FC-SAN與IP-SAN那些事
其實(shí)在前幾年我們根本就沒有討論FC-SAN與IP-SAN優(yōu)劣勢的必要，因?yàn)樵谀莻€時候的存儲區(qū)域網(wǎng)業(yè)界還是被光纖傳輸模式一統(tǒng)天下，并且在相當(dāng)長的一段時間里面表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能、可靠性和可擴(kuò)展性。但是在這幾年來以來，隨著IP-SAN存儲設(shè)備的出現(xiàn)，其攜便利的擴(kuò)展性和低廉的價格向FC-SAN發(fā)起了一輪又一輪的沖擊，現(xiàn)今已經(jīng)成為了主要的存儲使用用途之一。
那么在這個事關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用核心數(shù)據(jù)安全、高效傳輸?shù)拇鎯^(qū)域網(wǎng)到底采用何種方式搭建才能發(fā)揮應(yīng)有的優(yōu)勢呢？本文力求從數(shù)據(jù)傳輸性能、傳輸穩(wěn)定性、存儲區(qū)域網(wǎng)的可擴(kuò)展性、存儲區(qū)域網(wǎng)設(shè)備的可靠性和SAN網(wǎng)絡(luò)的可管理性共5個方面來對FC-SAN和IP-SAN進(jìn)行一個對比。
SAN的概念
SAN(Storage Area Network存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò))是一個由存儲設(shè)備和系統(tǒng)部件構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，所有的通信都在一個與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)隔離的單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)上完成，可以被用來集中和共享存儲資源。SAN不但提供了對數(shù)據(jù)設(shè)備的高性能連接，提高了數(shù)據(jù)備份速度，還增加了對存儲系統(tǒng)的冗余連接，提供了對高可用群集系統(tǒng)的支持。
簡單地說，SAN是關(guān)聯(lián)存儲設(shè)備和服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)。它和以太網(wǎng)有類似的架構(gòu)。以太網(wǎng)由服務(wù)器、以太網(wǎng)卡、以太網(wǎng)集線器/交換機(jī)及工作站所組成，SAN則由服務(wù)器、HBA卡、集線器/交換機(jī)和存儲裝置所組成。
SAN的歷史
在上個世紀(jì)80年代，連接主機(jī)和存儲設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)方法是通過像IDE或并行SCSI這樣的接口實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)對點(diǎn)的DAS(直接連接存儲)方式。并行SCSI提供了相對快速的訪問SCSI硬盤的速度(5MBps或10MBps)，并且?guī)讉€硬盤可以通過同一個接口連接到計算機(jī)上。
但是，隨著存儲子系統(tǒng)變得越來越大，計算機(jī)變得越來越快，一個新問題出現(xiàn)了:外部存儲設(shè)備開始變得龐大起來。磁帶庫、RAID(廉價冗余磁盤陣列)和其他SCSI設(shè)備開始需要越來越多的空間，這就要求并行SCSI連接從主機(jī)延伸出來得越來越遠(yuǎn);同時，主機(jī)系統(tǒng)要求更高的I/O(輸入/輸出)速率。另外，應(yīng)用系統(tǒng)希望采用同一個存儲系統(tǒng)，SCSI帶來的連接數(shù)目的限制也擺在了人們面前。
為了滿足這些新的需求，人們開發(fā)了為存儲設(shè)備提供千兆串行網(wǎng)絡(luò)訪問能力的光纖通道(Fibre Channel)協(xié)議。光纖通道協(xié)議綜合了許多優(yōu)點(diǎn)，如單模光纖最遠(yuǎn)距離可達(dá)到10公里，通過連接設(shè)備可達(dá)100公里，可以使用多種介質(zhì)的簡單串行線纜(光纜、銅纜)、千兆網(wǎng)絡(luò)速率以及可以在同一線纜上同時使用多種協(xié)議。這些特點(diǎn)使得光纖通道協(xié)議作為并行SCSI協(xié)議的替代者在整個90年代都得到了人們的認(rèn)可，現(xiàn)在光纖通道協(xié)議被用在絕大多數(shù)高容量、高端直連存儲設(shè)備上。
隨著光纖通道協(xié)議作為并行SCSI的點(diǎn)對點(diǎn)方式替代者的出現(xiàn)，并隨著其逐漸被市場所接受，一種組合單純的存儲應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身的新技術(shù)出現(xiàn)了――這就是存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(Storage Area Network，SAN)。
以光纖網(wǎng)絡(luò)搭建的SAN，具有三個主要元素:接口(FC)、連接設(shè)備(光纖交換機(jī)、Hub等)、協(xié)議。加上附加光纖接口存儲設(shè)備以及服務(wù)器就構(gòu)成了SAN系統(tǒng)。
在iSCSI誕生以前，搭建SAN只能選擇光纖通道，這也是SAN曾經(jīng)成為光纖存儲網(wǎng)絡(luò)代名詞的原因。
數(shù)據(jù)傳輸性能方面的比較
傳輸協(xié)議利用率問題
從以上協(xié)議幀格式即可明顯的看出，以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)包最高到1500 字節(jié)。包是以太網(wǎng)中基本校正單元，在每一幀后都會導(dǎo)致消耗CPU 周期的一個中斷。在GB 以太網(wǎng)里負(fù)載通常也是一個限制因素，避免占用全部帶寬。而在FC 數(shù)據(jù)幀達(dá)到2000 多字節(jié)，F(xiàn)C 校正基本單元是一個多幀隊(duì)列。MTU可以達(dá)到64 個幀，比較以太網(wǎng)而言允許光纖通道在主機(jī)中斷之間傳輸更多的數(shù)據(jù)。這種MTU可減少需要的CPU 周期和提高傳輸效率。
同時光纖通道網(wǎng)絡(luò)是基于流控制的封閉網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)設(shè)計之初是沒考慮到要通過無流控制的公網(wǎng)，而是基于CSMA/CD機(jī)制來進(jìn)行傳輸?shù)?，因此它在阻塞發(fā)生時，在一個時間段之后返回并重發(fā)包，消耗額外的CPU 周期，并且負(fù)載越大，其可能重發(fā)包的幾率也相應(yīng)增大，從而引起可能消耗大量的CPU資源。
如光纖傳輸中常使用的FCP-SCSI 協(xié)議是將光纖通道設(shè)備映射為一個操作系統(tǒng)可訪問的邏輯驅(qū)動器的一個串行協(xié)議，這個協(xié)議使得以前基于SCSI 的應(yīng)用不做任何修改即可使用光纖通道。所以在FC本身的結(jié)構(gòu)即為數(shù)據(jù)提供了高效率的傳輸途徑。
而在以太網(wǎng)的傳輸中每次以單幀為單位，其中在傳輸過程中還必須進(jìn)行層層的封裝與解包，從而大大影響了整個鏈路的數(shù)據(jù)傳輸效率，并且在處理過程中也大大增加對系統(tǒng)本身性能的影響。
在實(shí)際的對比測試中，其測試數(shù)據(jù)結(jié)果表明在同樣的1Gbps的光纖鏈路（FC）與1Gbps的千兆以太網(wǎng)（IP）中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，F(xiàn)C的實(shí)際利用率在70%-80%左右，最高可達(dá)90%；而在千兆以太網(wǎng)中，其實(shí)際利用率平均在20%左右，最高也只能達(dá)到30%左右。從以上協(xié)議本身分析看來，在以太網(wǎng)中并不能提供針對如存儲等大數(shù)據(jù)量以及I/O應(yīng)用所需要的好的性能。這也是在存儲區(qū)域網(wǎng)設(shè)計之初沒有考慮IP存儲的原因，雖然TCP/IP傳輸協(xié)議的出現(xiàn)較FCP傳輸協(xié)議出現(xiàn)得早。
另外基于FC協(xié)議的FC-SAN理論傳輸速率早已達(dá)到了2Gb/s的水平，目前業(yè)界主流也已達(dá)到了4Gb/s，而基于IP協(xié)議的IP-SAN目前來說1Gb/s的理論傳輸速率還是主流，未來10G/s的理論傳輸速率還需要10G以太網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展和強(qiáng)壯才能夠達(dá)到。據(jù)iSCSI相關(guān)技術(shù)人員的實(shí)測數(shù)據(jù)顯示：基于1Gb的IP網(wǎng)絡(luò)搭建IP SAN，數(shù)據(jù)傳輸速率在80-90MB/s左右，如果是全雙工模式的交換機(jī)，可以達(dá)到160MB/s左右，相比光纖通道190MB/s（全雙工360MB/s）的傳輸速率還是有明顯差距。