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解密網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)協(xié)議

趙棟偉 2004/05/31

  從某種意義上說(shuō),網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)發(fā)展的核心和本質(zhì)驅(qū)動(dòng)力就是網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)協(xié)議的發(fā)展。目前業(yè)已存在的各種協(xié)議,看上去豐富多樣,甚至有些復(fù)雜,當(dāng)只要順著網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò)仔細(xì)觀察,就會(huì)清晰地了解這些協(xié)議各自的特色以及它們之間的關(guān)聯(lián)。

  話題開(kāi)始之前,一定有必要介紹SCSI(Small Computer System Interface,小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)協(xié)議。SCSI由ANSI公布,目的是定義通用并行總線,通過(guò)SCSI控制器來(lái)和硬盤等設(shè)備建立聯(lián)系,最初的版本規(guī)定了總線類型、接口定義、電纜規(guī)格等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及5MB/s傳輸速度。

  后續(xù)的版本陸續(xù)增加了能滿足特殊設(shè)備協(xié)議所需要的命令集,使得SCSI協(xié)議既適應(yīng)傳統(tǒng)的并行傳輸設(shè)備,又能適應(yīng)最新出現(xiàn)的一些串行設(shè)備的通信需要;同時(shí),對(duì)傳輸?shù)乃俣纫沧隽朔浅4蟮奶嵘琒CSI 5規(guī)定了640MB/s的傳輸速度。

iSCSI

  有專家認(rèn)為:iSCSI=NAS的低廉+SAN的高性能。

  iSCSI(Internet SCSI)是IETF(互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)小組)制訂并于2003年2月正式發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,可以理解成SCSI over TCP/IP,即網(wǎng)絡(luò)上的SCSI。它實(shí)際是將SCSI命令壓縮到TCP/IP包中,從而使數(shù)據(jù)塊在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。

  iSCSI的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為:首先,建立在SCSI、TCP/IP這些穩(wěn)定和熟悉的標(biāo)準(zhǔn)上,因此安裝成本和維護(hù)費(fèi)用都很低;其次,iSCSI支持一般的以太網(wǎng)交換機(jī)而不是特殊的光纖通道交換機(jī),從而減少了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和電纜;最后,iSCSI通過(guò)IP傳輸存儲(chǔ)命令,因此可以在整個(gè)Internet上傳輸,沒(méi)有距離限制。

  成也IP,敗也IP。iSCSI的缺點(diǎn)在于存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)是同一個(gè)物理接口,同時(shí)協(xié)議本身的開(kāi)銷較大,協(xié)議本身需要頻繁地將SCSI命令封裝到IP包中以及從IP包中將SCSI命令解析出來(lái),這兩個(gè)因素都造成了帶寬的占用和主處理器的負(fù)擔(dān)。隨著10G的普及(解決帶寬問(wèn)題)以及專門處理iSCSI的ASIC芯片開(kāi)發(fā)(解決主處理器的負(fù)擔(dān)問(wèn)題),iSCSI有著更好的發(fā)展。

FCP

  FC本質(zhì)上是SCSI標(biāo)準(zhǔn)的串行化,有些人將光纖通道結(jié)構(gòu)視為“SCSI的光纖版本。”

  FCP(Fibre Channel Protocol,光纖通道協(xié)議)由ANSI發(fā)布,目的是制訂一種適合于G位數(shù)據(jù)傳輸通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。FCP已被世界上所有的重要服務(wù)器及存儲(chǔ)廠商所采納,并成為下一代大容量、企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)。

  FCP允許數(shù)據(jù)以很高的速度由網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋(gè)節(jié)點(diǎn),目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了400MB/s的數(shù)據(jù)傳輸率(約相當(dāng)于3.2G位)。FCP支持點(diǎn)到點(diǎn), 共享環(huán)路及網(wǎng)絡(luò)交換。需要指出的是,采用光纖通道協(xié)議的節(jié)點(diǎn)之間的互連可以是光纖,也可以使用銅纜或其他材料的導(dǎo)線。

  FCP有兩個(gè)比較明顯的劣勢(shì): 一個(gè)是傳輸距離,采用光纖通道的FCP目前最多也只能達(dá)到10公里,如果要擴(kuò)展,則需要使用其他相關(guān)協(xié)議;另一個(gè)是FCP需要構(gòu)建專門的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和需要專門的光纖通道交換機(jī),其安裝和維護(hù)成本均非常高。

FCIP

  FCIP解決了FC的傳輸距離問(wèn)題,即解決了SAN之間的互連互通。

  FCIP(Fibre Channel over TCP/IP),將FC協(xié)議封裝到TCP/IP包中,從而使FC通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。FCIP由博科公司、Gadzoox網(wǎng)絡(luò)、朗訊科技、McData及Qlogic公司共同提出。

  FCIP的缺點(diǎn)在于:首先,F(xiàn)CIP只能在FCIP設(shè)備之間建立點(diǎn)到點(diǎn)連接,即FCIP設(shè)備一端(IP端)和另外一個(gè)FCIP設(shè)備的IP端進(jìn)行連接,F(xiàn)CIP設(shè)備的另外一端(FC端)和FC光纖通道交換機(jī)進(jìn)行連接,F(xiàn)CIP設(shè)備無(wú)法在兩個(gè)獨(dú)立存儲(chǔ)設(shè)備之間提供本地IP連接;其次,由于FCIP是一種不透明的傳輸協(xié)議,即一個(gè)SAN向另一個(gè)SAN發(fā)送的信息在FC層沒(méi)有錯(cuò)誤檢測(cè),容易將一個(gè)SAN上的錯(cuò)誤蔓延到各個(gè)SAN;再次是FC和IP網(wǎng)絡(luò)之間線速的不匹配,或者FCIP引擎的低效實(shí)現(xiàn),都有可能使得FCIP設(shè)備成為一個(gè)瓶頸。

  最關(guān)鍵的是,如果FCIP通道崩潰,兩個(gè)遠(yuǎn)程FC交換機(jī)之間的連接也不會(huì)自動(dòng)恢復(fù),這對(duì)商業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)顯然是難以接受的。

iFCP

  iFCP和FCIP都是為了解決FC SAN遠(yuǎn)程傳輸問(wèn)題而提出的標(biāo)準(zhǔn),iFCP更好地解決了FCIP的點(diǎn)到點(diǎn)限制、故障恢復(fù)等問(wèn)題。但是同樣做為基于IP的存儲(chǔ)傳輸協(xié)議,iFCP和FCIP都面臨著QoS服務(wù)質(zhì)量保證、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)等IP網(wǎng)絡(luò)目前所面臨的問(wèn)題。

  iFCP(Internet Fibre Channel Protocol)是一個(gè)網(wǎng)關(guān)到網(wǎng)關(guān)的協(xié)議,iFCP可以直接替代FC架構(gòu),通過(guò)iFCP存儲(chǔ)交換機(jī)可以直接連接FC的各個(gè)設(shè)備并進(jìn)行分組,而不僅僅是簡(jiǎn)單地對(duì)FC SAN進(jìn)行遠(yuǎn)程連接。

  iFCP的優(yōu)勢(shì)在于在建立連接的同時(shí)能夠建立網(wǎng)關(guān)分區(qū),它可以將出現(xiàn)問(wèn)題的區(qū)域隔離起來(lái),并克服了點(diǎn)到點(diǎn)隧道的限制。基于iFCP實(shí)現(xiàn)了SAN的路由故障隔離、安全及靈活管理,具有比FCIP更高的可靠性。

  iFCP由Nishan Systems倡導(dǎo),McDATA開(kāi)發(fā)了基于iFCP的產(chǎn)品。

  在網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)領(lǐng)域,還有兩種新的構(gòu)架值得關(guān)注: InfiniBand(IBA)和Direct Access File System (DAFS)體系。

InfiniBand體系

  有專家認(rèn)為,IBA將引發(fā)I/O互連領(lǐng)域的一場(chǎng)風(fēng)暴。

  InfiniBand簡(jiǎn)稱IBA,由Mellanox公司提出,是一種新的I/O總線技術(shù),用于取代目前的PCI總線。IBA主要應(yīng)用在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心,也可以應(yīng)用在高速線速路由器、交換機(jī)、大型電信設(shè)備中。

  IBA傳輸率可以達(dá)到30Gbps,同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)雙CRC、虛通道、優(yōu)先級(jí)控制、基于信用的流控制來(lái)維持較高的性能和可靠性。IBA還提供了內(nèi)部和外部的互連支持。在軟件和操作系統(tǒng)方面,Mellanox公司發(fā)布了應(yīng)用于Linux操作系統(tǒng)的IBA標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)微軟的Windows2000和未來(lái)的Whistler也提供了對(duì)IBA的支持。

DAFS體系


  DAFS將比通過(guò)TCP/IP和NAS服務(wù)器進(jìn)行通信具有更好的性能,譬如Unix的NFS和NT的CIFS。

  DAFS(Direct Access File System)是由Network Appliance公司開(kāi)發(fā)的一種協(xié)議,也稱為“虛擬接口”。DAFS相當(dāng)于通過(guò)TCP協(xié)議棧直接與遠(yuǎn)程服務(wù)器的存儲(chǔ)設(shè)備建立一個(gè)訪問(wèn)機(jī)制,降低了時(shí)延。當(dāng)交互建立后,數(shù)據(jù)直接從緩沖區(qū)搬移到網(wǎng)卡。

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