Различия между протоколами iSCSI, SAS и FC

Существует три основных технологии сетевого хранения, используемые в предприятиях, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. В этом сообщении мы сравним протоколы хранения FC, SAS и iSCSI, чтобы понять лучшие способы использования каждого из них в среде VMware vSphere. Однако эту информацию можно использовать также для установки хранения в других ИТ-инфраструктурах.

Сравнение технологий: FC против SAS против iSCSI

Общая техника для повышения избыточности, высокой доступности и эффективности загрузки для среды vSphere – это настройка хостов ESXi в кластере vSphere. Создание общего хранилища VMware является одним из самых важных требований для кластеров. Существует несколько способов создания общего хранилища:

• Интерфейсы SAS на серверах хранения и хосте ESXi
• Канал Fibre Channel (FC)
• iSCSI
• Виртуальное SAN (vSAN)

В VMware vSAN включен и может быть настроен через клиент vSphere, в то время как для других трех требуется дополнительное программное/аппаратное обеспечение для настройки. Давайте посмотрим на разницу между iSCSI и SAS, а также сравним FC с другими подходами, чтобы понять различные аспекты этих технологий.

• Fibre Channel является окончательным решением для систем хранения, используемых для критически важных приложений, требующих высокой производительности, доступности и надежности в крупных организациях. Обратите внимание на высокую стоимость такого решения.SAS – более доступная технология, и на основе SAS широко используются решения в предприятиях, когда надежность, высокая доступность и производительность являются приоритетными.
• САС – это более доступная технология, и решения на основе SAS широко используются в предприятиях, когда надежность, высокая доступность и производительность имеют приоритет.
• iSCSI – самое доступное решение из трех и может использоваться с существующей инфраструктурой, когда бюджет ограничен.

FC против SAS

Обе эти зрелые технологии обеспечивают высокий уровень производительности, надежности и доступности. Однако Fibre Channel обеспечивает немного более высокую производительность для передачи данных.

• SAS имеет лучшее соотношение производительности к цене и оптимален для хранения предприятий.
• Сети хранения FC широко используются в SAN для очень больших объемов данных в предприятиях.
• Диски SAS могут использоваться в сетях FC с использованием протокола моста для обработки преобразования SAS в дисковые накопители.
• Хранение SAS – оптимальный выбор, если хранение находится в одном стойке или одной комнате с сервером (прямое подключенное хранение).

Когда инфраструктура растет и объемы хранения SAS недостаточны, можно рассмотреть использование хранения SAN Fibre Channel, поскольку оно обеспечивает более высокий уровень масштабируемости.

SAS против iSCSI

SAS – это интерфейс для подключения дисковых устройств с использованием команд SCSI, в то время как iSCSI – это протокол для инкапсуляции команд SCSI с использованием основных сетей TCP/IP. Использование дисков SAS в серверах обеспечивает более высокую производительность и надежность за разумную цену. iSCSI позволяет использовать даже дисковые накопители SATA на серверах, используемых для общего хранения.

FC против iSCSI

Фиброканал – лучшее решение, использующее собственные стандарты для сетевого взаимодействия с дисковыми накопителями в сети хранения данных (SAN), используя SCSI-команды. iSCSI можно использовать для подключения SAN (LUN), как альтернативу в случаях, когда решающими факторами являются низкая стоимость, умеренная производительность и достаточная масштабируемость. Ethernet-сеть, используемая для iSCSI, универсальна и распространена, но в первую очередь она не сосредоточена на передаче трафика хранилища данных. Таким образом, Fibre Channel выигрывает в категории производительности.

Давайте суммируем основные параметры всех технологий в этой таблице FC против SAS против iSCSI.

50 км (оптика)

	SAS	FC	iSCSI
Описание	Серийный интерфейс для дисковых устройств с использованием команд SCSI	Набор стандартов (включая сетевые), для передачи встроенных команд SCSI	Сетевой протокол для инкапсуляции команд SCSI с использованием существующих сетей TCP/IP
Архитектура	Серийная, точка-точка	Коммутируемая, поддержка нескольких одновременных транзакций	Использование стандартной модели OSI для сетей Ethernet.
Производительность	Высокая	Очень высокая	Средняя
Простота использования	Простая	Сложная	Средняя
Гибкость/масштабируемость	Средняя	Высокая	Высокая
Максимальное количество устройств	Варьируется (256 или 65535)	256 устройств, 16 миллионов в коммутационной ткани	Неограниченно
Максимальное расстояние между устройствами	10 метров	30 метров (медь)	Зависит от базовой инфраструктуры
Затраты	Средние	Высокие	Низкие
Целевой рынок	Малые, Средние, Большие предприятия	Средние и крупные предприятия	Малые и средние предприятия
Поддержка в vSphere	Да	Да	Да

Сравнение подходов к разделенному хранилищу VMware Shared Storage Approach

Вот краткая таблица сравнения подходов для создания общего хранилища VMware vSphere, включая vSAN.

Подход	Дополнительное оборудование	Дополнительное программное обеспечение	Выделенный сервер	Сложность управления
SAS	Адаптеры SAS	Да	Да	Средняя
Канал Fibre	Контроллер FC, HBA, FC-коммутаторы	Да	Да	Требуется выделенный администратор
iSCSI	Нет	Да	Да	Требуется конкретная конфигурация сервера
vSAN	Нет	Нет	Нет	Настройка через клиент vSphere

Обзор технологий хранения

Давайте более детально рассмотрим каждый из подходов к созданию общего хранилища VMware.

Что такое SAS?

SAS, или Serial Attached SCSI, является стандартом интерфейса, широко используемым в серверах для подключения дисководов, DVD-приводов и ленточных накопителей. SAS широко используется для прямого подключаемого хранилища (DAS) в серверах, таких как хосты ESXi, а также в серверах, настроенных как общее хранилище, доступное по сети (хранилищные серверы).

SAS, преемник SCSI (параллельный SCSI), работает с командами SCSI (Small Computer System Interface), которые были оптимизированы для более высокой эффективности. Контроллер SAS поддерживает подключение дисков SAS и SATA. Это надежный стандарт интерфейса хранения, который используется многие годы и значительно улучшен за это время.

• Компоненты. Система SAS включает в себя 3 основных компонента:
  • Инициатор – часть хост-компьютера, к которой подключены дисковые накопители SAS
  • Цель – дисковое устройство, содержащее логические устройства, подключенные к хост-компьютеру, который в этом случае называется инициатором
  • Подсистема обслуживания – включает оборудование, такое как кабели для подключения инициатора к цели
• Производительность. SAS позволяет объединять несколько высокоскоростных физических соединений в один более быстрый порт для увеличения пропускной способности между этими соединениями и контроллером. SAS 3 обеспечивает скорость интерфейса 12 Гбит/с, SAS 4 – 22,5 Гбит/с, а ожидается, что SAS 5, который находится в разработке, будет обеспечивать 45 Гбит/с. На практике скорость зависит от типа подключенного дискового накопителя SAS, который может быть HDD или SSD.
• Гибкость. Контроллеры хранения SAS, также называемые SAS адаптерами шины хоста, должны быть установлены на серверах. Контроллер SAS – это плата (цепь), установленная в разъем PCI-E (ранее использовались слоты PCI). На материнской плате компьютера есть ограниченное количество слотов PCI-E, а у контроллера SAS есть ограниченное количество портов SAS. Вы можете установить расширители (расширители края и веера), чтобы увеличить количество устройств SAS, адресуемых контроллеру SAS. Максимальная длина кабеля составляет до 10 метров. Эти возможности и ограничения следует учитывать при планировании масштабируемой системы хранения.
• Простота использования. Установка подсистемы хранения SAS проста для прямого подключаемого хранилища. Вам нужно установить контроллеры хранения SAS, которые могут быть контроллерами SAS RAID, и подключить диски. Расширители SAS могут быть использованы для настройки SAN с дисками SAS. Затем можно использовать канал Fibre Channel для передачи данных на внешнюю сеть, такую как SAN.
• Стоимость. Установка системы хранения SAS доступна для предприятий, и это преимущество SAS.

Стандарт SAS – это подход, который требует аппаратных интерфейсов SAS как на стороне сервера, так и на стороне клиента. Эта технология обеспечивает скорость до 22,5 Гбит/с с SAS 4 (как упоминалось выше, SAS 5 находится в разработке), но у нее есть несколько ограничений.

• 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. 
• Сервер хранения и диски должны быть установлены в одном стойке из-за ограничений длины кабеля. Таким образом, этот подход может хорошо работать для средних сред с высокими требованиями к скорости передачи данных, но не для очень крупных.

Что такое Fibre Channel?

– это технология интерконнекта для высокопроизводительных хранилищ данных, которая включает в себя диски и сетевые устройства. FC поддерживает передачу данных SCSI между устройствами без их перевода.

• Архитектура. Стандартная архитектура Fibre Channel состоит из 5 уровней и отличается от модели OSI, используемой для сетей Ethernet:
  • FC-0 – это физический уровень, включающий кабели, разъемы и передачу сигналов в этой среде для управления данными.
  • FC-1 – это уровень протокола передачи данных, ответственный за кодирование и декодирование данных, синхронизацию данных, поддержку соединений и обнаружение ошибок.
  • FC-2 – это уровень протокола кадрирования и сигнализации. Он определяет структуру и организацию передаваемых данных, а также отвечает за последовательность и контроль потока данных. Сегментация и повторное сборка протокольных блоков данных, полученных и отправленных устройствами, выполняется на этом уровне.
  • FC-3 – это уровень общих служб, используемый для предоставления функций FC, таких как RAID, шифрование, полосное размещение данных и многоадресная рассылка, а также для других функций FC, которые могут быть разработаны в будущем.
  • FC-4 – это протокол верхнего уровня или уровень сопоставления, используемый для описания протоколов, которые могут использовать FC в качестве транспорта и их последовательности использования. Он позволяет сопоставлять эти протоколы с уровнями FC 0–3 и обеспечивает точку связи между протоколами верхнего уровня (например, SCSI) и нижними уровнями FC.

  Модель и оборудование FC разработаны для двигателей выгрузки протокола (POE). Это приводит к низкому оверхеду передачи и повышает общую эффективность. Большинство ведущих систем SAN используют протокол Fibre Channel для упаковки команд SCSI в кадры FC и передачи трафика от хостов (серверов) к общему хранилищу.

• Производительность. Самое большое преимущество Fibre Channel – это скорость, и его можно использовать для создания полностью функциональной высокоскоростной сети. Сети FC Gen 7 поддерживают 64GFC и 256GFC с пропускной способностью 12 800 МБ/с и 51 200 МБ/с соответственно в каждом направлении. 128G Fibre Channel обеспечивает пропускную способность до 24 850 МБ/с. Другой причиной, по которой Fibre Channel широко используется для взаимодействия с хранилищем в сетях хранилищ (SAN), является совместимость с двумя каналами.
• Гибкость и масштабируемость. Одновременный множественный доступ к данным и соединение на большие расстояния – преимущества технологии Fibre Channel. Для FC требуется специальное аппаратное обеспечение: адаптеры шины хоста, установленные на серверах (например, на хостах ESXi), контроллеры FC на серверах хранения (которые являются членами SAN), коммутаторы FC, кабели и т. д. Необходимо установить коммутаторы, если количество хостов ESXi превышает количество портов FC на хранилище. Такая конфигурация распространена для крупных серверных инфраструктур. В системах FC SAN можно использовать дисковые накопители SAS.
  

  Поддержка работы на большие расстояния позволяет размещать различные диски избыточного массива (зеркалирование) в разных местах. Данные дисков могут быть зеркалированы на удаленный сайт, находящийся на несколько километров от основного. Такой подход может помочь избежать потери данных, вызванной локальной бедствием.

  Что касается используемых кабелей, поддерживаются как медные, так и оптические кабели, но для получения всех преимуществ технологии Fibre Channel следует использовать оптические кабели. Максимальное расстояние/длина кабеля медного типа составляет 30 метров в зависимости от качества кабеля. Оптический кабель – от 100 метров до 50 километров, в зависимости от качества. Оптические кабели могут быть одномодовыми или многомодовыми. Одномодовое волокно обеспечивает более высокую скорость передачи, пропускную способность и расстояние. Используйте высококачественный SFP (подключаемый модуль малого форм-фактора), чтобы избежать снижения производительности.

  Что касается масштабируемости, системы хранения Fibre Channel можно использовать в средах любого размера, от малых до крупных. Как технология межсоединения, Fibre Channel поддерживает соединения точка-точка, коммутированную топологию и зацикливание с арбитражем.

• Удобство использования. Fibre Channel отличается от широко известных сетей Ethernet для подключения устройств. Для изучения принципов технологии и установки специфического оборудования требуется дополнительное усилие. Уровень сложности настройки хранилищ SAN Fibre Channel высок. Вам потребуется установить специализированное оборудование и оборудование.
• Стоимость. Оборудование и устройства, используемые для систем хранения Fibre Channel, являются дорогостоящими. Такая инфраструктура наилучшим образом работает для крупных банков и корпораций, где скорость передачи данных и безопасность имеют очень высокий приоритет.

Fibre Channel over Ethernet (FCoE)

Fibre Channel over Ethernet (FCoE) — это технология, позволяющая использовать базовые физические высокоскоростные сети Ethernet (например, 10-гигабитные сети) с архитектурой Fibre Channel на уровне наложения. Для инкапсуляции кадров FC используется их отображение через Ethernet.

FCoE был разработан для лучшей совместимости с оборудованием, используемым в сетях Ethernet, но имейте в виду, что накладные расходы выше, чем у собственной сети хранения данных Fibre Channel. Основная идея FCoE — снижение затрат за счет использования технологии Fibre Channel в сетях Ethernet без покупки специального оборудования FC. Обратите внимание, что FCoE можно рассматривать как расширение FC, но не как его замену.

Читайте больше в нашем посте о топологиях сетей и модели OSI.

Что такое iSCSI?

iSCSI (Internet Small Computer Interface) — это протокол, который передает команды SCSI по сетям TCP/IP. Протокол iSCSI передает данные на уровне блоков, в отличие от SMB и NFS, которые передают данные на уровне файлов. Этот протокол позволяет использовать сетевое оборудование Ethernet, включая сетевые карты, коммутаторы и кабели, а также устройства NAS или серверы хранения с установленными дисками SAS или SATA.

• Производительность. Производительность зависит от пропускной способности базовой сети, но не так хороша, как у SAS и Fibre Channel. iSCSI поддерживает многопутевое соединение, Jumbo фреймы и другие технологии для лучшей производительности в сетях Ethernet. Можно использовать сети Ethernet высокой скорости 10-Gbit, 40-Gbit или даже 100-Gbit/s для подключения к хранилищу. Есть некоторая накладная задержка, которая влияет на общую производительность, при использовании сетей TCP/IP для передачи SCSI-команд с протоколом iSCSI по сравнению с системами хранения SAS и FC. Задержка, которая может возникнуть при использовании iSCSI, может уменьшить преимущества SSD-устройств хранения на удаленном сервере хранения. Процесс инкапсуляции требует некоторых дополнительных ресурсов процессора, и это занимает время.
• Гибкость. Нет ограничений на максимальное количество подключенных целей iSCSI с использованием протокола iSCSI. Максимальное количество подключаемого хранилища с помощью iSCSI зависит от объема хранилища на установленных дисках в сервере хранения, NAS или SAN. Технически возможно использовать сервер или NAS (Хранилище с прямым подключением к сети) с дисками SAS и даже SATA для настройки целей iSCSI.
• Простота использования. Средний уровень знаний в области хранения и IP-сетей требуется.
• Стоимость. Использование протокола iSCSI для доступа к сетевому хранилищу позволяет сэкономить затраты и в основном используется малыми и средними предприятиями. Технически возможно использовать недорогое оборудование, но обратите внимание на ограничения по уровню надежности и производительности, которые могут быть достигнуты с таким оборудованием.

В отличие от SAS и FC, технология iSCSI не требует специфического оборудования. Она работает в рамках существующей инфраструктуры Ethernet-сети и использует программно-эмулированные адаптеры iSCSI. Это делает технологию более масштабируемой по сравнению с предыдущими двумя и более доступной для небольших сред с ограниченными бюджетами ИТ, поскольку вам не нужно никакое дополнительное оборудование. С другой стороны, для работы iSCSI требуется выделенный сервер с определенной операционной системой (OS) и программной конфигурацией.

Таблица ниже показывает уровни OSI, используемые iSCSI, и аналоги уровней OSI, используемых для работы с Fibre Channel.

Уровни OSI	iSCSI	Fibre Channel
7 Прикладной	–	–
6 Представления	Набор команд SCSI	Набор команд SCSI
5 Сеансовый	iSCSI	FC-4/FC-3
4 Транспортный	TCP	FC-2
3 Сетевой	IP	FC-2
2 Канальный	MAC-адрес Ethernet	FC-1
1 Физический	Ethernet (физический)	FC-0

Подсказка: Если вы используете Ethernet-сети и протоколы FCoE или iSCSI для доступа к сетевому хранилищу, используйте выделенные сети как сети хранения, а не ваши производственные сети, сети виртуальных машин и т. д. Это позволяет избежать снижения производительности, повысить безопасность и упростить диагностику проблем.

Что такое vSAN?

vSAN – это программное обеспечение виртуализации хранилищ для сред VMware и поставляется в составе гипервизора ESXi от VMware для создания гиперконвергентной виртуальной инфраструктуры с несколькими хостами ESXi. VMware впервые представила свой собственный подход к созданию общего хранилища VMFS в vSphere v5.5. С тех пор vSAN был значительно улучшен в vSphere 7.0.3. VMware позволяет использовать локальные ресурсы сервера и существующие сети Gigabit Ethernet без дополнительного аппаратного обеспечения хранилища.

Этот вариант выглядит привлекательным, поскольку не требует никакого специального оборудования и может быть настроен через графический интерфейс в клиенте VMware vSphere. Более того, он не зависит от физического расположения ваших хостов и дисков хранилища.

Недостатком является то, что создание кластера VMware vSAN требует дополнительной лицензии vSphere, которая может быть дорогой при большом количестве хостов. Производительность vSAN зависит от скорости сети и установленных дисков на хостах ESXi.vSAN – это хороший выбор для инфраструктур любого размера и особенно удобен, если вы не можете установить выделенный сервер хранения. Однако это может стать дорогостоящим решением для крупных центров обработки данных. Использование VMware vSAN в VMware vSphere также известно как гиперконвергентная инфраструктура (HCI).Заключение

vSAN – хороший выбор для инфраструктур любого размера, особенно удобен, если вы не можете установить выделенный сервер хранения. Однако это может стать дорогостоящим решением для крупных дата-центров. Использование VMware vSAN в VMware vSphere также известно как гиперконвергентная инфраструктура (HCI).

Вывод

Победитель в этом сравнении зависит от ваших требований. Вы можете выбрать хранилище в зависимости от производительности, цены, надежности и удобства использования.

VMware vSphere поддерживает хранилища FC, SAS и iSCSI. Кроме того, VMware предоставляет vSAN для использования прямого подключения к хранилищу на хостах ESXi для создания хранилища вроде SAN для хранения ВМ.

Перед началом проекта миграции физических серверов в виртуальные, лучше провести исследование осуществимости, чтобы определить количество IOPs для виртуализированных серверов. На основе его результатов вы решите, какой подход к организации хранилища работает лучше всего для вас. Также не забудьте создать резервную копию вашей среды vSphere с использованием надежного решения резервного копирования, такого как NAKIVO Backup & Replication.