NPV 技术白皮书

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目 录

1 概述 ······························································································································· 1

1.1 FC SAN······················································································································· 1

1.2 FC_ID ························································································································· 1

1.3 NPV 交换机 ·················································································································· 2

2 NPV 技术实现 ·················································································································· 2

2.1 NPV ··························································································································· 2

2.2 NPIV ·························································································································· 3

2.3 NPV 交换机运行机制 ······································································································ 4

2.4 负载均衡······················································································································ 5

3 典型组网应用 ··················································································································· 5

3.1 FC 节点设备通过 NPV 接入 FC 网络 ·················································································· 5

3.2 FCoE 节点设备通过 NPV 接入 FC 网络 ··············································································· 6

3.3 FCoE 节点设备通过 NPV 接入 FCoE 网络 ··········································································· 7

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1 概述 1.1 FC SAN

FC SAN（Storage Area Networks，存储区域网络）由 FC 交换机、服务器和存储设备组成。FC 交

换机互联在一起形成的网络称为 Fabric，根据 FC 交换机在 Fabric 中部署的位置不同，分为核心交

换机和边缘交换机。服务器和存储设备统称为 N 节点，通过边缘交换机接入到 Fabric 中。

图1 FC SAN

1.2 FC_ID

在 FC SAN 中，服务器和存储设备通过 FC_ID 相互访问，FC_ID 由 FC（Fibre Channel，光纤通

道）协议自动生成和分配。FC_ID 的结构图 2 所示。FC_ID 的长度为 24 比特，分为三个字段：

Domain_ID、Area_ID 和 Port_ID，每个字段的长度均为 8 比特。

• Domain_ID：域 ID，用来标识一台 FC 交换机，取值范围是 1～239。一台 FC 交换机以及其

连接的所有 N_Port 构成一个域。

• Area_ID：一台节点设备上的一个或多个 N_Port可以被划分为一个Area，用 Area_ID标识。

• Port_ID：一个 Port_ID 代表一个 N_Port。

图2 FC_ID

Fabric

核心交换机

服务器n

服务器1……

服务器n

服务器1……

核心交换机 核心交换机

存储设备1

存储设备n

……

边缘交换机

边缘交换机

边缘交换机

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在 Fabric 中，每台 FC 交换机（包括核心交换机和边缘交换机）都会分配一个独立的 Domain_ID。

边缘交换机再基于本机的 Domain_ID 为其连接的 N 节点分配 FC_ID。

Domain_ID 仅有 8 位，理论上可以有 256 个 Domain_ID，除了知名 Domain_ID 和保留 Domain_ID外，实际上协议规定可用的 Domain_ID 仅有 239 个。

1.3 NPV交换机

由于 Fabric 中每台 FC 交换机都要有一个独立的 Domain_ID，而可用 Domain_ID 的数目仅有 239个，那么整个 Fabric 中 FC 交换机的数目也仅能有 239 个。因此，FC SAN 的规模受到了 Domain_ID的限制，从而影响了网络的部署和扩展性。

NPV 交换机可以扩展 FC SAN 的规模，且不需要占用 Domain_ID 资源，因此，在 FC SAN 中得到

广泛应用。NPV 交换机部署在 Fabric 边缘，位于 N 节点和核心交换机之间，实现 N 节点和核心交

换机之间的请求代理和数据转发。

图3 NPV 交换机组网图

2 NPV 技术实现 2.1 NPV

NPV（N_Port Virtualization，N 端口虚拟化）交换机上支持两种端口模式：NP 模式和 F 模式。F端口用于连接 N 节点，也称为下行口，NP 端口用于连接核心交换机，也称为上行口。

Fabric

核心交换机

服务器n

服务器1……

服务器n

服务器1……

核心交换机 核心交换机

存储设备1

存储设备n

……

边缘交换机

边缘交换机

边缘交换机

3

图4 NPV 交换机端口模式

在 NPV 交换机上，可以配置多个下行 F 端口映射到一个上行 NP 端口上，实现 FLOGI 请求的代理

和数据转发。

对于 N 节点而言，NPV 交换机与 FC 交换机在功能上没有区别，N 节点可以向其发送 FLOGI 报文

申请 FC_ID 并请求加入到 Fabric 中，可以请求获取名字服务信息。

对于 FC 交换机而言，NPV 交换机虚拟成一台支持 NPIV 特性的 N 节点，NPV 交换机可以在同一条

FC 链路上虚拟多个 VN 节点，向 FC 交换机申请多个 FC_ID 并请求加入到 Fabric 中。

NPV交换机不占用独立的Domain_ID，通过将FLOGI请求代理到FC交换机上实现FC_ID的分配。

减小了 FC SAN 运行的复杂度，扩展了 FC 交换机的接入能力。

NPV 交换机上可以同时支持 FCoE 功能，可以通过以太网接口连接具有 FCoE 功能的节点设备，也

可以通过上行的以太网接口扩展 FCF 组成的存储网络。

2.2 NPIV

N端口在同一条物理链路上虚拟多个 VN节点，申请多个 FC_ID，虚拟多个 N端口实体加入到 Fabric中的技术称为 NPIV（N Port Identifier Virtualization，N 端口标识虚拟化）技术。NPIV 技术在网络

虚拟化中有着广泛的应用。例如一台服务器上运行着不同的应用服务程序，可以在一块物理 HBA卡上为每个应用服务程序虚拟一个 VN 端口，申请不同的 FC_ID 使用。

图5 NPIV 应用

NPV 交换机需要在 NP 端口上支持 NPIV，为每个下行 F 端口连接的 N 节点在 NP 端口上创建一个

虚拟的 VN 端口，实现 FLOGI 请求的代理功能。

核心交换机

服务器n

服务器1……

NPV交换机

F 端口

F 端口

N端口

N端口

NP端口

F 端口

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2.3 NPV交换机运行机制

NPV 交换机在启动以后，首先要加入到 Fabric 中，然后才能执行后续的 FLOGI 代理和数据转发。

如图 6 所示。

图6 NPV 交换机运行机制

(1) NPV 交换机首先通过 NP 端口向 FC 交换机进行 FLOGI，加入到 Fabric 中。NP 端口通过

FLOGI 申请到的 FC_ID 用于 NP 端口与 Fabric 中的其他设备通信使用。

(2) NP 端口成功加入到 Fabric 中后，便可以代理下游接口的 FLOGI 请求，交互过程如下：

a. N 节点发送 FLOGI 请求申请 FC_ID 并请求加入到 Fabric 中。

b. NPV 交换机从下行 F 端口收到 N 节点发送的 FLOGI 请求后，在 NP 端口上虚拟一个 VN节点模拟下游的 N 节点，VN 节点的相关信息从 FLOGI 请求报文中获取，然后，NP 端口

向 FC 交换机发送 FDISC 请求。

c. FC交换机收到FDISC请求后，为其分配FC_ID，并记录N节点信息加入到Fabric中，回

复 FDISC LS_ACC 报文。

d. NPV 交换机收到 FDISC LS_ACC 报文，记录 FC 交换机为 VN 端口分配的 FC_ID，并回

复 FLOGI LS_ACC 给下游的 N 节点，将 FC_ID 携带到 LS_ACC 中。

e. N 节点收到 FLOGI LS_ACC 后，获取 FC_ID，加入到 Fabric 成功。

NPV交换机 FC交换机

FLOGI LS_ACC

N节点1

FLOGI

FDISC

FDISC LS_ACC

FLOGI LS_ACC

FDISC

FDISC LS_ACC

N节点2

FLOGI

FLOGI

FLOGI LS_ACC

Other Protocol & Data Other Protocol & Data

Other Protocol & DataOther Protocol & Data

Other Protocol & Data Other Protocol & Data

Other Protocol & DataOther Protocol & Data

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(3) 下游 N 节点成功加入到 Fabric 中后，需要发送一系列的协议报文从 Fabric 中获取信息，发送

协议报文与其他 N 节点协商，发送数据报文给其他 N 节点。NPV 交换机收到这些协议报文或

数据报文都直接从上行 NP 端口转发给 FC 交换机，不做任何代理转换。从上行 NP 端口收到

的协议报文或数据报文，根据目的 FC_ID 转发给相应的下行 F 端口。

2.4 负载均衡

NPV 设备不仅实现了下行口到上行口的代理功能，还支持上行口到下行口映射的负载均衡。NPV上支持两种负载均衡模式：手动负载均衡和自动负载均衡。

1. 手动负载均衡

缺省情况下，当有新的上行口生效时，NPV 交换机并不会自动对已有的上下行口映射进行重新映射，

以达到负载均衡。因为重新映射时，NPV 交换机将对下行口进行链路初始化，会破坏已经稳定的上

下行口的映射关系，以及要求和下行口相连的节点设备重新进行注册，这样会导致流量中断。 当有新的上行口生效时，如果用户希望重新进行上下行口映射，以达到更好的负载均衡效果，可以

通过命令行立即触发一次重新映射，此时会对部分下行口进行链路初始化。 部分进行链路初始化的下行口选择步骤如下： (1) NPV 交换机计算出上行口负载平均值，上行口负载平均值=所有下行口数/所有上行口数。

(2) NPV 交换机遍历出超过该负载平均值的上行口。

(3) 这些上行口若存在自动映射的下行口，则 NPV 交换机会按先后自动映射顺序将先自动映射的

下行口进行链路初始化。需要进行链路初始化的下行口数=该上行口的所有下行口数-上行口负

载平均值，从而使得上行口的下行口数量不超过上行口负载平均值。

(4) 这些上行口若不存在自动映射的下行口，则 NPV 交换机不会对这些上行口的下行口进行链路

初始化。

2. 自动负载均衡

自动负载均衡与手动负载均衡对下行口重新映射的策略是相同的。开启自动负载均衡后，当系统检

测到 up 的上行口时，会自动创建一个延迟定时器，待定时器超时后，系统将自动进行一次负载均

衡。如果在定时器超时前又有新的上行口 up，则重置该定时器。 可以通过配置自动负载均衡的延迟时间来缓冲上行口的 up、down 而引起震荡，以减少对自动负载

均衡的影响。

3 典型组网应用

3.1 FC节点设备通过NPV接入FC网络

如图 7 所示，通过 NPV 交换机将 FC 节点设备接入到 FC 存储网络中。在这种组网环境中，上下行

口均为 FC 接口。这种组网用于 FC 网络扩容，可以减少 Domain_ID 占用。

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图7 FC 节点设备通过 NPV 接入 FC 网络组网图

3.2 FCoE节点设备通过NPV接入FC网络

如图 8 所示，通过 NPV 交换机将 FCoE 节点设备接入到 FC 存储网络中。在这种组网环境中，上行

口为 FC 接口，下行口为以太网接口。这种组网，在减少 Domain_ID 占用的同时，还可以在不更换

FC 核心交换机的情况下，将 FCoE 服务器或存储设备接入到 FC 网络中，实现 FC 技术到 FCoE 技

术的平滑迁移。

图8 FCoE 节点设备通过 NPV 接入 FC 网络组网图

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3.3 FCoE节点设备通过NPV接入FCoE网络

如图 9 所示，通过 NPV 交换机将 FCoE 节点设备接入到 FCoE 存储网络中。在这种组网环境中，

上下行口均为以太网接口。这种组网用于 FCoE 网络扩容，可以减少 Domain_ID 占用。

图9 FCoE 节点设备通过 NPV 接入 FCoE 网络组网图