iSCSI、SAS 與 FC 協定之間的差異
企業中主要採用三種儲存網路技術,每種技術各有其優缺點。本文將比較 FC、SAS 和 iSCSI 這三種儲存協定,以了解它們在 VMware vSphere 環境中的最佳應用情境。不過,您也可以將這些資訊應用於其他 IT 基礎架構的儲存系統建置。
FC、SAS 與 iSCSI:技術比較
在 vSphere 環境中,提升冗餘度、高可用性及負載效率的常見方法是 在 vSphere 叢集中設定 ESXi 主機建立 VMware 共用儲存空間是叢集最重要的需求之一。建立共用儲存空間有幾種方法:
- 儲存伺服器上的 SAS 介面與 ESXi 主機
- 光纖通道 (FC)
- iSCSI
- 虛擬儲存區域網路 (vSAN)
在 VMware 中,vSAN 已內建其中,並可透過 vSphere Client 進行設定;而其餘三種方案則有額外的軟體或硬體需求才能完成設定。讓我們來看看 iSCSI 與 SAS 之間的差異,並將 FC 與其他方案進行比較,以了解這些技術的不同面向。
- 光纖通道 這是專為大型組織中需具備高效能、高可用性及高可靠性的關鍵任務應用所設計的儲存系統之終極解決方案。請注意,此類解決方案的價格相當高昂。
- SAS 是較為經濟實惠的技術,而當可靠性、高可用性與效能是首要考量時,基於 SAS 的解決方案在 Enterprise 中被廣泛採用。
- iSCSI 這是三者中最經濟實惠的解決方案,當預算有限時,可與現有基礎設施配合使用。
FC 對 SAS
這兩項成熟的技術均具備卓越的效能、可靠性和可用性。然而,在資料傳輸方面,光纖通道的效能略勝一籌。
- SAS 的性價比更高,是 Enterprise 級儲存的最佳選擇。
- FC 儲存網路廣泛應用於 SAN,用於處理 Enterprise 環境中極大量的資料。
- 在 FC 網路中,可透過協定橋接功能將 SAS 磁碟用作磁碟機,以處理 SAS 轉譯作業。
- 若儲存設備與伺服器位於同一機架或同一房間內(即直接連接儲存),SAS 儲存設備是最佳選擇。
當基礎架構擴展,且 SAS 儲存空間不足時,您可以考慮採用光纖通道 SAN 儲存,因為它能提供更高的擴展性。
SAS 與 iSCSI
SAS 是透過 SCSI 指令連接磁碟裝置的介面,而 iSCSI 則是一種利用底層 TCP/IP 網路封裝 SCSI 指令的協定。在伺服器中使用 SAS 硬碟,能在合理的價格下提供更高的效能與可靠性。iSCSI 則讓您甚至可以在用於共用儲存的伺服器上使用 SATA 硬碟。
FC 與 iSCSI
光纖通道(Fibre Channel)是採用專屬網路標準,將 SCSI 指令傳輸至儲存區域網路(SAN)中硬碟的頂級解決方案。當決定性因素為低成本、中等效能及足夠的擴展性時,iSCSI 可用作連接 SAN(LUN)的替代方案。 iSCSI 所使用的乙太網路雖具普適性且廣泛普及,但其主要設計目的並非專注於傳輸儲存流量。因此,在效能方面,光纖通道(Fibre Channel)更勝一籌。
讓我們透過這張"FC vs SAS vs iSCSI"對比表,來總結所有技術的主要參數。
| SAS | FC | iSCSI | |
| 說明 | 一種使用 SCSI 指令的磁碟裝置序列介面 | 一套用於傳輸內建 SCSI 指令的標準(包含網路傳輸) | 一種利用現有 TCP/IP 網路封裝 SCSI 指令的網路協定 |
| 建築 | 串列、點對點 | 已切換,支援多項並行交易 | 採用標準的 OSI 模型來建構乙太網路。 |
| 演出 | 高 | 極高 | 中篇 |
| 易用性 | 簡單 | 困難 | 中篇 |
| 靈活性／可擴展性 | 中間 | 高 | 高 |
| 裝置最大數量 | 因情況而異(256 或 65535) | 256 個裝置,交換結構中達 1,600 萬個 | 無限制 |
| 裝置間的最大距離 | 10公尺 | 30 公尺(銅纜)
50 公里(光纖) |
這取決於底層基礎設施 |
| 費用 | 中篇 | 高 | 低 |
| 目標市場 | 小型、中型、大型企業 | 大中型企業 | 中小企業 |
| vSphere 中的支援 | 是的 | 是的 | 是的 |
VMware 共用儲存方案比較
以下是一份關於建立 VMware vSphere 共用儲存(包括 vSAN)之各種方法的簡要比較表。
| 方法 | 其他硬體 | 其他軟體 | 專用伺服器 | 管理複雜性 |
| SAS | SAS 介面卡 | 是的 | 是的 | 中篇 |
| 光纖通道 | FC 控制器、HBA、FC 交換器 | 是的 | 是的 | 急徵專職行政人員 |
| iSCSI | 不 | 是的 | 是的 | 需要特定的伺服器設定 |
| vSAN | 不 | 不 | 不 | 透過 vSphere Client 進行設定 |
儲存技術概覽
讓我們更詳細地探討建立 VMware 共用儲存裝置的各種方法。
什麼是 SAS？
SAS(即串列連接 SCSI)是一種廣泛應用於伺服器的介面標準,用於連接硬碟、DVD 光碟機以及 磁帶機. SAS 廣泛應用於 ESXi 主機等伺服器的直接連接儲存(DAS),以及配置為可透過網路存取的共用儲存裝置(儲存伺服器)。
SAS 作為 SCSI(平行 SCSI)的後繼技術,採用 SCSI(小型電腦系統介面)指令運作,並針對更高效率進行了優化。 SAS 控制器支援連接 SAS 及 SATA 硬碟。這是一項可靠的儲存介面標準,已沿用多年,並在此期間獲得大幅強化。
- 元件. SAS 系統包含 3 個主要組件:
- 發起人 – 主電腦中連接 SAS 硬碟的組件
- 目標 – 一種磁碟裝置,其中包含邏輯單元,並連接至主機電腦;在此情況下,該主機電腦稱為"發起端"
- 服務交付子系統 – 包含用於將觸發器連接至目標的線纜等設備
- 演出. SAS 允許您將多個高速實體鏈路整合為單一的高速埠,以提升這些鏈路與控制器之間的頻寬。 SAS 3 提供 12 Gbit/s 的介面速度,SAS 4 為 22.5 Gbit/s,而目前正在開發中的 SAS 5 預計將提供 45 Gbit/s。實際上,速度取決於連接的 SAS 硬碟類型,可能是 HDD 或 SSD。
- 靈活性. SAS 儲存控制器(亦稱為 SAS 主機匯流排適配器)必須安裝在伺服器上。SAS 控制器是一塊安裝在 PCI-E 插槽中的電路板(過去曾使用 PCI 插槽)。 電腦主機板上的 PCI-E 插槽數量有限,而 SAS 控制器所具備的 SAS 埠數量亦有限。您可以安裝擴充器(邊緣擴充器與扇出擴充器)來增加 SAS 控制器所能連接的 SAS 裝置數量。最大纜線長度可達 10 公尺。在規劃可擴充的儲存系統時,應將這些可能性與限制納入考量。
- 易用性. 對於直接連接儲存裝置而言,安裝 SAS 儲存子系統相當簡單。您需要安裝 SAS 儲存控制器(可以是 SAS RAID 控制器),並連接硬碟。可使用 SAS 擴充器來配置採用 SAS 硬碟的 SAN。隨後可透過光纖通道將資料傳輸至外部網路(例如 SAN)。
- 費用. 對於 Enterprise 而言,安裝 SAS 儲存系統的成本相當合理,這正是 SAS 的優勢所在。
SAS 標準是一種需要在伺服器端和客戶端均配備硬體 SAS 介面的技術方案。此技術在 SAS 4 規格下可提供高達 22.5 Gbit/s 的傳輸速度(如前所述,SAS 5 目前正在開發中),但存在若干限制。
- SAS 基礎架構不具可擴展性 這是因為儲存伺服器上的 SAS 埠數量有限。不過,如果您需要更多儲存空間,可以將硬碟更換為容量更大的型號,或安裝另一台儲存伺服器。
- 儲存伺服器與硬碟必須安裝在同一機架中 由於纜線長度的限制。因此,這種方法對於需要高資料傳輸速度的中小型環境而言效果良好,但不適用於非常大型的環境。
什麼是光纖通道？
光纖通道(FC)是一種用於包含硬碟和網路裝置的高效能儲存系統的互連技術。FC 支援在裝置之間傳輸 SCSI 資料,且無需對該資料進行轉換。
- 建築。 光纖通道(Fibre Channel)的標準架構包含 5 個層次,與乙太網路所採用的 OSI 模型有所不同:
- FC-0 是 物理層 並包含用於此環境中資料控制的資料纜線、連接器及訊號傳輸。
- FC-1 是 傳輸協定層 負責資料編碼與解碼、資料同步、連線維護以及錯誤偵測。
- FC-2 是 幀結構與訊號傳輸協定層. 該層定義了傳輸資料的結構與組織方式,並負責資料排序與流量控制。裝置所接收及傳送的協定資料單元,其分段與重新組裝作業皆在此層進行。
- FC-3 是 共通服務層 用於 FC 特點以提供 RAID、加密、資料條帶化及多播等服務,以及未來可能開發的其他 FC 特點。
- FC-4 是 上層協定 或 地圖圖層 用於描述可將 FC 作為傳輸介面的協定及其使用順序。它允許將這些協定映射至 FC 0–3 層,並在高階協定(例如 SCSI)與低階 FC 層之間提供通訊介面。
FC 模型與硬體是專為協定卸載引擎(POE)所設計。這能降低傳輸開銷並提升整體效率。大多數頂級 SAN 系統皆採用光纖通道協定,將 SCSI 指令封裝至 FC 幀中,並將流量從主機(伺服器)傳輸至共用儲存裝置。
- 演出光纖通道(Fibre Channel)的最大優勢在於速度,可用於建構功能性完備的高速網路。第七代 FC 網路支援 64GFC 與 256GFC,單向吞吐量分別為 12,800 MB/s 及 51,200 MB/s。 128G 光纖通道可提供高達 24,850 MB/s 的吞吐量。雙通道相容性是光纖通道廣泛應用於儲存區域網路 (SAN) 儲存互連的另一項原因。
- 靈活性與可擴展性. 光纖通道(Fibre Channel)的優勢在於能同時進行多路資料存取,並支援長距離連線。 光纖通道(FC)需要特殊的硬體與設備:安裝於伺服器(例如 ESXi 主機)中的主機匯流排適配器、儲存伺服器(作為 SAN 成員)上的 FC 控制器、FC 交換器、纜線等。若 ESXi 主機的數量多於儲存裝置中的 FC 埠數,則需安裝交換器。此種佈局在大型伺服器基礎架構中相當常見。在 FC SAN 系統中,亦可使用 SAS 硬碟。
遠端支援功能讓您能夠將冗餘陣列(鏡像)中的不同磁碟配置在不同位置。磁碟資料可鏡像至距離主站點數公里遠的遠端站點。此方法有助於避免因當地災難所導致的資料遺失。
就所使用的線纜而言,系統同時支援銅纜與光纖,但若要充分發揮光纖通道技術的所有優勢,建議使用光纖。銅纜的最大傳輸距離(即單根線纜長度)視線纜品質而定,通常為 30 公尺。光纖則視線纜品質而定,最大傳輸距離可達 100 公尺至 50 公里。 光纖可分為單模與多模兩種。單模光纖提供更高的傳輸速率、頻寬及傳輸距離。請使用高品質的 SFP(小型可插拔)收發器,以避免性能下降。
就可擴展性而言,無論規模大小,從小型到大型環境皆可採用光纖通道儲存系統。作為一種互連技術,光纖通道支援點對點連接、交換式拓撲結構以及仲裁環結構。
- 易用性. 光纖通道(Fibre Channel)與廣為人知的乙太網路在連接裝置的方式上有所不同。要掌握這項技術的原理並安裝專用硬體,需要額外的努力。配置光纖通道 SAN 儲存系統的難度較高,您需要安裝專用的硬體和設備。
- 成本. 用於光纖通道儲存系統的硬體和設備價格昂貴。這類基礎設施最適合大型銀行和企業,因為對這些機構而言,資料傳輸速度與安全性是至關重要的考量。
乙太網路光纖通道 (FCoE)
乙太網路光纖通道(FCoE)是一項技術,可讓您在底層使用高速乙太網路(例如 10Gbit 網路),並在覆蓋層採用光纖通道架構。 透過將光纖通道幀映射至乙太網路,即可實現其封裝。
FCoE 的開發旨在提升與乙太網路硬體的相容性,但請注意,其開銷高於原生光纖通道儲存網路。FCoE 的主要理念是透過在乙太網路中運用光纖通道技術,無需購買專用 FC 設備,從而降低成本。請注意,FCoE 可視為 FC 的延伸,但並非其替代方案。
更多詳情請參閱我們的相關文章 網路拓撲 以及 OSI 模型。
什麼是 iSCSI？
iSCSI(網際網路小型電腦介面)是一種透過 TCP/IP 網路傳輸 SCSI 指令的協定。iSCSI 協定在區塊層級進行資料傳輸,這與 SMB 與 NFS,這些裝置可在檔案層級共享資料。此協定讓您能夠使用乙太網路設備(包括網路卡、交換器及纜線),以及安裝了 SAS 或 SATA 硬碟的 NAS設備或儲存伺服器。
- 演出. 效能取決於底層網路頻寬,但不如 SAS 和光纖通道的效能。iSCSI 支援多路徑、巨型幀及其他技術,以提升乙太網路中的效能。您可以使用 10 Gbit、40 Gbit 甚至 100 Gbit/s 的高速乙太網路來連接儲存裝置。 相較於 SAS 和 FC 儲存系統,當使用 TCP/IP 網路透過 iSCSI 協定傳輸 SCSI 指令時,會產生影響整體效能的開銷。使用 iSCSI 時可能產生的延遲,會削弱遠端儲存伺服器上 SSD 儲存裝置的優勢。封裝過程會消耗額外的處理器資源,且此過程需要時間。
- 靈活性. 使用 iSCSI 協定連接的 iSCSI 目標數量並無上限。透過 iSCSI 可連接的儲存空間上限,取決於儲存伺服器、NAS 或 SAN 中安裝的磁碟所提供的儲存容量。從技術上來說,使用伺服器或 NAS (網路儲存裝置) 搭配 SAS 及 SATA 硬碟來設定 iSCSI 目標。
- 易用性. 中級 – 需具備儲存與 IP 網路的相關知識。
- 成本. 使用 iSCSI 協定存取網路儲存裝置可節省成本,主要應用於中小企業。雖然技術上可以使用低成本硬體,但請注意,此類硬體在可靠性和效能方面存在一定限制。
與 SAS 和 FC 不同,iSCSI 技術無需任何特定硬體。它能在現有的乙太網路基礎架構中運作,並使用軟體模擬的 iSCSI 介面卡。這使得該技術比前兩種技術更容易縮放,對於 IT 預算有限的小型環境而言也更為經濟實惠,因為您無需任何額外設備。另一方面,iSCSI 需要配備特定作業系統 (OS) 及軟體配置的專用伺服器才能運作。
下表列出了 iSCSI 所使用的 OSI 層,以及光纖通道運作所對應的 OSI 層。
| OSI 模型層 | iSCSI | 光纖通道 |
| 7 應用 | – | – |
| 6 簡報 | SCSI 指令集 | SCSI 指令集 |
| 第 5 節 | iSCSI | FC-4/FC-3 |
| 4 運輸 | TCP | FC-2 |
| 3 網路 | IP | FC-2 |
| 2 資料鏈路 | 乙太網路 MAC | FC-1 |
| 1 物理 | 乙太網路(物理層) | FC-0 |
Pro小撇步: 若您使用乙太網路及 FCoE 或 iSCSI 協定存取網路儲存裝置,請將專用網路作為儲存網路,而非使用生產網路、虛擬機器網路等。此舉可避免效能下降、提升安全性,並簡化問題診斷流程。
什麼是 vSAN？
vSAN 是一款專為 VMware 環境設計的儲存虛擬化軟體,作為 VMware ESXi 虛擬化平台的一部分,用於透過多個 ESXi 主機建置超融合虛擬基礎架構。VMware 最初提出了其獨有的共享儲存建置方法 VMFS 儲存 在 vSphere v5.5 中,自那時起,vSAN 在 vSphere 7.0.3. VMware 允許利用本地伺服器資源及現有的千兆乙太網路,無需額外的儲存伺服器硬體。
此選項頗具吸引力,因為它不需要任何特定硬體,且能夠 透過 VMware vSphere Client 的圖形使用者介面進行設定此外,它並不依賴您的主機和儲存磁碟的實體位置。
缺點是 建立 VMware vSAN 叢集 需要一個 額外的 vSphere 授權,若主機數量龐大,成本可能相當高昂。vSAN 的效能取決於網路速度以及安裝在 ESXi 主機中的磁碟。
vSAN 適用於任何規模的基礎架構,若無法安裝專用儲存伺服器,它更是極為實用的選擇。然而,對於大型資料中心而言,這可能成為一項成本高昂的解決方案。在 VMware vSphere 中使用 VMware vSAN 亦稱為超融合基礎架構(HCI)。
結論
這場比較中的勝出者取決於您的需求。您可以根據效能、價格、可靠性及易用性來選擇儲存解決方案。
VMware vSphere 支援 FC、SAS 和 iSCSI 儲存。此外,VMware 還提供 vSAN,可在 ESXi 主機上使用直接連接儲存(DAS)來建立類似 SAN 的儲存環境,用以存放虛擬機器。
在開始之前 實體轉虛擬遷移 在規劃專案時,最好先進行可行性研究,以確定虛擬化伺服器的 IOPs 數量。根據研究結果,您將能決定哪種儲存配置方案最適合您的需求。此外,別忘了使用可靠的備份解決方案(例如)來備份您的 vSphere 環境。 NAKIVO Backup & Replication.
