ip san和fc san區(qū)別.doc

其實(shí)在前兩年我們根本就沒有討論FC-SAN與IP-SAN優(yōu)劣勢(shì)的必要，因?yàn)樵谀莻€(gè)時(shí)候的存儲(chǔ)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(zhǎng)的一段時(shí)間里面表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能、可靠性和可擴(kuò)展性。但是在這一年多以來(lái)，隨著IP-SAN存儲(chǔ)設(shè)備的出現(xiàn)，其攜便利的擴(kuò)展性和低廉的價(jià)格向FC-SAN發(fā)起了一輪又一輪的沖擊。 那么在這個(gè)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?chǔ)區(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(shì)呢？本文力求從數(shù)據(jù)傳輸性能、傳輸穩(wěn)定性、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)的可擴(kuò)展性、存儲(chǔ)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(gè)方面來(lái)對(duì)FC-SAN和IP-SAN進(jìn)行一個(gè)對(duì)比。一. 數(shù)據(jù)傳輸性能方面的比較1.1 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(huì)導(dǎo)致消耗CPU 周期的一個(gè)中斷。在GB 以太網(wǎng)里負(fù)載通常也是一個(gè)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(gè)多幀隊(duì)列。MTU可以達(dá)到64 個(gè)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(shí)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(jì)之初是沒考慮到要通過無(wú)流控制的公網(wǎng)，而是基于CSMA/CD機(jī)制來(lái)進(jìn)行傳輸?shù)?，因此它在阻塞發(fā)生時(shí)，在一個(gè)時(shí)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(gè)操作系統(tǒng)可訪問的邏輯驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)串行協(xié)議，這個(gè)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(gè)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(duì)系統(tǒng)本身性能的影響。 在實(shí)際的對(duì)比測(cè)試中，其測(cè)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(shí)，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(lái)，在以太網(wǎng)中并不能提供針對(duì)如存儲(chǔ)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(chǔ)區(qū)域網(wǎng)設(shè)計(jì)之初沒有考慮IP存儲(chǔ)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(lái)說1Gb/s的理論傳輸速率還是主流，未來(lái)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(cè)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。光纖通道的基本架構(gòu)如下： FC-0：物理層，定制了不同介質(zhì)，傳輸距離，信號(hào)機(jī)制標(biāo)準(zhǔn)，也定義了光纖和銅線接口以及電纜指標(biāo)； FC-1：定義編碼和解碼的標(biāo)準(zhǔn)； FC-2：定義了幀、流控制、和服務(wù)質(zhì)量等； FC-3：定義了常用服務(wù)，如數(shù)據(jù)加密和壓縮； FC-4：協(xié)議映射層，定義了光纖通道和上層應(yīng)用之間的接口，上層應(yīng)用比如：串行SCSI 協(xié)議，HBA 的驅(qū)動(dòng)提供了FC-4 的接口函數(shù)，F(xiàn)C-4 支持多協(xié)議，如：FCP-SCSI，F(xiàn)C-IP，F(xiàn)C-VI. 由以上架構(gòu)也可清晰看出，在FC中，其上層（FC-4）直接通過其協(xié)議映射關(guān)系，將上層的應(yīng)用的命令映射成為叫做“信息單元”的邏輯結(jié)構(gòu)。 一個(gè)獨(dú)立信息單元通常映射為序列。 與信息單元相關(guān)， I/O請(qǐng)求操作映射成為單獨(dú)的交換。 而所有的傳輸則是以大數(shù)據(jù)量的序列為單位進(jìn)行處理的。同時(shí)序列和交換結(jié)構(gòu)一般已經(jīng)足以包含關(guān)于流控制的可調(diào)選項(xiàng)以及存儲(chǔ)恢復(fù)策略。 A、交換光纖路徑通信由多層通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。最高層，或者稱會(huì)話層，是節(jié)點(diǎn)之間面向應(yīng)用的通信。光纖路徑中的這種通信被稱為交換。交換是雙向的，盡管沒有要求，但它能同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸信息。交換通常所花的時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)。一個(gè)端口可以同時(shí)管理多個(gè)交換。換而言之，兩端口之間的交換通信不會(huì)妨礙該端口和其他端口之間的信息交換。B、序列交換由序列組成。序列是網(wǎng)絡(luò)中端口之間的單向信息傳輸。在下一個(gè)序列被發(fā)送或接收前，當(dāng)前序列必須完成。換而言之，序列不允許違規(guī)傳輸。這也是它們被稱為序列的原因。C、幀光纖路徑中最小的傳輸粒度是幀。光纖路徑中的幀與其他所有網(wǎng)絡(luò)中的幀類似：均由開始標(biāo)記、幀頭、地址段、應(yīng)用數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤校驗(yàn)段、回應(yīng)數(shù)據(jù)和幀尾組成。所有的幀都屬于某一個(gè)序列，因此也屬于一個(gè)交換。 在I/O操作中使用這些結(jié)構(gòu)時(shí)，交換和一個(gè)I/O操作的讀或?qū)懳募僮飨嚓P(guān)，序列大致和閉域數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍r(jià)，幀和單個(gè)SCSI指令相當(dāng)，它包括所有的請(qǐng)求、應(yīng)答和錯(cuò)誤傳輸。 其具體形式如下圖所示：1.2 從存儲(chǔ)設(shè)備的結(jié)構(gòu)來(lái)看 一般來(lái)說IP-SAN存儲(chǔ)設(shè)備的磁盤控制器不是采用FC-SAN存儲(chǔ)設(shè)備中的硬件RAID芯片+中央處理器的結(jié)構(gòu)，而是采用每個(gè)磁盤柜中分為多個(gè)磁盤組，而每個(gè)磁盤組由一個(gè)微處理芯片控制所有的磁盤RAID操作（采用軟件計(jì)算，效率較低）和RAID組的管理操作。這樣一來(lái)，每一次磁盤I/O操作都將經(jīng)過IP-SAN存儲(chǔ)內(nèi)置的一個(gè)類似交換機(jī)的設(shè)備從前端眾多的主機(jī)端口中讀取或者寫入數(shù)據(jù)，而這些操作都是基于IP交換協(xié)議，其協(xié)議本身就要求每一個(gè)微處理芯片工作時(shí)需要大容量的緩存來(lái)支持?jǐn)?shù)據(jù)包隊(duì)列的排隊(duì)操作，所以一般我們看到的IP-SAN存儲(chǔ)都具有幾十個(gè)GB的緩存。利用這個(gè)大的緩存區(qū)，IP-SAN存儲(chǔ)在測(cè)試Cache的最大讀帶寬時(shí)可以獲得600，000IOPS甚至以上這樣高的值，但是這個(gè)值并不能真正說明在實(shí)際應(yīng)用中就能夠獲得好的性能。因?yàn)樵诰哂泻Ａ看鎯?chǔ)的時(shí)候，不可能所有的數(shù)據(jù)均載入到系統(tǒng)緩存中，這個(gè)時(shí)候就需要大量的磁盤I/O操作來(lái)查找數(shù)據(jù)，而IP-SAN存儲(chǔ)所采用的SATA磁盤在這一塊切切性能非常弱，而且還涉及到一個(gè)在IP網(wǎng)絡(luò)上流動(dòng)的iSCSI數(shù)據(jù)向ATA格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的效率損失問題。也就是說IP-SAN存儲(chǔ)存在一個(gè)緩存Cache到磁盤的數(shù)據(jù)I/O和數(shù)據(jù)處理瓶頸。 而采用FC磁盤的FC-SAN存儲(chǔ)設(shè)備就不存在這樣的問題。通過2條甚至4條冗余的后端光纖磁盤通道，可以獲得一個(gè)非常高的磁盤讀寫帶寬，而且FCP的磁盤讀寫協(xié)議不存在一個(gè)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的問題，因?yàn)樗麄儍?nèi)部采用的都是SCSI協(xié)議傳輸，避免了效率的損失。而且FC-SAN存儲(chǔ)設(shè)備由于光纖交換和數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?，并不需要很大的緩存就能夠獲得一個(gè)好的數(shù)據(jù)命中率和讀寫性能，一般2Gb或者4Gb即可滿足要求。另外由于具備專門的硬件RAID校驗(yàn)控制芯片，所以磁盤RAID性能將比軟件RAID性能好很多，并且可靠性更好。1.3 從連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)看在FC-SAN 中存在著其靈活的連接方式，可根據(jù)不通的應(yīng)用需求而選擇不同的連接拓?fù)?，其主要連接方式有如下三種： 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)：首先各個(gè)組成設(shè)備通過登陸建立初始連接，然后即采用全帶寬進(jìn)行工作，其實(shí)際的鏈路利用率為每個(gè)終端的光纖通道控制器以及發(fā)送與接收數(shù)據(jù)可獲得緩沖區(qū)大小來(lái)決定。但其只適用于小規(guī)模存儲(chǔ)設(shè)備的方案，不具備共享功能。 仲裁環(huán)：允許兩臺(tái)以上的設(shè)備通過一個(gè)共享帶寬進(jìn)行通信與交流，在此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，任意一個(gè)進(jìn)程的創(chuàng)建者在發(fā)送一段報(bào)文之前，都將首先與傳輸介質(zhì)就如何存取信息達(dá)成協(xié)議，因此所有設(shè)備均能通過仲裁協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)通信介質(zhì)的有序訪問。 全交換：通過鏈路層交換提供及時(shí)、多路的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接。通過專用、高性能的光纖通道交換機(jī)進(jìn)行連接，同時(shí)可進(jìn)行多對(duì)設(shè)備之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，從而使整個(gè)系統(tǒng)的總帶寬隨設(shè)備的增多而相應(yīng)增大，在增多的同時(shí)絲毫不影響這個(gè)系統(tǒng)的性能。 在IP-SAN 中基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸與存取中，雖然在物理上可體現(xiàn)為總線或者星型連接，但其實(shí)質(zhì)為帶沖突檢測(cè)多路載波偵聽（CSMA/CD）方式進(jìn)行廣播式數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偩€拓?fù)?，因此隨著負(fù)載以及網(wǎng)絡(luò)中通信客戶端的增加，其實(shí)際效率會(huì)隨著相應(yīng)的降低。1.4 從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及傳輸介質(zhì)來(lái)看FC-SAN：使用專用光纖通道設(shè)備 在鏈路中使用光纖介質(zhì)，不僅完全可以避免因傳輸過程中各種電磁干擾，而且可以有效達(dá)到遠(yuǎn)距離的I/O通道連接 在FC-SAN 中所使用的核心交換設(shè)備-光纖交換機(jī)均帶具有高可靠性及高性能的ASIC芯片設(shè)計(jì)，使整個(gè)處理過程完全基于硬件級(jí)別的高效處理。 同樣在連接至主機(jī)的HBA設(shè)計(jì)中，絕大多數(shù)操作獨(dú)立處理，完全不耗費(fèi)主機(jī)處理資源 IP-SAN：使用通用的IP網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備 在傳輸介質(zhì)中使用銅纜、雙絞線、光纖等介質(zhì)進(jìn)行信號(hào)的傳輸，但在普通的廉價(jià)介質(zhì)存在信號(hào)衰減嚴(yán)重等缺點(diǎn)，而使用光纖也同樣需要特有的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備等。在IP網(wǎng)絡(luò)中，可借助IP路由器進(jìn)行傳輸，但根據(jù)其距離遠(yuǎn)近，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的傳輸延遲。 核心使用各種性能的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，受傳輸協(xié)議本身的限制，其實(shí)際處理效率不高。 在主機(jī)端通常使用廉價(jià)的各種速率的網(wǎng)卡，大量耗費(fèi)主機(jī)的應(yīng)用處理資源。 可得出如下光纖通道（FC）與網(wǎng)絡(luò)（IP）的對(duì)比表，該對(duì)比表可清晰表明使用光纖通道進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的信息存儲(chǔ)傳輸與處理中在其性能有著網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)階段無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。面向連接的模式數(shù)據(jù)傳輸通道信號(hào)傳輸校驗(yàn)方式特點(diǎn)傳輸延遲傳輸距離RAID方式光纖通道（FC）連接業(yè)務(wù)物理電路可靠的硬件傳輸高速低延遲較短距離基于硬件網(wǎng)絡(luò)（IP）無(wú)連接邏輯電路不可靠的傳輸高連接更高的延遲更遠(yuǎn)的距離基于硬件1.5 從存儲(chǔ)能夠響應(yīng)的并發(fā)操作能力來(lái)看從應(yīng)用上來(lái)說，相對(duì)于IP-SAN，F(xiàn)C-SAN可以承接更多的并發(fā)訪問用戶數(shù)。當(dāng)并發(fā)訪問Storage的用戶數(shù)不多的情況時(shí)，F(xiàn)C-SAN對(duì)比IP-SAN二者性能相差無(wú)幾。但一旦當(dāng)外接用戶數(shù)呈大規(guī)模增長(zhǎng)趨勢(shì)時(shí)，F(xiàn)C-SAN就顯示出其在穩(wěn)定、安全、以及高性能傳輸率等方面的優(yōu)勢(shì)，不會(huì)像IP-SAN由于自身傳輸帶寬的瓶頸而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的被拖垮。面對(duì)大規(guī)模并發(fā)訪問，無(wú)論是從外接用戶數(shù)規(guī)模來(lái)說還是從傳輸性能和穩(wěn)定性來(lái)說，F(xiàn)C-SAN都有著IP-SAN不可比擬的優(yōu)勢(shì)。二. 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)中設(shè)備穩(wěn)定性比較 FC-SAN 由于使用高效的光纖通道協(xié)議，因此大部分功能都基于硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如后端存儲(chǔ)子系統(tǒng)的存儲(chǔ)虛擬通過帶有高性能處理器的專用RAID 控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，中間的數(shù)據(jù)交換層通過專用的高性能ASIC來(lái)進(jìn)行基于硬件級(jí)的交換處理，在主機(jī)端通過帶有ASIC 芯片的專用HBA 來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的處理。因此在大量減少主機(jī)處理開銷的同時(shí)，也大大提高了整個(gè)FC-SAN的穩(wěn)定性。IP-SAN 使用通用的IP 協(xié)議，而所有的協(xié)議轉(zhuǎn)換及處理時(shí)，絕大部分依賴于軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而軟件的不穩(wěn)定性因素也隨軟件的復(fù)雜度的增加而呈指數(shù)級(jí)增加，從而在大型的網(wǎng)絡(luò)中，整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也會(huì)隨之降低。三. 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)的可擴(kuò)展性比較在全交換（FC-SW Fibre Channel switch fabric）的FC-SAN 中，各通信終端通過FC端口登陸后來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與處理，而每個(gè)端口會(huì)提供專用的24位的FC端口地址（WWN）來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，根據(jù)其地址分配策略，在FC-SW中實(shí)FC-SAN與IP-SAN比較際可用的地址值達(dá)到1550 萬(wàn)，因此在實(shí)際的企業(yè)級(jí)應(yīng)用中，完全可以滿足任何規(guī)模的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的建立。同時(shí)在FC 網(wǎng)絡(luò)中，由于所有的介質(zhì)均選用光媒質(zhì)來(lái)進(jìn)行傳輸，所以其設(shè)備均具有熱插拔的能力，因此不管在已有的或者新建立的FC-SAN 網(wǎng)絡(luò)里可在線完全非中斷應(yīng)用的情況下對(duì)現(xiàn)有的FC-SAN 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，如增加新的服務(wù)器、增加新的存儲(chǔ)空間等等，并且完全不影響已有系統(tǒng)的性能。在IP-SAN中由于借助原有的IP網(wǎng)絡(luò)，因此在其網(wǎng)絡(luò)連接拓?fù)湟餐瑯泳哂泻玫目蓴U(kuò)展性。但在使用IP 存儲(chǔ)時(shí)，由于通常使用了專有的存儲(chǔ)虛擬軟件，所有的存儲(chǔ)分配與虛擬均通過軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以在進(jìn)行存儲(chǔ)的擴(kuò)展時(shí)，很大程度取決于存儲(chǔ)虛擬軟件的設(shè)計(jì)性能以及架構(gòu)等等。四. 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)的可靠性比較FC-SAN的設(shè)計(jì)初衷是基于企業(yè)級(jí)的核心數(shù)據(jù)以及應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，因此在其興起、發(fā)展直至成熟，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性均有著很高的要求。在整個(gè)系統(tǒng)中，除了本身系統(tǒng)即基于高靠的環(huán)境中外，所有設(shè)備均采用高可靠性的硬件及芯片來(lái)設(shè)計(jì)，并且系統(tǒng)的核心部件以及相關(guān)的所有鏈路等均可采用熱插拔雙冗余的設(shè)計(jì)，如存儲(chǔ)子系統(tǒng)的冗余控制器、冗余電源等；鏈路可采用多路徑冗余或者負(fù)載均衡等等。另大部分設(shè)計(jì)是基于硬件的，所以方便使用高可靠、高性能的嵌入式系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。IP-SAN 本身即基于不可靠的IP 網(wǎng)絡(luò)，因此其可靠性必須在已有的軟件中增加其可靠性的設(shè)計(jì)，如增加冗余的功能、提供HA 模式等等。因?yàn)槭腔谲浖O(shè)計(jì)的，因此在功能上會(huì)有所豐富的表現(xiàn)，但其可靠性也同樣是基于軟件的復(fù)雜度的增加而降低，同時(shí)也可能會(huì)引起性能下降的副作用。五. 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)的可管理性比較FC-SAN本身即一個(gè)開放式的獨(dú)立系統(tǒng)，并存儲(chǔ)和處理企業(yè)核心的數(shù)據(jù)信息，因此對(duì)其有和良好的管理與監(jiān)控也至關(guān)重要。在FC-SAN 的發(fā)展與成