Fibre Channel vs iSCSI - po co ta wojna?

Pod koniec września poprosiliśmy o wypełnienie ankiety, w której pytaliśmy o preferencje związane z interfejsami iSCSI i Fibre Channel. Dziękujemy za wszystkie odpowiedzi. Artykuł podsumowujący wyniki opracowanej ankiety można znaleźć tutaj.

Publikacja tych wyników kończy naszą aktywność na tym blogu. Mamy nadzieję, że udało się nam przybliżyć główne niuanse w potyczce pomiędzy rozwiązaniami iSCSI i Fibre Channel. Jak podkreślają administratorzy pamięci masowych, każdy z tych interfejsów ma swoje zasłużone miejsce w infrastrukturze IT w centrach danych i trudno jest odbierać możliwość tego wyboru. Wierzymy, że teraz ten wybór jest łatwiejszy.

Administratorzy często stoją przed dylematem, czy macierz dyskową iSCSI podłączać do głównej, firmowej sieci Ethernet, czy też tworzyć wydzieloną sieć Storage Area Network, do której podłączona jest wyłącznie macierz dyskowa i serwery. Praktycy zdecydowanie polecają ten drugi model, nie tylko ze względu na większą gwarancję stabilnej pracy sieci, ale przede wszystkim z uwagi na bezpieczeństwo dzięki separacji od stacji roboczych i strefy DMZ. Co ważne, nawet posiadając wydzieloną sieć udaje się uzyskać znaczne oszczędności względem alternatywnej instalacji opartej na protokole Fibre Channel (brak konieczności kupowania kontrolerów sieciowych, okablowania, przełączników oraz szkolenia administratorów w zakresie FC).

Niemalże od momentu powstania standardu iSCSI zastanawiano się, czy jego wydajność wystarczy do wykorzystania przy wirtualizacji, przede wszystkim serwerów. Klientów najbardziej interesowała możliwość transportu obrazów wirtualnych maszyn poprzez sieć Ethernet 1 Gb/s, jako że cena sieci 10 Gb/s jest porównywalna z Fibre Channel.

Tymczasem okazuje się, że protokół iSCSI, wraz z obsługującymi go macierzami, jest wykorzystywany przy wirtualizacji serwerów przez niemal wszystkie małe i średnie firmy. Zamiast korzystać z sieci 10 Gb/s, agregują oni kilka portów sieci 1 Gb/s i tworzą wiedzieloną sieć SAN pomiędzy serwerami i pamięciami masowymi. Podobno wychodzi 3-4-krotnie taniej niż w przypadku FC.

Standard iSCSI najczęściej jest wybierany ponieważ nie ma dwóch kluczowych cech Fibre Channel - jest tańszy i mniej skomplikowany, przez co nie wymaga specjalistów do zarządzania nim (wystarczy zwykła wiedza odnośnie konfiguracji TCP/IP, zarządzanie pulami dysków i bezpieczeństwem też jest relatywnie łatwe). Poza tym standard iSCSI to oprogramowanie - znajduje się dziś w większości systemów operacyjnych, a do pracy potrzebuje tradycyjnej infrastruktury sieciowej i portów standardowo wbudowanych w serwery.

Dzięki temu, że funkcjonalność standardu iSCSI cały czas się rozwija, jest on wybierany do coraz większej liczby zastosowań. Nowe macierze dyskowe iSCSI oferują zaawansowane funkcje zarządzania danymi (w tym kopię point-in-time, zdalną kopię, klonowanie LUN-ów i asynchroniczne kopie lustrzane). Z dobrodziejstw iSCSI może w ten sposób korzystać dziś każda mała i średnia firma, a także oddziały wielkich korporacji.

Za rok iSCSI będzie miało nowego rywala. Stowarzyszenie Fibre Channel Industry Association (FCIA) wraz z komitetem technicznym ANSI T11 zakończyli prace nad kolejną wersją standardu Fibre Channel - 16 Gb/s (16GFC). Systemy 16GFC będą kompatybilne z 4GFC i 8GFC (autonegocjacja prędkości będzie odbywała się bez udziału administratora), mają też zużywać do 25% mniej energii niż 8GFC. Wsparcie i gotowość produkcji urządzeń w nowym standardzie zapowiedziały już firmy Brocade, Emulex i QLogic. Mają one pojawić się na rynku w 2011 r.

Twórcy standardu wskazują na konieczność jego szybkiego udostępnienia ze względu na coraz bardziej obecny trend konsolidacji serwerów i pamięci masowych, wykładniczo rosnącą popularność wirtualizacji serwerów i desktopów, coraz bardziej wymagające aplikacje oraz nowe interfejsy, jak PCI Express 3.0 czy dyski SSD.

Czy to gwóźdź do trumny iSCSI. Na razie chyba nie. Teoretyczne standard 16GFC jest o ok. 40% szybszy od sieci SAN iSCSI zbudowanej na infrastrukturze Ethernet 10G. Dla sieci Ethernet kolejny zaplanowany krok to 40 Gb/s. Tymczasem większość wdrożeń macierzy iSCSI w Polsce z powodzeniem działa w sieci Ethernet 1 Gb/s (co prawda wydzielonej na potrzeby sieci SAN i z agregacją łączy) i ich administratorzy na razie nie widzą nawet potrzeby migracji do 10 Gb/s.

Wiele mówi się o kwestii wydajności systemów iSCSI i wpływie na nią kart odciążających procesor (TCP Offload Engine, TOE) oraz kontrolerów iSCSI (HBA). Wszystko z powodu powszechnego przekonania, że protokół iSCSI jest odpowiedzialny za znaczne obciążenie procesora wynikające z dużej ilości obliczeń związanych z przetwarzaniem ramek TCP/IP. Teoretycznie, rzeczywiście w tym przypadku mogą pomóc kontrolery TOE i HBA, ale... nie zawsze.

Praktycy często wskazują na fakt, że znacznie lepszy efekt można uzyskać po prostu zwiększając moc obliczeniową serwera poprzez dodatnie kolejnego procesora. Działa to szczególnie w serwerach, gdzie nie ma zbyt wielu portów iSCSI. Warto też pamiętać, że karty TOE nie są w stanie skrócić czasu odpowiedzi, a tylko zwiększają liczbą wykonywanych równolegle operacji I/O.

Chcielibyśmy poznać Waszą opinię o interfejsach Fibre Channel i iSCSI - w jaki sposób z nich korzystacie i jakie korzyści przynoszą one Waszym firmom. Zapraszamy do wypełnienia ankiety. Jej wyniki zostaną opublikowane w serwisie Storagefocus w październiku.

Dostawców technologii iSCSI obiecują, że obniży ona koszty sprzętu, ułatwi zarządzanie oraz - przede wszystkim - umożliwi wykorzystanie istniejącej sieci Ethernet do transportu danych do macierzy dyskowych iSCSI. Jednak po kilku latach od pojawienia się iSCSI praktyka pokazuje, że nie zawsze jest tak różowo i nie wszyscy, którzy próbowali przejść na iSCSI, są zadowoleni z tego ruchu. Powodów jest wiele, niektóre z nich to wręcz drobiazgi, ale na tyle istotne, że przeważające o sukcesie bądź porażce iSCSI. Oto ich główna lista:
- Ograniczenia sieci Ethernet - podczas gdy sieci SAN są stworzone wyłącznie dla ruchu iSCSI, sieć Ethernet przenosi także inne dane. Okazuje się, że często sieć Gigabit Ethernet ma tylko teoretycznie taką przepustowość, a rzeczywiste wyniki mogą oscylować nawet wokół 100-120 Mb/s. Ethernet ma też znacznie większe opóźnienia, często gubi lub uszkadza pakiety. Ma to szczególne znaczenie np. przy wirtualnych maszynach. Jako rozwiązanie tego problemu najczęściej stosuje się ramki Jumbo, segmentację sieci i kierowanie ruchu iSCSI do konkretnych portów i serwerów. Alternatywą jest też wdrożenie sieci 10 Gigabit Ethernet z oprogramowaniem zarządzającym ruchem.
- Sterowniki i firmware - przy systemach iSCSI konieczne jest korzystanie ze specjalnych sterowników. Ponieważ mają one wpływ na wydajność całego systemu, zawsze trzeba pilnować, aby korzystać z ich najnowszej wersji. Paradoksalnie, sterowniki dla Windows bywają znacznie bardziej wydajne, niż te dla Linuksa. Pamiętać trzeba też o sprawdzaniu aktualizacji firmware'u dla kart sieciowych, kontrolerów i macierzy iSCSI.
- Bezpieczeństwo - protokół iSCSI operuje czystym tekstem, nie szyfrując przesyłanych danych. Mogą one być podsłuchane, a nawet istnieje możliwość "wstrzyknięcia" fałszywych ramek iSCSI, wystawiając serwery na potencjalne ataki. Rozwiązaniem tego problemu jest wprowadzenie segmentacji sieci, które ograniczy ilość ruchu w jądrze sieci. Inną metodą jest wykorzystanie wirtualnych sieci prywatnych (VPN) do przesyłania danych pomiędzy klientami i serwerami.

W serwisie EnterpriseStorageForum.com pojawił się dziś bardzo ciekawy artykuł podsumowujący dotychczasowe dokonania na rynku standardu Fibre Channel over Ethernet (FCoE), a właściwie... ich brak. Cytowani przez redaktorów analitycy wskazują, że rynkowy udział tego standardu mieści się w granicach błędu statystycznego, a dziś wciąż w sieciach króluje standard Gigabit Ethernet, poprzez który ramki FCoE nie mogą być przesyłane. Konkluzja artykułu też nie wróży przyszłości standardowi FCoE, jako że jest kilka innych metod na konsolidację ruchu w sieciach. Podstawową jest interfejs iSCSI, a często firmom wystarczą zwykłe serwery NAS.

Szukając źródeł informacji o wydajności interfejsów Fibre Channel i iSCSI trafiłem na bardzo ciekawy whitepaper firm NetApp i VMware. Wśród wielu ciekawych wykresów prezentujących wyniki wydajnościowe na największą uwagę zasługują wyjątkowo dobre wyniki interfejsu iSCSI - generalnie przedstawianego jako zdecydowanie mniej wydajna alternatywa dla Fibre Channel. W kontekście wydajności i opóźnienia ustępuje interfejsowi Fibre Channel o mniej niż 5 procent.

Ciekawe jest też, że - według NetApp - ramki Jumbo Frame obniżają wydajność całego środowiska...

Trwająca on kilku lat wojna pomiędzy zwolennikami protokołu Fibre Channel i iSCSI nabiera tempa. Do niedawna główny argument zwolenników iSCSI, czyli znacznie niższe koszty instalacji i obsługi, był zbijany faktem, że powszechną prędkością sieci Ethernet jest 1 Gb/s, podczas gdy przy sieć FC oferuje transfer na poziomie 4, a nawet 8 Gb/s. iSCSI broni się jednak - standard Ethernet 10 Gb/s, mimo że obecny już od kilku lat, teraz jest wdrażany coraz częściej. Mimo że wciąż dość drogi, to nadal tańszy niż infrastruktura Fibre Channel. Wdrażany głównie w szkielecie sieci, ale coraz częściej obecny w pamięciach masowych. Zwolennicy Fibre Channel czekają na pojawienie się zapowiedzianych już rozwiązań 16 Gb/s oraz budowę bardziej niezawodnych sieci Ethernet, dzięki czemu uzyskają możliwość wdrożenia kompromisowego względem iSCSI standardu Fibre Channel over Ethernet (FCoE), który jako warstwę transportową wykorzystuje sieć Ethernet, utrzymując jej niskie koszty, ale gwarantując stabilność infrastruktury i brak konieczności zmieniania wdrożonego już oprogramowania.

Zapraszay do systematycznej lektury tego bloga. Przez najbliższych kilka tygodni będziemy pisać o różnych niuansach pomiędzy standardami Fibre Channel i iSCSI. Zapraszamy też do lektury artykułu "FC kontra iSCSI, czyli sieciowe rozterki" opisującego główne różnice pomiędzy tymi protokołami.