FC-SAN与IP-SAN那些事

　　其实在前几年我们根本就没有讨论FC-SAN与IP-SAN优劣势的必要，因为在那个时候的存储区域网业界还是被光纤传输模式一统天下，并且在相当长的一段时间里面表现出了优异的性能、可靠性和可扩展性。但是在这几年来以来，随着IP-SAN存储设备的出现，其携便利的扩展性和低廉的价格向FC-SAN发起了一轮又一轮的冲击，现今已经成为了主要的存储使用用途之一。 　　那么在这个事关业务应用核心数据安全、高效传输的存储区域网到底采用何种方式搭建才能发挥应有的优势呢？本文力求从数据传输性能、传输稳定性、存储区域网的可扩展性、存储区域网设备的可靠性和SAN网络的可管理性共5个方面来对FC-SAN和IP-SAN进行一个对比。

SAN的概念 　　SAN(Storage Area Network存储区域网络)是一个由存储设备和系统部件构成的网络，所有的通信都在一个与应用网络隔离的单独的网络上完成，可以被用来集中和共享存储资源。SAN不但提供了对数据设备的高性能连接，提高了数据备份速度，还增加了对存储系统的冗余连接，提供了对高可用群集系统的支持。 　　简单地说，SAN是关联存储设备和服务器的网络。它和以太网有类似的架构。以太网由服务器、以太网卡、以太网集线器/交换机及工作站所组成，SAN则由服务器、HBA卡、集线器/交换机和存储装置所组成。

SAN的历史 　　在上个世纪80年代，连接主机和存储设备的标准方法是通过像IDE或并行SCSI这样的接口实现的点对点的DAS(直接连接存储)方式。并行SCSI提供了相对快速的访问SCSI硬盘的速度(5MBps或10MBps)，并且几个硬盘可以通过同一个接口连接到计算机上。 　　但是，随着存储子系统变得越来越大，计算机变得越来越快，一个新问题出现了:外部存储设备开始变得庞大起来。磁带库、RAID(廉价冗余磁盘阵列)和其他SCSI设备开始需要越来越多的空间，这就要求并行SCSI连接从主机延伸出来得越来越远;同时，主机系统要求更高的I/O(输入/输出)速率。另外，应用系统希望采用同一个存储系统，SCSI带来的连接数目的限制也摆在了人们面前。 　　为了满足这些新的需求，人们开发了为存储设备提供千兆串行网络访问能力的光纤通道(Fibre Channel)协议。光纤通道协议综合了许多优点，如单模光纤最远距离可达到10公里，通过连接设备可达100公里，可以使用多种介质的简单串行线缆(光缆、铜缆)、千兆网络速率以及可以在同一线缆上同时使用多种协议。这些特点使得光纤通道协议作为并行SCSI协议的替代者在整个90年代都得到了人们的认可，现在光纤通道协议被用在绝大多数高容量、高端直连存储设备上。 　　随着光纤通道协议作为并行SCSI的点对点方式替代者的出现，并随着其逐渐被市场所接受，一种组合单纯的存储应用与网络技术于一身的新技术出现了――这就是存储区域网络(Storage Area Network，SAN)。 　　以光纤网络搭建的SAN，具有三个主要元素:接口(FC)、连接设备(光纤交换机、Hub等)、协议。加上附加光纤接口存储设备以及服务器就构成了SAN系统。 　　在iSCSI诞生以前，搭建SAN只能选择光纤通道，这也是SAN曾经成为光纤存储网络代名词的原因。

　数据传输性能方面的比较

　　传输协议利用率问题 　　从以上协议帧格式即可明显的看出，以太网传输数据包最高到1500 字节。包是以太网中基本校正单元，在每一帧后都会导致消耗CPU 周期的一个中断。在GB 以太网里负载通常也是一个限制因素，避免占用全部带宽。而在FC 数据帧达到2000 多字节，FC 校正基本单元是一个多帧队列。MTU可以达到64 个帧，比较以太网而言允许光纤通道在主机中断之间传输更多的数据。这种MTU可减少需要的CPU 周期和提高传输效率。 　　同时光纤通道网络是基于流控制的封闭网络。以太网设计之初是没考虑到要通过无流控制的公网，而是基于CSMA/CD机制来进行传输的，因此它在阻塞发生时，在一个时间段之后返回并重发包，消耗额外的CPU 周期，并且负载越大，其可能重发包的几率也相应增大，从而引起可能消耗大量的CPU资源。 　　如光纤传输中常使用的FCP-SCSI 协议是将光纤通道设备映射为一个操作系统可访问的逻辑驱动器的一个串行协议，这个协议使得以前基于SCSI 的应用不做任何修改即可使用光纤通道。所以在FC本身的结构即为数据提供了高效率的传输途径。 　　而在以太网的传输中每次以单帧为单位，其中在传输过程中还必须进行层层的封装与解包，从而大大影响了整个链路的数据传输效率，并且在处理过程中也大大增加对系统本身性能的影响。 　　在实际的对比测试中，其测试数据结果表明在同样的1Gbps的光纤链路（FC）与1Gbps的千兆以太网（IP）中进行数据传输时，FC的实际利用率在70%-80%左右，最高可达90%；而在千兆以太网中，其实际利用率平均在20%左右，最高也只能达到30%左右。从以上协议本身分析看来，在以太网中并不能提供针对如存储等大数据量以及I/O应用所需要的好的性能。这也是在存储区域网设计之初没有考虑IP存储的原因，虽然TCP/IP传输协议的出现较FCP传输协议出现得早。 　　另外基于FC协议的FC-SAN理论传输速率早已达到了2Gb/s的水平，目前业界主流也已达到了4Gb/s，而基于IP协议的IP-SAN目前来说1Gb/s的理论传输速率还是主流，未来10G/s的理论传输速率还需要10G以太网的进一步发展和强壮才能够达到。据iSCSI相关技术人员的实测数据显示：基于1Gb的IP网络搭建IP SAN，数据传输速率在80-90MB/s左右，如果是全双工模式的交换机，可以达到160MB/s左右，相比光纤通道190MB/s（全双工360MB/s）的传输速率还是有明显差距。