大话存储系列10——FC 与 iSCSI 尖峰对决

综述：

2003 年，互联网工程任务组（IETF）批准iSCSI（互联网SCSI）协议后，很多人开始将以太网作为分块存储网络使用（成为“基于IP 的存储”）。一直以来，人们采用iFCP和FCIP 等现有协议发送基于IP 的SCSI 命令行，主要允许FC 存储区域网络（SAN）通过IP 交换数据。凭借iSCSI，SCSI 命令行可以“端对端”地传送到世界各地的以太网中。

ISCSI SAN技术正改变着SAN网络的经济承受力。光纤通道SAN技术不但价格昂贵，而且配置管理起来非常复杂。对于中小型企业来说，SAN是不切合实际的，即便是企业级数据中心的预算也会对增加到光纤通道SAN的服务器或存储系统的数量进行限制。但iSCSI改变了这一切，它支持基于块的SAN，使用现有以太网技术，成本大大降低。不过， iSCSI能否与光纤通道SAN共存，通过什么方法让他们共存呢，我们来深入了解一下。

FC SAN

存储区域网络（SAN）主要指存储设备和主机服务器之间的互连阵列。例如，存储阵列可能通过光纤通道（FC）网络或者以太网（在iSCSI情况下）与交换机相连。主服务器与交换机相连，交换机彼此相连，所有这些就形成了设备网络结构。虽然互连看起来十分复杂，但是每条连接依然是独立的链路（link）。目前，SAN采用聚集技术和故障转移技术，提高其可用性和可靠性。
由于应用的不断要求，光纤通道技术已经确立成为SAN(存储局域网)互连的精髓，可以为存储网络用户提供高速、高可靠性以及稳定安全性的传输。光纤通道技术是基于美国国家标准协会（ANSI）的X3.230-1994标准(ISO 14165-1)，而创建的基于块的网络方式。该技术详细定义了在服务器、转换器和存储子系统（例如，磁盘列阵或磁带库）之间建立网络结构所需的连接和信号。光纤通道几乎可以传输任何大小的流量。 光纤通道采用光纤、同轴铜质电缆或者双绞合铜质电缆，以1Gbps、2Gbps、4Gbps和最新的10Gbps速率传输SAN数据，。同时，延迟时间短，尽量缩短数据请求和发送的迟缓时间。例如，典型的光纤通道转换所产生的延时仅有数微秒。正是由于光纤通道结合了高速度与延迟性低的特点，在时间敏感或交易处理的环境中，光纤通道成为理想的选择。同时，这些特点还支持强大的扩展能力，允许更多的存储系统和服务器互连。光纤通道同样支持多种拓朴结构，，既可以在简单的点对点模式下实现两个设备之间的运行，也可以在经济型的仲裁环下连接126台设备，或者（最常见的情况）在强大的交换式结构下为数千台设备提供同步全速连接。在同一个SAN中，很容易实现不同拓朴结构和光缆类型的混合连接。 光纤通道被认为是一种非常可靠的SAN技术。通常而言，主机总线适配器卡（HBA）和交换机的性能非常强大，将设备故障率降到最低。光纤通道SAN结构允许多重连接线路和冗余线路，所以，如果某个硬件出现故障或电缆出现问题，可以找到一条新的通道，这样传输转换到另外一个通道，可以保持存储和应用程序之间的连接（可能性能会有所下降），直到故障排除。另外，多重连接可以进行合并，以获得更好的带宽。例如，将两个2Gbps的连接进行合并，可以有效地达到一个4Gbps数据带宽的性能。这种多重或冗余连接的可行性，能够在SAN系统卸载流量时，均衡负载，并且能够动态地调整繁忙通道（瓶颈）利用较少使用的通道进行传输。
安全是光纤通道技术的另一个重要特性。“网络”将多种设备互连通信。但是在SAN结构中，最好是不要让每台服务器去识别或访问SAN中的LUN（逻辑单元号）。在实际的使用中，LUN必须进行设置，只能让特定的应用程序看到，所以，设置安全性是存储准备过程中极其重要的一环。通过实行分区，光纤通道网络中的设备可以互相识别。通过限制终端设备的可视性，服务器（主机）只能看到和访问分配在同一个分区的存储设备。一旦SAN被分区，LUN就会被掩码保护，这样每一台主机服务器只能看到特定的LUN。 不过，光纤通道也存在着一些公认的不足，例如，费用高，技术复杂。每台服务器需要配备一片特殊的光纤卡（光纤通道主机总线适配器卡/HBA）。每片光纤卡（HBA）必须连接到光纤交换机中相应的端口，以形成SAN的“交换结构”。光纤卡和交换机端口的每种组合都可能需要存储用户数千万的投入。如此昂贵的费用，迫使许多公司只考虑将大型、高端存储系统连接到SAN。LUN只要在存储中生成，就必须被分区和掩码保护，以保证他们只能被特定的服务器或应用程序识别。这常常是一个繁冗长，而且容易出错的过程。所有的这些程序增加了光纤通道SAN的的复杂性和高成本的管理费用。

iSCSI SAN

iSCSI SAN的主要优点在于简洁、成本低廉、使用范围广泛。光纤通道技术非常昂贵，需要专业技术才能正确安装和配置，而iSCSI SAN只需利用普通的以太网界面卡（NIC）和交换机就能实现——这些设备在任何零售电子商店中都能够买得到。因此，获取、扩展和更新以太网LAN的费用都相对较低。这就使得公司很容易为iSCSI SAN添加更多的存储服务器，而要为FC SAN添加服务器就很贵很困难。以太网已经成功地在家庭和小公司中设立、使用，用户也非常了解以太网的设置和配置，其使用范围就会更加广泛。

需要指出一点，iSCSI的性能非常好，除了要求苛刻的事务应用程序。以太网会发生网络堵塞和延迟，1 Gbps的以太网网络带宽远远小于2、4、甚至10 Gbps的光纤通道SAN，对此许多网络专家可能会惊奇不已。不过，专家依然认为，以太网性能较差、不可靠等缺点今天已经不存在了，iSCSI能实现和光纤通道一样的性能。

但是，iSCSI也具有一些问题，任何用户都应该考虑到这些问题。首先，iSCSI SAN应该包括优化性能、减少延迟的措施。这些措施包括采用具有TCP/IP卸载引擎（TOE）的高性能NIC，以及提供低延迟端口的交换机。然而，这些措施都会增加iSCSI的部署费用，部署iSCSI SAN可能比FC SAN花费还高。ISCSI Initiator软件的性能和稳定性可能截然不同，所以可以采用另外一种方法，优化每台主机的ISCSI Initiator软件性能。iSCSI速度大大提高直至10 Gbps，iSCSI目标措施可能更多地依赖硬件NIC的选择。

iSCSI和FC从技术上有什么区别呢?

所有的SANs都通过由适配器(HBA)以及交换机(switchs)组成的高速网络将服务器连接到块存储阵列上。而这样的存储网络可以让服务器与存储阵列交互信息，并且可以建立多条路径来确保存储阵列的可用性，进而加强了冗余并提高了性能。同时SAN也用来对于某些特殊的服务器或应用程序限制存储的可见性。

SANs传统上用物理实现部署光纤通道(FC)，这部分在ANSI标准X3.230-1994(ISO 14165-1)中已经阐明。简单来说，光纤通道使用光纤，同轴电缆或者双绞线来传送SAN数据，速度可以达到1Gbps,2Gbps,4Gbps甚至更高到10Gbps。光纤通道可以在点对点、交换、循环方式下操作。

但是，光纤通道(FC)也由于它的高额费用以及复杂性受到了广泛的批评。比如每一个服务器都需要一个专用的HBA卡。而每一个HBA卡都必须连接到相应的光纤通道交换机的端口上，从而构成整个SAN。比较流行的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光纤通道HBA。而Brocade公司以及Cisco公司提供了一系列高性能的SAN交换机。

HBA和交换机端口的结合对于存储公司来讲是需要花成千上万美元的。当LUNs在存储中创建时，它们必须被划分区域以确保它们只能被适当的服务器和应用程序所访问。这些过程、复杂性以及管理成本给FC SANs带来了很大的负担。

FC的成本和复杂性对于小型和中型企业的SAN部署变得更加困难，直到基于iSCSI协议的SoIP SANs的出现才让这件事情变得可能，而SoIP SANs是由IETF在2003年批准。对于在IP网络上传输存储数据已经不是什么新东西了，因为FCIP和iFCP协议已经说明了在IP网络上传输FC数据的过程。但是，iSCSI是第一个允许在IP网络上端对端之间使用SCSI命令的协议。

iSCSI强调网络环境普遍存在这一概念。也就是说，每一个组织，无论从最小的家庭网络到使用LAN的大型企业都可以使用网络资源并且不贵。在实际过程中，iSCSI SAN在一个隔离的网络环境中部署高质量的NIS以及网络交换机。有一些公司通过部署网络NICs来改善iSCSI的性能，这种NIC通过TCP/IP 减负引擎(TOE)来减少CPU对iSCSI命令的处理。但是作为一个基本条件，iSCSI SAN根据现有LAN上的已经存在的NICs和交换机就已经可以实现。现在iSCSI SANs可以运行在1Gbps的速度上，并且随着NICs以及交换机升级到10G的时候可以提到10Gbps的速度。

iSCSI吸引人之处在于它的易用性。相比于学习、创建以及管理两套网络——LAN用于用户通讯，FC SAN用于存储，一个公司可以使用iSCSI来用它现有的网络知识来管理LAN和SAN。“我们相信拥有一个端对端的以太网IP环境提供了很多的东西：已有技术、设备、服务以及软件工具，”Enterprise Strategy组织的高级分析师Tony Asaro谈到。
有一点很重要的是需要知道iSCSI SAN和NAS是不同的，即使它们都使用相同的IP网络。iSCSI SAN提供了基于块的数据访问(它给你提供磁盘驱动器方式)，而NAS提供了基于文件的数据访问(它给你提供文件方式)。选择iSCSI或者NAS需要根据你的应用程序来定。

随着网络连接技术和信息化应用的不断发展，存储连接技术也在快速发展；在某些技术领域也做到了相互融合和借鉴。IP网络发展到今天已经十分成熟和普及，规模已经遍及全球，对于需要远程互联存储设备来说这是最好的现成资源。ISCSI协议就是在这种背景下发展起来的，ISCSI协议很好的结合了IP传输技术和SCSI传输技术的优点。目前存储的主要连接协议还是FC（光纤通道）协议，而ISCSI技术出现后，也使存储部署多了一份选择。

    那么，当我们面对FC和ISCSI技术时，应该如何选择呢？

    问题1：ISCSI协议与FC协议，哪个协议的性能更好？

    因为ISCSI协议是在TCP/IP协议之上运行SCSI协议，所以其底层的协议层都是利用的现有以太网的。在硬件上兼容现在的网卡、网线、以太网交换机等设备。目前以太网的主流速度是千兆，而目前FC的主流速度为2Gb；所以在速度上还无法超过FC协议。但由于ISCSI协议借鉴了SCSI协议适合大数据量传输的优势，所以在千兆以太网上的性能表现还不错。

    以浪潮产品为例，我们已经做过自己产品的测试，使用ISCSI协议的AS500和使用FC协议的CX300进行性能比较，当测试负载未达到千兆带宽的极限值时，AS500的性能与CX300的性能相差不大，甚至超出，这充分说明了ISCSI协议是一种适合大数据量的高效传输协议。当然目前最大效能受限于以太网的带宽，但当10Gb以太网发展起来后，ISCSI协议会具有明显优势。现在FC协议已经达到了4Gb，所以到目前为止FC协议的性能还要大大好于ISCSI协议。对于重视性能高端的用户还是会选择以FC技术为主构建存储网络；但对于大多数的中小企业用户、教育用户和政府用户，在考虑性价比的情况下，ISCSI技术也是一种很好的选择，毕竟以ISCSI技术组建存储网络不需要购买HBA卡、存储交换机，可以节省很多的投入。

    问题2：ISCSI协议是否适合构建SAN（存储区域网络）？

    SAN的本质是网络，其作用是连接存储和主机，并提供灵活的扩展性。以往构建SAN的主流协议是FC。因为FC协议可以实现高性能的传输，并可以提供千万级的地址空间，适合网络的扩展。而这些特点ISCSI协议都已具备，虽然在性能上还与FC有所差距，但在价格上有明显优势，并且在实施和管理上都可做到简单高效，因为用户对于IP网络的了解远远高于FC网络。所以ISCSI适合构建SAN，浪潮的ISCSI产品AS500已经获得了用户的肯定，已经有很多用户选择使用AS500和ISCSI协议组建自己的SAN网络。

    问题3:：构建SAN时，面对ISCSI协议和FC协议，应该如何选择？

    想明白这个问题需要首先了解ISCSI协议和FC协议的优劣势。综合以上的讨论可以这样总结：使用FC协议构建SAN，具有性能优势，但在成本和远距离连接上（超过10公里）处于劣势。使用ISCSI协议构建SAN，在投入成本上具有明显优势，而且SAN网络的规模越大、距离越远，这个优势也越明显。而且ISCSI协议特别适合远距离连接，因为可以方便的借助目前遍布全球的INTERNET和广域网。ISCSI目前的劣势就是性能，与FC相比还有一定差距。

    因此，在构建SAN时，我们要充分的分析应用对存储性能的需求，如果千兆网络的性能可以满足，我们完全可以选择ISCSI技术来构建SAN的存储网络，这样也可以活得最好的性价比，并且在管理和使用上都可做到方便简单。但如果应用对性能的要求很高，比如使用大型数据库的商业用户，那么FC的SAN还应该是首选。

    问题4：ISCSI和FC的发展趋势如何？

    目前来看，ISCSI和FC技术都已经成熟，其发展目标主要是提升传输速度。FC协议历经了1Gb和2Gb的发展过程，目前已经可以达到4Gb，相信其后FC协议的速度还会继续发展。而ISCSI的速度发展就得益于以太网速度的发展，以太网的速度经历了10M、百兆以及现在的千兆。但是10千兆的网络已经在规划当中了，如果10千兆的网络成为现实，那么ISCSI协议在存储网络中应用肯定会超过FC协议。

    让我们拭目以待，技术发展的最终受益者还是我们的最终用户。