3S.cz

Technologie FC, iSCSI, SAS

01.03.2012, 12:25

V posledních letech se slovník technologií v oboru storage zařízení rychle rozšiřuje o nové pojmy. Vedle pojmu FC (Fibre Channel) se objevily nové termíny a to iSCSI a SAS.

Pokud situaci velmi zjednodušíme, tak můžeme říci, že ve všech případech jde o sériovou formu SCSI protokolu. Uplatnění každé z těchto technologií je však specifické a nelze říci, že by mezi sebou představovaly alternativu či konkurenci.

iSCSI

iSCSI (Internet Small Computer System Protocol) je označení pro technologii , která zapouzdřuje SCSI komunikaci do protokolu IP. Za vznikem této technologie je snaha najít levnější alternativu k technologii blokové sítě FC (Fibre Channel). iSCSI tedy umožňuje budovat SAN (Storage Area Network)  podobně jako s technologií  FC – nicméně na klasické masově používané – a tedy levné – infrastruktuře IP.

Stejně jako u klasického SCSI je odesílatel příkazů označován jako iniciátor (initiator) a jejich vykonavatel jako cíl (target). iSCSI iniciátor i target má také svůj identifikátor, označený jako World-Wide Unique identifier (WWUI).

Začlenění iSCSI do podnikové IP sítě přináší možnosti řešení pro ukládání a zálohování dat:

• konsolidace dat do centrálního úložiště dat (diskové pole, knihovna)
• použitelnost na velké vzdálenosti (propojení IT center společností)
• různé možnosti topologií – pouze vyhrazená síť pro ukládání dat, využití internetu, aj.
• finanční úspory oproti SAN (Storage Area Network) vybudovaných na Fiber Channel
• doplňková technologie pro stávající SAN prostředí

Náklady?

Když porovnáme technologii Fiber Channel oproti iSCSI dostaneme se k následujícímu závěru. U klasických FC (Fiber Channel) SAN struktur jsou použity specializované FC switche a dochází k důslednému oddělení LAN a SAN, přičemž LAN je založena (10/100 Mbit, 1 Gbit, 10Gbit) a SAN na FC technologii (1 Gbit, 2 Gbit a 4Gbit). Oproti tomu v iSCSI struktuře jsou buďto použity běžné síťové karty (NIC) u kterých jsou použity tzv. iSCSI softwarové ovladače. Toto řešení však není moc vhodné z důvodu velkého zatížení procesoru serveru nebo případně iSCSI HBA (Adaptec, Qlogic, aj.) jejichž cena se však přibližuje ceně standartního Fiber Channel HBA.

Hardware, software?

Stále více výrobců nabízí storage zařízení s konektivitou iSCSI, které je možné využít jako primární úložiště dat při zálohování v zálohovacím schématu Disk-To-Disk-To-Tape nebo také jako úložiště vitálních dat společnosti. Jedná se především o disková pole postavená na technologii SATA. Implementace protokolu iSCSI probíhá na úrovni mikrokódu kontrolleru (Hitachi, NexSan, PetaStor) nebo na úrovni emulace targetu na linuxové vrstvě (Tandberg).

Co se týče zálohovacích software, které podporují technologii iSCSI zmiňme např. NetVault od společnosti BakBone Software, který licencováním SmartClient umožňuje adresování datového toku v prostředí iSCSI při zálohování přímo na virtuální páskovou mechaniku (Virtual Tape Library) umístěnou na SATA diskovém poli nebo na páskovou knihovnu s nativní konektivitou iSCSI bez účasti backup serveru což výrazně zvyšuje rychlost a efektivitu zálohování v heterogenním prostředí.

iSCSI se začíná pomalu objevovat v SMB i ve velkých podnicích, protože se jedná o levnější, ale také méně výkonnou alternativu k Fiber Channel. Situace na českém trhu má svá zvláštní specifika – o iSCSI se hodně mluví, hodně se prezentuje, ale málo implementuje. Pravděpodobný důvod je v celosvětovém trendu budování SAN na technologii FC, které vedlo v několika posledních letech k razantnímu zlevnění technologie FC. Cenové úspory iSCSI v tomto světle nemusejí být až tak výrazné, aby zákazníkovi kompenzovaly omezení oproti FC.  Tato omezení spočívají především ve výkonu, podstatně vyšších latencích způsobených časem potřebným pro paketizaci blokového přenosu, nedůsledným odělením LAN a SAN. Datová centra, kde je kladen důraz na výkon a vysokou dostupnost systému jsou tak nadále doménou pro technologii Fiber Channel, která zde momentálně dominuje. iSCSI však je a bude jedním ze způsobů centralizace datových úložišť v IP prostředích.

Ve svém principu je sériová komunikace z hlediska obvodové složitosti čipů náročnější oproti paralelní – nicméně v okamžiku jejího zvládnutí je levnější (kabely, konektory, plošné spoje) a flexibilnější. Proto můžeme být v posledních letech svědky transformace parallerní sběrnice PATA na sériovou SATA a stejně tak v poslední době SCSI na SAS (Serial Attached SCSI).

SAS je sběrnice navržená pro transfer dat do koncových zařízení jako HDD nebo CDrom  a zároveň byla navržena jako sběrnice pro připojení DAS (Direct Attached Storage). Tato technologie v blízké budoucnosti pravděpodobně vytlačí klasické SCSI, navíc nabízí vyšší rychlosti a zpětnou kompatibilitu se SATA.

SAS v současné specifikaci v sobě implementuje tři transportní protokoly:

• SSP: Serial SCSI Protocol (komunikace se SAS HDD)
• STP: Serial ATA Tunneling Protocol – (komunikace se SATA disky)
• SMP: Serial Management Protocol – (komunikace se SAS Expandery)

SAS v současnosti pracuje na rychlosti 3 Gbit/s,  plánována je hranice 10Gbit/s v roce 2010. Fyzické provedení konektoru je v současnosti dostupné několika provedeních:

• SFF 8482 — kompatibilní s klasický konektorem SATA
• SFF 8484 — hi-density konektor až pro 4 zařízení
• SFF 8470 — hi-density externí provedení konmtroru až pro 4 zařízení
• A další standardy, které se stále vyvíjejí

Standardní konektor (SFF8482) umožňuje implementovat podstatně levnější SATA disky na SAS backplainu. Opačná kompatibilita (SAS na SATA backplain) možná samozřejmě není.

SAS oproti klasickému SCSI:

• SAS protokol má menší režii a vyšší rychlosti
• SAS je konektivita typu point-to-point. Každá zařízení má svoji vlatní konektivitu
• SAS nemá proto žádné terminátory
• SAS podoruje vyšší počet zařízení
• SAS implementuje zpětnou kompatibilitu na  SATA zařízení.
• SAS požívá  SCSI příkazy při komunikaci se SAS zařízeními

SAS oproti SATA:

• SATA zařízení jsou identifikovány podle portu na který jsou připojeny oproti SAS, které požívají unikátní adresu World Wide Name (WWN).
• SATA dovolují připojit pouze zařízení jako HDD nebo CDrom, oproti tomu SAS je univerzální pro paměťová média, skenery, tiskárny apod.
• SATA je primárně určeno pro nekritické aplikace (pracovní stanice) zatímco SAS je robustní řešení pro serverové prostředí.
• SAS doplňuje škálu možností, není to konkurence k SATA
• Pkud se zastavíme u samotných SAS disků, je situace mezi výrobci v současnosti taková, že SAS disky vycházejí z konstrukce a robustnosti SCSI disků. Mají proto srovnatelnou životnost, identické otáčky (až 15krpm) a identické kapacity (36.6GB, 73.3GB, 146.8GB).

Technologie FC, iSCSI, SAS v diskových subsystémech

Před několika lety se na trhu začaly masivně objevovat diskové subsystémy pracující směrem k hostiteli s konektivitou SCSI nebo FC a vnitřně s levnými SATA disky. Tato disková pole  doplnily škálu diskových subsystémů, které do té doby byly vystavěny především na SCSI nebo FC discích.

Disková pole na SATA technologii přinesla za zlomek nákladů možnost dosahovat vysokých kapacit. A dlužno říci, že všeobecné nadšení vedlo i k nasazení těchto diskových systémů v aplikacích, pro které se SATA subsystémy nehodí a kde SATA disky požadovanou zátěž dlouhodobě nezvládnou.

SAS je v tomto ohledu hozenou rukavicí a inovativním řešením otevírajícím zcela nové možnosti. A výrobci se tomuto trendu přizpůsobují. Do diskových subsystémů jsou implementovány následující vlastnosti:

• Konektivita FC, SAS nebo iSCSI směrem k hostiteli
• Pole jsou vystaveny na SAS protokolu a umožňují být konfigurovány jak se SAS tak i se SATA HDD
• Výkonostní disky SAS i kapacitní SATA mohou být mixovány v rámci jedné police
• Backplainy diskových polí přecházejí z arbitrované FC smyčky na switchovanou topologii SAS
• A to znamená vyšší propustnosti a výkony, ale i zcela nové možnosti v konstrukci controllerů (řešení symetrických active/active controllerů)

Reálné benefity diskových polí s vnitřní SAS architekturou

Do doby relativně nedávné byla jediným východiskem pro vnitřní konstrukci midrange a enterprise diskových polí technologie FibreChannel. S příchodem SAS se mnohé mění a ukazuje se jako nejvýhodněší zachovat protokol FibreChannel jako transportní vrstvu mezi diskovýmy systémy, ale vnitřní konstrukci diskového pole postavit na SAS technologii. Podrobněji zde.

V případě diskových polí HITACHI je velmi podstatnou novinkou zela nová konstrukce symetrického active/active controlleru. V tomto směru Hitachi přináší funkce enterprise diskových systémů do oblasti modulárních diskových systémů. Architektura active-active z pohledu LUNu nerozlišuje, který kontrolér daný LUN vlastní (přes tento kontrolér byl přístup nejrychlejší, druhý kontrolér se použil v případě failoveru), ale oba jsou naprosto rovnocenné a plně zastupitelné. Podrobněji zde.

Proč je koncepce controllerů diskového pole active-active natolik zásadní?

Ti co pracují v oblasti návrhu topologie SAN vědí, že úkol výkonově vyladit konfiguraci diskového pole je obtížný. V praxi není možné vyladit zatížení controllerů servery tak, aby bylo rovnoměrné – už i proto, že na serverech běží nějaké aplikace a ty negenerují rovnoměrné datové toky. Opak je spíše pravdou a jde o náhodné špičkové hodnoty mezi “obdobím klidu”.

To znamená, že dochází k situacím, kdy jeden controller diskového pole je utilizován an 100%, zatímco druhý nemá co na práci. Nový modulární diskový systém Hitachi je v tomto ohledu revoluční, protože funkce automatického loadbalancingu hardwarových prostředků zajistí jejich rovnoměrné využití podle aktuální zátěže vstupních IO operací.

Diskové pole versus VMware

Podrobněji zde.

Jít zpět