思科Nexus 5000交换机测评：无缝连接以太网和FC

    网络传输传统上一直是在光纤通道(FC)和以太网这两个不同的技术上运行。这就像是采用不同标准的两条铁路，似乎永远也不会交汇在一起。

　　差不多每一个人都认为拥有一个统一的网络可能会带来巨大的财务和管理方面的好处。但是，当探索这对于简化数据中心结构的可能性的问题时，用户遇到了令人失望的和价格昂贵的选择，如撤销光纤通道的投资或者扩大光纤通道网络以接触到每一台服务器和每一个应用程序。

　　2008年一开始通信行业就发出了信号：今年是这两条“铁路”终于汇合在一起的一年。当Brocade公司在今年1月发布DCX产品的时候，我们首先看到了这个事情的一瞥。后来，思科子公司Nuova Systems创建的以太网光纤通道(FCoE)技术在Nexus 5000交换机中达到了成熟的水平，许诺终于把这两种最重要的网络带到了同一个管理旗帜下。

　　今年春季，FCoE概念推出一年之后，思科发布了Nexus 5000万兆以太网交换机。这种交换机支持新的协议并且许诺把光纤通道和以太网通信方便和可靠地合并在一起，就像把不同速度的以太网连接在同一个交换机中的整合在一起一样。

　　Brocade和思科的方法有什么区别?我不能进一步延伸那个铁路的比喻了。但是，如果你首先想到不同铁路的交汇点，那是有帮助的。其次，你将看到进行不同种类运输的一个统一的铁路。

　　事实上，FCoE把两个协议无缝地连接在一起，有可能接触到安装新型适配器的任何应用服务器。这种适配器名为CNA(融合网络适配器)。一个CNA实际上配置了两个协议，在一个10G端口上配置了以太网和光纤通道协议，把需要的服务器适配器的数量减少了一半，同样重要的是显著减少了服务器需要的连接和交换机的数量。

　　FCoE架构的另一个重要组件显然是Nexus 5000交换机。这种设备使用兼容这两种技术的端口实际上把光纤通道与以太网网络连接在了一起。而且，增加一个FCoE交换机仅需要对现有的存储结构做很小的修改(如果需要修改的话)，这应该使客户和其它厂商很感兴趣。

　　思科宣布发布第一个型号的设备Nexus 5020。这台设备的合并速度超过了每秒1TB，几乎没有延迟。这个功能以及给人深刻印象的10G输出端口使这种交换机非常适合用于实施服务器虚拟化。要解释思科官员说的话也许有一点荒谬。他说，采用FCoE，你能够把任何工作量都加在服务器上。

　　谈谈Nexus 5000

　　一台许诺能够在同一条线路上提供以太网和光纤通道服务并且没有数据包丢失和延迟的交换机肯定是值得进行评估的。但是，InfoWorld网站的Mario Apicella说，他很快就认识到这个评估还需要更多的设备。这是他在加州圣何塞Nuova Systems公司现场进行许多测试的原因。

　　Apicella说，除了10G以太网端口之外，他的测试设备安装了一些本地光纤通道端口。这样当仿真一台本地的光纤通道交换机的时候就可以运行测试评估它的行为。测试计划中的其它项目是研究Nexus 5000的管理功能和运行性能评分以衡量延迟、I/O运行和数据输率。

　　Nexus 5020是一种2U机架式设备，很小的空间配置了令人吃惊的数量的插座：准确地说有40个。每一个插座都能够插入一个10G以太网端口。使用选购的扩展模块(这个交换机有2个模块的空间)，你可以把连接扩展到增加6个10G以太网端口，增加8个光纤通道端口，或者增加一个包括四个光纤通道端口和四个10G以太网端口的组合模块。

　　然而，这些插座不需要全部填满。例如，Apicella的测试设备只启用了15个10G端口和4个光纤通道端口。在评估的时候，Nexus 5000提供了支持所有的光纤通道的连接速度，最高达到8G，但是不包括8G。

　　一般来说，你可以在你的应用服务器所在的同一个机架上或者邻近的机架上安装Nexus 5020交换机。考虑到每台服务器有2个10G连接的弹性配置，两台Nexus 5000交换机能够支持40台服务器，并且采用扩展模块还有连接更多端口的空间。

　　5000交换机前面有5个大型的一直在旋转但是噪音不大的风扇。只有一个电源，耗电量为465瓦。有趣的是，当Apicella拆除一个风扇的时候，这台交换机超常运行。正如我得到的警告那样，在我拆除第二个风扇的时候，交换机自动关机了。然而，剩余的三个风扇在继续旋转以保持内部电子元件的冷却。

    当重新插入拆除的两个风扇之后，这两个风扇立即旋转起来。但是，系统的其余部分没有恢复工作，必须关闭电源重新启动。Apicella利用这种行为进行了测量，五个风扇旋转时的耗电量为243瓦。这表明这台交换机的其它组件的耗电量是465瓦减去风扇耗电量的剩余瓦数。

　　配置更多的连接显然将增加耗电量。但是，Apicella测量的耗电量似乎与其它厂商生产的20个端口的10G交换机差不多。

　　用政策制定政策

　　显然，Nexus 5000给数据中心带来的最新颖的东西和这台设备与其它单协议交换机的最大的区别是以太网和光纤通道仅仅是你能够在一个管理界面监视和控制两个支持的应用。

　　记住这一点就很容易理解为什么Nexus运行一种新的操作系统NX-OS。据思科称，这个新的操作系统继承和集合了思科以以太网为重点的IOS和以光纤通道为重点的SAN-OS的最佳性能。

　　要访问这个OS的性能，管理员能够选择功能强大的CLI或者基于图形用户界面的结构管理器。Apicella使用了这两项功能，因为这个交换机的管理任务能够分为多个任务，每一个任务都有不同的登录要求并且限定在一个具体的环境，由一个超级管理权限定义和监管。这是一个重要的和非常需要的选择，如果你计划在同一个旗帜下引进多个管理域和管理员的话。

　　Nexus 5000的这项设置和其它设置是由政策推动的，从而使这些设置很透明和容易管理。另一个极好的性能是你能够定义一些服务类，这些类能够在逻辑上隔离不同的应用程序。

　　例如，在登录到这个交换机的时候，一个简单的指令“sh policy-map interface Ethernet 1/1”能够列出在那个端口的全部通讯统计，按每一个服务类进行编组，并且分别列出入网和出网的数据包。

　　把某些服务类与适当的政策结合在一起，管理员不仅能够监视在这个交换机上正在运行什么通讯，而且还能够自动控制把数据包路由到哪里和如何进行路由。负载平衡是把政策与服务类结合在一起的一种典型的应用。但是，还有其它的应用。例如，采用不同的MTU区分通讯类别的自动分配数据包。

　　NX-OS能够让某些困难的设置更加容易，例如在同一个或者不同的虚拟局域网中把一个接口上的通讯镜像到另一个接口。一个同样的设置对于监视和远程监视等敏感的应用是非常有用的。但是，它还有助于测试新的应用对一个生产虚拟局域网的影响。

　　定义一个正确的政策还有助于保证光纤通道通讯，或者在5000交换机上运行的其它通讯永远不会丢帧。如果一台存储设备在这个连接的一端，丢帧显然是一个严重的错误。不过，其它性能敏感的应用能够从不间断的传输中得到益处。

　　Apicella介绍说，他出人意料地学到了仅用几条指令进行上述设置的简单方法：

　　class-map critical

　　match cos 4

　　policy-map policy-pfc

　　class critical

　　pause no-drop

　　system qos

　　service-policy policy-pfc

    用简单的英文解释，这个意思是：如果你跟不上这个速率，你永远不要丢帧和暂停通讯。

　　Apicella说，我还需要提一下。PFC的含义是优先流量控制，是FCoE协议核心的一个新功能，实际上让以太网能够在通信阻塞的时候继续运行而不丢失数据。其方法是在必要时暂停入网的数据包流量。

　　Apicella说，我的下一个指令是在我的交换机上为那个政策分配2个端口。这行指令我没有显示出来。

　　如何装满一条10G线路

　　如果设置那个政策是容易的，测试它实际上是否好用就比较复杂，要求使用IP性能测试器的强大的功能。这是Ixia公司的一种通信流量生成器系统。Apicella必须要解决的问题之一如何在10G连接上创建大量的通讯。这正是IP性能测试器发挥作用的地方。

　　对于PFC测试，Ixia的系统要产生足够的通讯量引起一定程度的阻塞，也就是说如果没有PFC，就会丢失数据包。这台测试的交换机稳定地通过了测试，没有出现数据包丢失。测试证明不仅光纤通道而且以太网都是可靠的、无损耗的协议。

　　Apicella在对Nexus 5000进行测试时运行的许多测试脚本中，这毫无疑问是最重要的。这个交换机提供了许多强大的功能，包括保证的通讯速率、自动带宽管理和自动的流量跨度。

　　然而，PFC就像FCoE是一个可行的融合协议一样，能够填补应用服务器和存储之间的空白，让Nexus 5000成为数据中心整合计划中的一个非常需要的组件。

　　Apicella说，在他的测试中，一个仍然没有答案的问题是：Nexus 5000交换机已经证明是统一环境中服务器与存储设备之间的一个连接点。但是，这种交换机有胜任这个工作所需要的足够带宽和反应能力吗?

　　要回答这些问题，Apicella把这个测试搬到了一个不同的设置中。在那里，Nexus 5020连接到了8个运行NetPipe的主机。NetPipe是一个极好的性能测试基准工具，特别适用于交换机，因为你能够测量端对端的(主机对主机)的性能，记录在使用不同的数据传输规格时的这些结果是如何变化的。

　　Apicella用从1个字节到8,198个字节的数据规格运行了这个测试。但是，为了清晰起见，他没有列出全部的结果，仅根据两个方式列出了少量的结果。

　　为了模仿真实的工作条件，Apicella首先在交换机上没有任何其它通讯流量的情况下进行了测试，然后，增加一个和两个竞争的通讯流量。

　　最后，为了更好地体会这种交换机对传输速率和延迟有多大影响，Apicella连续进行了同样的测试，实际上用两个主机之间的直接连接替代这个交换机。

　　需要指出的是传输速率随着数据规格的加大逐步加快，达到了非常接近10G以太网理论容量的程度。

　　延迟的数字是越低越好。延迟的数字显然是证明这台交换机反应能力的最重要的证明。即使我们考虑到了在这个路径中的Nexus 5020的最佳结果，这个延迟仍是在3至3.5微秒。这实际上就使这台交换机增加的延迟。

    这个数字不仅接近思科所说的5020的性能，而且可能是应用程序和数据之间的最短的延迟。

　　网络整合迈出的一步

　　当对首次采用创新的技术的Nexus 5000等产品进行测试的时候，通常很难保持把这个技术与那个解决方案分开的判断。Apicella说，这是他在测试中把Nexus 5020和FCoE作为一个整体进行测试的原因，因为目前没有其它的交换机能够让你测试这个新的协议。

　　Apicella说，然而，即使我把这两项分来，每一项都有自己的优点。我喜欢这种统一的观点，认为FCoE带来了网络传输。我喜欢Nexus 5020给这个联盟带来的速度和很小的影响。

　　Nexus 5000显然是第一个版本的产品，然而是很好的产品。人们很容易预测未来的版本将进一步提高性能。至于这种技术，FCoE得到的最大的认可也许就是Brocade正计划在今年年底之前推出一个与Nexus 5000竞争的基于FCoE的解决方案。显然“如果你不能打败他们，你就加入他们”的老的竞争战斗口号目前仍然管用，也别是在存储市场。