Es gibt drei Haupttechnologien für Speichernetzwerke, die in Unternehmen verwendet werden, jede mit ihren Vor- und Nachteilen. In diesem Beitrag vergleichen wir die Speicherprotokolle FC, SAS und iSCSI, um die besten Einsatzmöglichkeiten in einer VMware vSphere-Umgebung zu verstehen. Sie können jedoch diese Informationen auch verwenden, um Speicher in anderen IT-Infrastrukturen zu installieren.
Vergleich von FC gegen SAS gegen iSCSI: Technologien
Die gängige Methode zur Erhöhung der Redundanz, der Hochverfügbarkeit und der Lasteneffizienz für eine vSphere-Umgebung besteht darin, ESXi-Hosts in einem vSphere-Cluster zu konfigurieren. Die Erstellung von gemeinsam genutztem VMware-Speicher ist eine der wichtigsten Anforderungen für Cluster. Es gibt mehrere Möglichkeiten, 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 vSphere-Client eingerichtet werden, während die anderen drei zusätzliche Software/Hardware erfordern, um eingerichtet zu werden. Lassen Sie uns einen Blick auf den Unterschied zwischen iSCSI und SAS werfen sowie FC mit den anderen Ansätzen vergleichen, um die verschiedenen Aspekte dieser Technologien zu verstehen.
- Fibre Channel ist die ultimative Lösung für Speichersysteme, die für geschäftskritische Anwendungen verwendet werden, die in großen Organisationen eine hohe Leistung, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit 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, Hochverfügbarkeit und Leistung Priorität haben. - SAS ist die kostengünstigere Technologie, und auf SAS basierende Lösungen werden in Unternehmen weit verbreitet eingesetzt, wenn Zuverlässigkeit, hohe Verfügbarkeit und Leistung Priorität haben.
- iSCSI ist die kostengünstigste Lösung der drei und kann mit einer vorhandenen Infrastruktur verwendet werden, wenn das Budget begrenzt ist.
FC vs SAS
Beide diese ausgereiften Technologien bieten ein hohes Maß an Leistung, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit. Allerdings bietet Fibre Channel etwas höhere Leistung für Datenübertragungen.
- SAS hat ein besseres Leistungs-Preis-Verhältnis und ist optimal für Unternehmensspeicherung.
- FC-Speichernetzwerke werden in SANs für sehr große Datenmengen in Unternehmensumgebungen weit verbreitet eingesetzt.
- SAS-Festplatten können in FC-Netzwerken mit Protokollübersetzung verwendet werden, um die SAS-Übersetzung zu Festplatten zu handhaben.
- SAS-Speicherung ist die optimale Wahl, wenn der Speicher in einem Rack oder einem Raum mit einem Server (direkt angeschlossener Speicher) untergebracht ist.
Wenn die Infrastruktur wächst und die Mengen an SAS-Speicher nicht ausreichen, können Sie in Betracht ziehen, Fibre Channel SAN-Speicher zu verwenden, da er ein höheres Maß an Skalierbarkeit bietet.
SAS vs iSCSI
SAS ist die Schnittstelle zum Anschließen von Festplatten mit SCSI-Befehlen, während iSCSI ein Protokoll ist, um SCSI-Befehle unter Verwendung von zugrunde liegenden TCP/IP-Netzwerken zu kapseln. Die Verwendung von SAS-Laufwerken in Servern bietet eine höhere Leistung und Zuverlässigkeit zu einem vernünftigen Preis. iSCSI ermöglicht es Ihnen, sogar SATA-Festplatten auf Servern zu verwenden, die für gemeinsam genutzten Speicher verwendet werden.
FC vs iSCSI
Lassen Sie uns die wichtigsten Parameter aller Technologien in dieser FC vs. SAS vs. iSCSI-Tabelle zusammenfassen.
SAS | FC | iSCSI | |
Beschreibung | Eine serielle Schnittstelle für Festplatten mit SCSI-Befehlen | Eine Reihe von Standards (einschließlich Netzwerktechnik) zur Übertragung von integrierten SCSI-Befehlen | Ein Netzwerkprotokoll zur Encapsulation von SCSI-Befehlen unter Verwendung bestehender TCP/IP-Netzwerke |
Architektur | Seriell, Punkt-zu-Punkt | Geschaltet, Unterstützung für mehrere gleichzeitige Transaktionen | Verwendung des Standard-OSI-Modells für Ethernet-Netzwerke. |
Leistung | Hoch | Sehr Hoch | Mittel |
Benutzerfreundlichkeit | Einfach | Schwer | Mittel |
Flexibilität/Skalierbarkeit | Mittel | Hoch | Hoch |
Maximale Anzahl von Geräten | Variiert (256 oder 65535) | 256 Geräte, 16 Millionen in einem Schaltgewebe | Unbegrenzt |
Maximale Entfernung zwischen Geräten | 10 Meter | 30 Meter (Kupfer) | Abhängig von der zugrunde liegenden Infrastruktur |
Kosten | Mittel | Hoch | Niedrig |
Zielmarkt | Kleine, mittlere, große Unternehmen | Mittelständische und große Unternehmen | Kleine und mittlere Unternehmen |
Unterstützung in vSphere | Ja | Ja | Ja |
VMware Shared Storage Approach Comparison
Hier ist eine kurze Vergleichstabelle der Ansätze zur Erstellung eines gemeinsamen Speichers für VMware vSphere, einschließlich vSAN.
Ansatz | Zusätzliche Hardware | Zusätzliche Software | Dedizierter Server | Managementkomplexität |
SAS | SAS-Adapter | Ja | Ja | Mittel |
Fiber Channel | FC-Controller, HBA, FC-Switches | Ja | Ja | Dedizierter Administrator erforderlich |
iSCSI | Nein | Ja | Ja | Spezifische Serverkonfiguration erforderlich |
vSAN | Nein | Nein | Nein | Über den vSphere-Client konfiguriert |
Überblick über Speichertechnologien
Werfen wir einen genaueren Blick auf jeden der Ansätze zur Erstellung eines gemeinsam genutzten VMware-Speichers.
Was ist SAS?
SAS, oder Serial Attached SCSI, ist ein weit verbreiteter Schnittstellenstandard in Servern zur Anbindung von Festplatten, DVD-Laufwerken und Bandlaufwerken. SAS wird häufig für direkt angeschlossenen Speicher (DAS) in Servern wie ESXi-Hosts und in Servern verwendet, die als gemeinsam genutzter Speicher konfiguriert sind und über das Netzwerk (Speicherserver) zugänglich sind.
SAS, ein Nachfolger von SCSI (parallelem SCSI), arbeitet mit SCSI-Befehlen (Small Computer System Interface), die für eine höhere Effizienz optimiert wurden. Ein SAS-Controller unterstützt die Anbindung von SAS- und SATA-Festplatten. Dies ist ein zuverlässiger Speicherschnittstellenstandard, der seit Jahren verwendet wird und in dieser Zeit erheblich verbessert wurde.
- Komponenten. Ein SAS-System umfasst 3 Hauptkomponenten:
- Initiator – Teil des Hostcomputers, an den SAS-Festplatten angeschlossen sind
- Ziel – ein Festplattenlaufwerk, das die logischen Einheiten enthält, das mit einem Hostcomputer verbunden ist, der in diesem Fall als Initiator bezeichnet wird
- Servicebereitstellungssubsystem – umfasst Geräte wie Kabel, um einen Initiator mit einem Ziel zu verbinden
- Leistung. SAS ermöglicht es Ihnen, mehrere Hochgeschwindigkeits-Physische Links zu einem einzelnen schnelleren Port zu kombinieren, um die Bandbreite zwischen diesen Links und dem Controller zu erhöhen. SAS 3 bietet eine Schnittstellengeschwindigkeit von 12 Gbit/s, SAS 4 – 22,5 Gbit/s und SAS 5, das sich in der Entwicklung befindet, soll 45 Gbit/s bieten. In der Praxis hängt die Geschwindigkeit von der Art der angeschlossenen SAS-Festplatte ab, die HDD oder SSD sein kann.
- Flexibilität. SAS-Speichercontroller, auch als SAS-Host-Busadapter bezeichnet, müssen auf Servern installiert werden. Ein SAS-Controller ist eine Platine (Schaltung), die in den PCI-E-Steckplatz eingebaut ist (früher wurden PCI-Steckplätze verwendet). Ein Computer-Motherboard hat eine begrenzte Anzahl von PCI-E-Steckplätzen, und ein SAS-Controller hat eine begrenzte Anzahl von SAS-Ports. Sie können Expander (Edge- und Fanout-Expander) installieren, um die Anzahl der vom SAS-Controller angesprochenen SAS-Geräte zu erhöhen. Die maximale Kabellänge beträgt bis zu 10 Meter. Bei der Planung eines skalierbaren Speichersystems sollten Sie diese Möglichkeiten und Einschränkungen berücksichtigen.
- Benutzerfreundlichkeit. Die Installation eines SAS-Speichersubsystems ist für direkt angeschlossenen Speicher unkompliziert. Sie müssen SAS-Speichercontroller installieren, die SAS-RAID-Controller sein können, und Festplatten anschließen. SAS-Expander können verwendet werden, um SANs mit SAS-Festplatten zu konfigurieren. Fibre Channel kann dann verwendet werden, um Daten an ein externes Netzwerk wie SAN zu übertragen.
- Kosten. Die Installation eines SAS-Speichersystems ist für Unternehmen erschwinglich, und dies ist ein Vorteil von SAS.
Der SAS-Standard ist ein Ansatz, der hardwareseitige SAS-Schnittstellen sowohl auf der Server- als auch auf der Clientseite 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 mehrere Einschränkungen.
- A SAS infrastructure is not scalable because of the finite number of SAS ports on the storage server. However, if you need more storage, you can replace disks with larger ones or install an additional storage server.
- Der Speicherserver und die Festplatten müssen im selben Rack montiert sein, aufgrund von Einschränkungen bei der Kabellänge. Daher kann dieser Ansatz gut für kleine bis mittlere Umgebungen mit hohen Anforderungen an die Datenübertragungsgeschwindigkeit funktionieren, aber nicht für sehr große Umgebungen.
Was ist Fibre Channel?
- Architektur. Die Standardarchitektur des Fibre Channel hat 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 Datenkontrolle.
- FC-1 ist die Übertragungsprotokollschicht, die für die Datenkodierung und -decodierung, die Datensynchronisation, die Aufrechterhaltung der Verbindungen und die Fehlererkennung verantwortlich ist.
- FC-2 ist die Rahmen- und Signalisierungsprotokollschicht. Sie definiert die Struktur und Organisation der übertragenen Daten und ist für die Datenabfolge und -flusssteuerung verantwortlich. Segmentierung und Wiedermontage der Protokolldateneinheiten, die von Geräten empfangen und gesendet werden, werden auf dieser Ebene durchgeführt.
- FC-3 ist die allgemeine Diensteschicht, die für FC-Funktionen verwendet wird, um Dienste wie RAID, Verschlüsselung, Datenstriping und Multicasting bereitzustellen, sowie für andere FC-Funktionen, die möglicherweise in Zukunft entwickelt werden.
- FC-4 ist das Protokoll der oberen Schicht oder die Zuordnungsschicht, die dazu dient, Protokolle zu beschreiben, die FC als Transport verwenden können, sowie ihre Verwendungsequenz. Es ermöglicht die Zuordnung dieser Protokolle zu den FC 0-3 Ebenen und stellt einen Kommunikationspunkt 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 geringen Übertragungsüberköpfen und verbessert die Gesamteffizienz. Die meisten Top-SAN-Systeme verwenden das Fibre Channel-Protokoll, um SCSI-Befehle in FC-Frames zu verpacken und Datenverkehr von Hosts (Servern) zum gemeinsam genutzten Speicher zu übertragen.
- Leistung. Der größte Vorteil von Fibre Channel ist Geschwindigkeit, und es kann verwendet werden, um ein voll funktionsfähiges Hochgeschwindigkeitsnetzwerk aufzubauen. Gen 7 FC-Netzwerke unterstützen 64GFC und 256GFC mit jeweils 12.800 MB/s und 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 weit verbreitet ist für die Speicher-Interconnect in Storage Area Networks (SAN).
- Flexibilität und Skalierbarkeit. Gleichzeitiger Mehrfachzugriff auf Daten und Verbindung über weite Entfernungen sind Vorteile von Fibre Channel. Spezielle Hardware und Ausrüstung sind für FC erforderlich: Host-Bus-Adapter, die in Servern installiert sind (wie ESXi-Hosts), FC-Controller auf Speicherservern (die Mitglieder von 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. Eine solche Konfiguration ist für große Serverinfrastrukturen üblich. Es ist möglich, SAS-Festplattenlaufwerke in FC-SAN-Systemen zu verwenden.
Die Unterstützung über lange Entfernungen ermöglicht es Ihnen, verschiedene Festplatten des redundanten Arrays (Spiegelung) an verschiedenen Standorten zu platzieren. Festplattendaten können zu einem entfernten Standort gespiegelt werden, der einige Kilometer vom primären Standort entfernt liegt. Dieser Ansatz kann dazu beitragen, Datenverluste durch eine lokale Katastrophe zu vermeiden.
In Bezug auf die verwendeten Kabel werden sowohl Kupfer- als auch Glasfaserkabel unterstützt, aber Sie sollten Glasfaserkabel verwenden, um alle Vorteile der Fibre-Channel-Technologie zu nutzen. Die maximale Entfernung/Kabellänge eines Kupferkabels beträgt 30 Meter, abhängig von der Kabelqualität. Glasfaserkabel – 100 Meter bis zu 50 Kilometer, abhängig von der Kabelqualität. Glasfaserkabel können Einzelmodus- oder Mehrmodus-Fasern sein. Ein Einzelmodusglasfaser bietet eine höhere Übertragungsrate, Bandbreite und Entfernung. Verwenden Sie einen hochwertigen SFP (Small Form Factor Pluggable) Transceiver, um Leistungseinbußen zu vermeiden.
Hinsichtlich der Skalierbarkeit können Sie Fibre-Channel-Speichersysteme in Umgebungen jeder Größe verwenden, von klein bis groß. Als Verbindungstechnologie unterstützt Fibre Channel Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, Switched-Topologie und einen arbitrated loop.
- Benutzerfreundlichkeit. Fibre Channel unterscheidet sich von bekannten Ethernet-Netzwerken zur Verbindung von Geräten. Das Erlernen des Technologieprinzips und die Installation spezifischer Hardware erfordern zusätzlichen Aufwand. Das Schwierigkeitsniveau bei der Konfiguration von Fibre-Channel-SAN-Speicher ist hoch. Sie müssen spezialisierte Hardware und Ausrüstung installieren.
- Kosten. Die für Fibre-Channel-Speichersysteme verwendete Hardware und Ausrüstung sind teuer. Eine solche Infrastruktur eignet sich am besten für große Banken und Unternehmen, bei denen die Geschwindigkeit und Sicherheit der Datenübertragung sehr hohe Prioritäten haben.
Fibre Channel over Ethernet (FCoE)
Fibre Channel over Ethernet (FCoE) ist eine Technologie, die es ermöglicht, die zugrunde liegenden physischen Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Netzwerke (wie 10Gbit-Netzwerke) mit der Fibre Channel-Architektur auf der Overlay-Ebene zu nutzen. Zur Encapsulation von FC-Rahmen wird deren Abbildung über Ethernet verwendet.
FCoE wurde entwickelt, um eine bessere Kompatibilität mit der Hardware zu erreichen, die für Ethernet-Netzwerke verwendet wird, jedoch sollte beachtet werden, dass der Overhead höher ist als bei einem nativen Fibre Channel-Speichernetzwerk. Die Hauptidee von FCoE ist es, die Kosten durch Verwendung der Fibre Channel-Technologie in Ethernet-Netzwerken ohne den Kauf spezieller FC-Ausrüstung zu senken. Beachten Sie, dass FCoE als eine Erweiterung von FC, jedoch nicht als Ersatz, betrachtet werden kann.
Erfahren 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 es Ihnen, Ethernet-Netzwerkgeräte wie Netzwerkkarten, Switches und Kabel sowie NAS-Geräte oder Speicherserver mit installierten SAS- oder SATA-Festplatten zu nutzen.
- 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 Multipfad, Jumbo-Frames und andere Technologien für eine bessere Leistung in Ethernet-Netzwerken. Sie können 10-Gbit/s, 40-Gbit/s oder sogar 100-Gbit/s Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Netzwerke für die Speicherverbindung verwenden. Es gibt Overhead, der die Gesamtleistung beeinträchtigt, wenn TCP/IP-Netzwerke verwendet werden, um SCSI-Befehle mit dem iSCSI-Protokoll zu übertragen, im Vergleich zu SAS- und FC-Speichersystemen. Latenz, die bei der Verwendung von iSCSI auftreten kann, kann die Vorteile von SSD-Speichergeräten auf einem entfernten Speicherserver verringern. Der Kapselungsprozess verbraucht einige zusätzliche Prozessorressourcen und dies dauert einige Zeit.
- Flexibilität. Es gibt keine Begrenzung für die maximale Anzahl von verbundenen iSCSI-Zielen mit dem iSCSI-Protokoll. Die maximale Speichermenge, die Sie über iSCSI anschließen können, hängt von der Menge des auf den Festplatten installierten Speichers auf dem Speicherserver, NAS oder SAN ab. Es ist technisch möglich, einen Server oder NAS (Network Attached Storage) mit SAS- und sogar SATA-Festplatten zu verwenden, um iSCSI-Ziele zu konfigurieren.
- Benutzerfreundlichkeit. Mittel – Speicher- und IP-Netzwerkkenntnisse sind erforderlich.
- Kosten. Die Verwendung des iSCSI-Protokolls zum Zugriff auf Netzwerkspeicher ermöglicht es Ihnen, Kosten zu sparen und wird hauptsächlich von kleinen und mittleren Unternehmen verwendet. Es ist technisch möglich, preiswerte Hardware zu verwenden, aber beachten Sie die Einschränkungen hinsichtlich der Zuverlässigkeits- und Leistungsniveaus, die mit einer solchen Hardware erreicht werden können.
Im Gegensatz zu SAS und FC erfordert die iSCSI-Technologie keine spezifische Hardware. Sie funktioniert innerhalb der bestehenden Ethernet-Netzwerkinfrastruktur und verwendet software-emulierte iSCSI-Adapter. Dies macht die Technologie einfacher skalierbar als die beiden vorherigen und erschwinglicher für kleine Umgebungen mit begrenzten IT-Budgets, da keine zusätzliche Ausrüstung erforderlich ist. Andererseits erfordert iSCSI einen dedizierten Server mit einem spezifischen Betriebssystem (OS) und einer Softwarekonfiguration, um zu funktionieren.
Die Tabelle unten zeigt die von iSCSI verwendeten OSI-Schichten und die analogen OSI-Schichten, die für den Betrieb von Fibre Channel verwendet werden.
OSI-Schichten | iSCSI | Fibre Channel |
7 Anwendung | – | – |
6 Präsentation | SCSI-Befehlssatz | SCSI-Befehlssatz |
5 Sitzung | iSCSI | FC-4/FC-3 |
4 Transport | TCP | FC-2 |
3 Netzwerk | IP | FC-2 |
2 Datenverbindung | Ethernet MAC | FC-1 |
1 Physikalisch | Ethernet (physisch) | FC-0 |
Profi-Tipp: Wenn Sie Ethernet-Netzwerke und FCoE- oder iSCSI-Protokolle zur Netzwerkspeicherung verwenden, verwenden Sie dedizierte Netzwerke als Speichernetzwerke und nicht Ihre Produktionsnetzwerke, VM-Netzwerke usw. Dadurch können Sie Leistungseinbußen vermeiden, die Sicherheit verbessern und die Diagnose von Problemen vereinfachen.
Was ist vSAN?
vSAN ist eine Speichervirtualisierungssoftware für VMware-Umgebungen und wird als Teil des ESXi-Hypervisors von VMware geliefert, um eine hyperkonvergente virtuelle Infrastruktur mit mehreren ESXi-Hosts aufzubauen. VMware hat seinen eigenen Ansatz zur Erstellung von gemeinsam genutztem VMFS-Speicher in vSphere v5.5 eingeführt. Seitdem wurde vSAN in vSphere 7.0.3 erheblich verbessert. VMware ermöglicht die Nutzung lokaler Serverressourcen und vorhandener Gigabit-Ethernet-Netzwerke ohne zusätzliche Speicherserver-Hardware.
Diese Option wirkt attraktiv, da sie keine spezifische Hardware benötigt und über die grafische Benutzeroberfläche im VMware vSphere Client konfiguriert werden kann. Darüber hinaus ist sie nicht von der physischen Position Ihrer Hosts und Speicherlaufwerke abhängig.
Der Nachteil ist, dass die Erstellung eines VMware vSAN-Clusters eine zusätzliche vSphere-Lizenz erfordert, die bei einer großen Anzahl von Hosts teuer 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 Speicherserver installieren können. Allerdings kann es eine kostspielige Lösung für größere Rechenzentren werden. Die Verwendung von VMware vSAN in VMware vSphere wird auch als hyperkonvergierende Infrastruktur (HCI) bezeichnet.
Fazit
Der Gewinner in diesem Vergleich 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 die Möglichkeit, direkt angeschlossenen Speicher auf ESXi-Hosts zu verwenden, um Speicher wie SAN zur Speicherung von VMs zu erstellen.
Bevor Sie ein physisch-zu-virtuell-Migrations-Projekt starten, ist es ratsam, eine Machbarkeitsstudie durchzuführen, um die Anzahl der IOPs für virtualisierte Server zu bestimmen. Basierend auf den Ergebnissen entscheiden Sie, welcher Speicheranordnungsansatz am besten für Sie funktioniert. Vergessen Sie außerdem nicht, Ihre vSphere-Umgebung mit einer zuverlässigen Backup-Lösung wie NAKIVO Backup & Replication zu sichern.
Source:
https://www.nakivo.com/blog/fc-vs-sas-vs-iscsi-comparison/