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1、IP san 和 FC san 详细比较网业界还是被光纤传输模式一统天下，并且在相当长的一段时间里面表现出了优异的性能、可靠性和可扩展性。但是在这一年多以来，随着 IP-SAN 存储设备的出现，其携便利的扩展性和低廉的价格向 FC-SAN 发起了一轮又一轮的冲击。那么在这个事关业务应用核心数据安全、高效传输的存储区域网到底采用何种方式搭建才能发挥应有的优势呢？本文力求从数据传输性能、传输稳定性、存储区域网的可扩展性、存储区域网设备的可靠性和 SAN 网络的可管理性共 5 个方面来对 FC-SAN 和 IP-SAN 进行一个对比。一. 数据传输性能方面的比较1.1 传输协议利用率问题从以上协议帧
2、格式即可明显的看出，以太网传输数据包最高到 1500 字节。包是以太网中基本校正单元，在每一帧后都会导致消耗 CPU 周期的一个中断。在 GB 以太网里负载通常也是一个限制因素，避免占用全部带宽。而在 FC 数据帧达到 2000 多字节，FC 校正基本单元是一个多帧队列。MTU 可以达到 64 个帧，比较以太网而言允许光纤通道在主机中断之间传输更多的数据。这种 MTU 可减少需要的 CPU 周期和提高传输效率。同时光纤通道网络是基于流控制的封闭网络。以太网设计之初是没考虑到要通过无流控制的公网，而是基于 CSMA/CD 机制来进行传输的，因此它在阻塞发生时，在一个时间段之后返回并重发包，消耗额
3、外的 CPU 周期，并且负载越大，其可能重发包的几率也相应增大，从而引起可能消耗大量的 CPU 资源。如光纤传输中常使用的 FCP-SCSI 协议是将光纤通道设备映射为一个操作系统可访问的逻辑驱动器的一个串行协议，这个协议使得以前基于 SCSI 的应用不做任何修改即可使用光纤通道。所以在 FC 本身的结构即为数据提供了高效率的传输途径。而在以太网的传输中每次以单帧为单位，其中在传输过程中还必须进行层层的封装与解包，从而大大影响了整个链路的数据传输效率，并且在处理过程中也大大增加对系统本身性能的影响。在实际的对比测试中，其测试数据结果表明在同样的 1Gbps 的光纤链路（FC）与 1Gbps 的
4、千兆以太网（IP）中进行数据传输时，FC 的实际利用率在 70%-80%左右，最高可达 90%；而在千兆以太网中，其实际利用率平均在 20%左右，最高也只能达到 30%左右。从以上协议本身分析看来，在以太网中并不能提供针对如存储等大数据量以及 I/O 应用所需要的好的性能。这也是在存储区域网设计之初没有考虑 IP 存储的原因，虽然 TCP/IP 传输协议的出现较 FCP 传输协议出现得早。另外基于 FC 协议的 FC-SAN 理论传输速率早已达到了 4Gb/s 的水平，目前业界主流也已达到了 8Gb/s，而基于 IP 协议的 IP-SAN 目前来说 1Gb/s 的理论传输速率还是主流，未来 1
5、0G/s 的理论传输速率还需要 10G 以太网的进一步发展和强壮才能够达到。据 iSCSI 相关技术人员的实测数据显示：基于 1Gb 的 IP 网络搭建 IP SAN，数据传输速率在 80-90MB/s 左右，如果是全双工模式的交换机，可以达到 160MB/s 左右，相比光纤通道 190MB/s（全双工 360MB/s）的传输速率还是有明显差距。FC-0:物理层，定制了不同介质，传输距离，信号机制标准，也定义了光纤和铜线接口以及电缆指标；FC-1:定义编码和解码的标准；FC-2:定义了帧、流控制、和服务质量等；FC-3:定义了常用服务，如数据加密和压缩；FC-4：协议映射层，定义了光纤通道和上
6、层应用之间的接口，上层应用比如：串行 SCSI 协议，HBA 的驱动提供了 FC-4 的接口函数，FC-4 支持多协议，如：FCP-SCSI,FC-IP,FC-VI。由以上架构也可清晰看出，在 FC 中，其上层（FC-4）直接通过其协议映射关系，将上层的应用的命令映射成为叫做“信息单元”的逻辑结构. 一个独立信息单元通常映射为序列. 与信息单元相关, I/O 请求操作映射成为单独的交换. 而所有的传输则是以大数据量的序列为单位进行处理的。同时序列和交换结构一般已经足以包含关于流控制的可调选项以及存储恢复策略。A、交换光纤路径通信由多层通信方式来实现。最高层，或者称会话层，是节点之间面向应用的通
7、信。光纤路径中的这种通信被称为交换。交换是双向的，尽管没有要求，但它能同时在两个方向上传输信息。交换通常所花的时间会很长。一个端口可以同时管理多个交换。换而言之，两端口之间的交换通信不会妨碍该端口和其他端口之间的信息交换。B、序列交换由序列组成。序列是网络中端口之间的单向信息传输。在下一个序列被发送或接收前，当前序列必须完成。换而言之，序列不允许违规传输。这也是它们被称为序列的原因。C、帧光纤路径中最小的传输粒度是帧。光纤路径中的帧与其他所有网络中的帧类似：均由开始标记、帧头、地址段、应用数据、错误校验段、回应数据和帧尾组成。所有的帧都属于某一个序列，因此也属于一个交换。在 I/O 操作中使用
8、这些结构时，交换和一个 I/O 操作的读或写文件操作相关，序列大致和闭域数据传输等价，帧和单个 SCSI 指令相当，它包括所有的请求、应答和错误传输。其具体形式如下图所示：一般来说 IP-SAN 存储设备的磁盘控制器不是采用 FC-SAN 存储设备中的硬件 RAID 芯片+中央处理器的结构，而是采用每个磁盘柜中分为多个磁盘组，而每个磁盘组由一个微处理芯片控制所有的磁盘 RAID 操作( 采用软件计算，效率较低) 和 RAID 组的管理操作。这样一来，每一次磁盘 I/O 操作都将经过 IP-SAN 存储内置的一个类似交换机的设备从前端众多的主机端口中读取或者写入数据，而这些操作都是基于 IP 交
9、换协议，其协议本身就要求每一个微处理芯片工作时需要大容量的缓存来支持数据包队列的排队操作，所以一般我们看到的 IP-SAN 存储都具有几十个 GB的缓存。利用这个大的缓存区，IP-SAN 存储在测试 Cache 的最大读带宽时可以获得 600,000IOPS甚至以上这样高的值，但是这个值并不能真正说明在实际应用中就能够获得好的性能。因为在具有海量存储的时候，不可能所有的数据均载入到系统缓存中，这个时候就需要大量的磁盘 I/O 操作来查找数据，而 IP-SAN 存储所采用的 SATA 磁盘在这一块切切性能非常弱，而且还涉及到一个在 IP 网络上流动的 iSCSI 数据向 ATA 格式数据转化的效
10、率损失问题。也就是说 IP-SAN 存储存在一个缓存 Cache 到磁盘的数据 I/O 和数据处理瓶颈。而采用 FC 磁盘的 FC-SAN 存储设备就不存在这样的问题。通过 2 条甚至 4 条冗余的后端光纤磁盘通道，可以获得一个非常高的磁盘读写带宽，而且 FCP 的磁盘读写协议不存在一个数据格式转换的问题，因为他们内部采用的都是 SCSI 协议传输，避免了效率的损失。而且 FC-SAN 存储设备由于光纤交换和数据传输的高效性，并不需要很大的缓存就能够获得一个好的数据命中率和读写性能，一般 2Gb 或者 4Gb 即可满足要求。另外由于具备专门的硬件 RAID 校验控制芯片，所以磁盘 RAID 性
11、能将比软件 RAID 性能好很多，并且可靠性更好。1.3 从连接拓扑结构来看在 FC-SAN 中存在着其灵活的连接方式，可根据不通的应用需求而选择不同的连接拓扑，其主要连接方式有如下三种：点对点：首先各个组成设备通过登陆建立初始连接，然后即采用全带宽进行工作，其实际的链路利用率为每个终端的光纤通道控制器以及发送与接收数据可获得缓冲区大小来决定。但其只适用于小规模存储设备的方案，不具备共享功能。仲裁环：允许两台以上的设备通过一个共享带宽进行通信与交流，在此拓扑结构中，任意一个进程的创建者在发送一段报文之前，都将首先与传输介质就如何存取信息达成协议，因此所有设备均能通过仲裁协议实现对通信介质的有序
12、访问。全交换：通过链路层交换提供及时、多路的点对点的连接。通过专用、高性能的光纤通道交换机进行连接，同时可进行多对设备之间点对点的通信，从而使整个系统的总带宽随设备的增多而相应增大，在增多的同时丝毫不影响这个系统的性能。在 IP-SAN 中基于以太网的数据传输与存取中，虽然在物理上可体现为总线或者星型连接，但其实质为带冲突检测多路载波侦听（CSMA/CD）方式进行广播式数据传输的总线拓扑，因此随着负载以及网络中通信客户端的增加，其实际效率会随着相应的降低。1.4 从网络设备及传输介质来看FC-SAN：使用专用光纤通道设备在链路中使用光纤介质，不仅完全可以避免因传输过程中各种电磁干扰，而且可以有
13、效达到远距离的 I/O 通道连接在 FC-SAN 中所使用的核心交换设备-光纤交换机均带具有高可靠性及高性能的 ASIC 芯片设计，使整个处理过程完全基于硬件级别的高效处理。同样在连接至主机的 HBA 设计中，绝大多数操作独立处理，完全不耗费主机处理资源IP-SAN：使用通用的 IP 网络及设备在传输介质中使用铜缆、双绞线、光纤等介质进行信号的传输，但在普通的廉价介质存在信号衰减严重等缺点，而使用光纤也同样需要特有的光电转换设备等。在 IP 网络中，可借助 IP 路由器进行传输,但根据其距离远近，会产生相应的传输延迟。核心使用各种性能的网络交换机，受传输协议本身的限制，其实际处理效率不高。在主
14、机端通常使用廉价的各种速率的网卡，大量耗费主机的应用处理资源。可得出如下光纤通道（FC）与网络（IP）的对比表，该对比表可清晰表明使用光纤通道进行大数据量的信息存储传输与处理中在其性能有着网络在现阶段无法比拟的优势。面向连接的模式数据传输通道信号传输校验方式特点传输延迟传输距离RAID 方式光纤通道（FC）连接业务物理电路可靠的硬件传输高速低延迟较短距离基于硬件网络（IP）无连接逻辑电路不可靠的传输高连接更高的延迟更远的距离基于硬件1.5 从存储能够响应的并发操作能力来看从应用上来说，相对于 IP-SAN，FC-SAN 可以承接更多的并发访问用户数。当并发访问Storage 的用户数不多的情况
15、时，FC-SAN 对比 IP-SAN 二者性能相差无几。但一旦当外接用户数呈大规模增长趋势时，FC-SAN 就显示出其在稳定、安全、以及高性能传输率等方面的优势，不会像 IP-SAN 由于自身传输带宽的瓶颈而导致整个系统的被拖垮。面对大规模并发访问，无论是从外接用户数规模来说还是从传输性能和稳定性来说，FC-SAN 都有着 IP-SAN 不可比拟的优势。二. 存储区域网中设备稳定性比较FC-SAN 由于使用高效的光纤通道协议，因此大部分功能都基于硬件来实现的，如后端存储子系统的存储虚拟通过带有高性能处理器的专用 RAID 控制器来实现，中间的数据交换层通过专用的高性能 ASIC 来进行基于硬件
16、级的交换处理，在主机端通过带有 ASIC 芯片的专用 HBA 来进行数据信息的处理。因此在大量减少主机处理开销的同时，也大大提高了整个 FC-SAN 的稳定性。IP-SAN 使用通用的 IP 协议，而所有的协议转换及处理时，绝大部分依赖于软件来实现，而软件的不稳定性因素也随软件的复杂度的增加而呈指数级增加，从而在大型的网络中，整个系统的稳定性也会随之降低。三. 存储区域网的可扩展性比较在全交换（FC-SW Fibre Channel switch fabric）的 FC-SAN 中，各通信终端通过 FC 端口登陆后来进行数据的传输与处理，而每个端口会提供专用的 24 位的 FC 端口地址（WWN ）来进行数据通信，根据其地址分配策略，在 FC-SW 中实 FC-SAN 与 IP-SAN 比较际可用的地址值达到 1550 万，因此在实际的企业级应用中，完全可以满足任何规模的存储网络的建立。同时在 FC 网络中，由于所有的介质均选用光媒质来进行传输，所以其设备均具有热插拔的能力，因此不管在已有的或者新建立的 FC-SAN 网络里可在
