Fibre Channel и iSCSI: в чем разница?

Когда в 2003 году впервые появились массивы хранения данных на базе iSCSI, эта технология преподносилась как недорогая, с небольшим количеством функций альтернатива Fibre Channel, царствующему королю блочных систем хранения данных. Но это отличие быстро сошло на нет, когда ведущие поставщики систем хранения данных присоединились к новым производителям массивов и добавили системы хранения iSCSI в свои предложения. Вскоре на смену аргументам «или-или» пришли соображения о том, какая форма блочного хранилища лучше всего подходит для конкретных приложений и сред.

Сегодня эти две технологии SAN редко позиционируются как конкуренты. Крупнейшие производители серверов и систем хранения не обязательно рассматривают Fibre Channel против iSCSI; большинство популярных массивов SAN поддерживают как FC, так и Ethernet, а не относятся исключительно к категории FC SAN или iSCSI SAN. Унифицированные системы хранения данных и новые протоколы на базе NVMe еще больше размыли эти различия.

И технологии iSCSI, и FC решают одну и ту же техническую задачу сетевого блочного хранения данных. Различия между двумя конфигурациями заключаются в деталях. При выборе технологии SAN необходимо учитывать четыре аспекта:

• Производительность и надежность;
• Сложность и простота использования;
• Управляемость;
• Общее решение SAN для хранения данных и совокупная стоимость владения.

Здесь мы рассмотрим не только дебаты между Fibre Channel и iSCSI, но и то, как работает каждая технология и как они сравниваются в четырех вышеупомянутых аспектах.

Протокол FC — это высокоскоростная сетевая технология. Обычно его пропускная способность составляет 8 Гбит/с, 16 Гбит/с, 32 Гбит/с и 64 Гбит/с, но может достигать 128 Гбит/с при объединении четырех полос по 32 Гбит/с или даже 256 Гбит/с при объединении четырех полос по 64 Гбит/с. Сегодня в номенклатуре более привычно использовать «GFC» вместо «Gbps» и номер поколения, например, 32GFC (Gen 6) и 64GFC (Gen 7). Изначально FC был разработан для использования в сетях SAN как более надежный, масштабируемый протокол с меньшей задержкой, чем SCSI. В современных центрах обработки данных его использование обусловлено растущими объемами данных, которые генерируют предприятия благодаря использованию аналитики, искусственного интеллекта и технологий машинного обучения, а также растущим использованием твердотельных накопителей и NVMe-oF для повышения производительности приложений и сети.

FC в основном используется для подключения серверов к системам хранения данных и для обеспечения связи между контроллерами систем хранения и дисками массива. Он часто используется для передачи данных между центрами обработки данных, серверами, системами хранения и коммутаторами. Интерфейсы «точка-точка», коммутируемые и петлевые интерфейсы обеспечивают передачу необработанных блочных данных без потерь, в порядке их следования. Сети FC предназначены для взаимодействия с протоколами SCSI, IP и другими протоколами.

Благодаря высокому уровню надежности FC предпочтителен для критически важных рабочих нагрузок в сетях SAN большой емкости. Однако для внедрения технологии FC требуются специализированные адаптеры шины хоста (HBA) и FC коммутаторы, а также обширные технические знания и навыки. Кроме того, при использовании FC SAN предприятиям обычно требуется две сети: сеть FC для трафика системы хранения и сеть Ethernet для связи клиентов и серверов, а также для других коммуникаций и пропускной способности.

ISCSI — это протокол на базе Ethernet, предназначенный для передачи пакетов SCSI по сети TCP/IP. Поскольку он использует стандартные сетевые интерфейсные карты Ethernet (NIC) и коммутаторы, сетевым администраторам не нужно покупать специализированные сетевые адаптеры и сетевые карты, которые увеличивают стоимость и сложность технологии FC SAN. iSCSI может работать через существующую сеть Ethernet, что делает его менее дорогим и более простым в развертывании, чем FC.

И технология iSCSI, и технология FC решают одну и ту же техническую проблему сетевого хранения блоков. Различия между двумя конфигурациями заключаются в деталях.

Сеть iSCSI может работать на скорости до 400 Гбит/с за счет объединения нескольких линий по 50 Гбит/с. Она обеспечивает передачу данных на уровне блоков между серверами и массивами хранения или другими устройствами хранения. Протокол инкапсулирует команды SCSI, собирает данные в пакеты для уровня TCP/IP и отправляет пакеты по сети с помощью соединения «точка-точка». По прибытии в пункт назначения пакеты разбираются, и хранилище представляется ОС как локально подключенное SCSI-устройство.

За прошедшие годы некоторые различия в характеристиках между FC и iSCSI SAN сократились, и эти две технологии в основном позиционируются на основе конкретных характеристик и того, как эти характеристики могут быть применены в конкретных прикладных задачах. Тем не менее, четыре критерия, описанные здесь, по-прежнему актуальны при принятии решения о покупке блочного хранилища.

1. Производительность и надежность
Fibre Channel — это технология коммутации 2-го уровня, протокол полностью аппаратно обрабатывается. Протокол iSCSI — SCSI, сопоставленный с TCP/IP, работающий в Ethernet — это технология коммутации 3-го уровня, где протокол управляется программно, аппаратно или в некоторой комбинации.

FC часто рекламируется как высокопроизводительная и более надежная технология SAN. На ранних этапах развития iSCSI это было действительно так, но теперь это не так, поскольку разрыв в производительности значительно сократился.

Сегодня узкие места в производительности гораздо чаще являются результатом целевого хранилища — интерфейса, глубины очереди контроллера, кластеризации контроллера, количества дисков, типа дисков и т.д. — физического сервера или коэффициента переподписки сети SAN, который представляет собой соотношение между числом инициаторов сервера и числом целевых портов хранилища, чем самой технологии SAN.

Тем не менее, при прочих равных условиях, FC должен быть немного лучше в IOPS из-за меньшей задержки и пропускной способности из-за меньших затрат. Однако сравнение технических характеристик производителей может запутать, поэтому потенциальным заказчикам SAN следует внимательно изучить показатели производительности, чтобы убедиться, что к системам FC и iSCSI были применены одинаковые конфигурации и условия.

2. Сложность и простота использования
Поскольку сеть iSCSI SAN основана на хорошо известных TCP/IP и Ethernet, повсеместное использование этих технологий означает, что для большинства администраторов центров обработки данных она гораздо проще в развертывании и менее сложна в обслуживании, чем FC. Сложность обучения и требования к опыту для FC ощутимо выше. FC, как правило, требует гораздо больше ручного труда по сравнению с iSCSI, который имеет гораздо больше встроенных средств автоматизации. В результате технология FC обычно требует большего обучения, большей базы знаний и, в конечном итоге, более высоких затрат. Кроме того, с ростом популярности блочного хранилища iSCSI, специалистов по FC стало сложнее удержать или приобрести.

3. Управляемость
Если говорить об управлении FC или iSCSI, то сети iSCSI SAN намного проще в реализации, эксплуатации и управлении, чем FC. iSCSI использует широкие возможности TCP/IP и Ethernet и стоит гораздо дешевле, поскольку работает на привычных компонентах Ethernet, таких как сетевые карты и коммутаторы. Большинство операций и изменений выполняются в режиме онлайн и не нарушают работу приложений.

Хотя FC проделал долгий путь в управляемости, большинство операций и изменений могут нарушить работу приложений. Любые изменения конфигурации должны быть запланированы и выполнены в автономном режиме. В качестве альтернативы можно смириться с нарушениями в работе приложений и, в некоторых случаях, с возможной потерей данных.

Опять же, персонала с навыками управления FC значительно меньше, чем тех, кто умеет управлять средой Ethernet iSCSI.

4. Общее решение SAN для хранения данных и совокупная стоимость владения
При рассмотрении общего подхода к SAN в рамках обсуждения Fibre Channel vs. iSCSI, оценка должна включать полный комплексный пакет, включая систему хранения, программное обеспечение для хранения (моментальные снимки, зеркалирование, тонкое выделение ресурсов и т.д.) и типы дисков (твердотельные флеш-накопители vs. жесткие диски).

При оценке TCO следует учитывать расходы на приобретение, установку, профессиональные услуги (если таковые имеются), дополнения и обновления, управление, эксплуатацию, обслуживание, подписку, питание и охлаждение. Эти расходы относятся к системе хранения данных, SAN и программному обеспечению для хранения данных. Некоторые из этих соображений могут быть одинаковыми для обоих типов SAN, например, физические факторы, такие как площадь и HVAC, в то время как другие затраты могут существенно отличаться.

Благодаря своей родословной Ethernet, iSCSI обычно дешевле и проще в реализации, чем FC SAN, хотя в последние годы производители FC снизили стоимость своих продуктов. Однако FC SAN по-прежнему имеют значительно более высокую совокупную стоимость владения, чем их эквиваленты iSCSI. Адаптеры, коммутаторы — особенно коммутаторы класса для центров обработки данных, называемые директорами, — и программное обеспечение — все они имеют значительно более высокую общую стоимость, чем их эквиваленты iSCSI.

За последнее десятилетие или около того многочисленные технологические разработки в области сетевого хранения данных привнесли некоторые новые критерии в процесс принятия решений о выборе между блочными системами хранения данных FC и iSCSI. Появились вариации обоих популярных протоколов, которые могут внести некоторую путаницу в процесс выбора — или, возможно, сделать один из вариантов более очевидным. И снова, истинными решающими факторами являются приложения, которые поддерживает массив, и текущая инфраструктура сети хранения данных. Вот несколько вариаций на тему FC и iSCSI, которые можно рассмотреть при покупке блочного хранилища.

Унифицированное хранилище объединяет блочные и файловые протоколы
Уже более десяти лет большинство производителей систем хранения включают в портфели своих сетевых продуктов унифицированные — или мультипротокольные — массивы хранения. Концепция унифицированных систем хранения проста, но чрезвычайно привлекательна для определенных сред: Обеспечить файловое и блочное хранение в одном массиве, предлагая NFS и SMB для файловой части и FC или iSCSI для блочной.

Файловая часть массива использует Ethernet в качестве транспорта, а блочное хранилище может также использовать Ethernet или, в предложениях некоторых производителей, FC через дополнительное интерфейсное оборудование. Для организаций, не имеющих установленной сетевой инфраструктуры FC, выбор в пользу блочного хранилища iSCSI в объединенном массиве, вероятно, будет наиболее экономически эффективным путем.

Чем отличается FCoE?
FC over Ethernet (FCoE) — это еще один вариант для блочного хранилища, в котором производительность и надежность FC, специфичные для хранилища, сочетаются с простотой обслуживания и дешевизной сети Ethernet.

FCoE инкапсулирует кадры FC в кадры Ethernet, чтобы их можно было передавать по сети Ethernet. Такая схема устраняет необходимость в дорогостоящем сетевом оборудовании FC, таком как HBA и коммутаторы FC, поскольку серверы могут подключаться к массиву FC с помощью привычных интерфейсов Ethernet. Передовые технологии Ethernet, такие как jumbo framing, позволяют повысить производительность сети, благодаря чему данные передаются со скоростью, близкой или даже превышающей скорость, доступную при использовании FC.

NVMe-oF повышает производительность FC для флэш-накопителей
NVMe — это протокол внутреннего соединения, разработанный специально для обеспечения высокой производительности твердотельных накопителей по сравнению с вращающимися дисками. NVMe-oF — это реализация NVMe, которая распространяет высокоскоростной протокол на сеть FC, обеспечивая высокопроизводительное соединение, которое может более полно использовать преимущества скорости чтения и записи SSD.

Протокол FC является предпочтительным сетевым протоколом блочного хранения данных для массивов All-Flash благодаря своей производительности и надежности, а NVMe-oF опирается на высокую пропускную способность и низкую задержку FC. NVMe-oF также может работать в сети InfiniBand или Ethernet, а разновидность протокола может использовать преимущества удаленного прямого доступа к памяти, который обеспечивает быстрый обмен данными через прямое соединение, не зависящее от ресурсов процессора или кэша.

Принятие оптимального решения между Fibre Channel и iSCSI — или между их вариантами — по-прежнему зависит от вашей среды и ожиданий. Важно рассмотреть все возможные конфигурации, чтобы выбрать технологию, которая наилучшим образом отвечает вашим требованиям к производительности, простоте использования, управляемости, общему пакету услуг и совокупной стоимости владения.