Die Unterschiede zwischen den Protokollen iSCSI, SAS und FC

<> & In Unternehmen kommen drei wichtige Technologien für die Speichervernetzung zum Einsatz, die jeweils ihre Vor- und Nachteile haben. In diesem Beitrag vergleichen wir die Speicherprotokolle FC, SAS und iSCSI, um die besten Einsatzmöglichkeiten für jedes Protokoll in einer VMware vSphere-Umgebung zu ermitteln. Sie können diese Informationen jedoch auch für die Installation von Speicher in anderen IT-Infrastrukturen nutzen.

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FC vs. SAS vs. iSCSI: Vergleich der Technologien

Die gängige Technik zur Erhöhung der Redundanz, Hochverfügbarkeit und Ladeeffizienz für eine VMware vSphere-Umgebung besteht darin, VMware ESXi-Hosts in einem VMware vSphere-Cluster zu konfigurieren. Die Erstellung eines gemeinsam genutzten VMware-Speichers ist eine der wichtigsten Anforderungen für Cluster. Es gibt mehrere Möglichkeiten, einen gemeinsam genutzten Speicher zu erstellen:

• SAS-Schnittstellen auf Speicherservern und einem ESXi-Host
• Fibre Channel (FC)
• iSCSI
• Virtual SAN (vSAN)

In VMware ist vSAN enthalten und kann über den VMware vSphere Client eingerichtet werden, während für die anderen drei zusätzliche Software/Hardware erforderlich ist. Sehen wir uns den Unterschied zwischen iSCSI und SAS an und vergleichen wir FC mit den anderen Ansätzen, um die verschiedenen Aspekte dieser Technologien zu verstehen.

• Fibre Channel ist die ultimative Lösung für Speichersysteme, die für unternehmenskritische Anwendungen eingesetzt werden, die hohe Leistung, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit in großen Organisationen erfordern. Beachten Sie den hohen Preis für eine solche Lösung.
• SAS ist die kostengünstigere Technologie, und SAS-basierte Lösungen werden häufig in Unternehmen eingesetzt, wenn Zuverlässigkeit, hohe Verfügbarkeit und Leistung im Vordergrund stehen.
• iSCSI ist die kostengünstigste Lösung der drei und kann bei begrenztem Budget mit einer bestehenden Infrastruktur verwendet werden.

FC vs. SAS

Beide ausgereiften Technologien bieten ein hohes Maß an Leistung, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit. Fibre Channel bietet jedoch eine etwas höhere Leistung bei der Datenübertragung.

• SAS bietet eine bessere Leistung pro Preis und eignet sich optimal für Unternehmensspeicher.
• FC-Speicher-Netzwerke werden häufig in SANs für sehr große Datenmengen in Unternehmensumgebungen eingesetzt.
• SAS-Festplatten können in FC-Netzwerken verwendet werden, indem Protokoll-Bridging eingesetzt wird, um die SAS-Übersetzung auf Festplattenlaufwerke zu übernehmen.
• SAS-Speicher ist die optimale Wahl, wenn sich der Speicher an einem Standort in einem Rack oder einem Raum mit einem Server befindet (Directly Attached Storage).

Wenn die Infrastruktur wächst und die SAS-Speicherkapazität nicht mehr ausreicht, können Sie den Einsatz von Fibre-Channel-SAN-Speicher in Betracht ziehen, da dieser eine höhere Skalierbarkeit bietet.

SAS vs. iSCSI

SAS ist die Schnittstelle zum Verbinden von Geräten mit Festplatten über SCSI-Befehle, während iSCSI ein Protokoll zum Kapseln von SCSI-Befehlen über zugrunde liegende TCP/IP-Netzwerke ist. Die Verwendung von SAS-Laufwerken in Servern bietet eine höhere Leistung und Zuverlässigkeit zu einem angemessenen Preis. Mit iSCSI können Sie sogar SATA-Festplatten in Servern verwenden, die für gemeinsam genutzten Speicher eingesetzt werden.

FC vs. iSCSI

Fibre Channel ist die führende Lösung, die eigene Standards für das Netzwerk verwendet, um SCSI-Befehle an die Festplatten in einem Storage Area Network (SAN) zu übertragen. iSCSI kann als Alternative zum Verbinden von SAN (LUNs) verwendet werden, wenn die entscheidenden Faktoren niedrige Kosten, moderate Leistung und ausreichende Skalierbarkeit sind. Das für iSCSI verwendete Ethernet-Netzwerk ist universell und weit verbreitet, aber es ist nicht in erster Linie auf die Übertragung von Speicherdaten ausgerichtet. Daher ist Fibre Channel der Gewinner in der Kategorie Leistung.

Fassen wir die wichtigsten Parameter aller Technologien in dieser Tabelle „FC vs. SAS vs. iSCSI” zusammen.

Vergleich der VMware-Ansätze für gemeinsam genutzten Speicher

Hier finden Sie eine kurze Vergleichstabelle der Ansätze zum Erstellen eines gemeinsam genutzten VMware vSphere-Speichers, einschließlich vSAN.

Übersicht über Speichertechnologien

Sehen wir uns die einzelnen Ansätze zur Erstellung eines gemeinsam genutzten VMware-Speichers genauer an.

Was ist SAS?

SAS (Serial Attached SCSI) ist ein Schnittstellenstandard, der häufig in Servern zum Anschließen von Festplatten, DVD-Laufwerken und Bändern. SAS wird häufig für direkt angeschlossene Speicher (DAS) in Servern wie ESXi-Hosts und in Servern verwendet, die als gemeinsam genutzter Speicher konfiguriert sind, auf den über das Netzwerk zugegriffen werden kann (Speicherserver).

SAS, ein Nachfolger von SCSI (paralleles SCSI), arbeitet mit SCSI (Small Computer System Interface)-Befehlen, die für eine höhere Effizienz optimiert wurden. Ein SAS-Controller unterstützt den Anschluss von SAS- und SATA-Festplatten. Es handelt sich um einen zuverlässigen Speicher-Schnittstellenstandard, der seit Jahren verwendet und in dieser Zeit erheblich verbessert wurde.

• Komponenten. Ein SAS-System umfasst drei Hauptkomponenten:
  • Initiator – Teil des Host-Computers, an den SAS-Festplatten verbunden sind
  • Ziel – ein Gerät für Festplatten, das die logischen Einheiten enthält und an einen Host-Computer verbunden ist, der in diesem Fall als Initiator bezeichnet wird
  • Service Delivery Subsystem – umfasst Geräte wie Kabel zum Verbinden eines Initiators mit einem Ziel
• LeistungMit SAS können Sie mehrere physische Hochgeschwindigkeitsverbindungen zu einem einzigen schnelleren Port kombinieren, um die Bandbreite zwischen diesen Verbindungen und dem Controller zu erhöhen. SAS 3 bietet eine Schnittstellengeschwindigkeit von 12 Gbit/s, SAS 4 von 22,5 Gbit/s und SAS 5, das sich derzeit in der Entwicklung befindet, wird voraussichtlich 45 Gbit/s bieten. In der Praxis hängt die Geschwindigkeit vom Typ der verbundenen SAS-Festplatte ab, bei der es sich um eine HDD oder SSD handeln kann.
• Flexibilität. SAS-Speichercontroller, auch SAS-Hostbusadapter genannt, müssen auf Servern installiert werden. Ein SAS-Controller ist eine Karte (Schaltkreis), die im PCI-E-Steckplatz installiert wird (früher wurden PCI-Steckplätze verwendet). Eine Computer-Hauptplatine verfügt über eine begrenzte Anzahl von PCI-E-Steckplätzen, und ein SAS-Controller verfügt über eine begrenzte Anzahl von SAS-Ports. Sie können Expander (Edge- und Fanout-Expander) installieren, um die Anzahl der SAS-Geräte zu erhöhen, die an den SAS-Controller angeschlossen werden können. Die maximale Kabellänge beträgt bis zu 10 Meter. Sie sollten diese Möglichkeiten und Einschränkungen bei der Planung eines skalierbaren Speichersystems berücksichtigen.
• Benutzerfreundlichkeit. Die Installation eines SAS-Speicher-Subsystems ist für direkt angeschlossene Speichermedien unkompliziert. Sie müssen SAS-Speichercontroller installieren, bei denen es sich um SAS-RAID-Controller handeln kann, und Festplatten anschließen. Mit SAS-Expandern kann ein SAN mit SAS-Festplatten konfiguriert werden. Fibre Channel kann dann zur Übertragung von Daten an ein externes Netzwerk wie ein SAN verwendet werden.
• Kosten. Die Installation eines SAS-Speichersystems ist für Unternehmen erschwinglich, was ein Vorteil von SAS ist.

Der SAS-Standard ist ein Ansatz, der Hardware-SAS-Schnittstellen sowohl auf Server- als auch auf Client-Seite erfordert. Diese Technologie bietet Geschwindigkeiten von bis zu 22,5 Gbit/s mit SAS 4 (wie oben erwähnt, befindet sich SAS 5 in der Entwicklung), hat jedoch einige Einschränkungen. 

• Eine SAS-Infrastruktur ist nicht skalierbar , da die Anzahl der SAS-Ports auf dem Speicherserver begrenzt ist. Wenn Sie jedoch mehr Speicher benötigen, können Sie die Festplatten durch größere ersetzen oder einen zusätzlichen Speicherserver installieren. 
• Der Speicher-Server und die Festplatten müssen aufgrund von Beschränkungen hinsichtlich der Kabellänge im selben Rack montiert werden . Daher eignet sich dieser Ansatz gut für kleine bis mittlere Umgebungen mit hohen Anforderungen an die Datenübertragungsgeschwindigkeit, jedoch nicht für sehr große Umgebungen.

Was ist Fibre Channel?

Fibre Channel (FC) ist eine Verbindungstechnologie für Hochleistungsspeichersysteme, zu denen Festplatten und Netzwerkgeräte gehören. FC unterstützt die Übertragung von SCSI-Daten zwischen Geräten, ohne diese Daten zu übersetzen.

• Architektur. Die Standardarchitektur von Fibre Channel umfasst 5 Schichten und unterscheidet sich vom OSI-Modell, das für Ethernet-Netzwerke verwendet wird:
  • FC-0 ist die physikalische Schicht und umfasst Datenkabel, Steckverbinder und die Signalübertragung in dieser Umgebung für die Datensteuerung.
  • FC-1 ist die Übertragungsprotokollschicht die für die Datenkodierung und -dekodierung, die Datensynchronisation, die Aufrechterhaltung der Verbindungen und die Fehlererkennung zuständig ist.
  • FC-2 ist die Rahmen- und Signalisierungsprotokollschicht. Sie definiert die Struktur und Organisation der übertragenen Daten und ist für die Datensequenzierung und Flusskontrolle verantwortlich. Die Segmentierung und Wiederzusammensetzung der von Geräten empfangenen und gesendeten Protokolldateneinheiten erfolgt auf dieser Schicht.
  • FC-3 ist die gemeinsame Dienstschicht für FC-Funktionen zur Bereitstellung von Diensten wie RAID, Verschlüsselung, Daten-Striping und Multicasting sowie für andere FC-Funktionen, die möglicherweise in Zukunft entwickelt werden.
  • FC-4 ist das Upper-Layer-Protokoll oder das Mapping-Layer dient zur Beschreibung von Protokollen, die FC als Transporter verwenden können, sowie deren Verwendungsreihenfolge. Es ermöglicht die Zuordnung dieser Protokolle zu den FC-Ebenen 0–3 und stellt eine Kommunikationsschnittstelle zwischen Protokollen der oberen Schicht (wie SCSI) und den unteren FC-Schichten bereit.

  Das FC-Modell und die Hardware sind für Protokoll-Offload-Engines (POE) ausgelegt. Dies führt zu einem geringen Übertragungsaufwand und verbessert die Gesamteffizienz. Die meisten Top-SAN-Systeme verwenden das Fibre-Channel-Protokoll, um SCSI-Befehle in FC-Frames zu verpacken und den Datenverkehr von Hosts (Servern) auf gemeinsam genutzte Speicher zu übertragen.

• Leistungs. Der größte Vorteil von Fibre Channel ist die Geschwindigkeit, mit der sich ein voll funktionsfähiges Hochgeschwindigkeitsnetzwerk aufbauen lässt. Gen 7 FC-Netzwerke unterstützen 64GFC und 256GFC mit 12.800 MB/s bzw. 51.200 MB/s Durchsatz pro Richtung. Der 128G Fibre Channel bietet einen Durchsatz von bis zu 24.850 MB/s. Die Dual-Channel-Kompatibilität ist ein weiterer Grund, warum Fibre Channel häufig für die Speicherverbindung in Storage Area Networks (SAN) verwendet wird.
• Flexibilität und Skalierbarkeit. Der gleichzeitige Mehrfachzugriff auf Daten und das Verbinden über große Entfernungen sind Vorteile von Fibre Channel. Für FC werden spezielle Hardware und Geräte benötigt: Host-Bus-Adapter, die in Servern (z. B. ESXi-Hosts) installiert sind, FC-Controller auf Speicherservern (die Mitglieder des SAN sind), FC-Switches, Kabel usw. Sie müssen Switches installieren, wenn die Anzahl der ESXi-Hosts größer ist als die Anzahl der FC-Ports im Speicher. Ein solches Layout ist bei großen Server-Infrastrukturen üblich. Es ist möglich, SAS-Festplatten in FC-SAN-Systemen zu verwenden.
  

  Der Fernsupport ermöglicht es Ihnen, verschiedene Festplatten des redundanten Arrays (Spiegelung) an verschiedenen Standorten zu platzieren. Die Festplattendaten können auf einen Remote-Standort gespiegelt werden, der sich einige Kilometer vom primären Standort entfernt befindet. Mit diesem Ansatz können Sie Datenverluste aufgrund lokaler Katastrophen vermeiden.

  Was die verwendeten Kabel angeht, werden sowohl Kupfer- als auch Glasfaserkabel unterstützt, aber Sie sollten Glasfaserkabel verwenden, um alle Vorteile der Fibre-Channel-Technologie nutzen zu können. Die maximale Entfernung/Kabellänge eines Kupferkabels beträgt je nach Kabelqualität 30 Meter. Glasfaserkabel – 100 Meter bis zu 50 Kilometer, je nach Kabelqualität. Glasfaserkabel können Single-Mode- oder Multi-Mode-Kabel sein. Eine Single-Mode-Faser bietet eine höhere Übertragungsrate, Bandbreite und Entfernung. Verwenden Sie einen hochwertigen SFP-Transceiver (Small Form Factor Pluggable), um Leistungseinbußen zu vermeiden.

  Was die Skalierbarkeit betrifft, können Sie Fibre-Channel-Speichersysteme in Umgebungen jeder Größe einsetzen, von klein bis groß. Als Verbindungstechnologie unterstützt Fibre Channel Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, Switched-Topologie und Arbitrated Loop.

• Benutzerfreundlichkeit. Fibre Channel unterscheidet sich von den bekannten Ethernet-Netzwerken zum Verbinden von Geräten. Das Erlernen des technologischen Prinzips und die Installation spezifischer Hardware erfordern zusätzlichen Aufwand. Der Schwierigkeitsgrad der Konfiguration von Fibre-Channel-SAN-Speichern ist hoch. Sie müssen spezielle Hardware und Geräte installieren.
• Kosten. Die für Fibre-Channel-Speicher verwendetete Hardware und Ausrüstung ist teuer. Eine solche Infrastruktur eignet sich am besten für große Banken und Unternehmen, bei denen Datenübertragungsgeschwindigkeit und Sicherheit sehr hohe Priorität haben.

Fibre Channel over Ethernet (FCoE)

Fibre Channel over Ethernet (FCoE) ist eine Technologie, mit der Sie zugrunde liegende physische Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Netzwerke (z. B. 10-Gbit-Netzwerke) mit der Fibre-Channel-Architektur auf der Overlay-Ebene nutzen können. Die Kapselung von FC-Frames erfolgt durch die Zuordnung über Ethernet.

FCoE wurde für eine bessere Kompatibilität mit der für Ethernet-Netzwerke verwendeten Hardware entwickelt, aber bedenken Sie, dass der Overhead höher ist als bei einem nativen Fibre-Channel-Speicher-Netzwerk. Die Hauptidee von FCoE besteht darin, die Kosten zu senken, indem die Fibre-Channel-Technologie in Ethernet-Netzwerken verwendet wird, ohne spezielle FC-Geräte kaufen zu müssen. Beachten Sie, dass FCoE als Erweiterung von FC betrachtet werden kann, jedoch nicht als Ersatz.

Lesen Sie mehr in unserem Beitrag über Netzwerktopologien und das OSI-Modell.

Was ist iSCSI?

iSCSI (Internet Small Computer Interface) ist ein Protokoll, das SCSI-Befehle über TCP/IP-Netzwerke überträgt. Das iSCSI-Protokoll teilt Daten auf Blockebene, im Gegensatz zu SMB und NFS, die Daten auf Dateiebene teilen. Dieses Protokoll ermöglicht die Verwendung von Ethernet-Netzwerkgeräten, einschließlich Netzwerkkarten, Switches und Kabeln, sowie NAS-Geräte oder Speicherserver mit installierten SAS- oder SATA-Festplatten verwenden.

• Leistung. Die Leistung hängt von der zugrunde liegenden Netzwerkbandbreite ab, ist jedoch nicht so gut wie die Leistung von SAS und Fibre Channel. iSCSI unterstützt Multipath, Jumbo-Frames und andere Technologien für eine bessere Leistung in Ethernet-Netzwerken. Sie können 10-Gbit-, 40-Gbit- oder sogar 100-Gbit/s-Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Netzwerke für die Verbindung zum Speicher verwenden. Bei der Verwendung von TCP/IP-Netzwerken zur Übertragung von SCSI-Befehlen mit dem iSCSI-Protokoll entsteht ein Overhead, der sich auf die Leistung auswirkt im Vergleich zu SAS- und FC-Speichersystemen. Die Latenz, die bei der Verwendung von iSCSI auftreten kann, kann die Vorteile von SSD-Speichergeräten auf einem Remote-Speicherserver verringern. Der Kapselungsprozess verbraucht einige zusätzliche Prozessorressourcen, was Zeit kostet.
• Flexibilität. Die maximale Anzahl der über das iSCSI-Protokoll verbundenen iSCSI-Ziele ist unbegrenzt. Die maximale Speicherkapazität, die Sie über iSCSI verbinden können, hängt von der Speicherkapazität der in den Speicherserver, NAS oder SAN installierten Festplatten ab. Technisch ist es möglich, einen Server oder NAS (Network Attached Storage) mit SAS- und sogar SATA-Festplatten zu verwenden, um iSCSI-Ziele zu konfigurieren.
• Benutzerfreundlichkeit. Mittel – Kenntnisse über Speicher- und IP-Netzwerke sind erforderlich.
• Kosten. Die Verwendung des iSCSI-Protokolls für den Zugriff auf Netzwerkspeicher ermöglicht Kosteneinsparungen und wird vor allem von kleinen und mittleren Unternehmen genutzt. Technisch ist es möglich, kostengünstige Hardware zu verwenden, aber beachten Sie die Einschränkungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Leistung, die mit solcher Hardware erreicht werden können.

Im Gegensatz zu SAS und FC erfordert die iSCSI-Technologie keine spezielle Hardware. Sie funktioniert innerhalb der bestehenden Ethernet-Infrastruktur und verwendet softwareemulierte iSCSI-Adapter. Dadurch ist die Skalierung der Technologie leichter als die der beiden vorherigen, und sie ist für kleine Umgebungen mit begrenztem IT-Budget erschwinglicher, da keine zusätzliche Ausrüstung erforderlich ist. Andererseits erfordert iSCSI einen dedizierten Server mit einem bestimmten Betriebssystem (OS) und eine Softwarekonfiguration, damit sie funktioniert.

Die folgende Tabelle zeigt die von iSCSI verwendeten OSI-Schichten und die für den Betrieb von Fibre Channel verwendeten analogen OSI-Schichten.

Profi-Tipp: Wenn Sie Ethernet-Netzwerke und FCoE- oder iSCSI-Protokolle für den Zugriff auf Netzwerkspeicher verwenden, nutzen Sie dedizierte Netzwerke als Speichernetzwerke und nicht Ihre Produktionsnetzwerke, VM-Netzwerke usw. So vermeiden Sie Leistungseinbußen, verbessern die Sicherheit und vereinfachen die Diagnose von Problemen.

Was ist vSAN?

vSAN ist eine Speichervirtualisierungssoftware für VMware-Umgebungen und Teil des ESXi-Hypervisors von VMware zum Aufbau einer hyperkonvergenten virtuellen Infrastruktur mit mehreren VMware ESXi-Hosts. VMware stellte erstmals seinen eigenen Ansatz zur Erstellung eines Speichers, der von allen geteilt wird, in VMware vSphere v5.5 vor. Seitdem wurde vSAN in vSphere 7.0.3. VMware ermöglicht die Nutzung lokaler Serverressourcen und bestehender Gigabit-Ethernet-Netzwerke ohne zusätzliche Speicherserver-Hardware.

Diese Option ist attraktiv, da sie keine spezielle Hardware erfordert und über die GUI in VMware vSphere Clientkonfiguriert werden kann. Darüber hinaus ist sie nicht vom physischen Standort Ihrer Hosts und Speicherfestplatten abhängig.

Der Nachteil ist, dass die Erstellung eines VMware vSAN-Clusters eine zusätzliche vSphere-Lizenzerfordert, was bei einer großen Anzahl von Hosts kostspielig sein kann. Die Leistung von vSAN hängt von der Geschwindigkeit des Netzwerks und den in ESXi-Hosts installierten Festplatten ab.

vSAN ist eine gute Wahl für Infrastrukturen jeder Größe und besonders praktisch, wenn Sie keinen dedizierten Speicher-Server installieren können. Für größere Rechenzentren kann es jedoch zu einer kostspieligen Lösung werden. Die Verwendung von VMware vSAN in VMware vSphere wird auch als hyperkonvergente Infrastruktur (HCI) bezeichnet.

Fazit

Der Gewinner dieses Vergleichs hängt von Ihren Anforderungen ab. Sie können die Speicherlösung je nach Leistung, Preis, Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit auswählen.

VMware vSphere unterstützt FC-, SAS- und iSCSI-Speicher. Darüber hinaus bietet VMware vSAN, um direkt angeschlossenen Speicher auf VMware ESXi-Hosts zu verwenden und Speicher wie SAN zum Speichern von VMs zu erstellen.

Bevor Sie ein physisch-zu-virtuell-Migration Projekt zu starten, sollten Sie eine Machbarkeitsstudie durchführen, um die IOPs-Zahl für virtualisierte Server zu ermitteln. Anhand der Ergebnisse können Sie entscheiden, welcher Speicheransatz für Sie am besten geeignet ist. Vergessen Sie auch nicht, Ihre vSphere-Umgebung mit einer zuverlässigen Backup-Lösung wie NAKIVO Backup & Replikation zu sichern.

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