揭开IP存储的神秘面纱（二）

2019-11-04 01:30:20

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供稿：网友

自从iSCSI正式发布以来，存储圈对于FC SAN和ip SAN的争论一直就没有停息过，圈外人对于FC SAN和IP SAN也是一头雾水。 在存储技术历史的长河中，让我们一起找寻它们的根源。 SAN的概念 SAN（Storage Area Network存储区域网络）是一个由存储设备和系统部件构成的网络，所有的通信都在一个与应用网络隔离的单独的网络上完成，可以被用来集中和共享存储资源。SAN不但提供了对数据设备的高性能连接，提高了数据备份速度，还增加了对存储系统的冗余连接，提供了对高可用群集系统的支持。简单地说，SAN是关联存储设备和服务器的网络。它和以太网有类似的架构。以太网由服务器、以太网卡、以太网集线器/交换机及工作站所组成，SAN则由服务器、HBA卡、集线器/交换机和存储装置所组成。 SAN的历史 在上个世纪80年代，连接主机和存储设备的标准方法是通过像IDE或并行SCSI这样的接口实现的点对点的DAS(直接连接存储)方式。并行SCSI提供了相对快速的访问SCSI硬盘的速度(5MBps或10MBps)，并且几个硬盘可以通过同一个接口连接到计算机上。但是，随着存储子系统变得越来越大，计算机变得越来越快，一个新问题出现了：外部存储设备开始变得庞大起来。磁带库、RAID(廉价冗余磁盘阵列)和其他SCSI设备开始需要越来越多的空间，这就要求并行SCSI连接从主机延伸出来得越来越远；同时，主机系统要求更高的I/O(输入/输出)速率。另外，应用系统希望采用同一个存储系统，SCSI带来的连接数目的限制也摆在了人们面前。为了满足这些新的需求，人们开发了为存储设备提供千兆串行网络访问能力的光纤通道(Fibre Channel)协议。光纤通道协议综合了许多优点，如单模光纤最远距离可达到10公里，通过连接设备可达100公里，可以使用多种介质的简单串行线缆（光缆、铜缆）、千兆网络速率以及可以在同一线缆上同时使用多种协议。这些特点使得光纤通道协议作为并行SCSI协议的替代者在整个90年代都得到了人们的认可，现在光纤通道协议被用在绝大多数高容量、高端直连存储设备上。随着光纤通道协议作为并行SCSI的点对点方式替代者的出现，并随着其逐渐被市场所接受，一种组合单纯的存储应用与网络技术于一身的新技术出现了――这就是存储区域网络(Storage Area Network，SAN)。以光纤网络搭建的SAN，具有三个主要元素：接口（FC）、连接设备（光纤交换机、Hub等）、协议。加上附加光纤接口存储设备以及服务器就构成了SAN系统。在iSCSI诞生以前，搭建SAN只能选择光纤通道，这也是SAN曾经成为光纤存储网络代名词的原因。 FC SAN与IP SAN 在iSCSI出现以后，用以IP技术搭建的存储区域网络应运而生。这时候SAN就不能作为光纤存储网络的代名词了，因此，我们不得不将SAN这个“名”前面加一个“姓”便于区分两种不同技术的存储网络。以光纤搭建的存储网络是FC SAN，以iSCSI技术搭建的存储网络叫做IP SAN。揭开IP存储的神秘面纱（二）

以上两张图是我们常见的网络拓扑图，能够很明显的区分FC SAN和IP SAN，从图中我们可以很明显地看出，两种存储网络最大的区别是作为网络的核心连接设备不同，导致了连接线缆的不同：FC SAN使用光纤交换机，通过光纤（或者铜缆）连接主机和存储设备，网络中的协议是FC；IP SAN使用以太网交换机，通过IP连接主机和存储设备，网络中的协议是TCP/IP。当然，还有一种非凡情况是，网络中采用iSCSI技术的交换机（例如Cisco的SN5420以及SANRAD的V Switch），和主机连接使用TCP/IP，和存储设备连接采用FC或者SCSI。 FC SAN和IP SAN的对比 从上图我们也可以看出，FC SAN和IP SAN都将整个系统规划出两张网：一张是面对应用网（或Client/Server架构或Browzer /Web server架构）；另一张是存储网（由主机中的HBA卡、交换机及存储设备三层结构组成的SAN），它专门解决主机系统对磁盘的块级（Block-Level）存储数据调用。这也是使用SAN的原因之一。因为NAS除了未建立独立的存储网外，另一个重要原因是它只能解决对文件级的调用（当然，NETAPP通过使用iSCSI技术使NAS设备具有iSCSI接口解决了数据库调用的问题，这将在以后的章节中具体的探讨），只有SAN才能支持数据库的块级调用。以IP网络起家的网络厂商巨头Cisco及主机厂商巨头IBM认为，应该寻求一种新的方式，以与应用网相同的体系架构、技术标准去构造存储网，这不论从技术构造上，还是从经济成本分析角度看，无疑都是理想的。为此，两家联手，于2001年1月发起成立IETF工作组，专门研究与开发iSCSI技术标准，以此统一应用与存储分开的两种网络类型。几十家专业化IT公司的共同努力，IETF 的iSCSI RFC标准终于在2003年2月11日通过。至此，产生了与应用网完全同构的存储区域网，即IETF iSCSI标准支持的IP SAN。对各行各业的IT技术人员而言，网络技术是基于Ethernet及TCP/IP构筑的，它们的许多应用已建立在Internet的架构之上，并期待着存储网络化最终会向这个方向迈进。过去IT发展的历史已经说明，包括Token-Ring、FDDI、ATM以及Bell发明了一百余年的、面向连接的语音交换技术，都将统一融合到TCP/IP为基本架构的Internet上去。SAN也将向基于IP网络方向发展。
其实FC SAN的弱点是它的物理机理决定的，它无法使存储设备随它在Internet上运行，从而无法满足应用前端对存储数据“无时不有、无处不在”的要求。FC SAN的物理覆盖有限，不超过50公里。这样轻易形成存储孤岛。物理覆盖有限面临的第一个挑战是异地备份解决方案如何基于FC SAN设计。当年人们解决信息孤岛问题，发展网络技术，产生通信子系统，用了大约20年的时间，使得IT技术大踏步地发展到今天，而今又面对存储孤岛问题。存储孤岛无法解决地理阻断对系统级数据的问题，包括数据迁移、复制、备份等不同级别的存储系统数据整合问题。 IP SAN最显著的特点就是价格低廉以及无限长度扩展的先天优势。这不正是虚拟存储解决的问题之一吗？（关于通过使用iSCSI技术实现虚拟存储的问题，将在以后的章节中介绍）不可回避的是，IP SAN也正在面临着一些不可回避的问题的困扰：首先就是传输效率问题：TCP/IP传输效率不高，又经过了iSCSI协议的打包拆包过程，传输效率与FC相比还是有些不足的。但是有测试表明，在无网络通讯干扰的情况下，iSCSI的性能已经接近甚至达到了1Gb光纤通道技术的性能指数。随着10G网络的推广，iSCSI必能解决这些问题；。其次是IP存储产品目前用户的认知度还不够。再次是IP存储并不是在现有的IP网络上连接一个带网卡的存储设备那样简单，同样需要一些专门的驱动和设备。可喜的是，现在，Adaptec等传统光纤通道适配器的厂商都发布了iSCSI HBA，Intel公司依仗自己在网络及芯片领域的霸主地位，推出了专用的IP存储适配器，Microsoft、HP、Novell、SUN、AIX、linux也具有了iSCSI initiator软件，帮助用户免费连接iSCSI设备。最后是安全问题。对于用户来讲，存储设备放置的是用户最为要害的数据，这些数据也往往是保密性的，一旦把这些数据放置在IP网络上，安全问题将变得异常突出。IETF的Internet工程指导小组(IESG)要求在三种IP存储协议中使用IPSec：iSCSI、FCIP和iFCP。负责IETF IP存储工作组传输领域的人员认为，窃听是IP协议存在的安全漏洞，而这正是IESG坚持加密能力的原因。还有一些厂商认为，依靠IPSec解决IP存储安全问题并没有抓住问题的要害。尽管IPSec可以保护在IP网络上传输的存储数据的安全，正如它保护IP VPN上传输的数据那样，但是它没有采取任何保护存储设备上数据的措施。保护存储设备上的数据需要使用采用3DES 或高级加密标准(AES)的加密芯片。其实从最低层技术角度上讲，光纤通道并没有人们想象中的安全，其实它是工作在第二层的协议，原本并没有建立安全机制。而iSCSI规范包含了initiator和目标验证(使用CHAP, SRP, Kerberos, 和SPKM)来防止未经授权的访问同时只答应可信赖的节点访问。作为补充，IPsec可以提供安全保证，防止侦听。所以说，本质上讲，iSCSI比光纤通道要安全的多。由此可见，IP SAN的发展，也必将经历一个过程。但是可以预见，iSCSI必将获得长足的发展。 编外话 自2001年成立IETF到iSCSI标准正式颁布，有包括IBM、HP、SUN、COMPAQ、DELL、Intel、Microsoft、EMC、HDS、Brocade、SANRAD等50余家厂商一起参与 也许，就像是当年IBM离开SCSI开发小组，独立研发出SSA（串行存储结构）一样，在同一个研发小组中，每个厂商受到各自商业利益的驱使，一个新技术的诞生过程必将“久经考验”。但无数的事实证实，只有符合IT技术发展的潮流，真正能满足用户需要的技术，才是最富有生命力的技术。 或许在不久以后，IETF中的种种逸事也会像IBM的SSA一样，广为流传吧。欢迎光临葛纪新的博客

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