解密網(wǎng)絡(luò )存儲協(xié)議
趙棟偉
2004/05/31
從某種意義上說(shuō)，網(wǎng)絡(luò )存儲發(fā)展的核心和本質(zhì)驅動(dòng)力就是網(wǎng)絡(luò )存儲協(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，甚至有些復雜，當只要順著(zhù)網(wǎng)絡(luò )存儲技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò )仔細觀(guān)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(huà)題開(kāi)始之前，一定有必要介紹SCSI（Small Computer System Interface，小型計算機系統接口）協(xié)議。SCSI由ANSI公布，目的是定義通用并行總線(xiàn)，通過(guò)SCSI控制器來(lái)和硬盤(pán)等設備建立聯(lián)系，最初的版本規定了總線(xiàn)類(lèi)型、接口定義、電纜規格等技術(shù)標準以及5MB/s傳輸速度。
后續的版本陸續增加了能滿(mǎn)足特殊設備協(xié)議所需要的命令集，使得SCSI協(xié)議既適應傳統的并行傳輸設備，又能適應最新出現的一些串行設備的通信需要；同時(shí)，對傳輸的速度也做了非常大的提升，SCSI 5規定了640MB/s的傳輸速度。
iSCSI
有專(zhuān)家認為：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)布的標準協(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，從而使數據塊在網(wǎng)絡(luò )上傳輸。
iSCSI的優(yōu)勢主要表現為：首先，建立在SCSI、TCP/IP這些穩定和熟悉的標準上，因此安裝成本和維護費用都很低；其次，iSCSI支持一般的以太網(wǎng)交換機而不是特殊的光纖通道交換機，從而減少了異構網(wǎng)絡(luò )和電纜；最后，iSCSI通過(guò)IP傳輸存儲命令，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(xiāo)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擔。隨著(zhù)10G的普及（解決帶寬問(wèn)題）以及專(zhuān)門(mén)處理iSCSI的ASIC芯片開(kāi)發(fā)(解決主處理器的負擔問(wèn)題)，iSCSI有著(zhù)更好的發(fā)展。
FCP
FC本質(zhì)上是SCSI標準的串行化，有些人將光纖通道結構視為“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位數據傳輸通信的技術(shù)標準。FCP已被世界上所有的重要服務(wù)器及存儲廠(chǎng)商所采納，并成為下一代大容量、企業(yè)級數據存儲的標準。
FCP允許數據以很高的速度由網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)節點(diǎn)傳輸到另一個(gè)節點(diǎn)，目前已經(jīng)實(shí)現了400MB/s的數據傳輸率（約相當于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線(xiàn)。
FCP有兩個(gè)比較明顯的劣勢: 一個(gè)是傳輸距離，采用光纖通道的FCP目前最多也只能達到10公里，如果要擴展，則需要使用其他相關(guān)協(xié)議;另一個(gè)是FCP需要構建專(zhuān)門(mén)的存儲網(wǎng)絡(luò )和需要專(zhuān)門(mén)的光纖通道交換機，其安裝和維護成本均非常高。
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，FCIP只能在FCIP設備之間建立點(diǎn)到點(diǎn)連接，即FCIP設備一端（IP端）和另外一個(gè)FCIP設備的IP端進(jìn)行連接，FCIP設備的另外一端（FC端）和FC光纖通道交換機進(jìn)行連接，FCIP設備無(wú)法在兩個(gè)獨立存儲設備之間提供本地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)有錯誤檢測，容易將一個(gè)SAN上的錯誤蔓延到各個(gè)SAN；再次是FC和IP網(wǎng)絡(luò )之間線(xiàn)速的不匹配，或者FCIP引擎的低效實(shí)現，都有可能使得FCIP設備成為一個(gè)瓶頸。
最關(guān)鍵的是，如果FCIP通道崩潰，兩個(gè)遠程FC交換機之間的連接也不會(huì )自動(dòng)恢復，這對商業(yè)應用來(lái)說(shuō)顯然是難以接受的。
iFCP
iFCP和FCIP都是為了解決FC SAN遠程傳輸問(wèn)題而提出的標準，iFCP更好地解決了FCIP的點(diǎn)到點(diǎn)限制、故障恢復等問(wèn)題。但是同樣做為基于IP的存儲傳輸協(xié)議，iFCP和FCIP都面臨著(zhù)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，通過(guò)iFCP存儲交換機可以直接連接FC的各個(gè)設備并進(jìn)行分組，而不僅僅是簡(jiǎn)單地對FC SAN進(jìn)行遠程連接。
iFCP的優(yōu)勢在于在建立連接的同時(shí)能夠建立網(wǎng)關(guān)分區，它可以將出現問(wèn)題的區域隔離起來(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，McDATA開(kāi)發(fā)了基于iFCP的產(chǎn)品。
在網(wǎng)絡(luò )存儲領(lǐng)域，還有兩種新的構架值得關(guān)注: InfiniBand（IBA）和Direct Access File System (DAFS)體系。
InfiniBand體系
有專(zhuān)家認為，IBA將引發(fā)I/O互連領(lǐng)域的一場(chǎng)風(fēng)暴。
InfiniBand簡(jiǎn)稱(chēng)IBA,由Mellanox公司提出，是一種新的I/O總線(xiàn)技術(shù)，用于取代目前的PCI總線(xiàn)。IBA主要應用在企業(yè)網(wǎng)絡(luò )和數據中心，也可以應用在高速線(xiàn)速路由器、交換機、大型電信設備中。
IBA傳輸率可以達到30Gbps，同時(shí)系統通過(guò)雙CRC、虛通道、優(yōu)先級控制、基于信用的流控制來(lái)維持較高的性能和可靠性。IBA還提供了內部和外部的互連支持。在軟件和操作系統方面，Mellanox公司發(fā)布了應用于Linux操作系統的IBA標準，同時(shí)微軟的Windows2000和未來(lái)的Whistler也提供了對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(chēng)為“虛擬接口”。DAFS相當于通過(guò)TCP協(xié)議棧直接與遠程服務(wù)器的存儲設備建立一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)機制，降低了時(shí)延。當交互建立后，數據直接從緩沖區搬移到網(wǎng)卡。
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