As Diferenças entre os Protocolos iSCSI, SAS e FC

Existem três tecnologias principais de rede de armazenamento usadas em empresas, cada uma com suas vantagens e desvantagens. Neste post, vamos comparar os protocolos de armazenamento FC, SAS e iSCSI para entender os melhores usos de cada um em um ambiente VMware vSphere. No entanto, você pode usar estas informações para instalar armazenamento em outras infraestruturas de TI também.

FC vs SAS vs iSCSI: Comparação de Tecnologias

A técnica comum para aumentar a redundância, alta disponibilidade e eficiência de carga para um ambiente vSphere é configurar hosts ESXi em um cluster vSphere. Criar armazenamento compartilhado VMware é um dos requisitos mais importantes para clusters. Existem várias maneiras de criar um armazenamento compartilhado:

• Interfaces SAS em servidores de armazenamento e um host ESXi
• Fibre Channel (FC)
• iSCSI
• Virtual SAN (vSAN)

No VMware, o vSAN está incluído e pode ser configurado via Cliente vSphere, enquanto os outros três requerem software/hardware adicional para configuração. Vamos dar uma olhada na diferença entre iSCSI e SAS, bem como comparar FC com outras abordagens para entender os diferentes aspectos dessas tecnologias.

• Fibre Channel é a solução definitiva para sistemas de armazenamento usados para aplicações críticas que requerem alto desempenho, disponibilidade e confiabilidade em grandes organizações. Note o alto preço para tal solução.SAS é a tecnologia mais acessível, e soluções baseadas em SAS são amplamente utilizadas em empresas quando confiabilidade, alta disponibilidade e desempenho são uma prioridade.
• SAS é a tecnologia mais acessível, e as soluções baseadas em SAS são amplamente utilizadas em empresas quando a confiabilidade, alta disponibilidade e desempenho são uma prioridade.
• iSCSI é a solução mais acessível das três e pode ser usada com uma infraestrutura existente quando o orçamento é limitado.

FC vs SAS

Ambas essas tecnologias maduras fornecem um alto nível de desempenho, confiabilidade e disponibilidade. No entanto, o Fibre Channel oferece um desempenho ligeiramente superior para transferências de dados. 

• O SAS tem uma melhor relação desempenho-preço e é ideal para armazenamento empresarial.
• As redes de armazenamento FC são amplamente utilizadas em SAN para grandes quantidades de dados em ambientes empresariais. 
• Os discos SAS podem ser usados em redes FC usando pontes de protocolo para lidar com a tradução SAS para unidades de disco.
• O armazenamento SAS é a escolha ideal se o armazenamento estiver localizado em um rack ou em uma sala com um servidor (armazenamento diretamente conectado).

Quando a infraestrutura cresce e as quantidades de armazenamento SAS são insuficientes, você pode considerar o uso de armazenamento SAN Fibre Channel, pois ele fornece um nível mais alto de escalabilidade.

SAS vs iSCSI

O SAS é a interface para conectar dispositivos de disco usando comandos SCSI, enquanto o iSCSI é um protocolo para encapsular comandos SCSI usando redes TCP/IP subjacentes. Usar unidades SAS em servidores fornece um desempenho e confiabilidade superiores por um preço razoável. O iSCSI permite que você use até mesmo unidades de disco SATA em servidores usados para armazenamento compartilhado.

FC vs iSCSI

Fibre Channel é a principal solução usando seus próprios padrões para rede para transportar comandos SCSI para os discos em uma rede de área de armazenamento (SAN). O iSCSI pode ser usado para conectar SAN (LUNs) como alternativa em casos em que os fatores decisivos são baixo custo, desempenho moderado e escalabilidade suficiente. A rede Ethernet usada para iSCSI é universal e comum, mas não é focada principalmente na transferência de tráfego de armazenamento. Assim, Fibre Channel é o vencedor na categoria de desempenho.

Vamos resumir os principais parâmetros de todas as tecnologias nesta tabela FC vs SAS vs iSCSI.

	SAS	FC	iSCSI
Descrição	Uma interface serial para dispositivos de disco usando comandos SCSI	Um conjunto de padrões (incluindo rede) para transferir comandos SCSI incorporados	Um protocolo de rede para encapsular comandos SCSI usando redes TCP/IP existentes
Arquitetura	Serial, ponto-a-ponto	Comutada, suporte para múltiplas transações simultâneas	Usando o modelo OSI padrão para redes Ethernet.
Desempenho	Alto	Muito alto	Médio
Facilidade de uso	Fácil	Difícil	Médio
Flexibilidade/escalabilidade	Média	Alta	Alta
Número máximo de dispositivos	Varia (256 ou 65535)	256 dispositivos, 16 milhões em um tecido de comutação	Ilimitado
Distância máxima entre dispositivos	10 metros	30 metros (cobre) 50 km (óptico)	Depende da infraestrutura subjacente
Custos	Médio	Alto	Baixo
Mercado-alvo	Pequenas, Médias, Grandes empresas	Empresas médias e grandes	Pequenas e médias empresas
Suporte no vSphere	Sim	Sim	Sim

Comparação de Abordagem de Armazenamento Compartilhado VMware

Aqui está uma breve tabela de comparação das abordagens para criar um armazenamento compartilhado do VMware vSphere, incluindo o vSAN.

Abordagem	Hardware Adicional	Software Adicional	Servidor Dedicado	Complexidade de Gerenciamento
SAS	Adaptadores SAS	Sim	Sim	Médio
Canal de Fibra	Controlador FC, HBA, Switches FC	Sim	Sim	Necessário administrador dedicado
iSCSI	Não	Sim	Sim	Necessária configuração específica do servidor
vSAN	Não	Não	Não	Configurado via Cliente vSphere

Visão Geral das Tecnologias de Armazenamento

Vamos dar uma olhada mais detalhada em cada uma das abordagens para criar um armazenamento compartilhado VMware.

O que é SAS?

O SAS, ou Serial Attached SCSI, é um padrão de interface amplamente utilizado em servidores para conectar unidades de disco, unidades de DVD e unidades de fita. O SAS é amplamente utilizado para armazenamento conectado diretamente (DAS) em servidores, como hosts ESXi, e em servidores configurados como armazenamento compartilhado para ser acessível pela rede (servidores de armazenamento).

O SAS, sucessor do SCSI (SCSI paralelo), opera com comandos SCSI (Interface de Sistema de Computador Pequeno), que foi otimizado para maior eficiência. Um controlador SAS suporta a conexão de unidades de disco SAS e SATA. Este é um padrão de interface de armazenamento confiável, que vem sendo utilizado há anos e foi amplamente aprimorado durante esse tempo.

• Componentes. Um sistema SAS inclui 3 componentes principais:
  • Iniciador – parte do computador host ao qual as unidades de disco SAS estão conectadas
  • Alvo – um dispositivo de disco, que contém as unidades lógicas, conectado a um computador host, que é chamado de iniciador neste caso
  • Subsistema de entrega de serviço – inclui equipamentos como cabos para conectar um iniciador a um alvo
• Desempenho. SAS permite combinar múltiplos links físicos de alta velocidade em uma única porta mais rápida para aumentar a largura de banda entre esses links e o controlador. SAS 3 fornece uma velocidade de interface de 12 Gbit/s, SAS 4 – 22,5 Gbit/s e SAS 5, que está em desenvolvimento, espera-se que forneça 45 Gbit/s. Na prática, a velocidade depende do tipo de unidade de disco SAS conectada, que pode ser HDD ou SSD.
• Flexibilidade. Controladores de armazenamento SAS, também chamados de adaptadores de barramento host SAS, devem ser instalados em servidores. Um controlador SAS é uma placa (circuito) instalada no slot PCI-E (slots PCI eram usados antes). Uma placa-mãe de computador tem um número finito de slots PCI-E, e um controlador SAS tem um número finito de portas SAS. Você pode instalar expanders (expanders de borda e de distribuição) para aumentar o número de dispositivos SAS endereçados ao controlador SAS. O comprimento máximo do cabo é de até 10 metros. Você deve levar essas possibilidades e limitações em consideração ao planejar um sistema de armazenamento escalável.
• Facilidade de Uso. Instalar um subsistema de armazenamento SAS é direto para armazenamento conectado diretamente. Você precisa instalar controladores de armazenamento SAS, que podem ser controladores SAS RAID, e conectar discos. Expanders SAS podem ser usados para configurar SAN com discos SAS. Fibre Channel pode então ser usado para transferir dados para uma rede externa como SAN.
• Custos. Instalar um sistema de armazenamento SAS é acessível para empresas, e isso é uma vantagem do SAS.

O padrão SAS é uma abordagem que requer interfaces SAS de hardware em ambos os lados do servidor e do cliente. Essa tecnologia fornece velocidades de até 22,5 Gbit/s com SAS 4 (como mencionado acima, SAS 5 está em desenvolvimento), mas possui várias limitações.

• 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. 
• O servidor de armazenamento e os discos devem ser montados no mesmo rack devido a limitações no comprimento do cabo. Assim, essa abordagem pode funcionar bem para ambientes pequenos a médios com altas demandas de velocidade de transferência de dados, mas não para ambientes muito grandes.

O que é Fibre Channel?

Fibre Channel (FC) é uma tecnologia de interconexão para sistemas de armazenamento de alto desempenho que incluem discos e dispositivos de rede. O FC suporta a transferência de dados SCSI entre dispositivos sem traduzir esses dados.

• Arquitetura. A arquitetura padrão do Fibre Channel possui 5 camadas e difere do modelo OSI usado para redes Ethernet:
  • FC-0 é a camada física e inclui cabos de dados, conectores e passagem de sinal nesse ambiente para controle de dados.
  • FC-1 é a camada de protocolo de transmissão que é responsável pela codificação e decodificação de dados, sincronização de dados, manutenção de links e detecção de erros.
  • FC-2 é a camada de protocolo de estrutura e sinalização. Define a estrutura e organização dos dados transferidos e é responsável pela sequência de dados e controle de fluxo. Segmentação e remontagem das unidades de dados de protocolo recebidas e enviadas por dispositivos são realizadas nesta camada.
  • FC-3 é a camada de serviços comuns usada para recursos FC para fornecer serviços como RAID, criptografia, listagem de dados e multicast, e para outros recursos FC que possam ser desenvolvidos no futuro.
  • FC-4 é o protocolo de camada superior ou a camada de mapeamento usada para descrever protocolos que podem usar FC como transporte e sua sequência de uso. Permite mapear esses protocolos para os níveis FC 0-3 e fornece um ponto de comunicação entre protocolos de camada superior (como SCSI) e as camadas inferiores de FC.

  O modelo e hardware FC são projetados para motores de descarregamento de protocolo (POE). Isso resulta em baixa sobrecarga de transmissão e melhora a eficiência geral. A maioria dos principais sistemas SAN usa o protocolo Fibre Channel para empacotar comandos SCSI em quadros FC e transferir tráfego de hosts (servidores) para armazenamento compartilhado.

• Desempenho. A maior vantagem do Fibre Channel é a velocidade, e pode ser usado para construir uma rede de alta velocidade totalmente funcional. As redes FC Gen 7 suportam 64GFC e 256GFC com uma taxa de transferência de 12.800 MB/s e 51.200 MB/s por direção, respectivamente. O Fibre Channel de 128G fornece uma taxa de transferência de até 24.850 MB/s. A compatibilidade de canal duplo é outra razão pela qual o Fibre Channel é amplamente utilizado para interconexão de armazenamento em redes de área de armazenamento (SAN).
• Flexibilidade e escalabilidade. O acesso simultâneo multiacesso de dados e conexão em longas distâncias são vantagens do Fibre Channel. Hardware e equipamentos especiais são necessários para FC: adaptadores de barramento de host instalados em servidores (como hosts ESXi), controladores FC em servidores de armazenamento (que são membros de SAN), switches FC, cabos, etc. Você precisa instalar switches se o número de hosts ESXi for maior que o número de portas FC no armazenamento. Tal layout é comum para infraestruturas de servidor grandes. É possível usar unidades de disco SAS em sistemas FC SAN.
  

  O suporte de longa distância permite que você localize diferentes discos da matriz redundante (espelhamento) em locais diferentes. Os dados do disco podem ser espelhados para um site remoto localizado a alguns quilômetros do site primário. Essa abordagem pode ajudar a evitar a perda de dados causada por um desastre local.

  Em termos de cabos usados, tanto cabos de cobre quanto ópticos são suportados, mas você deve usar cabos ópticos para obter todas as vantagens da tecnologia Fibre Channel. A distância máxima/comprimento do cabo de um cabo de cobre é de 30 metros, dependendo da qualidade do cabo. Cabo óptico – 100 metros até 50 quilômetros, dependendo da qualidade do cabo. Os cabos ópticos podem ser de modo único ou de modo múltiplo. Uma fibra de modo único fornece uma taxa de transmissão, largura de banda e distância mais altas. Use um transceptor SFP (small form factor pluggable) de alta qualidade para evitar degradação de desempenho.

  Quanto à escalabilidade, você pode usar sistemas de armazenamento Fibre Channel em ambientes de todos os tamanhos, desde pequenos até grandes. Como tecnologia de interconexão, o Fibre Channel suporta conexões ponto a ponto, topologia comutada e loop arbitrado.

• Facilidade de uso. Fibre Channel difere das redes Ethernet bem conhecidas para conectar dispositivos. Aprender o princípio da tecnologia e instalar hardware específico requer esforço adicional. O nível de dificuldade de configurar armazenamento SAN Fibre Channel é alto. Você precisa instalar hardware e equipamento especializados.
• Custo. Hardware e equipamentos usados para sistemas de armazenamento Fibre Channel são caros. Tal infraestrutura funciona melhor para grandes bancos e corporações, onde a velocidade de transferência de dados e a segurança são prioridades muito altas.

Fibre Channel over Ethernet (FCoE)

Fibre Channel over Ethernet (FCoE) é uma tecnologia que permite utilizar redes Ethernet físicas de alta velocidade subjacentes (como redes de 10Gbit) com a arquitetura Fibre Channel no nível de sobreposição. A encapsulação de frames FC é utilizada ao mapeá-los sobre Ethernet.

O FCoE foi desenvolvido para melhor compatibilidade com hardware usado em redes Ethernet, mas tenha em mente que o overhead é maior do que para uma rede de armazenamento Fibre Channel nativa. A ideia principal do FCoE é reduzir custos usando a tecnologia Fibre Channel em redes Ethernet sem comprar equipamento FC especial. Note que o FCoE pode ser considerado uma extensão do FC, mas não uma substituição.

Leia mais em nossa postagem sobre topologias de rede e o modelo OSI.

O que é iSCSI?

O iSCSI (Internet Small Computer Interface) é um protocolo que transporta comandos SCSI sobre redes TCP/IP. O protocolo iSCSI compartilha dados no nível de bloco, ao contrário de SMB e NFS, que compartilham dados no nível de arquivo. Esse protocolo permite usar equipamentos de rede Ethernet, incluindo placas de rede, switches e cabos, e dispositivos NAS ou servidores de armazenamento com discos SAS ou SATA instalados.

• Desempenho. O desempenho depende da largura de banda da rede subjacente, mas não é tão bom quanto o desempenho do SAS e do Fibre Channel. O iSCSI suporta multipath, quadros Jumbo e outras tecnologias para melhorar o desempenho em redes Ethernet. Você pode usar redes Ethernet de alta velocidade de 10-Gbit, 40-Gbit ou até 100-Gbit/s para conectividade de armazenamento. Existe um overhead, que impacta o desempenho geral, ao usar redes TCP/IP para transportar comandos SCSI com o protocolo iSCSI, em comparação com sistemas de armazenamento SAS e FC. A latência, que pode ocorrer ao usar o iSCSI, pode reduzir as vantagens dos dispositivos de armazenamento SSD em um servidor de armazenamento remoto. O processo de encapsulamento consome alguns recursos adicionais do processador e isso leva tempo.
• Flexibilidade. Não há limite para o número máximo de alvos iSCSI conectados usando o protocolo iSCSI. A quantidade máxima de armazenamento que você pode conectar usando iSCSI depende da quantidade de armazenamento nos discos instalados no servidor de armazenamento, NAS ou SAN. É tecnicamente possível usar um servidor ou NAS (Armazenamento Conectado à Rede) com discos SAS e até SATA para configurar alvos iSCSI.
• Facilidade de uso. Média – conhecimento de armazenamento e redes IP é necessário.
• Custo. Usar o protocolo iSCSI para acessar armazenamento de rede permite economizar custos e é principalmente usado por pequenas e médias empresas. É tecnicamente possível usar hardware barato, mas observe as limitações no nível de confiabilidade e desempenho que podem ser alcançados com tal hardware.

Ao contrário de SAS e FC, a tecnologia iSCSI não requer nenhum hardware específico. Ela funciona dentro da infraestrutura de rede Ethernet existente e utiliza adaptadores iSCSI emulados por software. Isso torna a tecnologia mais fácil de escalar do que as duas anteriores e mais acessível para ambientes pequenos com orçamentos de TI limitados, já que você não precisa de nenhum equipamento adicional. Por outro lado, o iSCSI requer um servidor dedicado com um sistema operacional (SO) específico e configuração de software para funcionar.

A tabela abaixo mostra as camadas OSI usadas pelo iSCSI e os análogos das camadas OSI usados para a operação do Fibre Channel.

Camadas OSI	iSCSI	Fibre Channel
7 Aplicação	–	–
6 Apresentação	Conjunto de comandos SCSI	Conjunto de comandos SCSI
5 Sessão	iSCSI	FC-4/FC-3
4 Transporte	TCP	FC-2
3 Rede	IP	FC-2
2 Datalink	MAC Ethernet	FC-1
1 Física	Ethernet (física)	FC-0

Dica Pro: Se você usa redes Ethernet e protocolos FCoE ou iSCSI para acessar armazenamento de rede, utilize redes dedicadas como redes de armazenamento e não suas redes de produção, redes de VM, etc. Isso permite evitar degradação de desempenho, melhorar a segurança e simplificar o diagnóstico de problemas.

O que é vSAN?

vSAN é um software de virtualização de armazenamento para ambientes VMware e faz parte do hipervisor ESXi da VMware para a construção de uma infraestrutura virtual hiperconvergente com vários hosts ESXi. A VMware introduziu pela primeira vez sua própria abordagem para criar armazenamento compartilhado VMFS no vSphere v5.5. Desde então, o vSAN foi significativamente melhorado no vSphere 7.0.3. A VMware permite o uso de recursos locais do servidor e redes Ethernet Gigabit existentes sem hardware adicional de servidor de armazenamento.

Essa opção parece atraente, pois não requer hardware específico e pode ser configurado via GUI no Cliente VMware vSphere. Além disso, não depende da localização física de seus hosts e discos de armazenamento.

A desvantagem é que a criação de um cluster VMware vSAN requer uma licença vSphere adicional, que pode ser cara com um grande número de hosts. O desempenho do vSAN depende da velocidade da rede e dos discos instalados nos hosts ESXi.

vSAN é uma boa escolha para infraestruturas de qualquer tamanho e é especialmente útil se você não puder instalar um servidor de armazenamento dedicado. No entanto, pode se tornar uma solução cara para datacenters maiores. Usar o VMware vSAN no VMware vSphere também é conhecido como uma infraestrutura hiperconvergente (HCI).

Conclusão

O vencedor nesta comparação depende de seus requisitos. Você pode selecionar a solução de armazenamento dependendo do desempenho, preço, confiabilidade e facilidade de uso.

O VMware vSphere suporta armazenamento FC, SAS e iSCSI. Além disso, a VMware fornece o vSAN para usar armazenamento de conexão direta em hosts ESXi para criar armazenamento como SAN para armazenar VMs.

Antes de iniciar um projeto de migração física para virtual, é melhor realizar uma pesquisa de viabilidade para determinar o número de IOPs para servidores virtualizados. Com base em seus resultados, você decidirá qual abordagem de arranjo de armazenamento funciona melhor para você. Além disso, não se esqueça de fazer backup de seu ambiente vSphere usando uma solução de backup confiável como o NAKIVO Backup & Replicação.