ip san和fc san區(qū)別.doc

其實在前兩年我們根本就沒有討論FC-SAN與IP-SAN優(yōu)劣勢的必要，因為在那個時候的存儲區(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、可靠性和可擴展性。但是在這一年多以來，隨著IP-SAN存儲設(shè)備的出現(xiàn)，其攜便利的擴展性和低廉的價格向FC-SAN發(fā)起了一輪又一輪的沖擊。 那么在這個事關(guān)業(yè)務(wù)應用核心數(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進行一個對比。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，在每一幀后都會導致消耗CPU 周期的一個中斷。在GB 以太網(wǎng)里負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)幀達到2000 多字節(jié)，F(xiàn)C 校正基本單元是一個多幀隊列。MTU可以達到64 個幀，比較以太網(wǎng)而言允許光纖通道在主機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機制來進行傳輸?shù)模虼怂谧枞l(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，并且負載越大，其可能重發(fā)包的幾率也相應增大，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）中進行數(shù)據(jù)傳輸時，F(xiàn)C的實際利用率在70%-80%左右，最高可達90%；而在千兆以太網(wǎng)中，其實際利用率平均在20%左右，最高也只能達到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到了2Gb/s的水平，目前業(yè)界主流也已達到了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)的進一步發(fā)展和強壯才能夠達到。據(jù)iSCSI相關(guān)技術(shù)人員的實測數(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，可以達到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，信號機制標準，也定義了光纖和銅線接口以及電纜指標； FC-1：定義編碼和解碼的標準； 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用之間的接口，上層應用比如：串行SCSI 協(xié)議，HBA 的驅(qū)動提供了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，將上層的應用的命令映射成為叫做“信息單元”的邏輯結(jié)構(gòu)。 一個獨立信息單元通常映射為序列。 與信息單元相關(guān)， I/O請求操作映射成為單獨的交換。 而所有的傳輸則是以大數(shù)據(jù)量的序列為單位進行處理的。同時序列和交換結(jié)構(gòu)一般已經(jīng)足以包含關(guān)于流控制的可調(diào)選項以及存儲恢復策略。 A、交換光纖路徑通信由多層通信方式來實現(xiàn)。最高層，或者稱會話層，是節(jié)點之間面向應用的通信。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，但它能同時在兩個方向上傳輸信息。交換通常所花的時間會很長。一個端口可以同時管理多個交換。換而言之，兩端口之間的交換通信不會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。在下一個序列被發(fā)送或接收前，當前序列必須完成。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：均由開始標記、幀頭、地址段、應用數(shù)據(jù)、錯誤校驗段、回應數(shù)據(jù)和幀尾組成。所有的幀都屬于某一個序列，因此也屬于一個交換。 在I/O操作中使用這些結(jié)構(gòu)時，交換和一個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，幀和單個SCSI指令相當，它包括所有的請求、應答和錯誤傳輸。 其具體形式如下圖所示：1.2 從存儲設(shè)備的結(jié)構(gòu)來看 一般來說IP-SAN存儲設(shè)備的磁盤控制器不是采用FC-SAN存儲設(shè)備中的硬件RAID芯片+中央處理器的結(jié)構(gòu)，而是采用每個磁盤柜中分為多個磁盤組，而每個磁盤組由一個微處理芯片控制所有的磁盤RAID操作（采用軟件計算，效率較低）和RAID組的管理操作。這樣一來，每一次磁盤I/O操作都將經(jīng)過IP-SAN存儲內(nèi)置的一個類似交換機的設(shè)備從前端眾多的主機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微處理芯片工作時需要大容量的緩存來支持數(shù)據(jù)包隊列的排隊操作，所以一般我們看到的IP-SAN存儲都具有幾十個GB的緩存。利用這個大的緩存區(qū)，IP-SAN存儲在測試Cache的最大讀帶寬時可以獲得600，000IOPS甚至以上這樣高的值，但是這個值并不能真正說明在實際應用中就能夠獲得好的性能。因為在具有海量存儲的時候，不可能所有的數(shù)據(jù)均載入到系統(tǒng)緩存中，這個時候就需要大量的磁盤I/O操作來查找數(shù)據(jù)，而IP-SAN存儲所采用的SATA磁盤在這一塊切切性能非常弱，而且還涉及到一個在IP網(wǎng)絡(luò)上流動的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存儲存在一個緩存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)議不存在一個數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的問題，因為他們內(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 從連接拓撲結(jié)構(gòu)來看在FC-SAN 中存在著其靈活的連接方式，可根據(jù)不通的應用需求而選擇不同的連接拓撲，其主要連接方式有如下三種： 點對點：首先各個組成設(shè)備通過登陸建立初始連接，然后即采用全帶寬進行工作，其實際的鏈路利用率為每個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)大小來決定。但其只適用于小規(guī)模存儲設(shè)備的方案，不具備共享功能。 仲裁環(huán)：允許兩臺以上的設(shè)備通過一個共享帶寬進行通信與交流，在此拓撲結(jié)構(gòu)中，任意一個進程的創(chuàng)建者在發(fā)送一段報文之前，都將首先與傳輸介質(zhì)就如何存取信息達成協(xié)議，因此所有設(shè)備均能通過仲裁協(xié)議實現(xiàn)對通信介質(zhì)的有序訪問。 全交換：通過鏈路層交換提供及時、多路的點對點的連接。通過專用、高性能的光纖通道交換機進行連接，同時可進行多對設(shè)備之間點對點的通信，從而使整個系統(tǒng)的總帶寬隨設(shè)備的增多而相應增大，在增多的同時絲毫不影響這個系統(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，但其實質(zhì)為帶沖突檢測多路載波偵聽（CSMA/CD）方式進行廣播式數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偩€拓撲，因此隨著負載以及網(wǎng)絡(luò)中通信客戶端的增加，其實際效率會隨著相應的降低。1.4 從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及傳輸介質(zhì)來看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，而且可以有效達到遠距離的I/O通道連接 在FC-SAN 中所使用的核心交換設(shè)備-光纖交換機均帶具有高可靠性及高性能的ASIC芯片設(shè)計，使整個處理過程完全基于硬件級別的高效處理。 同樣在連接至主機的HBA設(shè)計中，絕大多數(shù)操作獨立處理，完全不耗費主機處理資源 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)進行信號的傳輸，但在普通的廉價介質(zhì)存在信號衰減嚴重等缺點，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路由器進行傳輸，但根據(jù)其距離遠近，會產(chǎn)生相應的傳輸延遲。 核心使用各種性能的網(wǎng)絡(luò)交換機，受傳輸協(xié)議本身的限制，其實際處理效率不高。 在主機端通常使用廉價的各種速率的網(wǎng)卡，大量耗費主機的應用處理資源。 可得出如下光纖通道（FC）與網(wǎng)絡(luò)（IP）的對比表，該對比表可清晰表明使用光纖通道進行大數(shù)據(jù)量的信息存儲傳輸與處理中在其性能有著網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)階段無法比擬的優(yōu)勢。面向連接的模式數(shù)據(jù)傳輸通道信號傳輸校驗方式特點傳輸延遲傳輸距離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）無連接邏輯電路不可靠的傳輸高連接更高的延遲更遠的距離基于硬件1.5 從存儲能夠響應的并發(fā)操作能力來看從應用上來說，相對于IP-SAN，F(xiàn)C-SAN可以承接更多的并發(fā)訪問用戶數(shù)。當并發(fā)訪問Storage的用戶數(shù)不多的情況時，F(xiàn)C-SAN對比IP-SAN二者性能相差無幾。但一旦當外接用戶數(shù)呈大規(guī)模增長趨勢時，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，不會像IP-SAN由于自身傳輸帶寬的瓶頸而導致整個系統(tǒng)的被拖垮。面對大規(guī)模并發(fā)訪問，無論是從外接用戶數(shù)規(guī)模來說還是從傳輸性能和穩(wěn)定性來說，F(xiàn)C-SAN都有著IP-SAN不可比擬的優(yōu)勢。二. 存儲區(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實現(xiàn)的，如后端存儲子系統(tǒng)的存儲虛擬通過帶有高性能處理器的專用RAID 控制器來實現(xiàn)，中間的數(shù)據(jù)交換層通過專用的高性能ASIC來進行基于硬件級的交換處理，在主機端通過帶有ASIC 芯片的專用HBA 來進行數(shù)據(jù)信息的處理。因此在大量減少主機處理開銷的同時，也大大提高了整個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，絕大部分依賴于軟件來實現(xiàn)，而軟件的不穩(wěn)定性因素也隨軟件的復雜度的增加而呈指數(shù)級增加，從而在大型的網(wǎng)絡(luò)中，整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性也會隨之降低。三. 存儲區(qū)域網(wǎng)的可擴展性比較在全交換（FC-SW Fibre Channel switch fabric）的FC-SAN 中，各通信終端通過FC端口登陸后來進行數(shù)據(jù)的傳輸與處理，而每個端口會提供專用的24位的FC端口地址（WWN）來進行數(shù)據(jù)通信，根據(jù)其地址分配策略，在FC-SW中實FC-SAN與IP-SAN比較際可用的地址值達到1550 萬，因此在實際的企業(yè)級應用中，完全可以滿足任何規(guī)模的存儲網(wǎng)絡(luò)的建立。同時在FC 網(wǎng)絡(luò)中，由于所有的介質(zhì)均選用光媒質(zhì)來進行傳輸，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用的情況下對現(xiàn)有的FC-SAN 網(wǎng)絡(luò)進行擴展，如增加新的服務(wù)器、增加新的存儲空間等等，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)連接拓撲也同樣具有好的可擴展性。但在使用IP 存儲時，由于通常使用了專有的存儲虛擬軟件，所有的存儲分配與虛擬均通過軟件來實現(xiàn)，所以在進行存儲的擴展時，很大程度取決于存儲虛擬軟件的設(shè)計性能以及架構(gòu)等等。四. 存儲區(qū)域網(wǎng)的可靠性比較FC-SAN的設(shè)計初衷是基于企業(yè)級的核心數(shù)據(jù)以及應用而設(shè)計的，因此在其興起、發(fā)展直至成熟，對整個系統(tǒng)的可靠性均有著很高的要求。在整個系統(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設(shè)計，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，如存儲子系統(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載均衡等等。另大部分設(shè)計是基于硬件的，所以方便使用高可靠、高性能的嵌入式系統(tǒng)來進行數(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，如增加冗余的功能、提供HA 模式等等。因為是基于軟件設(shè)計的，因此在功能上會有所豐富的表現(xiàn)，但其可靠性也同樣是基于軟件的復雜度的增加而降低，同時也可能會引起性能下降的副作用。五. 存儲區(qū)域網(wǎng)的可管理性比較FC-SAN本身即一個開放式的獨立系統(tǒng)，并存儲和處理企業(yè)核心的數(shù)據(jù)信息，因此對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