مقایسه FCoE ، Fibre Channel و iSCSI

برای هرکسی که نیاز به درک پروتکل‌های مختلف موجود برای اشتراک‌گذاری ذخیره‌سازی بلوک از طریق شبکه دارد، گزینه های زیادی وجود دارد. در ادامه به تفاوت‌های بین آن‌ها و اینکه چرا یک شخص یا سازمان در یک موقعیت خاص یکی را بر دیگری ترجیح می دهد، می پردازیم.

ذخیره‌سازی تحت شبکه چیست و چرا از آن استفاده می‌شود؟

در روزهای اولیه محاسبات، داده‌ها اغلب بر روی رسانه‌هایی مانند کارت پانچ، نوار مغناطیسی و فلاپی دیسک ذخیره می‌شدند. مسائل گوناگون رفاهی و قابلیت اطمینان با همه این‌ها وجود داشت. هنگامی‌که هارددیسک توسعه یافت و محبوب شد، انواع مختلف اتصال تکامل یافت. اما در بیشتر موارد، این شامل یک سیستم کامپیوتری بود. فضای ذخیره‌سازی و داده‌های ذخیره‌شده روی آن اساساً روی رایانه‌ای که به‌طور فیزیکی به آن متصل بود دنبال می‌شد. نقاط ضعف این مجموعه، دشواری دسترسی به داده‌ها از جاهای دیگر، علاوه بر اشغال بیشتر فضای دیسک است.

اختراع روش‌های به اشتراک‌گذاری این ذخیره‌سازی بین سیستم‌های کامپیوتری به حل این چالش‌ها کمک کرد. ذخیره‌سازی شبکه‌ای، تخصیص فضای دیسک در بلوک‌ها را به چندین رایانه امکان‌پذیر می‌کند و استفاده از فضای دیسک گران‌قیمت را بسیار کارآمدتر می‌کند. همچنین می‌تواند به‌عنوان‌مثال، خوشه‌ای از سرورهای پایگاه داده را فعال کند تا به‌طور هم‌زمان به همان داده‌ها دسترسی داشته باشند.

همچنین روش‌هایی برای اشتراک‌گذاری فایل‌ها در شبکه وجود دارد که به آن‌هاNAS (Network Attached Storage)  می‌گویند. این‌یک استراتژی کاملاً متفاوت است که دارای پروتکل‌های خاص خود مانند NFS، SMB و AFP است که خارج از بحث این مقاله است. در این مقاله، ما روی ذخیره‌سازی «بلاک» تمرکز می‌کنیم که قسمت هایی از فضای دیسک است که به نظر می‌رسد سیستم‌عامل رایانه مانند یک هارددیسک متصل به‌صورت محلی است.

SCSI چیست؟

SCSI نسل قبلی همه آن‌هاست. در گذشته روش‌های مختلفی مانند SASI، SMD، ESDI، ST-506 و غیره برای اتصال دیسک‌های سخت به رایانه‌ها وجود داشت. بیشتر اینها اختصاصی بودند، یعنی توسط سازنده‌ای مانند سیگیت یا آی‌بی‌ام با قابلیت تعامل متقابل اندک یا بدون تعامل متقابل با سایر تجهیزات فروشنده توسعه‌یافته بودند.

پروتکل SCSI (رابط سیستم کامپیوتری کوچک) از SASI (رابط سیستمی Shugart Associates ) تکامل‌یافته و در سال 1986 به استاندارد ANSI تبدیل شد. این استاندارد به تولیدکنندگان متعددی این امکان را داد تا به‌جای اینکه خریداران را مجبور به «lock in» با یک محصول شوند، محصولاتی را توسعه دهند که باهم کار کنند. این استاندارد به‌نوبه خود باعث افزایش محبوبیت آن شد.

یک پیاده‌سازی زیرسیستم معمولی SCSI )معمولاً “skuz-ee” تلفظ می‌شود(  شامل یک یا چند کنترلر (بردهای مدار با کانکتورهای کابل)، یک یا چند کابل روبان سیم مسی با چندین کانکتور دیسک سخت و مجموعه‌ای از هارددیسک است. برخی از ویژگی‌های اولیه SCSI مجموعه دستورات نسبتاً ساده‌ای است که برای کنترل هارددیسک‌ها استفاده می‌شود و تعداد دستگاه‌هایی که می‌توان به یک کنترلر متصل کرد (16 یا بیشتر). یکی از ایرادات این بود که طول کابل محدود پشتیبانی می‌شد، اما این مشکل در هارددیسک‌های یک سیستم کامپیوتری به‌ندرت پیش می آمد.

درحالی‌که این جنبه‌های فیزیکی یک زیرسیستم SCSI امروزه به‌ندرت در رایانه‌ها استفاده می‌شود، پروتکل SCSI خود به‌عنوان پایه‌ای برای پروتکل‌های جدیدتر مانند SAS (Serial Attached SCSI) و FC (کانال فیبر) ماندگاری پیداکرده است.

کانال فیبر (FC) چیست؟

کانال فیبر که به‌اختصار “FC” نامیده می‌شود، در اواخر دهه 1980 توسعه یافت و در سال 1994 به یک استاندارد موسسه استاندارد ملی آمریکا (ANSI) تبدیل شد. همان‌طور که از نام آن پیداست، بر اساس کابل‌کشی فیبر نوری چندحالته نسبتاً جدید طراحی‌شده است. به‌عنوان حمل‌ونقل فیزیکی، حداقل در سناریوهای دارای مسافت طولانی‌تر، برای غلبه بر برخی از محدودیت‌های لایه فیزیکی SCSI. FC درواقع می‌تواند روی کابل‌های مسی در فواصل کوتاه کار کند، اما محدودیت‌های فاصله در فیبر نوری بسیار بیشتر‌ است.

ازآنجاکه پروتکل SCSI بسیار محبوب و قوی بود، به‌عنوان یک «پروتکل لایه بالایی» که در بالای FC به‌عنوان پروتکل انتقال قرار داشت، پیاده‌سازی شد. به‌عبارت‌دیگر، FC اتصال فیزیکی، رمزگذاری و انتقال داده‌ها مانند دستورات SCSI را از یک نقطه پایانی به نقطه دیگر مدیریت می‌کند . FC درواقع قادر به انتقال انواع دیگری از داده‌ها است، اما ما در اینجا برای ذخیره‌سازی بلوک بر روی SCSI متمرکزشده‌ایم. یک شبکه FC دارای ویژگی‌های ارائه تحویل بدون تلفات داده‌های بلوک خام و همچنین تحویل «به ترتیب» بسته‌ها است که هر دو قابلیت اطمینان و کارایی را بهبود می‌بخشند.

کانال فیبر به سخت‌افزار طراحی‌شده خاصی نیاز دارد. سرورها باید یک پورت یا کارت “Host Bus Adapter” (HBA) داشته باشند و دستگاه‌های ذخیره‌سازی نیز باید یک رابط FC داشته باشند که در این مورد اغلب به‌عنوان یک پورت جلویی نامیده می‌شود. یک شبکه FC معمولاً به‌عنوان SAN (شبکه منطقه ذخیره‌سازی) نامیده می‌شود. تعدادی توپولوژی مختلف وجود دارد که یک FC SAN را می‌توان برای استفاده از آن‌ها پیکربندی کرد.

یک وضعیت معمولی شامل حداقل دو سوئیچ FC اختصاصی با چندین پورت فیزیکی است که هر سوئیچ نشان‌دهنده یک “Fabric” ازلحاظ فیزیکی جداگانه است و هر سرور یا دستگاه ذخیره حداقل یک اتصال به هر Fabric دارد. این ویژگی‌های اضافی افزونگی و پتانسیل بهبود عملکرد را فراهم می‌کند. اگر سوئیچ، HBA یا کابل فیبر نوری از کار بیفتد، اتصال به حافظه قطع نمی‌شود. در موارد خاص، از اتصالات متعدد می‌توان برای افزایش پهنای باند و توان استفاده کرد. کانال فیبر یک محیط بسیار غنی از امکانات است و مکانیسم‌های مختلفی برای کنترل مواردی دارد، مثلاً اینکه کدام‌یک از آغازگرها می‌توانند دستگاه‌های هدف را ببینند.

همچنین در اینجا شایان‌ذکر است که توسعه FC SAN، طراحی دستگاه‌های بزرگ با هارددیسک‌های زیاد را برای تولیدکنندگان امکان‌پذیر ساخت که عموماً به آن‌ها «آرایه‌های ذخیره‌سازی» می‌گویند. این‌ها معمولاً از یک روش حفاظت از داده‌ها مانند RAID (آرایه اضافی از دیسک‌های ارزان‌قیمت) استفاده می‌کنند که می‌تواند گروه‌هایی از هارددیسک‌های فیزیکی را در آرایه‌ها با چند کپی از داده‌ها یا یک برابری محاسبه‌شده که بازسازی داده‌ها را امکان‌پذیر می‌کند، ترکیب کند. اگر هارددیسک از کار بیفتد (که معمولاً با دیسک‌های چرخان اجتناب‌ناپذیر است)، می‌توان آن را به‌سادگی حذف و جایگزین کرد و داده‌ها روی درایو دوباره ساخته می‌شوند. فضای دیسک به‌صورت دلخواه بین سرورهای SAN در واحدهایی به نام Logical Unit Numbers (LUN) تقسیم می‌شود. بنابراین می‌توان از فضا به‌طور بسیار مؤثرتر و پویاتر استفاده کرد.

در حال حاضر، سرعت FC تا 128 گیگابایت در ثانیه (128GFC) در دسترس است. بااین‌حال، رایج‌ترین پیاده‌سازی در حال استفاده امروز 32  GFC، معمولاً با ترکیبی از دستگاه‌های کم‌سرعت در SAN است.

معایب کلیدی: FC SAN  نتیجه کلی استفاده از FC SAN سیستمی است که بسیار قابل‌اعتماد، بسیار مقاوم در برابر خطا و بسیار گران است. کارت‌های سرور HBA گران هستند، سوئیچ‌های FC و آرایه‌های ذخیره‌سازی بسیار گران هستند و حتی کابل‌های فیبر نوری که همه این‌ها را به هم متصل می‌کنند نیز ارزان نیستند.

پروتکل iSCSI چیست؟

پروتکل رابط سیستم های کامپیوتری کوچک اینترنت (iSCSI) برای استفاده از زیرساخت شبکه TCP/IP موجود برای انتقال داده‌های ذخیره‌سازی بلوک طراحی‌شده است. پیاده‌سازی iSCSI مانند FC به‌عنوان SAN شناخته می‌شود، اما در این مورد به‌طور خاص یک SAN iSCSI است. قابلیت‌ها و محدودیت‌های این فناوری از چند جهت با FC SAN متفاوت است.

پروتکل TCP/IP ترکیبی از»  لایه‌های» ارتباطی پروتکل کنترل حمل‌ونقل (TCP) و پروتکل اینترنت (IP) است. این استانداردها توسط کارگروه مهندسی اینترنت (IETF) تأیید و نگهداری می‌شوند. این پروتکل اساساً بلوک ساختمانی است که بیشتر فضای اینترنت همان‌طور که می‌دانیم بر روی آن ساخته‌شده است. آدرس‌های TCP/IP که برای هدایت بسته‌های داده از نقطه‌ای در اینترنت به نقطه دیگر استفاده می‌شوند جنبه‌ای است که اکثر ما با آن آشنا هستیم.

پروتکل iSCSI، به زبان ساده، دستورات SCSI است که دربسته‌های TCP/IP قرار داده شده‌اند و سپس از طریق هر شبکه فیزیکی موجود ارسال می‌شوند.  iSCSI به‌عنوان یک استاندارد توسط IETF در سال 2004 تصویب شد. اولین مزیت آشکار برای iSCSI این است که اکثر سرورها قبلاً به یک شبکه اترنت متصل هستند و حداقل یک آدرس IP دارند. بسیاری از آرایه‌های ذخیره‌سازی مدرن دارای قابلیت iSCSI هستند، بنابراین یک iSCSI SAN را می‌توان درست بر روی یک شبکه موجود ساخت. دومین مزیت این است که نیازی به خرید سخت‌افزار FC گران‌قیمت و اجرای مجموعه دوم کابل‌های فیبر نوری نیست.

برتری دیگر این روش این است که نیازی به یادگیری مهارت‌های Fiber Channel نیست. شرکتی که شبکه اترنت دارد احتمالاً قبلاً دارای پرسنل بادانش شبکه است و راه‌اندازی iSCSI نسبتاً آسان است.

معایب کلیدی iSCSI در مقابل کانال فیبر :بااین‌حال، برخی از معایب مشخصی برای استفاده از iSCSI در مقایسه با FC وجود دارد. اول، TCP/IP دارای سربار پردازش ذاتی است که می‌تواند عملکرد و پهنای باند را کاهش دهد .اترنت

“in order” frame delivery را تضمین نمی‌کند که باعث می‌شود TCP تشخیص دهد که بسته‌ها از بین رفته یا رها می‌شوند و آن‌ها را مجدداً ارسال می‌کند. یکی دیگر از معایب، افزونگی استFC SAN :ها معمولاً با چندین HBA روی سرورها، Fabrics دوگانه ایزوله و چندین پورت هدف روی آرایه‌های ذخیره‌سازی ساخته می‌شوند.

کانال فیبر از طریق اترنت (FCoE) چیست؟

شبکه‌های اترنت از اواسط دهه 1970  به شکلی وجود داشته‌اند که در مرکز تحقیقات زیراکس پالو آلتو (PARC) اختراع‌شده‌اند و فقط برای استفاده داخلی هستند. بااین‌حال زیراکس اجازه داد تا مشخصات عمومی منتشر شود و در سال 1983 توسط کمیته 802.3 موسسه مهندسین برق و الکترونیک (IEEE) به‌عنوان یک استاندارد تأیید شد. از آن زمان به بعد، اترنت در دفاتر، مراکز داده و حتی بیشتر خانه‌ها همه‌جا وجود دارد. سرعت از 3 مگابیت در ثانیه به 100 گیگابایت بر ثانیه و بالاتر افزایش‌یافته است.

FCoE یک استاندارد جدیدتر است که بخشی از استاندارد کمیته بین‌المللی استانداردهای فناوری اطلاعات (INCITS) T11 FC-BB-5 است که در سال 2009 منتشر شد. اساساً این امکان را می‌دهد تا بسته‌های کانال فیبر بومی را در فریم‌های اترنت قرار دهیم FCoE  .نیاز به اصلاحاتی در شبکه اترنت دارد، اما اکثر سوئیچ‌های اترنت مرکز داده مدرن از آن پشتیبانی می‌کنند. برای سرورها، FCoE می‌تواند بر روی یک رابط اترنت «استاندارد» اجرا شود، اما عملکرد هنگام استفاده از یک آداپتور شبکه همگرا (CNA) بسیار مناسب تر است. ازآنجایی‌که FCoE لایه‌ای است که مستقیماً بالای لایه اترنت اجرا می‌شود و TCP/IP را شامل نمی‌شود، روی شبکه‌های غیر پیوسته قابل مسیریابی نیست.

مزایای کلیدی FCoE نسبت به کانال فیبر. مزایای FCoE  نسبت به FC خالص در درجه اول در کاهش هزینه، عدم نیاز به خرید سخت‌افزار اختصاصی FC و نه مهارت‌های پیشرفته موردنیاز برای نصب و مدیریت آن است. معایب آن این است که با FCoE، ترافیک ذخیره‌سازی از طریق شبکه‌ای مشابه سایر ترافیک‌ها ارسال می‌شود و مناقشه امکان‌پذیر است و تنها برخی از آرایه‌های ذخیره‌سازی از FCoE بومی پشتیبانی می‌کنند.

مزایای کلیدی FCoE نسبت به: iSCSI مزایای FCoE نسبت به iSCSI عمدتاً عملکرد و قابلیت اطمینان است، بااین‌حال با یک شبکه اترنت بسیار سریع در هر دو مورد، تفاوت ممکن است فقط در موقعیت‌های بسیار فشرده داده ظاهر شود. نقطه‌ضعف FCoE (بسته به دیدگاه فرد) این است که هنوز به مهارت‌های FC و سخت‌افزار پیشرفته نیاز دارد.

کانال فیبر،  FCoE یاiSCSI ؟ کدام یک مناسب تر است، چه زمانی و چرا؟ بنابراین چگونه می‌توانیم تصمیم بگیریم که کدام  را انتخاب کنیم؟ اول‌ازهمه، در مواردی که روی یک  datacenter قبلاً یک FC SAN نصب شده باشد ، اگر قدیمی و کند نباشد، توجیه تغییر از آن به یک‌راه حل مبتنی بر اترنت یا TCP/IP دشوار است. این وضعیت باوجود تجهیزات ذخیره‌سازی که از پروتکلی غیر از FC پشتیبانی نمی‌کند، تشدید می‌شود.

بااین‌حال، با نگاهی به آینده، درنهایت اکثر اجزای یک FC SAN به پایان عمر مفید خود نزدیک می‌شوند و نیاز به تعویض دارند. در بسیاری از موارد، یک شبکه اترنت سریع و مدرن در حال حاضر وجود دارد و سرورها از قبل دارای رابط‌های اترنت هستند، احتمالاً حتی قبلاً به CNA مجهز شده‌اند.

بنابراین انتخاب FCoE یا iSCSI ممکن است انتخاب مناسبی باشد. اگر خرید تجهیزات ذخیره‌سازی که قادر به پشتیبانی از پروتکل‌ها یا سوئیچ‌های «هیبریدی» هستند که می‌توانند بین شبکه‌های ذخیره‌سازی FC و شبکه‌های اترنت پل شوند، امکان‌پذیر باشد، این دیدگاه می‌تواند به واقعیت تبدیل شود. استفاده از iSCSI برای محیط‌های آزمایشگاهی کم‌هزینه یک مورد استفاده مناسب و بسیار محبوب است.

مفهومی به نام Iron Triangle «مثلث آهنی» وجود دارد که اغلب برای تجهیزات محاسباتی به کار می‌رود. این اصطلاح به این معنی است که: «سریع، خوب یا ارزان – هر دو را انتخاب کنید«. در مورد تجهیزات و پروتکل‌های ذخیره‌سازی، ممکن است جایگزینی کلمه «خوب» با «قابل‌اعتماد» منطقی‌تر باشد، اما به‌طورکلی این ایده در این بحث صدق می‌کند. اولویت‌های شما چیست؟  «سریع و قابل‌اعتماد»  یا روش توافقی هردو راه‌حل‌های قابل‌اجرا هستند – این انتخاب شماست.