的 LAN 和 WAN 可以提供互连。

FCIP 也是降低灾难恢复成本的绝佳方法——使用 FC 远距离镜像数据中心成本不菲。添加 IP 可以降低成本，并实现可靠且相对快速的大量数据传输。

许多组织已经在 FC 和 IP 上进行了大规模投资，并使用基于 IP 的 WAN 实现多种功能。将 FCIP 搭载到现有 IP 网络上，可以为扩展 SAN 提供一种简单且经济高效的解决方案。