iSCSI 與 FC 重拳出擊

編輯部2008-05-123min0
iSCSI最後能否進入SAN這塊重量級的領域,挑戰光纖通道的寶座?本文將為你詳細揭露。

各位先生、各位女士,我們正身處於一場傳統互毆的激戰之中,傳統 SAN 廠商包括 EMC 正打算將 iSCSI 界面放在他們自家中型陣列中,其他 iSCSI 廠商也紛紛推出更高效能等級的系統,像是 EqualLogic PS3000,就使用 SAS(serial-at-tached SCSI) 背板。這些和其他的創新是否足以撼動光纖通道 (Fibre Channel, FC) 在大型企業 SAN 市場的地位呢?

我們並不認為 iSCSI 可以在未來數年內將光纖通道 K.O. 出局,如果沒有其他特殊理由可以勝過在 FC 設備和訓練上有效的投資考量,企業不會只是因為 iSCSI 目前可以運行在 10GbE(Gigabit Ethernet) 上,就幡然易轍。 Gartner 同樣也估計 iSCSI 本身主機界面的磁碟陣列 (disk array) 將在 2009 年佔有 SAN 市場總營收的 10% 。

iSCSI 的確具有這股氣勢,讓我們真像是快被擊倒的一方。所以,我們決定重新檢視在 iSCSI 障礙上傳統認知的最新進展,有多少知識是仍建構在事實的基礎上,又有多少隻是 FC 廠商為了保護既得利潤所散佈的流言?

啟動新的行動

一些居於領導地位的 iSCSI 陣列廠商,像是 EqualLogic 、 Intransa 和 Lefthand Networks,都具備經得起市場考驗的創新陣列成長模型。我們將這項技術稱之為「陣列群組 (array grouping)」,目的在於當你增加儲存設備時將可促進效能表現。

在傳統的模組陣列,像是 EMC Clariion CX3 Model 40 這樣一個控制器模組,就具備一對冗餘的控制器,來管理一些擱置在架上的磁碟機。這些控制器具有 4 個可以連結到主機的前端 FC 連接埠,以及 4 個可以連結到架上磁碟機的後端 FC 連接埠,主機和磁碟機連結都能使用這些連接埠和控制器的快取記憶體。當你在 SAN 底下新增更多的伺服器和磁碟機時,相對地,每一臺伺服器可使用的頻寬和效能便會減少。

相較之下,當你在一個支援陣列群組的 iSCSI 系統中增加容量時,則能夠加入另一個全新的磁碟陣列,配有一組新的控制器、快取和主機連接埠。如同單一群組來管理多組陣列的方式,讓你的邏輯單元號 (Logical Unit Number, LUN) 可以在一個群組中針對全部有效的磁碟機來進行散佈,增加串聯能力上的效率。這些 iSCSI 廠商以整個群組回應單一個虛擬 IP 位址,是採用 iSCSI 在 IP 頂層運行這項事實的優勢。因為 FC 是個第二層 (Layer 2) 的協定,這項技術並無法在 FC 陣列上使用。

重點提要
自從 IETF 在 2003 年釋出最後版本以來,iSCSI 已經成為顛覆傳統的技術,但不要被它目前穩定的市場佔有率唬住,正如 Clayton Christensen 在他典型企業的書「The Innovator’s Dilemma(Collins, 2003)」中所提到顛覆性跟銷售無關,跟通路才有相關。

在「儲存重拳出擊 (Storage Smackdown)」中,我們調查了一些關於流傳 iSCSI 的謠言。從這裡可以看到一幅很大的景像是:保守派 (Old-guard) 的技術廠商已經習於聽從那些想要容量更大和速度更快需求的顧客意見,而新技術則不然,在大量採購案中反倒是將產品設計成更小、功能尚可的表現。這裡所展現出來的全新模式,表明顧客們已經無法再忍受傳統的舊技術了。這些技術新貴們目前使用新技術並應用在新應用程式上,再過不久,當新技術變得更好,便開始也能執行那些舊技術的應用程式,到時期盼價格可別太高就是。

在 iSCSI 之前,大部分的中型企業大概都具備介於 50 到 200 臺 Windows 伺服器,或許還會有 1 到 2 臺用來跑 ERP 的 Solaris 或 AIX 伺服器,但事實上並沒有真的在網路儲存上獲得什麼特別的好處。雖然,很少人能夠真的證明從每臺伺服器連結到每個 FC SAN 就要花將近 2,000 至 3,000 美元不等,但踏入第一世代的 iSCSI 磁碟陣列時代後,廠商改用低成本的 SATA 硬碟來降低成本,突然之間,中型企業有了一個可以轉圜發揮的空間。雖然這麼一來,在價格和標準規範方面,原本頑強 (die-hard) 的 FC 採購效益會受到 iSCSI 成本下降的壓力,卻不失為是個好現象。

如果在去年,你購買了 iSCSI 陣列,這同時意謂著必須跟 SATA 磁碟共處,並且一併承受那些在交易應用處理上的效能限制。然而現在,10Gbps 介面的 iSCSI/SAS 陣列就近在眼前,在這些小機器上,就算是要求高效能的應用程式也可以在 iSCSI 上順利運行。當然,大型企業的移轉腳步通常都比較緩慢,更不會將王冠上的寶石全部壓注在這項突然冒出、還算創新的磁碟陣列身上,他們通常會先用腳趾試一下水溫,先採用較便宜的 iSCSI 到 FC 橋接 (bridge) 方式,將 Windows 伺服器放進 SAN 環境中,但是即使如此,我們卻已經可以在中型及快速轉變的企業中,看見一片前途光明的未來。

我們同時也觀察到,EMC 針對在異地備援 (Symmetrix Remote Data Facility, SRDF) 軟體方面的進展,預計在明年或到 2008 年,許多企業將可以在廠外支援單位的連結環境使用 FC 和 iSCSI SAN 。

FUD怪獸來襲

我們曾經從某個業務人員那聽說一件很有趣的事,就是有人並不想透過乙太網路 (Ethernet) 來進行儲存,因為他認為訊號碰撞 (collision) 會導致資料封包的遺失。其實,這並沒什麼好訝異的,因為這人的公司身處商業圈外。

對於我們這些身處 1980 年代記號環 (Token Ring) 對上乙太網路 (Ethernet) 戰爭烽火邊緣的使用者,當 FC 和 iSCSI 的擁護者在理論上爭辨如何將緩衝區信用點 (buffer credit) 的優勢當作一種流程控制方法時,乍聽之下真的非常相似。我們從歷史經驗中所學到的是,實際部署遠比理論學說還來得重要。在理論上,Token Ring 遠比 Ethernet 要來得好,但是 Ethernet 在解決方案和延展部分方面卻具有更開放的特性,好比說路由交換讓理論學說更有利於假設認定。

基礎訓練
有一些廠商,甚至一些有名的分析師,相信今日即使採用網路儲存名稱服務 (Internet Storage Naming Service, iSNS) 和精密的 RAID 控制器來進行 iSCSI 部署,都還是過於複雜。他們堅持應該在磁碟陣列外執行獨立專屬的應用程式,並且連結磁碟機到 Ethernet,將有助於降低儲存成本並增進使用者組織建立更具創新的解決方案。 老實說,我們並沒有看到這樣的需求來證明持續保持儲存網路的分割確有價值,不管是從安全和其他目的。然而,有些針對儲存簡易性的新看法正在解答上述疑慮。

Zetera 的 SoIP(Storage over IP) 協定看來可以降低磁碟平臺 (enclosure) 裡的複雜度,並使用 IP 網路來管理一些陣列功能。 SoIP 平臺擁有一個小型網路磁碟機 (Ethernet-to-disk) 而不像 RAID 那樣有著複雜的功能操作界面,目前在 NetGear 和 Bell Micro 的 Hammer Storage 部門已經可以實際應用。每個磁碟機和在 SoIP 平臺上的 RAID 0 、 1 、 10 的邏輯磁碟,是從一臺 DHCP 伺服器上取得一個 IP 位址,伺服器磁碟機再以多址傳播 (multicast) 的 UDP 方式與其他磁碟機互相溝通。

一臺伺服器要寫入到一個 SoIP 磁區可以透過多址傳播傳送到該磁區的 IP 位址。這訊息中包含有邏輯區塊定址 (Logical block address, LBA) 類別,並且會讓所有持有磁區任何一部分的平臺都聽到。平臺上包括那些被存取區域 (block) 的分割區,在寫入資料到磁碟機上時則會回傳確認通知。

SoIP 的遞送效能 (scalability) 的確不可思議,因為許多分割區可以橫跨多個平臺。 RAID 管理在伺服器的 SoIP 磁碟機和多址傳播的既有運行中可以跨網進行分享。因為它是靠著 UDP 的多址傳播,通常不是以路由方式傳送,而是採用一個單獨子網域的建議。使用者如果需要透過廣域網路 (Wide-area) 進行複製,將會用到主機型 (Host-based) 的複製。

更基礎的是 AoE(ATA over Ethernet),甚至可以消除 IP 層 (Layer),在 Ethernet 封包中傳送 ATA 磁碟指令。 AoE 是由 Coraid 所開發,保留了主要 AoE 製造廠商的磁碟平臺。

Coraid 已經釋出協定給開放原始碼社群 (open-source community) 。一個免費的初始器內建在大部分 Linux 的散佈套件中,並且也能下載至 Windows 伺服器。 Coraid 也在 Sourceforge 網站上針對 Linux 發表一個開放原始碼指標可以捲動你自己的聚集,其他廠商可以將其擴展。

Coraid 在網路的每臺 ATA 磁碟上使用自家的 GbE 連接埠完成初始部署,主要就是依靠專為 RAID 功能而設計的主機邏輯磁區管理程式。它的新產品包括 RAID 控制器,可以讓一整個 RAID 的設定僅分享一個 MAC 位址。就像 SoIP,AoE 通常也不做路由,SoIP 完全就像是個資料中心內的解決方案。

這些產品都是強調低成本,但是技術上卻不容小覷。例如麻省理工學院 (Massachusetts Institute of Technology) 的多媒體實驗室,就是個建立在 Zetera 的 Z-SAN 技術上一組高效能資料儲存陣列,主要工作在於收集並分析視訊和聲音資料,來協助研究人員瞭解早期兒童的認和發展情形。

像是在電話交換網路上,就是端賴 FC 在網路上的智慧,或者更精確的說法是,在交換器上用來處理像是命名 (naming) 和區域劃分 (zoning) 的服務。而 iSCSI 可說是建立在傳統最高層但愚蠢的 Ethernet 網路上,將那些服務移轉到網路上的伺服器。

iSCSI 並非在交換光纖中進行區域劃分設定,來預防並不需要加速邏輯單元編號 (logical unit number, LUN) 的主機,而是依靠陣列來取得他們所需存取的 LUN 控制清單,透過 IP 位址或加密驗證 (Challenge Handshake Authentication Protocol, CHAP) 密碼來限制存取。如果你想要在一個 iSCSI SAN 環境中查詢可供使用的設備,你必須設定一臺專為網路儲存名稱服務 (Internet Storage Naming Service, iSNS) 使用的伺服器,而 FC 交換器天生就只提供這些服務。

FC 廠商通常會在 iSCSI 的可靠性上勝出,讓我們來比較一下這些和你在為下個 SAN 進行採購時所顯現的其他主張有何差異。


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