存儲技術之FC 與 iSCSI 尖峰對決

　　綜述：

　　2003 年，網際網路工程任務組（IETF）準許iSCSI（網際網路SCSI）協定後，很多人開始将以太網作為分塊存儲網絡使用（成為“基于IP 的存儲”）。一直以來，人們采用iFCP和FCIP 等現有協定發送基于IP 的SCSI 指令行，主要允許FC 存儲區域網絡（SAN）通過IP 交換資料。憑借iSCSI，SCSI 指令行可以“端對端”地傳送到世界各地的以太網中。

　　ISCSI SAN技術正改變着SAN網絡的經濟承受力。光纖通道SAN技術不但價格昂貴，而且配置管理起來非常複雜。對于中小型企業來說，SAN是不切合實際的，即便是企業級資料中心的預算也會對增加到光纖通道SAN的伺服器或存儲系統的數量進行限制。但iSCSI改變了這一切，它支援基于塊的SAN，使用現有以太網技術，成本大大降低。不過， iSCSI能否與光纖通道SAN共存，通過什麼方法讓他們共存呢，我們來深入了解一下。

　　FC SAN

　　存儲區域網絡（SAN）主要指儲存設備和主機伺服器之間的互連陣列。例如，存儲陣列可能通過光纖通道（FC）網絡或者以太網（在iSCSI情況下）與交換機相連。主伺服器與交換機相連，交換機彼此相連，所有這些就形成了裝置網絡結構。雖然互連看起來十分複雜，但是每條連接配接依然是獨立的鍊路（link）。目前，SAN采用聚集技術和故障轉移技術，提高其可用性和可靠性。

　　由于應用的不斷要求，光纖通道技術已經确立成為SAN(存儲區域網路)互連的精髓，可以為存儲網絡使用者提供高速、高可靠性以及穩定安全性的傳輸。光纖通道技術是基于美國國家标準協會（ANSI）的X3.230-1994标準(ISO 14165-1)，而建立的基于塊的網絡方式。該技術詳細定義了在伺服器、轉換器和存儲子系統（例如，磁盤列陣或錄音帶庫）之間建立網絡結構所需的連接配接和信号。光纖通道幾乎可以傳輸任何大小的流量。

　　光纖通道采用光纖、同軸銅質電纜或者雙絞合銅質電纜，以1Gbps、2Gbps、4Gbps和最新的10Gbps速率傳輸SAN資料，。同時，延遲時間短，盡量縮短資料請求和發送的遲緩時間。例如，典型的光纖通道轉換所産生的延時僅有數微秒。正是由于光纖通道結合了高速度與延遲性低的特點，在時間敏感或交易處理的環境中，光纖通道成為理想的選擇。同時，這些特點還支援強大的擴充能力，允許更多的存儲系統和伺服器互連。光纖通道同樣支援多種拓樸結構，，既可以在簡單的點對點模式下實作兩個裝置之間的運作，也可以在經濟型的仲裁環下連接配接126台裝置，或者（最常見的情況）在強大的交換式結構下為數千台裝置提供同步全速連接配接。在同一個SAN中，很容易實作不同拓樸結構和光纜類型的混合連接配接。

　　光纖通道被認為是一種非常可靠的SAN技術。通常而言，主機總線擴充卡卡（HBA）和交換機的性能非常強大，将裝置故障率降到最低。光纖通道SAN結構允許多重連接配接線路和備援線路，是以，如果某個硬體出現故障或電纜出現問題，可以找到一條新的通道，這樣傳輸轉換到另外一個通道，可以保持存儲和應用程式之間的連接配接（可能性能會有所下降），直到故障排除。另外，多重連接配接可以進行合并，以獲得更好的帶寬。例如，将兩個2Gbps的連接配接進行合并，可以有效地達到一個4Gbps資料帶寬的性能。這種多重或備援連接配接的可行性，能夠在SAN系統解除安裝流量時，均衡負載，并且能夠動态地調整繁忙通道（瓶頸）利用較少使用的通道進行傳輸。

　　安全是光纖通道技術的另一個重要特性。“網絡”将多種裝置互連通信。但是在SAN結構中，最好是不要讓每台伺服器去識别或通路SAN中的LUN（邏輯單元号）。在實際的使用中，LUN必須進行設定，隻能讓特定的應用程式看到，是以，設定安全性是存儲準備過程中極其重要的一環。通過實行分區，光纖通道網絡中的裝置可以互相識别。通過限制終端裝置的可視性，伺服器（主機）隻能看到和通路配置設定在同一個分區的儲存設備。一旦SAN被分區，LUN就會被掩碼保護，這樣每一台主機伺服器隻能看到特定的LUN。

　　不過，光纖通道也存在着一些公認的不足，例如，費用高，技術複雜。每台伺服器需要配備一片特殊的光纖卡（光纖通道主機總線擴充卡卡/HBA）。每片光纖卡（HBA）必須連接配接到光纖交換機中相應的端口，以形成SAN的“交換結構”。光纖卡和交換機端口的每種組合都可能需要存儲使用者數千萬的投入。如此昂貴的費用，迫使許多公司隻考慮将大型、高端存儲系統連接配接到SAN。LUN隻要在存儲中生成，就必須被分區和掩碼保護，以保證他們隻能被特定的伺服器或應用程式識别。這常常是一個繁冗長，而且容易出錯的過程。所有的這些程式增加了光纖通道SAN的的複雜性和高成本的管理費用。

　　iSCSI SAN

　　iSCSI SAN的主要優點在于簡潔、成本低廉、使用範圍廣泛。光纖通道技術非常昂貴，需要專業技術才能正确安裝和配置，而iSCSI SAN隻需利用普通的以太網界面卡（NIC）和交換機就能實作——這些裝置在任何零售電子商店中都能夠買得到。是以，擷取、擴充和更新以太網LAN的費用都相對較低。這就使得公司很容易為iSCSI SAN添加更多的存儲伺服器，而要為FC SAN添加伺服器就很貴很困難。以太網已經成功地在家庭和小公司中設立、使用，使用者也非常了解以太網的設定和配置，其使用範圍就會更加廣泛。

　　需要指出一點，iSCSI的性能非常好，除了要求苛刻的事務應用程式。以太網會發生網絡堵塞和延遲，1 Gbps的以太網網絡帶寬遠遠小于2、4、甚至10 Gbps的光纖通道SAN，對此許多網絡專家可能會驚奇不已。不過，專家依然認為，以太網性能較差、不可靠等缺點今天已經不存在了，iSCSI能實作和光纖通道一樣的性能。

　　但是，iSCSI也具有一些問題，任何使用者都應該考慮到這些問題。首先，iSCSI SAN應該包括優化性能、減少延遲的措施。這些措施包括采用具有TCP/IP解除安裝引擎（TOE）的高性能NIC，以及提供低延遲端口的交換機。然而，這些措施都會增加iSCSI的部署費用，部署iSCSI SAN可能比FC SAN花費還高。ISCSI Initiator軟體的性能和穩定性可能截然不同，是以可以采用另外一種方法，優化每台主機的ISCSI Initiator軟體性能。iSCSI速度大大提高直至10 Gbps，iSCSI目标措施可能更多地依賴硬體NIC的選擇。

　　iSCSI和FC從技術上有什麼差別呢?

　　所有的SANs都通過由擴充卡(HBA)以及交換機(switchs)組成的高速網絡将伺服器連接配接到塊存儲陣列上。而這樣的存儲網絡可以讓伺服器與存儲陣列互動資訊，并且可以建立多條路徑來确儲存儲陣列的可用性，進而加強了備援并提高了性能。同時SAN也用來對于某些特殊的伺服器或應用程式限制存儲的可見性。

　　SANs傳統上用實體實作部署光纖通道(FC)，這部分在ANSI标準X3.230-1994(ISO 14165-1)中已經闡明。簡單來說，光纖通道使用光纖，同軸電纜或者雙絞線來傳送SAN資料，速度可以達到1Gbps,2Gbps,4Gbps甚至更高到10Gbps。光纖通道可以在點對點、交換、循環方式下操作。

　　但是，光纖通道(FC)也由于它的高額費用以及複雜性受到了廣泛的批評。比如每一個伺服器都需要一個專用的HBA卡。而每一個HBA卡都必須連接配接到相應的光纖通道交換機的端口上，進而構成整個SAN。比較流行的HBAs包括Atto Techonology公司的Celerity FC-44ES HBA, Emulex LPe1150 PCI Express 4Gbps HBA, LSI公司的LSI7404EP-LC HBA 以及QLogic公司的QLA2462 4Gbps光纖通道HBA。而Brocade公司以及Cisco公司提供了一系列高性能的SAN交換機。

　　HBA和交換機端口的結合對于存儲公司來講是需要花成千上萬美元的。當LUNs在存儲中建立時，它們必須被劃分區域以確定它們隻能被适當的伺服器和應用程式所通路。這些過程、複雜性以及管理成本給FC SANs帶來了很大的負擔。

　　FC的成本和複雜性對于小型和中型企業的SAN部署變得更加困難，直到基于iSCSI協定的SoIP SANs的出現才讓這件事情變得可能，而SoIP SANs是由IETF在2003年準許。對于在IP網絡上傳輸存儲資料已經不是什麼新東西了，因為FCIP和iFCP協定已經說明了在IP網絡上傳輸FC資料的過程。但是，iSCSI是第一個允許在IP網絡上端對端之間使用SCSI指令的協定。

　　iSCSI強調網絡環境普遍存在這一概念。也就是說，每一個組織，無論從最小的家庭網絡到使用LAN的大型企業都可以使用網絡資源并且不貴。在實際過程中，iSCSI SAN在一個隔離的網絡環境中部署高品質的NIS以及網絡交換機。有一些公司通過部署網絡NICs來改善iSCSI的性能，這種NIC通過TCP/IP 減負引擎(TOE)來減少CPU對iSCSI指令的處理。但是作為一個基本條件，iSCSI SAN根據現有LAN上的已經存在的NICs和交換機就已經可以實作。現在iSCSI SANs可以運作在1Gbps的速度上，并且随着NICs以及交換機更新到10G的時候可以提到10Gbps的速度。

　　iSCSI吸引人之處在于它的易用性。相比于學習、建立以及管理兩套網絡——LAN用于使用者通訊，FC SAN用于存儲，一個公司可以使用iSCSI來用它現有的網絡知識來管理LAN和SAN。“我們相信擁有一個端對端的以太網IP環境提供了很多的東西：已有技術、裝置、服務以及軟體工具，”Enterprise Strategy組織的進階分析師Tony Asaro談到。

　　有一點很重要的是需要知道iSCSI SAN和NAS是不同的，即使它們都使用相同的IP網絡。iSCSI SAN提供了基于塊的資料通路(它給你提供磁盤驅動器方式)，而NAS提供了基于檔案的資料通路(它給你提供檔案方式)。選擇iSCSI或者NAS需要根據你的應用程式來定。

　　随着網絡連接配接技術和資訊化應用的不斷發展，存儲連接配接技術也在快速發展；在某些技術領域也做到了互相融合和借鑒。IP網絡發展到今天已經十分成熟和普及，規模已經遍及全球，對于需要遠端互聯儲存設備來說這是最好的現成資源。ISCSI協定就是在這種背景下發展起來的，ISCSI協定很好的結合了IP傳輸技術和SCSI傳輸技術的優點。目前存儲的主要連接配接協定還是FC（光纖通道）協定，而

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ISCSI技術出現後，也使存儲部署多了一份選擇。

　　那麼，當我們面對FC和ISCSI技術時，應該如何選擇呢？

　　問題1：ISCSI協定與FC協定，哪個協定的性能更好？

　　因為ISCSI協定是在TCP/IP協定之上運作SCSI協定，是以其底層的協定層都是利用的現有以太網的。在硬體上相容現在的網卡、網線、以太網交換機等裝置。目前以太網的主流速度是千兆，而目前FC的主流速度為2Gb；是以在速度上還無法超過FC協定。但由于ISCSI協定借鑒了SCSI協定适合大資料量傳輸的優勢，是以在千兆以太網上的性能表現還不錯。

　　以浪潮産品為例，我們已經做過自己産品的測試，使用ISCSI協定的AS500和使用FC協定的CX300進行性能比較，當測試負載未達到千兆帶寬的極限值時，AS500的性能與CX300的性能相差不大，甚至超出，這充分說明了ISCSI協定是一種适合大資料量的高效傳輸協定。當然目前最大效能受限于以太網的帶寬，但當10Gb以太網發展起來後，ISCSI協定會具有明顯優勢。現在FC協定已經達到了4Gb，是以到目前為止FC協定的性能還要大大好于ISCSI協定。對于重視性能高端的使用者還是會選擇以FC技術為主建構存儲網絡；但對于大多數的中小企業使用者、教育使用者和政府使用者，在考慮成本效益的情況下，ISCSI技術也是一種很好的選擇，畢竟以ISCSI技術組建存儲網絡不需要購買HBA卡、存儲交換機，可以節省很多的投入。

　　問題2：ISCSI協定是否适合建構SAN（存儲區域網絡）？

　　SAN的本質是網絡，其作用是連接配接存儲和主機，并提供靈活的擴充性。以往建構SAN的主流協定是FC。因為FC協定可以實作高性能的傳輸，并可以提供千萬級的位址空間，适合網絡的擴充。而這些特點ISCSI協定都已具備，雖然在性能上還與FC有所差距，但在價格上有明顯優勢，并且在實施和管理上都可做到簡單高效，因為使用者對于IP網絡的了解遠遠高于FC網絡。是以ISCSI适合建構SAN，浪潮的ISCSI産品AS500已經獲得了使用者的肯定，已經有很多使用者選擇使用AS500和ISCSI協定組建自己的SAN網絡。

　　問題3:：建構SAN時，面對ISCSI協定和FC協定，應該如何選擇？

　　想明白這個問題需要首先了解ISCSI協定和FC協定的優劣勢。綜合以上的讨論可以這樣總結：使用FC協定建構SAN，具有性能優勢，但在成本和遠距離連接配接上（超過10公裡）處于劣勢。使用ISCSI協定建構SAN，在投入成本上具有明顯優勢，而且SAN網絡的規模越大、距離越遠，這個優勢也越明顯。而且ISCSI協定特别适合遠距離連接配接，因為可以友善的借助目前遍布全球的INTERNET和廣域網。ISCSI目前的劣勢就是性能，與FC相比還有一定差距。

　　是以，在建構SAN時，我們要充分的分析應用對存儲性能的需求，如果千兆網絡的性能可以滿足，我們完全可以選擇ISCSI技術來建構SAN的存儲網絡，這樣也可以活得最好的成本效益，并且在管理和使用上都可做到友善簡單。但如果應用對性能的要求很高，比如使用大型資料庫的商業使用者，那麼FC的SAN還應該是首選。

　　問題4：ISCSI和FC的發展趨勢如何？

　　目前來看，ISCSI和FC技術都已經成熟，其發展目标主要是提升傳輸速度。FC協定曆經了1Gb和2Gb的發展過程，目前已經可以達到4Gb，相信其後FC協定的速度還會繼續發展。而ISCSI的速度發展就得益于以太網速度的發展，以太網的速度經曆了10M、百兆以及現在的千兆。但是10千兆的網絡已經在規劃當中了，如果10千兆的網絡成為現實，那麼ISCSI協定在存儲網絡中應用肯定會超過FC協定。

　　讓我們拭目以待，技術發展的最終受益者還是我們的最終使用者。

　　參考

　　《大話存儲》