iSCSI、SAS 和 FC 协议之间的区别

教程
VMware

在企业中使用的主要存储网络技术有三种，每种都有其优缺点。在本文中，我们将比较FC、SAS和iSCSI存储协议，以了解它们在VMware vSphere环境中的最佳用途。但是，您也可以利用这些信息在其他IT基础设施中安装存储。

FC vs SAS vs iSCSI：技术比较

增加冗余、高可用性和负载效率的常见技术是在vSphere集群中配置ESXi主机。创建VMware共享存储是集群的最重要要求之一。有几种创建共享存储的方式：

  • 存储服务器上的SAS接口和一个ESXi主机
  • 光纤通道（FC）
  • iSCSI
  • 虚拟SAN（vSAN）

在VMware中，vSAN已包含在内，并且可以通过vSphere Client设置，而其他三种需要额外的软件/硬件来设置。让我们来看看iSCSI和SAS之间的区别，以及将FC与其他方法进行比较，以了解这些技术的不同方面。

  • 光纤通道是用于大型组织中需要高性能、可用性和可靠性的关键应用的存储系统的终极解决方案。请注意，这种解决方案的价格较高。SAS是更实惠的技术，基于SAS的解决方案在企业中被广泛使用，当可靠性、高可用性和性能成为优先考虑因素时。
  • SAS是一种更实惠的技术，基于SAS的解决方案在企业中被广泛使用，特别是在可靠性、高可用性和性能是重中之重时。
  • iSCSI是这三种解决方案中最实惠的，当预算有限时，可以与现有基础设施一起使用。

FC vs SAS

这两种成熟技术均提供高水平的性能、可靠性和可用性。然而，光纤通道在数据传输方面提供稍微更高的性能。

  • SAS具有更好的性价比，对于企业存储来说是最佳选择。
  • FC存储网络在企业环境中用于大量数据的SAN中被广泛使用。
  • 可以通过协议桥接将SAS磁盘用于FC网络，以处理SAS到磁盘驱动器的转换。
  • 如果存储位于一个机架或一个房间内与服务器相连（直连式存储），那么SAS存储是最佳选择。

当基础设施扩展且SAS存储量不足时，可以考虑使用光纤通道SAN存储，因为它提供更高级别的可扩展性。

SAS vs iSCSI

SAS是连接磁盘设备的接口，使用SCSI命令，而iSCSI是一种协议，用于在基础TCP/IP网络上封装SCSI命令。在服务器上使用SAS驱动器可提供更高性能和可靠性，而价格合理。iSCSI允许您在用于共享存储的服务器上甚至使用SATA磁盘驱动器。

FC vs iSCSI

Fibre Channel是使用自己的标准进行网络传输SCSI命令到存储区域网络（SAN）中的磁盘驱动器的顶级解决方案。在决定因素是低成本、中等性能和足够的可扩展性的情况下，iSCSI可以用作连接SAN（LUNs）的替代方案。用于iSCSI的以太网网络是普遍和常见的，但它并不主要关注传输存储流量。因此，Fibre Channel在性能方面是胜利者。

让我们总结一下在这个FC vs SAS vs iSCSI表中所有技术的主要参数。

50公里（光纤）

取决于底层基础设施

SAS FC iSCSI
描述 使用SCSI命令的磁盘设备的串行接口 一组标准（包括网络）用于传输集成的SCSI命令 一种网络协议，用于利用现有的TCP/IP网络封装SCSI命令
架构 串行，点对点 交换式，支持多个并发事务 使用标准的OSI模型用于以太网网络。
性能 高 非常高 中等
易用性 简单 困难 中等
灵活性/可扩展性 中等 高 高
设备的最大数量 不同（256或65535） 256个设备，交换机布线中的1600万 无限
设备之间的最大距离 10米 30米（铜）
成本 中等 高 低
目标市场 小型、中型、大型企业 中型和大型企业 中小型企业
vSphere中的支持 是 是 是

VMware共享存储方法比较

这是创建VMware vSphere共享存储的方法的简要比较表，包括vSAN。

方法 附加硬件 附加软件 专用服务器 管理复杂性
SAS SAS适配器 是 是 中等
光纤通道 FC-控制器，HBA，FC-交换机 是 是 需要专用管理员
iSCSI 否 是 是 需要特定服务器配置
vSAN 否 否 否 通过vSphere客户端配置

存储技术概述

让我们更详细地了解创建VMware共享存储的每种方法。

什么是SAS？

SAS，或串行连接SCSI，是一种在服务器中广泛使用的接口标准，用于连接磁盘驱动器、DVD驱动器和磁带驱动器。SAS在服务器中被广泛用于直接连接存储（DAS），如ESXi主机和配置为共享存储以通过网络访问的服务器（存储服务器）。

SAS，作为SCSI（并行SCSI）的后继者，使用SCSI（小型计算机系统接口）命令进行操作，这些命令已经经过优化以获得更高的效率。SAS控制器支持连接SAS和SATA磁盘驱动器。这是一种可靠的存储接口标准，多年来得到了广泛使用，并在此期间得到了极大的增强。

  • 组件。一个SAS系统包括3个主要组件：
    • 发起方 – 连接SAS磁盘驱动器的主机计算机的一部分
    • 目标方 – 一个包含逻辑单元的磁盘设备，连接到主机计算机，这种情况下称为发起方
    • 服务交付子系统 – 包括连接发起方和目标方的电缆等设备
  • 性能。SAS允许您将多个高速物理链接合并为单个更快的端口，以增加这些链接和控制器之间的带宽。 SAS 3提供12 Gbit/s的接口速度，SAS 4 – 22.5 Gbit/s，正在开发中的SAS 5预计将提供45 Gbit/s。实际上，速度取决于连接的SAS磁盘驱动器的类型，可以是HDD或SSD。
  • 灵活性。SAS 存储控制器，也称为 SAS 主机总线适配器，必须安装在服务器上。SAS 控制器是安装在 PCI-E 插槽（以前使用 PCI 插槽）上的板（电路）。计算机主板有有限数量的 PCI-E 插槽，而 SAS 控制器具有有限数量的 SAS 端口。您可以安装扩展器（边缘和扩展器）来增加地址到 SAS 控制器的 SAS 设备数量。最大电缆长度可达 10 米。在规划可扩展存储系统时，应考虑这些可能性和限制。
  • 易用性。对于直接连接的存储来说，安装 SAS 存储子系统很简单。您需要安装 SAS 存储控制器，它可以是 SAS RAID 控制器，并连接磁盘。SAS 扩展器可用于配置具有 SAS 磁盘的 SAN。然后可以使用光纤通道将数据传输到外部网络，如 SAN。
  • 成本。对于企业来说，安装 SAS 存储系统是负担得起的，这是 SAS 的优势之一。

SAS 标准是一种需要服务器和客户端两端都有硬件 SAS 接口的方法。该技术提供了高达 22.5 Gbit/s 的速度，SAS 4（如上所述，SAS 5 正在开发中），但它有几个限制。

  • 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. 
  • 由于电缆长度限制，存储服务器和磁盘必须安装在同一机架上 。因此，这种方法可以很好地适用于对高数据传输速度要求较高的中小型环境，但不适用于非常大型的环境。

什么是光纤通道？

光纤通道（FC）是一种用于包括磁盘和网络设备在内的高性能存储系统的互连技术。FC支持在设备之间传输SCSI数据而无需对这些数据进行翻译。

  • 架构。光纤通道标准架构有5个层次，与用于以太网网络的OSI模型不同：
    • FC-0是物理层，包括数据电缆、连接器和在此环境中进行数据控制的信号传递。
    • FC-1是传输协议层，负责数据编码和解码、数据同步、链路维护和错误检测。
    • FC-2是帧和信令协议层。它定义了传输数据的结构和组织，并负责数据序列和流量控制。协议数据单元在此层接收和发送的分割和重组。
    • FC-3是公共服务层，用于提供诸如RAID、加密、数据条带化和组播等FC功能的服务，以及将来可能开发的其他FC功能。
    • FC-4是上层协议或映射层，用于描述可以使用FC作为传输的协议及其使用顺序。它允许将这些协议映射到FC 0–3层，并提供上层协议（如SCSI）和下层FC层之间的通信点。

    FC模型和硬件设计用于协议卸载引擎（POE）。这导致传输开销低，提高了整体效率。大多数顶级SAN系统使用光纤通道协议将SCSI命令打包成FC帧，并将流量从主机（服务器）传输到共享存储。

  • 性能。光纤通道的最大优势是速度，它可以用于构建完全功能的高速网络。Gen 7 FC网络支持64GFC和256GFC，每个方向的吞吐量分别为12,800 MB/s和51,200 MB/s。 128G光纤通道提供高达24,850 MB/s的吞吐量。双通道兼容性是光纤通道被广泛用于存储区域网络（SAN）中的存储互连的另一个原因。
  • 灵活性和可伸缩性。 光纤通道的优点是数据的同时多访问和长距离连接。 对于FC，需要特殊的硬件和设备：安装在服务器上的主机总线适配器（例如ESXi主机），存储服务器上的FC控制器（属于SAN的成员），FC交换机，电缆等等。 如果ESXi主机的数量大于存储中的FC端口数量，则需要安装交换机。 这样的布局对于大型服务器基础架构是常见的。 在FC SAN系统中可以使用SAS磁盘驱动器。

    远程支持允许您将冗余阵列（镜像）的不同磁盘放置在不同位置。 磁盘数据可以镜像到距离主要站点几公里远的远程站点。 这种方法可以帮助您避免因本地灾害造成的数据丢失。

    就使用的电缆而言，支持铜缆和光纤缆，但是您应该使用光纤缆来获得Fibre Channel技术的所有优势。 铜缆的最大距离/电缆长度取决于电缆质量，最多为30米。 光缆-根据光缆质量，距离/电缆长度范围从100米到50公里不等。 光缆可以是单模或多模。 单模光纤提供更高的传输速率，带宽和距离。 使用高质量的SFP（小型可插拔）收发器以避免性能下降。

    至于可伸缩性，您可以在各种规模的环境中使用光纤通道存储系统，从小到大。 作为互连技术，光纤通道支持点对点连接，交换式拓扑和仲裁环。

  • 易用性。光纤通道与众所周知的以太网网络连接设备不同。学习技术原理并安装特定硬件需要额外的努力。配置光纤通道SAN存储的难度级别较高。您需要安装专门的硬件和设备。
  • 成本。用于光纤通道存储系统的硬件和设备价格昂贵。这样的基础设施最适用于大型银行和公司，其中数据传输速度和安全性是非常重要的优先事项。

以太网上的光纤通道（FCoE）

以太网上的光纤通道（FCoE）是一种技术，允许您在覆盖层级上使用基础物理高速以太网网络（如10Gbit网络）与光纤通道架构。通过在以太网上映射它们来使用FC帧的封装。

FCoE已经发展出来，以更好地兼容以太网网络所使用的硬件，但请注意，开销比本地光纤通道存储网络要高。FCoE的主要思想是通过在以太网网络上使用光纤通道技术而不购买特殊的FC设备来降低成本。请注意，FCoE可以被视为FC的扩展，但不是替代品。

在我们的关于网络拓扑和OSI模型的帖子中阅读更多内容。

什么是iSCSI？

iSCSI（Internet Small Computer Interface）是一种在TCP/IP网络上传输SCSI命令的协议。 iSCSI协议在块级别共享数据，与SMB和NFS不同，后者在文件级别共享数据。该协议允许您使用以太网网络设备，包括网络卡，交换机和电缆，以及安装有SAS或SATA磁盘的NAS设备或存储服务器。

  • 性能。性能取决于底层网络带宽，但与SAS和光纤通道性能相比不那么出色。iSCSI支持多路径、巨帧和其他技术，以提高以太网网络的性能。您可以使用10-Gbit、40-Gbit甚至100-Gbit/s高速以太网网络进行存储连接。使用TCP/IP网络传输SCSI命令时，与SAS和FC存储系统相比，使用iSCSI协议会带来一定的开销，影响整体性能。在使用iSCSI时可能会出现的延迟会降低远程存储服务器上SSD存储设备的优势。封装过程会消耗一些额外的处理器资源，这需要时间。
  • 灵活性。使用iSCSI协议连接的最大目标数没有限制。您可以连接的最大存储量取决于存储服务器、NAS或SAN中安装的磁盘上的存储量。从技术上讲，可以使用带有SAS甚至SATA磁盘的服务器或NAS（网络附加存储）来配置iSCSI目标。
  • 易用性。中等 – 需要存储和IP网络知识。
  • 成本。使用iSCSI协议访问网络存储可以节省成本，主要由中小型企业使用。从技术上讲，可以使用廉价的硬件，但请注意此类硬件能够达到的可靠性和性能水平的限制。

与SAS和FC不同，iSCSI技术不需要任何特定的硬件。它在现有的以太网网络基础设施内运行，并使用软件仿真的iSCSI适配器。这使得该技术比前两者更容易扩展，并且对于具有有限IT预算的小型环境来说更加经济实惠，因为您不需要任何额外的设备。另一方面，iSCSI需要专用服务器以及特定的操作系统（OS）和软件配置才能使其工作。

下表显示了iSCSI使用的OSI层以及用于光纤通道操作的OSI层类比。

OSI层 iSCSI 光纤通道
7 应用 – –
6 表示 SCSI命令集 SCSI命令集
5 会话 iSCSI FC-4/FC-3
4 传输 TCP FC-2
3 网络 IP FC-2
2 数据链路 以太网MAC FC-1
1 物理 以太网（物理） FC-0

专业提示：如果您使用以太网网络和FCoE或iSCSI协议来访问网络存储，请使用专用网络作为存储网络，而不是您的生产网络、VM网络等。这样可以避免性能下降，提高安全性，并简化问题的诊断。

vSAN是什么？

vSAN是用于VMware环境的存储虚拟化软件，并作为VMware的ESXi hypervisor的一部分，用于构建具有多个ESXi主机的超融合虚拟基础设施。VMware首次在vSphere v5.5中引入了自己的创建共享VMFS存储的方法，自那时起，vSAN在vSphere 7.0.3中得到了显着改进。VMware允许使用本地服务器资源和现有的千兆以太网网络，无需额外的存储服务器硬件。

这个选项看起来很有吸引力，因为它不需要任何特定的硬件，并且可以通过VMware vSphere Client中的GUI进行配置。此外，它不依赖于主机和存储磁盘的物理位置。

缺点是创建VMware vSAN集群需要额外的vSphere许可证，如果有大量主机的话可能价格昂贵。vSAN的性能取决于网络的速度和安装在ESXi主机中的磁盘。

vSAN是任何规模基础设施的一个很好选择，特别适用于无法安装专用存储服务器的情况。然而，对于较大的数据中心来说，这可能会成为一个昂贵的解决方案。在VMware vSphere中使用VMware vSAN也被称为超融合基础设施（HCI）。

结论

在这种比较中的获胜者取决于您的需求。您可以根据性能、价格、可靠性和易用性来选择存储解决方案。

VMware vSphere支持FC、SAS和iSCSI存储。除此之外，VMware提供了vSAN，可用于在ESXi主机上使用直连存储来创建类似SAN的存储以存储VM。

在开始物理到虚拟迁移项目之前，最好进行可行性研究，确定虚拟化服务器的IOPs数量。根据其结果，您将决定哪种存储排列方法最适合您。另外，不要忘记使用可靠的备份解决方案如NAKIVO备份与复制来备份您的vSphere环境。

Source:
https://www.nakivo.com/blog/fc-vs-sas-vs-iscsi-comparison/