Różnice między protokołami iSCSI, SAS i FC

W przedsiębiorstwach stosuje się trzy główne technologie sieci pamięci masowej, z których każda ma swoje zalety i wady. W tym wpisie porównamy protokoły pamięci masowej FC, SAS i iSCSI, aby zrozumieć, do jakich zastosowań najlepiej nadają się one w środowisku VMware vSphere. Informacje te można jednak wykorzystać również do wdrażania pamięci masowej w innych infrastrukturach IT.

NAKIVO do tworzenia kopii zapasowej VMware vSphere

Kompleksowa ochrona danych dla maszyn wirtualnych VMware vSphere oraz opcje natychmiastowego odzyskiwania danych. Bezpieczne lokalizacje kopii zapasowych na miejscu, zdalnie oraz w chmurze. Funkcje ochrony przed oprogramowaniem wymuszającym okup.

ODKRYJ ROZWIĄZANIE

FC vs SAS vs iSCSI: Porównanie technologii

Powszechną metodą zwiększania nadmiarowości, wysokiej dostępności i wydajności obciążenia w środowisku vSphere jest skonfigurować hosty ESXi w klastrze vSphere. Utworzenie współdzielonej pamięci masowej VMware stanowi jeden z najważniejszych wymagań dla klastrów. Istnieje kilka sposobów tworzenia magazynu współdzielonego:

• Interfejsy SAS na serwerach magazynów i hoście ESXi
• Fibre Channel (FC)
• iSCSI
• Virtual SAN (vSAN)

W środowisku VMware technologia vSAN jest wbudowana i można ją skonfigurować za pomocą klienta vSphere, natomiast pozostałe trzy wymagają dodatkowego oprogramowania/sprzętu do konfiguracji. Przyjrzyjmy się różnicom między iSCSI a SAS, a także porównajmy FC z innymi rozwiązaniami, aby zrozumieć różne aspekty tych technologii.

• Fibre Channel to najlepsze rozwiązanie dla systemów pamięci masowej wykorzystywanych w aplikacjach o znaczeniu krytycznym, które wymagają wysokiej wydajności, dostępności i niezawodności w dużych organizacjach. Należy zwrócić uwagę na wysoką cenę takiego rozwiązania.
• SAS jest technologią bardziej przystępną cenowo, a rozwiązania oparte na SAS są szeroko stosowane w Enterprise, gdy priorytetem jest niezawodność, wysoka dostępność i wydajność.
• iSCSI jest najtańszym rozwiązaniem spośród tych trzech i może być stosowane z istniejącą infrastrukturą, gdy budżet jest ograniczony.

FC vs SAS

Obie te dojrzałe technologie zapewniają wysoki poziom wydajności, niezawodności i dostępności. Jednak Fibre Channel zapewnia nieco wyższą wydajność transferu danych. 

• SAS ma lepszy stosunek wydajności do ceny i jest optymalnym rozwiązaniem dla magazynu w przedsiębiorstwie.
• Sieci magazynowe FC są szeroko stosowane w sieciach SAN do obsługi bardzo dużych ilości danych w środowiskach korporacyjnych.
• Dyski SAS mogą być używane w sieciach FC przy użyciu mostkowania protokołów w celu obsługi translacji SAS na dyski twarde.
• Magazyn SAS jest optymalnym wyborem, jeśli magazyn znajduje się w jednej szafie lub jednym pomieszczeniu wraz z serwerem (magazyn podłączony bezpośrednio).

Gdy infrastruktura się rozrasta, a pojemność magazynu SAS staje się niewystarczająca, można rozważyć zastosowanie magazynu SAN typu Fibre Channel, ponieważ zapewnia ona wyższy poziom skalowalności.

SAS a iSCSI

SAS to interfejs służący do podłączania urządzeń dyskowych za pomocą poleceń SCSI, natomiast iSCSI to protokół służący do enkapsulacji poleceń SCSI przy użyciu sieci TCP/IP. Zastosowanie dysków SAS w serwerach zapewnia wyższą wydajność i niezawodność za rozsądną cenę. iSCSI pozwala na wykorzystanie nawet dysków SATA na serwerach służących do współdzielonej pamięci masowej.

FC vs iSCSI

Fibre Channel to czołowe rozwiązanie wykorzystujące własne standardy sieciowe do przesyłania poleceń SCSI do dysków w sieci pamięci masowej (SAN). iSCSI może służyć do podłączania sieci SAN (jednostek LUN) jako alternatywa w sytuacjach, gdy decydującymi czynnikami są niski koszt, umiarkowana wydajność i wystarczająca skalowalność. Sieć Ethernet wykorzystywana w iSCSI jest uniwersalna i powszechna, ale nie jest przeznaczona przede wszystkim do przesyłania ruchu związanego z pamięcią masową. Dlatego w kategorii wydajności zwycięzcą jest Fibre Channel.

Podsumujmy główne parametry wszystkich technologii w tabeli FC vs SAS vs iSCSI.

Porównanie podejść do współdzielonej pamięci masowej VMware

Oto krótka tabela porównawcza tych podejść do tworzenia współdzielonego magazynu VMware vSphere, w tym vSAN.

Przegląd technologii pamięci masowej

Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo każdemu z podejść do tworzenia współdzielonej pamięci masowej VMware.

Czym jest SAS?

SAS, czyli Serial Attached SCSI, to standard interfejsu szeroko stosowany w serwerach do podłączania dysków twardych, napędów DVD oraz napędy taśmowe. SAS jest powszechnie stosowany w pamięciach masowych podłączanych bezpośrednio (DAS) w serwerach, takich jak hosty ESXi, oraz w serwerach skonfigurowanych jako magazyn współdzielony, dostępny przez sieć (serwery magazynu).

SAS, następca SCSI (równoległego SCSI), działa z wykorzystaniem poleceń SCSI (Small Computer System Interface), które zostały zoptymalizowane pod kątem wyższej wydajności. Kontroler SAS obsługuje podłączanie dysków twardych SAS i SATA. Jest to niezawodny standard interfejsu pamięci masowej, który jest używany od lat i w tym czasie został znacznie ulepszony.

• Komponenty . System SAS składa się z 3 głównych komponentów:
  • Inicjator – część komputera hosta, do której podłączone są dyski SAS
  • Cel – urządzenie dyskowe zawierające jednostki logiczne, podłączone do komputera hosta, który w tym przypadku nazywany jest inicjatorem
  • Podsystem dostarczania usług – obejmuje sprzęt, taki jak kable do połączenia inicjatora z celem
• Wydajność . SAS pozwala połączyć wiele szybkich łączy fizycznych w jeden szybszy port, aby zwiększyć przepustowość między tymi łączami a kontrolerem. SAS 3 zapewnia prędkość interfejsu 12 Gbit/s, SAS 4 – 22,5 Gbit/s, a SAS 5, który jest w trakcie opracowywania, ma zapewnić 45 Gbit/s. W praktyce prędkość zależy od typu podłączonego dysku SAS, którym może być dysk HDD lub SSD.
• Elastyczność . Kontrolery pamięci masowej SAS, zwane również adapterami magistrali hosta SAS, muszą być zainstalowane na serwerach. Kontroler SAS to karta (układ) instalowana w gnieździe PCI-E (wcześniej stosowano gniazda PCI). Płyta główna komputera posiada ograniczoną liczbę gniazd PCI-E, a kontroler SAS posiada ograniczoną liczbę portów SAS. Można zainstalować ekspandery (edge i fanout), aby zwiększyć liczbę urządzeń SAS podłączonych do kontrolera SAS. Maksymalna długość kabla wynosi do 10 metrów. Należy wziąć pod uwagę te możliwości i ograniczenia podczas planowania skalowalnego systemu pamięci masowej.
• Łatwość użytkowania . Instalacja podsystemu pamięci masowej SAS jest prosta w przypadku pamięci masowej podłączanej bezpośrednio. Należy zainstalować kontrolery pamięci masowej SAS, które mogą być kontrolerami SAS RAID, oraz podłączyć dyski. Ekspandery SAS mogą być używane do konfiguracji sieci SAN z dyskami SAS. W tym przypadku można użyć Fibre Channel do przesyłania danych do sieci zewnętrznej, takiej jak SAN.
• Koszty . Instalacja systemu pamięci masowej SAS jest przystępna cenowo dla przedsiębiorstw, co stanowi zaletę SAS.

Standard SAS to podejście wymagające sprzętowych interfejsów SAS zarówno po stronie serwera, jak i klienta. Technologia ta zapewnia prędkość do 22,5 Gbit/s w przypadku SAS 4 (jak wspomniano powyżej, SAS 5 jest w fazie rozwoju), ale ma kilka ograniczeń. 

• Infrastruktura SAS nie jest skalowalna ze względu na ograniczoną liczbę portów SAS na serwerze magazynowym. Jeśli jednak potrzebujesz więcej miejsca, możesz wymienić dyski na większe lub zainstalować dodatkowy serwer magazynowy.
• Serwer magazynowy i dyski muszą być zamontowane w tej samej szafie ze względu na ograniczenia dotyczące długości kabli. Dlatego to podejście może dobrze sprawdzać się w małych i średnich środowiskach o wysokich wymaganiach dotyczących prędkości transferu danych, ale nie w bardzo dużych.

Czym jest Fibre Channel?

Fibre Channel (FC) to technologia połączeń dla wysokowydajnych systemów pamięci masowej, które obejmują dyski i urządzenia sieciowe. FC obsługuje przesyłanie danych SCSI między urządzeniami bez konieczności ich konwersji.

• Architektura. Standardowa architektura Fibre Channel składa się z 5 warstw i różni się od modelu OSI stosowanego w sieciach Ethernet:
  • FC-0 to warstwa fizyczna obejmująca kable danych, złącza oraz przepływ sygnałów w tym środowisku w celu sterowania danymi.
  • FC-1 to warstwa protokołu transmisji odpowiedzialna za kodowanie i dekodowanie danych, synchronizację danych, utrzymanie połączeń oraz wykrywanie błędów.
  • FC-2 to warstwa protokołu ramkowania i sygnalizacji . Określa ona strukturę i organizację przesyłanych danych oraz odpowiada za sekwencjonowanie danych i kontrolę przepływu. Segmentacja i ponowne składanie jednostek danych protokołu, które są odbierane i wysyłane przez urządzenia, odbywa się w tej warstwie.
  • FC-3 to warstwa usług wspólnych wykorzystywana przez funkcje FC do świadczenia usług takich jak RAID, szyfrowanie, rozdzielanie danych i multiemisja, a także dla innych funkcji FC, które mogą zostać opracowane w przyszłości.
  • FC-4 to protokół warstwy wyższej lub warstwa mapowania używana do opisania protokołów, które mogą wykorzystywać FC jako transport, oraz ich sekwencji użycia. Umożliwia ona mapowanie tych protokołów na poziomy FC 0–3 i zapewnia punkt komunikacji między protokołami warstwy wyższej (takimi jak SCSI) a niższymi warstwami FC.

  Model FC i sprzęt są zaprojektowane z myślą o silnikach odciążających protokoły (POE). Skutkuje to niskim obciążeniem transmisji i poprawia ogólną wydajność. Większość czołowych systemów SAN wykorzystuje protokół Fibre Channel do pakowania poleceń SCSI w ramki FC i przesyłania ruchu z hostów (serwerów) do współdzielonej pamięci masowej.

• Wydajność . Największą zaletą Fibre Channel jest szybkość, a protokół ten może być wykorzystywany do budowy w pełni funkcjonalnej sieci o dużej prędkości. Sieci FC 7. generacji obsługują standardy 64GFC i 256GFC, zapewniając przepustowość odpowiednio 12 800 MB/s i 51 200 MB/s w każdym kierunku. Standard 128G Fibre Channel zapewnia przepustowość do 24 850 MB/s. Kompatybilność z dwoma kanałami to kolejny powód, dla którego Fibre Channel jest szeroko stosowany do połączeń pamięci masowej w sieciach SAN (Storage Area Network). 
• Elastyczność i skalowalność . Jednoczesny wielokrotny dostęp do danych i połączenia na duże odległości to zalety Fibre Channel. Do obsługi FC wymagany jest specjalny sprzęt i wyposażenie: karty sieciowe zainstalowane w serwerach (takich jak hosty ESXi), kontrolery FC na serwerach pamięci masowej (będących członkami sieci SAN), przełączniki FC, kable itp. Konieczne jest zainstalowanie przełączników, jeśli liczba hostów ESXi przewyższa liczbę portów FC w macierzy pamięci masowej. Taka konfiguracja jest powszechna w dużych infrastrukturach serwerowych. W systemach FC SAN można stosować dyski SAS.
  

  Obsługa połączeń dalekiego zasięgu pozwala na rozmieszczenie poszczególnych dysków macierzy redundantnej (lustrzanej) w różnych lokalizacjach. Dane z dysków mogą być lustrzanie kopiowane do zdalnej lokalizacji oddalonej o kilka kilometrów od lokalizacji głównej. Takie podejście może pomóc uniknąć utraty danych spowodowanej lokalną awarią.

  Jeśli chodzi o stosowane kable, obsługiwane są zarówno kable miedziane, jak i światłowody, ale aby w pełni wykorzystać zalety technologii Fibre Channel, należy stosować kable światłowodowe. Maksymalna odległość/długość kabla miedzianego wynosi 30 metrów, w zależności od jakości kabla. Kabel światłowodowy – od 100 metrów do 50 kilometrów, w zależności od jakości kabla. Kable światłowodowe mogą być jednomodowe lub wielomodowe. Światłowód jednomodowy zapewnia wyższą szybkość transmisji, przepustowość i zasięg. Aby uniknąć spadku wydajności, należy stosować wysokiej jakości nadajnik-odbiornik SFP (small form factor pluggable).

  Jeśli chodzi o skalowalność, systemy pamięci masowej Fibre Channel można stosować w środowiskach każdej wielkości, od małych do dużych. Jako technologia połączeń, Fibre Channel obsługuje połączenia punkt-punkt, topologię przełączaną oraz pętlę arbitrażową.

• Łatwość użytkowania . Fibre Channel różni się od dobrze znanych sieci Ethernet w zakresie podłączania urządzeń. Poznanie zasad działania tej technologii oraz instalacja odpowiedniego sprzętu wymaga dodatkowego wysiłku. Poziom trudności konfiguracji pamięci masowej SAN w technologii Fibre Channel jest wysoki. Konieczne jest zainstalowanie specjalistycznego sprzętu i wyposażenia.
• Koszt . Sprzęt i wyposażenie wykorzystywane w systemach pamięci masowej Fibre Channel są drogie. Taka infrastruktura sprawdza się najlepiej w dużych bankach i korporacjach, gdzie prędkość transferu danych i bezpieczeństwo mają bardzo wysokie priorytety.

Fibre Channel over Ethernet (FCoE)

Fibre Channel over Ethernet (FCoE) to technologia, która pozwala na wykorzystanie bazowych fizycznych sieci szybkiego Ethernetu (takich jak sieci 10Gbit) z architekturą Fibre Channel na poziomie nakładki. Kapsułkowanie ramek FC odbywa się poprzez ich mapowanie na sieć Ethernet.

Technologia FCoE została opracowana w celu zapewnienia lepszej kompatybilności ze sprzętem stosowanym w sieciach Ethernet, jednak należy pamiętać, że obciążenie sieciowe jest wyższe niż w przypadku natywnej sieci pamięci masowej Fibre Channel. Główną ideą FCoE jest obniżenie kosztów poprzez wykorzystanie technologii Fibre Channel w sieciach Ethernet bez konieczności zakupu specjalistycznego sprzętu FC. Należy pamiętać, że FCoE można uznać za rozszerzenie FC, ale nie za jego zamiennik.

Więcej informacji znajdziesz w naszym poście o topologie sieci i modelu OSI.

Czym jest iSCSI?

iSCSI (Internet Small Computer Interface) to protokół, który przesyła polecenia SCSI przez sieci TCP/IP. Protokół iSCSI udostępnia dane na poziomie bloków, w przeciwieństwie do SMB i NFS, które udostępniają dane na poziomie plików. Protokół ten pozwala na wykorzystanie sprzętu sieciowego Ethernet, w tym kart sieciowych, przełączników i kabli, a także urządzeń NAS lub serwerów pamięci masowej z zainstalowanymi dyskami SAS lub SATA.

• Wydajność . Wydajność zależy od przepustowości sieci bazowej, ale nie jest tak dobra jak w przypadku SAS i Fibre Channel. iSCSI obsługuje wielościeżkowość, ramki Jumbo i inne technologie zapewniające lepszą wydajność w sieciach Ethernet. Do połączeń magazynu można używać szybkich sieci Ethernet o przepustowości 10 Gb/s, 40 Gb/s, a nawet 100 Gb/s. W porównaniu z systemami pamięci masowej SAS i FC, podczas korzystania z sieci TCP/IP do przesyłania poleceń SCSI za pomocą protokołu iSCSI występuje obciążenie, które wpływa na ogólną wydajność. Opóźnienia, które mogą wystąpić podczas korzystania z iSCSI, mogą zmniejszyć zalety urządzeń pamięci masowej SSD na zdalnym serwerze pamięci masowej. Proces enkapsulacji zużywa dodatkowe zasoby procesora, a to zajmuje czas.
• Elastyczność . Nie ma ograniczeń co do maksymalnej liczby podłączonych celów iSCSI przy użyciu protokołu iSCSI. Maksymalna pojemność pamięci masowej, którą można podłączyć za pomocą iSCSI, zależy od pojemności dysków zainstalowanych na serwerze pamięci masowej, urządzeniu NAS lub w sieci SAN. Technicznie możliwe jest użycie serwera lub urządzenia NAS (Sieciowa pamięć masowa) z dyskami SAS, a nawet SATA, do konfiguracji celów iSCSI.
• Łatwość użytkowania . Średnia – wymagana jest wiedza na temat pamięci masowej i sieci IP.
• Koszt . Korzystanie z protokołu iSCSI w celu uzyskania dostępu do pamięci masowej w sieci pozwala obniżyć koszty i jest stosowane głównie przez małe i średnie przedsiębiorstwa. Technicznie możliwe jest użycie niedrogiego sprzętu, ale należy pamiętać o ograniczeniach dotyczących poziomu niezawodności i wydajności, jakie można osiągnąć przy użyciu takiego sprzętu.

W przeciwieństwie do SAS i FC, technologia iSCSI nie wymaga żadnego specjalistycznego sprzętu. Działa w ramach istniejącej infrastruktury sieciowej Ethernet i wykorzystuje emulowane programowo karty iSCSI. Dzięki temu technologia ta jest łatwiejsza do skalowania niż dwie poprzednie i bardziej przystępna cenowo dla małych środowisk o ograniczonych budżetach IT, ponieważ nie wymaga żadnego dodatkowego sprzętu. Z drugiej strony, aby iSCSI działało, potrzebny jest dedykowany serwer z określonym systemem operacyjnym (OS) i odpowiednią konfiguracją oprogramowania.

Poniższa tabela przedstawia warstwy modelu OSI wykorzystywane przez iSCSI oraz analogiczne warstwy modelu OSI stosowane w działaniu Fibre Channel.

Wskazówka dla profesjonalistów: Jeśli korzystasz z sieci Ethernet oraz protokołów FCoE lub iSCSI w celu uzyskania dostępu do pamięci masowej w sieci, używaj dedykowanych sieci jako sieci pamięci masowej, a nie sieci produkcyjnych, sieci maszyn wirtualnych itp. Pozwoli to uniknąć spadku wydajności, poprawi bezpieczeństwo i uprości diagnostykę problemów.

Czym jest vSAN?

vSAN to oprogramowanie do wirtualizacji pamięci masowej dla środowisk VMware, dostarczane jako część hiperwizora VMware ESXi w celu budowania hiperkonwergentnej infrastruktury wirtualnej z wieloma hostami ESXi. VMware po raz pierwszy przedstawiło swoje własne podejście do tworzenia współdzielonych Pamięć masowa VMFS w vSphere v5.5. Od tego czasu vSAN został znacznie ulepszony w vSphere 7.0.3. VMware pozwala na wykorzystanie lokalnych zasobów serwerowych i istniejącej sieci Gigabit Ethernet bez dodatkowego sprzętu serwerowego do pamięci masowej.

Ta opcja wygląda atrakcyjnie, ponieważ nie wymaga żadnego konkretnego sprzętu i może być skonfigurowane za pomocą interfejsu graficznego w programie VMware vSphere Client. Co więcej, nie zależy od fizycznej lokalizacji hostów i dysków pamięci masowej.

Wadą jest to, że tworzenie klastra VMware vSAN ma wymagania dotyczące dodatkowa licencja vSphere, co może być kosztowne w przypadku dużej liczby hostów. Wydajność vSAN zależy od prędkości sieci oraz dysków zainstalowanych w hostach ESXi.

vSAN to dobry wybór dla infrastruktur każdej wielkości i jest szczególnie przydatny, jeśli nie ma możliwości zainstalowania dedykowanego serwera pamięci masowej. Jednak w przypadku większych centrów danych może to być kosztowne rozwiązanie. Wykorzystanie VMware vSAN w środowisku VMware vSphere znane jest również jako infrastruktura hiperkonwergentna (HCI).

Podsumowanie

Wybór najlepszego rozwiązania w tym porównaniu zależy od konkretnych wymagań. Rozwiązanie pamięci masowej można dobrać pod kątem wydajności, ceny, niezawodności i łatwości obsługi.

VMware vSphere obsługuje pamięć masową typu FC, SAS i iSCSI. Ponadto VMware udostępnia rozwiązanie vSAN, umożliwiające wykorzystanie pamięci masowej z bezpośrednim podłączeniem na hostach ESXi w celu utworzenia pamięci masowej typu SAN do przechowywania maszyn wirtualnych.

Przed rozpoczęciem migracja z środowiska fizycznego do wirtualnego projektu warto przeprowadzić analizę wykonalności w celu określenia liczby operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOP) dla serwerów wirtualnych. Na podstawie jej wyników można zdecydować, które podejście do organizacji pamięci masowej będzie najlepsze w danym przypadku. Nie należy również zapomnieć o wykonywaniu kopii zapasowej środowiska vSphere przy użyciu niezawodnego rozwiązania do tworzenia kopii zapasowych, takiego jak NAKIVO Backup & Replication.

Wypróbuj NAKIVO Backup & Replication

Skorzystaj z bezpłatnej wersji próbnej, aby poznać wszystkie funkcje rozwiązania w zakresie ochrony danych. 15 dni za darmo. Bez żadnych ograniczeń dotyczących funkcji ani pojemności. Nie trzeba podawać danych karty kredytowej.

Wypróbuj za darmo