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FC SAN 与 IP SAN

原创 Linux操作系统 作者:tolywang 时间:2009-09-21 14:03:32 0 删除 编辑

1.2 从存储设备的结构来看

  一般来说IP-SAN存储设备的磁盘控制器不是采用FC-SAN存储设备中的硬件RAID芯片+中央处理器的结构,而是采用每个磁盘柜中分为多个磁盘组,而每个磁盘组由一个微处理芯片控制所有的磁盘RAID操作(采用软件计算,效率较低)和RAID组的管理操作。这样一来,每一次磁盘I/O操作都将经过IP-SAN存储内置的一个类似交换机的设备从前端众多的主机端口中读取或者写入数据,而这些操作都是基于IP交换协议,其协议本身就要求每一个微处理芯片工作时需要大容量的缓存来支持数据包队列的排队操作,所以一般我们看到的IP-SAN存储都具有几十个GB的缓存。利用这个大的缓存区,IP-SAN存储在测试Cache的最大读带宽时可以获得600,000IOPS甚至以上这样高的值,但是这个值并不能真正说明在实际应用中就能够获得好的性能。因为在具有海量存储的时候,不可能所有的数据均载入到系统缓存中,这个时候就需要大量的磁盘I/O操作来查找数据,而IP-SAN存储所采用的SATA磁盘在这一块切切性能非常弱,而且还涉及到一个在IP网络上流动的iSCSI数据向ATA格式数据转化的效率损失问题。也就是说IP-SAN存储存在一个缓存Cache到磁盘的数据I/O和数据处理瓶颈。

  而采用FC磁盘的FC-SAN存储设备就不存在这样的问题。通过2条甚至4条冗余的后端光纤磁盘通道,可以获得一个非常高的磁盘读写带宽,而且FCP的磁盘读写协议不存在一个数据格式转换的问题,因为他们内部采用的都是SCSI协议传输,避免了效率的损失。而且FC-SAN存储设备由于光纤交换和数据传输的高效性,并不需要很大的缓存就能够获得一个好的数据命中率和读写性能,一般2Gb或者4Gb即可满足要求。另外由于具备专门的硬件RAID校验控制芯片,所以磁盘RAID性能将比软件RAID性能好很多,并且可靠性更好。

  1.3 从连接拓扑结构来看

  在FC-SAN 中存在着其灵活的连接方式,可根据不通的应用需求而选择不同的连接拓扑,其主要连接方式有如下三种:

  点对点:首先各个组成设备通过登陆建立初始连接,然后即采用全带宽进行工作,其实际的链路利用率为每个终端的光纤通道控制器以及发送与接收数据可获得缓冲区大小来决定。但其只适用于小规模存储设备的方案,不具备共享功能。

  仲裁环:允许两台以上的设备通过一个共享带宽进行通信与交流,在此拓扑结构中,任意一个进程的创建者在发送一段报文之前,都将首先与传输介质就如何存取信息达成协议,因此所有设备均能通过仲裁协议实现对通信介质的有序访问。

  全交换:通过链路层交换提供及时、多路的点对点的连接。通过专用、高性能的光纤通道交换机进行连接,同时可进行多对设备之间点对点的通信,从而使整个系统的总带宽随设备的增多而相应增大,在增多的同时丝毫不影响这个系统的性能。

  在IP-SAN 中基于以太网的数据传输与存取中,虽然在物理上可体现为总线或者星型连接,但其实质为带冲突检测多路载波侦听(CSMA/CD)方式进行广播式数据传输的总线拓扑,因此随着负载以及网络中通信客户端的增加,其实际效率会随着相应的降低。

   1.4 从网络设备及传输介质来看

  FC-SAN:使用专用光纤通道设备

  在链路中使用光纤介质,不仅完全可以避免因传输过程中各种电磁干扰,而且可以有效达到远距离的I/O通道连接

  在FC-SAN 中所使用的核心交换设备-光纤交换机均带具有高可靠性及高性能的ASIC芯片设计,使整个处理过程完全基于硬件级别的高效处理。

  同样在连接至主机的HBA设计中,绝大多数操作独立处理,完全不耗费主机处理资源

  IP-SAN:使用通用的IP网络及设备

  在传输介质中使用铜缆、双绞线、光纤等介质进行信号的传输,但在普通的廉价介质存在信号衰减严重等缺点,而使用光纤也同样需要特有的光电转换设备等。在IP网络中,可借助IP路由器进行传输,但根据其距离远近,会产生相应的传输延迟。

  核心使用各种性能的网络交换机,受传输协议本身的限制,其实际处理效率不高。

  在主机端通常使用廉价的各种速率的网卡,大量耗费主机的应用处理资源。

  可得出如下光纤通道(FC)与网络(IP)的对比表,该对比表可清晰表明使用光纤通道进行大数据量的信息存储传输与处理中在其性能有着网络在现阶段无法比拟的优势。

  连接的数据传输通道信号传输校验方式特点传输延迟传输距离RAID方式光纤通道(FC)连接业务物理电路可靠的硬件传输高速低延迟较短距离基于硬件网络(IP)无连接逻辑电路不可靠的传输高连接更高的延迟更远的距离基于硬件

  1.5 从存储能够响应的并发操作能力来看

  从应用上来说,相对于IP-SAN,FC-SAN可以承接更多的并发访问用户数。当并发访问Storage的用户数不多的情况时,FC-SAN对比IP-SAN二者性能相差无几。但一旦当外接用户数呈大规模增长趋势时,FC-SAN就显示出其在稳定、安全、以及高性能传输率等方面的优势,不会像IP-SAN由于自身传输带宽的瓶颈而导致整个系统的被拖垮。面对大规模并发访问,无论是从外接用户数规模来说还是从传输性能和稳定性来说,FC-SAN都有着IP-SAN不可比拟的优势。

 

 

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就在不久前,各大iSCSI厂商还声称iSCSI会占领全世界存储市场,iSCSI将把FC存储远远抛在后面,很多业内专家都同意这种观点,而且很多公司需要一个独立的网络结构设施和一个独立的管理方法,并希望取消很多没有必要的开支。

  IDC公司表示,最近几年,iSCSI技术已经变得很成熟了,但却只占有大约3%的存储市场。实际上,我根本没有预言过FC的末日或是说从来没说过iSCSI会统治网络存储领域,但是我倾向于从HPC方面进行观察,而不只是停留在技术本身上。

  无论如何,存储市场一直是一片繁荣景象。各家公司纷纷雇佣更多的人员,从业人员越来越多,而不是越来越少,不过网络建设人员的增速已经出现减慢的迹象。

不过根据在资金流向及IT预算方面的统计,存储业还在不断增长。与管理数据工具的开发速度比起来,备份与恢复管理的复杂性的增长速度更快。

  为什么iSCSI没有埋葬FC SANs?为什么业界专家都估计错了?iSCSI还在那儿等着占领整个存储世界吗?或者像InfiniBand (IB)那样,有朝一日,卷土重来?我不这么想,原因如下。

  开销与性能

  首先,iSCSI要比FC的开销大得多。iSCSI可以运行在10 GbE或者InfiniBand 等所有基于IP的网络上,但是在IP上使用iSCSI技术要比采用标准SCSI协议的开销高得多。

  当一个操作系统将数据写到设备上时,系统通过路径内设备都将理解的通信协议建立包。例如,如果您将数据写入一个FC RAID设备,您会建立一个SCSI包,将该SCSI命令或数据写到这个设备上,并且通过HBA卡将其转化成FC包,通过磁盘或RAID控制器重新装配。如果您的写入目标是SATA设备,执行下述步骤:SATA设备驱动器接受操作系统命令,执行I/O,建立SATA命令,分解成SATA包。

  采用iSCSI技术,会发生相同的事情,但是这时无论是SATA还是SCSI,命令都被压缩进一个TCP/IP包,然后转换成低层的硬件包,例如以太网封包。在命令里,命令进行分包。在操作系统内,要在命令内创建附加命令就需要更多的CPU时间,并且额外的TCP/IP命令需要空间,它会耗尽网络带宽。

  从系统方面看,您不得不创建附加类型的命令,压缩存储命令,然后沿着通道发送这个从整体上看已经变得更大的东西。

  低级别通信技术  

  iSCSI被宣传的一个优势就是它能够利用现存的未被充分利用的网络体系。这种情况可能存在,也可能不存在。目前,最快的、用得最广泛的网络技术是GigE交换技术,其在最好的状态下可能会达到全双工100 MB/秒,需要支付额外的开销并且存在要求的规模问题。今天,与其等同的FC技术是2 Gb FC,它能够达到全双工200MB/秒。SATA技术是3.2 Gb/秒,或是400 MB/秒,但这是半双工的。总之,您考虑一下这个问题,从性能方面看,iSCSI远远落后于今天一流的技术。

  很多人声称10 GB以太网会改变一切,但是,至少到目前为止,我没有看到这项技术被当作桌面的标准。一些桌面会有这些类型的连接,但大部分都不会,原因不只是新NIC(网卡)的费用问题,还包括交换机上10 Gb“以太网端口的数量和成本,以及需要PCI Express总线。

  CPU 使用

  正如我们已经注意到的,与采用SCSI, SATA, SAS InfiniBand 移动数据相比,采用iSCSI技术,CPU的使用率会更高,因为必需加上额外数量的TCP/IP数据包。这些操作(或开销)就转化到CPU的使用上。CPU的使用量大部分取决于请求的数量,与发送大型数据相比,如果您发送小量的数据,系统操作量(或开销)会更高。您要支付的费用和获得的性能将取决于操作系统,驱动器和iSCSI卡,因此,潜在的影响性能表现的范围更广。

  人员分工

  我们知道我们面对的存储管理和网络管理很困难,这是iSCSI技术普及的另一个障碍。

   存储管理包括管理存储网络以及将存储配置给相应的组织。这种配置在多数情况下不同于网络管理并且比网络管理更复杂(网络从业人员不会喜欢)。存储管理人员需要理解操作系统,文件系统,存储连接性和物理存储自身。也许会有人说说我是存储业的伪专家,但是我看到的是,它更复杂,即使它不复杂,它也远远不同于网络管理。您不能让一个从事网络管理的人员去管理存储。无论喜欢还是不喜欢,都存在人员分配问题。您需要的、在存储和网络管理方面都很在行的人是少之又少,并且还是在大型的复杂的站点上就更是凤毛麟角了。在我去过的一些站点上,他们甚至将文件系统管理人员与存储人员分成不同的组。以我的观点,这是一个坏主意,但它却经常发生。我认为网络和存储管理变成两个完全不同的任务,这会使代替FC的进程变得更困难。

  iSCSI会掀起行业革命,它会简化管理,会省钱,但是这一切也许都不会发生,原因是SAN/WAN存储连接性。我不认为10 Gb以太网的状况会发生变化,因为目前这项技术的总成本太高,并且对大多数桌面来说,不是必须的。我还看到美国希捷公司或者 HDS公司建立了带有以太网接口的磁盘,这是另一个限制iSCSI技术普及的因素。

  作为一项可以掀起行业革命的技术,它必须有一个很好的制造改变的理由。我相信iSCSI的性能及其存储管理的复杂性注定它做为FC 存储网络的替代品将以失败告终。iSCSI在存储工作台作为扩展存储到WAN的工具有自己的一席之地,我相信这是一个好工具。可能有人会问,这个工具是否可以更好地用作一个基于主机的NIC(网卡)或用作交换机上的一个端口,就像很多FC交换机厂商已经做的那样。

  因此,当下一个伟大的新技术沿着这条路走来时,记住iSCSI失败的原因,不要相信你读到的任何东西。因为互联网上鱼龙混杂

 

 

 

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1、 常见的主机接口标准有哪些?各自的特点是什么?

Ø SCSISmall Computer System Interface):即小型计算机系统接口标准。
Ø iSCSIInternet SCSI),指通过TCP/IP协议传输SCSI指令和数据包的一种标准。iSCSI技术可以用TCP/IP网络组建SAN,即构筑在IP协议基础上的存储局域网。
Ø FC FIBRE CHANNEL),用光纤通道进行网络数据传输的一种通用的接口标准。
Ø SAS(Serial Attached SCSI) ,即串行连接SCSI”标准,是新一代的SCSI技术,是并行SCSI接口之后开发出的全新接口技术。

特点:

优点

缺点

SCSI

成熟稳定

只适用于直连,扩展能力差

iSCSI

组网方便,管理简单,不受距离限制

数据传输效率低,安全性差

FC

吞吐量大,可靠性高,低时滞,安全性高,数据传输效率高

需存储专网,成本高

SAS

性价比高,发展空间大,技术新

连接距离短,只适用于直连

   

2、 常见的磁盘种类有哪些?各自的特点是什么?

Ø SATASerial-ATA)磁盘,即采用串行ATA接口技术的磁盘。目前的版本是SATA2.0,传输速率300MB/s
Ø SAS (Serial Attached SCSI) 磁盘 ,即采用串行连接SCSI接口技术的磁盘。目前的版本是SAS1.0,传输速率300MB/s09年将推出SAS2.0
Ø FCFIBRE CHANNEL)磁盘,即采用光纤通道接口技术的磁盘。目前的版本是4Gb



特点:

Ø SATA磁盘 :
容量大,价格低
单端口设计可靠性差,并行处理能力差,故障率高

Ø SAS磁盘:
SAS接口兼容SATA,双端口设计,具备并行处理能力,故障率低

Ø FC磁盘:
技术成熟,稳定可靠,双端口设计,并行处理能力强,故障率低




3IP-SANFC-SAN的优缺点比较,各自适用的应用环境是什么?

优点

缺点

IP-SAN

部署成本低
共享网络(IP网络复用,提高网络利用率)
维护简便
适合远距离传输

传输效率低(正常IP网络利用率不足50%
传输安全性低
传输延时无保障
一般占用大量主机资源

FC-SAN

传输效率高
传输安全性高
传输延时极小
占用主机资源少
技术成熟
应用范围最广的专业存储架构

部署成本较高
需要专属网络

IP-SAN适用环境:异地间的数据交换及容灾,备份,非关键应用的集中存储。
FC-SAN适用环境:关键应用的集中存储、备份及容灾。

 

 

 

4FC磁盘、SAS磁盘、企业级SATA磁盘的性能对比(转速、平均无故障时间、平均寻道时间、持续读写速率、应用特点)

硬盘类型

转速

MTBF

平均寻道时间

持续读写速率

应用特点

企业级SATA磁盘

7200 RPM

120万小时

8.5ms

25~30MB/

大容量、小吞吐量,高性价比

SAS磁盘

15000 RPM

160 万小时

3.5ms

30~45MB/

大容量、高可靠

FC磁盘

15000 RPM

160 万小时

3.5ms

40~55MB/

高可靠、负荷能力高、企业级应用

 

 

性能考虑因素。FC 网络使用流量控制确保传送所有数据,因此被视为不存在数据丢失。传统以太网不使用流量控制,而使用数据包丢弃管理网络拥塞,因此认为存在数据丢失。此外,TCP/IP 还被认为是一个繁琐的协议。最后,当前 FC 网络可以以 4 Gbps的速度运行,而目前大多数数据中心以太网部署的运行速度为 1 Gbps(虽然10Gbps以太网的发展迅猛)。尽管这些问题都可以借助目前的技术得到缓解,但它们都是将

iSCSI 用作企业级 SAN 协议的障碍

 

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