1、其實在前兩年我們根本就沒有討論FC-SAN與IP-SAN優劣勢的必要，因為在那個時候的存儲區域網業界還是被光纖傳輸模式一統天下，并且在相當長的一段時間里面表現出了優異的性能、可靠性和可擴展性。但是在這一年多以來，隨著IP-SAN存儲設備的出現，其攜便利的擴展性和低廉的價格向FC-SAN發起了一輪又一輪的沖擊。那么在這個事關業務應用核心數據安全、高效傳輸的存儲區域網到底采用何種方式搭建才能發揮應有的優勢呢？本文力求從數據傳輸性能、傳輸穩定性、存儲區域網的可擴展性、存儲區域網設備的可靠性和SAN網絡的可管理性共5個方面來對FC-SAN和IP-SAN進行一個對比。一. 數據傳輸性能方面的比較1.1

2、傳輸協議利用率問題從以上協議幀格式即可明顯的看出，以太網傳輸數據包最高到1500字節。包是以太網中基本校正單元，在每一幀后都會導致消耗CPU周期的一個中斷。在GB以太網里負載通常也是一個限制因素，避免占用全部帶寬。而在FC數據幀達到2000多字節，FC校正基本單元是一個多幀隊列。MTU可以達到64個幀，比較以太網而言允許光纖通道在主機中斷之間傳輸更多的數據。這種MTU可減少需要的CPU周期和提高傳輸效率。同時光纖通道網絡是基于流控制的封閉網絡。以太網設計之初是沒考慮到要通過無流控制的公網，而是基于CSMA/CD機制來進行傳輸的，因此它在阻塞發生時，在一個時間段之后返回并重發包，消耗額外的CPU

3、周期，并且負載越大，其可能重發包的幾率也相應增大，從而引起可能消耗大量的CPU資源。如光纖傳輸中常使用的FCP-SCSI協議是將光纖通道設備映射為一個操作系統可訪問的邏輯驅動器的一個串行協議，這個協議使得以前基于SCSI的應用不做任何修改即可使用光纖通道。所以在FC本身的結構即為數據提供了高效率的傳輸途徑。而在以太網的傳輸中每次以單幀為單位，其中在傳輸過程中還必須進行層層的封裝與解包，從而大大影響了整個鏈路的數據傳輸效率，并且在處理過程中也大大增加對系統本身性能的影響。在實際的對比測試中，其測試數據結果表明在同樣的lGbps的光纖鏈路（FC）與lGbps的千兆以太網（IP）中進行數據傳輸時，F

4、C的實際利用率在70%-80%左右，最高可達90%；而在千兆以太網中，其實際利用率平均在20%左右，最高也只能達到30%左右。從以上協議本身分析看來，在以太網中并不能提供針對如存儲等大數據量以及I/O應用所需要的好的性能。這也是在存儲區域網設計之初沒有考慮IP存儲的原因，雖然TCP/IP傳輸協議的出現較FCP傳輸協議出現得早。另外基于FC協議的FC-SAN理論傳輸速率早已達到了2Gb/s的水平，目前業界主流也已達到了4Gb/s，而基于IP協議的IP-SAN目前來說lGb/s的理論傳輸速率還是主流，未來10G/s的理論傳輸速率還需要10G以太網的進一步發展和強壯才能夠達到。據iSCSI相關技術人

5、員的實測數據顯示：基于1Gb的IP網絡搭建IPSAN，數據傳輸速率在80-90MB/S左右，如果是全雙工模式的交換機，可以達到160MB/S左右，相比光纖通道190MB/S（全雙工360MB/s）的傳輸速率還是有明顯差距。光纖通道的基本架構如下：FC-0：物理層，定制了不同介質，傳輸距離，信號機制標準,也定義了光纖和銅線接口以及電纜指標；FCT：定義編碼和解碼的標準；FC-2:定義了幀、流控制、和服務質量等；FC-3：定義了常用服務，如數據加密和壓縮；FC-4：協議映射層，定義了光纖通道和上層應用之間的接口，上層應用比如：串行SCSI協議，HBA的驅動提供了FC-4的接口函數，FC-4支持多協

6、議，如：FCP-SCSI，FC-IP，FC-VI.由以上架構也可清晰看出，在FC中，其上層（FC-4）直接通過其協議映射關系，將上層的應用的命令映射成為叫做“信息單元”的邏輯結構。一個獨立信息單元通常映射為序列。與信息單元相關，I/O請求操作映射成為單獨的交換。而所有的傳輸則是以大數據量的序列為單位進行處理的。同時序列和交換結構一般已經足以包含關于流控制的可調選項以及存儲恢復策略。A、交換光纖路徑通信由多層通信方式來實現。最高層，或者稱會話層，是節點之間面向應用的通信。光纖路徑中的這種通信被稱為交換。交換是雙向的，盡管沒有要求，但它能同時在兩個方向上傳輸信息。交換通常所花的時間會很長。一個端口

7、可以同時管理多個交換。換而言之，兩端口之間的交換通信不會妨礙該端口和其他端口之間的信息交換。B、序列交換由序列組成。序列是網絡中端口之間的單向信息傳輸。在下一個序列被發送或接收前，當前序列必須完成。換而言之，序列不允許違規傳輸。這也是它們被稱為序列的原因。C、幀光纖路徑中最小的傳輸粒度是幀。光纖路徑中的幀與其他所有網絡中的幀類似：均由開始標記、幀頭、地址段、應用數據、錯誤校驗段、回應數據和幀尾組成。所有的幀都屬于某一個序列，因此也屬于一個交換。在I/O操作中使用這些結構時，交換和一個I/O操作的讀或寫文件操作相關，序列大致和閉域數據傳輸等價，幀和單個SCSI指令相當，它包括所有的請求、應答和錯

8、誤傳輸。其具體形式如下圖所示：光纖通道邏輯結構信息交換一TT事個序列”丨時4丨廠引廠匸幵糾I傳輸規則：Fibr&Channel.Exchangei'':：.-合號quanr蘭9j:-rmExchangellransCtron:也洱Ji'iSequenceSequenceiExchanger.'<.'-：yiJi'i<jFrameFrameIpd/Josd-ni<2143.J£QBEE瞬一個楨乂Fzrant©必須窯一十序刊1BhUUlQFiW'戒袁換1E：；uk-TU1gfe'的石

9、63;"審列睫傳赫的革直，最窯可含即巧、幀謎蜃詁帝1耳Mbj二的蕎澤慨袋信息里聞豈救是一爼非幷炭相恙序列同吋只龍肓傘岸利牡于工作毬擊1.2 從存儲設備的結構來看一般來說IP-SAN存儲設備的磁盤控制器不是采用FC-SAN存儲設備中的硬件RAID芯片+中央處理器的結構，而是采用每個磁盤柜中分為多個磁盤組，而每個磁盤組由一個微處理芯片控制所有的磁盤RAID操作（采用軟件計算，效率較低）和RAID組的管理操作。這樣一來,每一次磁盤I/O操作都將經過IP-SAN存儲內置的一個類似交換機的設備從前端眾多的主機端口中讀取或者寫入數據，而這些操作都是基于IP交換協議，其協議本身就要求每一個微處理芯

10、片工作時需要大容量的緩存來支持數據包隊列的排隊操作，所以一般我們看到的IP-SAN存儲都具有幾十個GB的緩存。利用這個大的緩存區，IP-SAN存儲在測試Cache的最大讀帶寬時可以獲得600，000IOPS甚至以上這樣高的值，但是這個值并不能真正說明在實際應用中就能夠獲得好的性能。因為在具有海量存儲的時候，不可能所有的數據均載入到系統緩存中，這個時候就需要大量的磁盤I/O操作來查找數據，而IP-SAN存儲所采用的SATA磁盤在這一塊切切性能非常弱，而且還涉及到一個在IP網絡上流動的iSCSI數據向ATA格式數據轉化的效率損失問題。也就是說IP-SAN存儲存在一個緩存Cache到磁盤的數據I/O

11、和數據處理瓶頸。而采用FC磁盤的FC-SAN存儲設備就不存在這樣的問題。通過2條甚至4條冗余的后端光纖磁盤通道，可以獲得一個非常高的磁盤讀寫帶寬，而且FCP的磁盤讀寫協議不存在一個數據格式轉換的問題，因為他們內部采用的都是SCSI協議傳輸，避免了效率的損失。而且FC-SAN存儲設備由于光纖交換和數據傳輸的高效性，并不需要很大的緩存就能夠獲得一個好的數據命中率和讀寫性能，一般2Gb或者4Gb即可滿足要求。另外由于具備專門的硬件RAID校驗控制芯片，所以磁盤RAID性能將比軟件RAID性能好很多，并且可靠性更好。1.3 從連接拓撲結構來看在FC-SAN中存在著其靈活的連接方式，可根據不通的應用需求

12、而選擇不同的連接拓撲，其主要連接方式有如下三種：點對點：首先各個組成設備通過登陸建立初始連接，然后即采用全帶寬進行工作，其實際的鏈路利用率為每個終端的光纖通道控制器以及發送與接收數據可獲得緩沖區大小來決定。但其只適用于小規模存儲設備的方案，不具備共享功能。仲裁環：允許兩臺以上的設備通過一個共享帶寬進行通信與交流，在此拓撲結構中，任意一個進程的創建者在發送一段報文之前，都將首先與傳輸介質就如何存取信息達成協議，因此所有設備均能通過仲裁協議實現對通信介質的有序訪問。全交換：通過鏈路層交換提供及時、多路的點對點的連接。通過專用、高性能的光纖通道交換機進行連接，同時可進行多對設備之間點對點的通信，從而

13、使整個系統的總帶寬隨設備的增多而相應增大，在增多的同時絲毫不影響這個系統的性能。在IP-SAN中基于以太網的數據傳輸與存取中，雖然在物理上可體現為總線或者星型連接，但其實質為帶沖突檢測多路載波偵聽(CSMA/CD)方式進行廣播式數據傳輸的總線拓撲，因此隨著負載以及網絡中通信客戶端的增加，其實際效率會隨著相應的降低。1.4 從網絡設備及傳輸介質來看FC-SAN：使用專用光纖通道設備在鏈路中使用光纖介質，不僅完全可以避免因傳輸過程中各種電磁干擾，而且可以有效達到遠距離的I/O通道連接在FC-SAN中所使用的核心交換設備-光纖交換機均帶具有高可靠性及高性能的ASIC芯片設計，使整個處理過程完全基于硬

14、件級別的高效處理。同樣在連接至主機的HBA設計中，絕大多數操作獨立處理，完全不耗費主機處理資源IP-SAN:使用通用的IP網絡及設備在傳輸介質中使用銅纜、雙絞線、光纖等介質進行信號的傳輸，但在普通的廉價介質存在信號衰減嚴重等缺點，而使用光纖也同樣需要特有的光電轉換設備等。在IP網絡中，可借助IP路由器進行傳輸，但根據其距離遠近，會產生相應的傳輸延遲。核心使用各種性能的網絡交換機，受傳輸協議本身的限制，其實際處理效率不高。在主機端通常使用廉價的各種速率的網卡，大量耗費主機的應用處理資源。可得出如下光纖通道（FC）與網絡（IP）的對比表，該對比表可清晰表明使用光纖通道進行大數據量的信息存儲傳輸與處

15、理中在其性能有著網絡在現階段無法比擬的優勢。面向連接的模式數據傳輸通道信號傳輸校驗方式特點傳輸延遲傳輸距離RAID方式光纖通道（FC）連接業務物理電路可靠的硬件傳輸高速低延遲較短距離基于硬件網絡（IP）無連接邏輯電路不可靠的傳輸高連接更咼的延遲更遠的距離基于硬件1.5從存儲能夠響應的并發操作能力來看從應用上來說，相對于IP-SAN，FC-SAN可以承接更多的并發訪問用戶數。當并發訪問Storage的用戶數不多的情況時，FC-SAN對比IP-SAN二者性能相差無幾。但一旦當外接用戶數呈大規模增長趨勢時，FC-SAN就顯示出其在穩定、安全、以及高性能傳輸率等方面的優勢，不會像IP-SAN由于自身傳

16、輸帶寬的瓶頸而導致整個系統的被拖垮。面對大規模并發訪問，無論是從外接用戶數規模來說還是從傳輸性能和穩定性來說，FC-SAN都有著IP-SAN不可比擬的優勢。二. 存儲區域網中設備穩定性比較FC-SAN由于使用高效的光纖通道協議，因此大部分功能都基于硬件來實現的，如后端存儲子系統的存儲虛擬通過帶有高性能處理器的專用RAID控制器來實現，中間的數據交換層通過專用的高性能ASIC來進行基于硬件級的交換處理，在主機端通過帶有ASIC芯片的專用HBA來進行數據信息的處理。因此在大量減少主機處理開銷的同時，也大大提高了整個FC-SAN的穩定性。IP-SAN使用通用的IP協議，而所有的協議轉換及處理時，絕大

17、部分依賴于軟件來實現，而軟件的不穩定性因素也隨軟件的復雜度的增加而呈指數級增加，從而在大型的網絡中，整個系統的穩定性也會隨之降低。三. 存儲區域網的可擴展性比較在全交換(FC-SWFibreChannelswitchfabric)的FC-SAN中，各通信終端通過FC端口登陸后來進行數據的傳輸與處理，而每個端口會提供專用的24位的FC端口地址(WWN)來進行數據通信，根據其地址分配策略，在FC-SW中實FC-SAN與IP-SAN比較際可用的地址值達到1550萬，因此在實際的企業級應用中，完全可以滿足任何規模的存儲網絡的建立。同時在FC網絡中，由于所有的介質均選用光媒質來進行傳輸，所以其設備均具有

18、熱插拔的能力，因此不管在已有的或者新建立的FC-SAN網絡里可在線完全非中斷應用的情況下對現有的FC-SAN網絡進行擴展，如增加新的服務器、增加新的存儲空間等等，并且完全不影響已有系統的性能。在IP-SAN中由于借助原有的IP網絡，因此在其網絡連接拓撲也同樣具有好的可擴展性。但在使用IP存儲時，由于通常使用了專有的存儲虛擬軟件，所有的存儲分配與虛擬均通過軟件來實現，所以在進行存儲的擴展時，很大程度取決于存儲虛擬軟件的設計性能以及架構等等。四. 存儲區域網的可靠性比較FC-SAN的設計初衷是基于企業級的核心數據以及應用而設計的，因此在其興起、發展直至成熟，對整個系統的可靠性均有著很高的要求。在整個系統中，除了本身系統即基于高靠的環境中外，所有設備均采用高可靠性的硬件及芯片來設計，并且系統的核心部件以及相關的所有鏈路等均可采用熱插拔雙冗余的設計，如存儲子系統的冗余控制器、冗余電源等；鏈路可采用多路徑冗余或者負載均衡等等。另大部分設計是基于硬件的，所以方便使用高可靠、高性能的嵌入式系統來進行數據的處理。IP-SAN本身即基于不可靠的IP網絡，因此其可靠性