光纤通道到以太网存储结构解析

Kevin Deierling 发表于 2020-07-21 15:59:08 收藏 已收藏
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光纤通道到以太网存储结构解析

Kevin Deierling 发表于 2020-07-21 15:59:08
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行业专家认为,以太网存储结构(ESF)是下一代存储网络的理想选择,因为其具有卓越的性能、智能和效率。

这带来了一个问题:那么为什么不是光纤通道呢?传统上,高性能网络存储意味着采用块存储技术,并构建光纤通道存储区域网络(SAN)。实际上,当存储和数据中心架构师开发分布式存储,并评估可用网络技术来释放硬盘驱动器空间时,采用光纤通道是一个明智的选择。它提供了性能、存储感知智能效率和可靠性的最佳组合。然而,如果快速推进二十年,采用相同的指标评估网络发展,就会产生一个截然不同的答案。事实上,以太网将最终获得胜利。而根据性能、灵活性、可靠性、可扩展性,以及安全性等指标进行评估,如今的以太网在各个方面都超过了光纤通道。

以太网的性能优势

更高的性能是以太网取代光纤通道的关键原因。但是存储网络不仅仅是带宽和延迟,还涉及存储协议。光纤通道当时是一种创新技术,它采用并行SCSI总线并将其串行化。这也意味着它可以被切换,并因此实现网络化和可扩展。但从本质上来说,其存储协议前端本身并没有创新。基本的SCSI协议保持不变,只是简单的序列化。因此,其传统的命令、就绪、数据响应序列只是以串行方式复制。

当所有存储设备都是10毫秒量级的硬盘驱动器(HDD)介质时,这并不重要。由于旋转的磁盘盘片的机械读/写磁头的延迟时间很长,谁会在乎网络延迟100微秒的时间,更何况还面临有限的并行性、软件锁定和CPU中断?但是,这一切都随着闪存产品的出现而改变。如今,闪存固态硬盘(SSD)存储的延迟不是以毫秒为单位,而是以几十微秒来衡量。

新的低延迟存储介质的应用暴露了SCSI硬盘的性能瓶颈。由于SCSI协议固有的限制,基于光纤通道的介质不能充分利用闪存SSD硬盘的高速特性。意识到这一点,技术人员开发了NVMe协议,完全绕过了SCSI协议。

NVMe协议直接通过PCI-Express接口简化闪存访问,以实现最佳性能、延迟和并行性,同时最大限度地减少中断和软件锁定。如今,NVMe固态硬盘可以提供当前最高的性能,其技术已经成熟,价格逐渐下降,使闪存固态硬盘得到更广泛的应用,但是,这种闪存性能仅限于单个服务器,限制了其可扩展性,降低了效率,并导致利用率低下。

NVMe-oF协议

采用NVMe-over-Fabrics(NVMe-oF)标准协议,即可获得开箱即用的带宽。NVMe-oF定义了一个可以尽可能有效地远程访问NVMe闪存协议。为此,NVMe-oF利用远程直接内存访问(RDMA)技术在应用程序之间访问和移动数据,而不涉及主机CPU。融合以太网或RoCE上的RDMA是使其成为普通以太网网络的关键技术。

NVMe-oF的标准化版本利用RDMA(InfiniBand或RoCE)作为实现低延迟,传输卸载,用户空间数据传输和无CPU数据传输的完整手段。包括光纤通道在内的其他数据传输商已经意识到NVMe-oF构成的威胁,试图开发类似于NVMe-oF的类似Rube Goldberg的装置,但事实上,这些装置只是在旧装置上改装的新技术。理论上,在未来的某个时候,用户可能能够通过光纤通道运行NVMe-over-Fabric,但为什么要这样做?

很明显,光纤通道正在减少,NVMe-Over-Fabrics的出现将加速这一下滑。具有前瞻性的企业存储架构师已经意识到这一点,并且正在接受云计算中断带来的变化。这些创新者正在放弃光纤通道,使用以太网存储结构(ESF)满足数据传输需求,以实现企业级安全性的云计算的可扩展性和高效性。

超大规模厂商和公共云提供商是首先意识到这一点的组织,并且在其大型数据中心采用了融合以太网存储结构。这有助于解释光纤通道端口为什么以-6%的速度下滑,而以太网以复合年增长率为18%快速增长的原因。NVMe-Over-Fabrics协议和RoCE协议的问世只会加速这种下滑。

总之,市场是技术竞争的最终仲裁者。在当今的市场,许多OEM厂商、闪存供应商和初创公司投资于NVMe-oF解决方案和强大的以太网交换机,以及RoCE NIC供应商生态系统,投资技术并争夺市场优势。相比之下,鉴于光纤通道领域的整合,目前还没有哪一家公司为了这项技术向前推进而投资。

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