存储大比较-FC-VS-IP,云存储比较

('FCSAN和IPSAN文档密级：公开FCSAN和IPSAN1.存储发展历程源于系统对于转发和存储的要求不断提高，存储的发展日新月异。从最早的内置硬盘到DAS存储，再到20世纪末出现的FCSAN以及今天已经被广泛使用的IPSAN，大型复杂的IT系统不断推动着存储架构的发展。早期的大型服务器存储使用DAS（DirectAttachedStorage），又称直连存储。在这种方式中，存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直接和服务器相连。I/O请求直接从服务器发送到存储设备。由于早期的网络十分简单，所以直连式存储得到发展。DAS存储方式如下图所示：DAS曾经是一种流行的存储系统，但不能满足大容量存储和设备共享需求，于是出现了SAN等其他存储技术。SAN（StorageAreaNetwork，存储局域网络）的诞生，使存储空间得到更加充分的利用以及安装和管理更加有效。SAN是一种将存储设备、连接设备和接口集成在一个高速网络中的技术。SAN本身就是一个存储网络，承担了数据存储任务，SAN网络与LAN业务网络相隔离，存储数据流不会占用业务网络带宽。SAN存储方式如下图所示：杭州华三通信技术有限公司www.h3c.com.cn第1页,共8页FCSAN和IPSAN文档密级：公开在SAN网络中，所有的数据传输在高速、高带宽的网络中进行，SAN存储实现的是直接对物理硬件的块级存储访问，提高了存储的性能和升级能力。早期的SAN采用的是光纤通道（FC，FiberChannel）技术，所以，以前的SAN多指采用光纤通道的存储局域网络，到了iSCSI协议出现以后，为了区分，业界就把SAN分为FC-SAN和IP-SAN。FC和IP都是存储传输协议，二者孰优孰劣一直是业界争论的焦点。接下来的部分将会从二者的起源、发展、协议、安全、可管理、兼容性等各方面对其进行阐述。2.FC协议FC开发于1988年，最早是用来提高硬盘协议的传输带宽，侧重于数据的快速、高效、可靠传输。到上世纪90年代末，FCSAN开始得到大规模的广泛应用。FC光纤通道拥有自己的协议层，它们是：\uf06cFC-0：连接物理介质的界面、电缆等；定义编码和解码的标准。\uf06cFC-1：传输协议层或数据链接层，编码或解码信号。\uf06cFC-2：网络层，光纤通道的核心,定义了帧、流控制、和服务质量等。\uf06cFC-3：定义了常用服务，如数据加密和压缩。\uf06cFC-4：协议映射层，定义了光纤通道和上层应用之间的接口，上层应用比如：串行SCSI协议，HBA的驱动提供了FC-4的接口函数。FC-4支持多协议，如：FCP-SCSI，FC-IP，FC-VI。杭州华三通信技术有限公司www.h3c.com.cn第2页,共8页FCSAN和IPSAN文档密级：公开参照OSI和TCP/IP模型，FC的分层结构如下：光纤通道的主要部分实际上是FC-2。其中从FC-0到FC-2被称为FC-PH，也就是“物理层”。光纤通道主要通过FC-2来进行传输，因此，光纤通道也常被成为“二层协议”或者“类以太网协议”。按照连接和寻址方式的不同，光纤通道支持三种拓扑方式：\uf06cPTP（点对点）：一般用于DAS（直连式存储）设置\uf06cFC-AL（光纤通道仲裁环路）：采用FC-AL仲裁环机制，使用Token（令牌）的方式进行仲裁。光纤环路端口，或交换机上的FL端口，和HBA上的NL端口（节点环）连接，支持环路运行。采用FC-AL架构，当一个设备加入FC-AL的时候，或出现任何错误或需要重新设置的时候，环路就必须重新初始化。在这个过程中，所有的通信都必须暂时中止。由于其寻址机制，FC-AL理论上被限制在了127个节点。\uf06cFC-SW（FCSwitched交换式光纤通道）：在交换式SAN上运行的方式。FC-SW可以按照任意方式进行连接，规避了仲裁环的诸多弊端，但需要购买支持交换架构的交换模块或FC交换机。3.iSCSI协议iSCSI（互联网小型计算机系统接口）是一种在TCP/IP上进行数据块传输的标准。它是由Cisco和IBM两家发起的，并且得到了各大存储厂商的大力支持。iSCSI可以实现在IP网络上运行SCSI协议，使其能够在诸如高速千兆以太网上进行快速的数据存取备份操作。iSCSI标准在2003年2月11日由IETF（互联网工程任务组）认证通过。iSCSI继承了两大最传统技术：SCSI和TCP/IP协议。这为iSCSI的发展奠定了坚实的基础。基于iSCSI的存储系统只需要不多的投资便可实现SAN存储功能，甚至直接利用现有的TCP/IP网络。相对于以往的网络存储技术，它解决了开放性、容量、传输速度、兼容性、安全性杭州华三通信技术有限公司www.h3c.com.cn第3页,共8页OSI模型物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层OSI模型物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层以太网和TCP/IP物理接口固定MAC地址x‘00-00-0E-21-17-6B’动态IP地址10.77.77.77TCP/UDP应用层(i.e.POP3,SMTP,DNS,DHCP,FTP,WWW协议)以太网和TCP/IP物理接口固定MAC地址x‘00-00-0E-21-17-6B’动态IP地址10.77.77.77TCP/UDP应用层(i.e.POP3,SMTP,DNS,DHCP,FTP,WWW协议)动态Native地址(8/24-bits)固定World-WideName(64-bits)光纤通道FC-0:物理接口FC-1:8b/10b编码FC-3:通用服务FC-4:ULPMapping高层协议(ULP)动态Native地址(8/24-bits)固定World-WideName(64-bits)光纤通道FC-0:物理接口FC-1:8b/10b编码FC-3:通用服务FC-4:ULPMapping高层协议(ULP)光纤通道在FC-2可以没有任何高层协议支持的条件下生成所有网络地址(固定与动态)光纤通道在FC-2可以没有任何高层协议支持的条件下生成所有网络地址(固定与动态)FCSAN和IPSAN文档密级：公开等问题，其优越的性能使其备受关注与青睐。iSCSI的数据包结构如上图所示，在实际工作时，是将SCSI命令和数据封装到TCP/IP包中，然后通过IP网络进行传输。具体的工作流程如下：(1)iSCSI系统由SCSI适配器发送一个SCSI命令。(2)命令封装到TCP/IP包中并送入到以太网络。(3)接收方从TCP/IP包中抽取SCSI命令并执行相关操作。(4)把返回的SCSI命令和数据封装到TCP/IP包中，将它们发回到发送方。(5)系统提取出数据或命令，并把它们传回SCSI子系统。4.FC和IP对比分析在简要介绍了协议之后，接下来对FC和IP的各方面做一个对比分析，包括了性能、安全性、兼容性、扩展能力、成本等多个方面。\uf0d8性能（带宽和效率）传输性能实际包括了传输带宽和传输效率两方面。iSCSI的协议层是利用现有以太网的，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。从带宽上看，目前主流的4Gb的FC领先于1Gb的iSCSI。但当10Gb以太网发展起来后，iSCSI协议会具有明显优势。因此，从带宽角度来看，对于需要高带宽的用户，可以选择4GbFC技术或者万兆以太网技术构建存储网络。而对于大多数的企业用户、教育用户和政府用户，千兆的iSCSI技术是一种很好的选择。从效率方面来看，由于iSCSI协议借鉴了SCSI协议适合大数据量传输的优势，在千兆以太网上表现出良好的传输效率。以下是从协议和报文长度角度出发，对传输效率进行了对比分析：FC协议的最大帧长度为2048字节，其中包括36字节的控制字节（4字节起始标志SOF＋4字节结束标志EOF＋4字节CRC校验＋24字节帧头），有效的报文传输率为（2048－36）/2048＝98.2％。iSCSI是建立在TCP协议之上。TCP报文的一般长度为1500字节，其中包括54字节的报文头（14字节以太网头＋20字节IP头＋20字节的TCP头），有效的报文传输效率为（1500－54）/1500＝96.4％。如果采用巨帧来进行传输，也就是采用9000字节的报文长度来进行传输，那么此时的报文有效传输效率为（9000－54）/9000＝99.4%。由上述比较可知，FC和IP的传输效率差别并不大。在采用IP巨帧的情况下，IP的传输效率甚至比FC更高。在实际中的测试也证明，当负载未达到千兆带宽的极限值时，iSCSI的性能与FC的性能相差不大。\uf0d8安全性在保证数据安全方面，FC和IP各有所长。杭州华三通信技术有限公司www.h3c.com.cn第4页,共8页FCSAN和IPSAN文档密级：公开在FC的分层协议中，定义常用服务的FC-3层，主要用于保障数据安全，比如数据加密和压缩等。但是FC是工作在第二层的协议，并没有用到第三层的功能，因此到今天，也没有在协议中建立相应的安全机制以及安全通用协议。但是FCSAN系统一般是单独建设网络，FC网络和已有的IP网络是完全隔离的，不会受到IP网络上的黑客和病毒的攻击，因此，FC网络的安全系数相对较高。此外，通过Zoning、LUNMasking等机制，可以将SAN网络进行分区，避免服务器和存储之间的非法访问，进一步保证了安全性。对于IPSAN而言，虽然iSCSI是设计在不受信任的广域环境中的使用，但是IP网络上的各种安全机制都可以用来保证数据安全的传送，比如VPN、IPSec等。如果单独建设存储网络，也能很好的保障数据的安全性。对于FCSAN领域中的Zoning、LUNMasking等功能，IP网络中也有对应VLAN、CHAP认证机制想对应，同样能避免服务器和存储之间的非法访问，保证数据安全。\uf0d8兼容和扩展性FC的标准化程度远远落后于IP，兼容性是一个难以解决的难题。FC协议与现有的以太网是完全异构的，两者不能相互接驳。因此光纤通道是具有封闭性的，而且不仅与现有的企业内部网络（以太网）接入，也与其他不同厂商的光纤通道网络接入（由于厂家对FC标准的理解的异样，FC设备的兼容性是一个巨大的难题）。因此，对于以后存储网络的扩展由于兼容性的问题而成为了难题。由于参与核心技术开发的厂商少，使FC协议的完善大大滞后于市场需要。到今天为止，主要的3、4家FC交换机的供应商仍然无法将各自的FC交换机互联，更不用说级联、堆叠这样的复杂应用。FC的主机通道卡(HBA)、FC交换机、FC存储设备分属不同阵营，加上不同的主机操作系统差异，使FCSAN的建立过程充满了标准冲突，绝大多数部署和管理过FC-SAN的用户都深切体会到FC-SAN的复杂、难以管理和兼容性差。因此，FC行业的封闭性，使得很多从业厂商将产品视为套牢用户数据的圈套。在用户初次采购设备后，大量的后续数据管理，如扩容、升级、备份、远程容灾等，都限制在本厂商产品范围内选择。IP技术是目前使用最多的网络数据传输协议,其标准性和开放性早已成为共识。因此基于IP技术的IP存储协议ISCSI在互联互通方面有着先天优势,不存在任何兼容性问题.微软2003年同年，宣布对iSCSI技术的免费支持，所有驱动内置到Windows操作系统，可免费下载。以Intel为代表的业内十多家重量级硬件公司也纷纷宣布支持iSCSI技术。基于iSCSI协议构建的IP存储，已崭露头角，成为新一代存储系统的标准，成为IT新时代围绕IP技术进行的网络与存储融合的标志性技术。\uf0d8灵活和适应性从网络的适应性和灵活性而言，IP协议已经建立了完善的流量控制和容错机制，能够在各种环境下，实现高效的数据传输。\uf06c流量控制机制对网络的适应性方面：FC采用基于信用的流量控制机制降低了网络的利用率；iSCSI的流量控制机制对网络的适应性更好，尤其在网络传输延迟较大的网络中。\uf06c超时重发机制的灵活性方面：FC使用的是静态的超时重发机制，不会根据网络的情况动态地加以改变，因此发送方可能过早或过迟地出现超时，这对改善网络的综合性能不利；iSCSI可以动态地自适应于网络的当前情况，改善存储传输的性能。因为IP具有良好的网络适应性和灵活性，因此在理论上传输距离可以不受限制。而FC一般只限于近距离的传输，如果要实现远距离的传输，一般要通过协议转换器，转换成IP协议再进行传输。\uf0d8管理和维护从网络管理和维护的角度来看，IP比FC具有明显的优势。运行FC协议的光网络，其技术难度相当大。FC协议的管理采用了专有的软件，需要专门的杭州华三通信技术有限公司www.h3c.com.cn第5页,共8页FCSAN和IPSAN文档密级：公开管理人员，并且培训费用高昂。TCP/IP网络的知识通过这些年的普及，已有大量的网络管理人才，管理人员的成本较低。此外，由于支持TCP/IP的设备对协议的支持一致性好，即使是不同厂家的设备，其网络管理方法也是基本一致的，这就进一步降低了管理和维护的难度。\uf0d8整体拥有成本如果建立FCSAN，用户需要建设一张新的FC存储网络，并购置相应的FC交换机和HBA卡，并且要培养专门的管理和维护人员。如果建立IPSAN，ISCSI存储系统可以直接在现有的网络系统中进行组建，并不需要改变网络体系，也不需要购买专门的交换机和HBA卡。如果运用交换机来连接存储设备，对于需要增加存储空间的企业用户来说，只需要增加存储设备就可完全满足。此外，IP网络的管理和维护成本也远低于FC网络。因此，从整体拥有成本来看，IPSAN要远远由于FCSAN。总结：针对上述各方面的分析，总结如下：FCSANIPSAN性能\uf075主流是4Gb；\uf0758Gb标准未知；\uf075主流是1Gb；\uf07510Gb已经开始商用；安全性\uf075单独建网，保证安全性；\uf075Zoning、LUNMasking防止非法访问；\uf075单独建网，保证安全性；\uf075VPN、IPSec、Qos等保障安全；\uf075VLAN、CHAP认证防止非法访问；兼容和扩展性\uf075兼容性差，各厂商标准不统一，导致不容FC产品之间兼容性和互操作性差；\uf075同一厂家的不同型号产品也存在类似问题；\uf075兼容性好，标准统一，各厂家的IP网络之间可互连互通；灵活和适应性\uf075网络适应性差；\uf075缺乏流量控制和容错机制；\uf075不适于远距离传输；\uf075网络适应性好；\uf075具备完善的流量控制和容错机制；\uf075不受传输距离限制；管理和维护\uf075技术难度大；\uf075学习难度高；\uf075技术难度小；\uf075学习难度低；整体拥有成本\uf075单独建网费用高；\uf075FCHBA卡成本高；\uf075管理维护成本高；\uf075无需单独建网；\uf075可采用网卡，也可用HBA卡；\uf075管理维护成本低；杭州华三通信技术有限公司www.h3c.com.cn第6页,共8页FCSAN和IPSAN文档密级：公开5.前景和展望目前看来，FC协议历经1Gb和2Gb的发展过程，达到今天的4Gb，但是未来8Gb的发展方向尚不明朗。而得益于以太网发展的速度，iSCSI有了长足的进步，1Gb已经成为主流，10Gb的网络也已经开始商用。FC和IP网络的发展历程如下：上图中，红线代表IP存储的发展过程，黑线表FC存储，可以看到：\uf06cFC存储技术发展缓慢，前景不明，FC网络将被以太网替代。虽然经过10年的发展，FC端口速度仅有4Gbps；下一代8Gbps的FC存储标准目前处于停滞状态，正在讨论是否停止FC的发展，转而采用FCoE技术。而FCoE技术则意味着FC网络将被淘汰，SAN网络统一到以太网技术上。\uf06cIP存储技术发展迅速，是目前所有第三方知名咨询机构认可的存储技术发展方向。在iSCSI作为网络存储标准化技术以来，仅仅经过4年时间就达到了10Gbps的速度，并且在4～5年内将达到100Gbps的速度。杭州华三通信技术有限公司www.h3c.com.cn第7页,共8页',)