2018年3月15日 星期四

從光纖系統到以太網存儲結構

更高的性能是以太網取代光纖系統的關鍵原因。但是存儲網絡不僅僅是帶寬和延遲,還涉及存儲協議。光纖系統當時是一種創新技術,它採用並行SCSI總線並將其串行化。
 光纖系統
行業專家認爲,以太網存儲結構(ESF)是下一代存儲網絡的理想選擇,因爲其具有卓越的性能、智能和效率。
這帶來了一個問題:那麼爲什麼不是光纖通道呢?傳統上,高性能網絡存儲意味着採用塊存儲技術,並構建光纖系統存儲區域網絡(SAN)。實際上,當存儲和數據中心架構師開發分佈式存儲,並評估可用網絡技術來釋放硬盤驅動器空間時,採用光纖通道是一個明智的選擇。它提供了性能、存儲感知智能效率和可靠性的最佳組合。然而,如果快速推進二十年,採用相同的指標評估網絡發展,就會產生一個截然不同的答案。事實上,以太網將最終獲得勝利。而根據性能、靈活性、可靠性、可擴展性,以及安全性等指標進行評估,如今的以太網在各個方面都超過了光纖通道。
以太網的性能優勢更高的性能是以太網取代光纖通道的關鍵原因。但是存儲網絡不僅僅是帶寬和延遲,還涉及存儲協議。光纖通道當時是一種創新技術,它採用並行SCSI總線並將其串行化。這也意味着它可以被切換,並因此實現網絡化和可擴展。但從本質上來說,其存儲協議前端本身並沒有創新。基本的SCSI協議保持不變,只是簡單的序列化。因此,其傳統的命令、就緒、數據響應序列只是以串行方式複製。
當所有存儲設備都是10毫秒量級的硬盤驅動器(HDD)介質時,這並不重要。由於旋轉的磁盤盤片的機械讀/寫磁頭的延遲時間很長,誰會在乎網絡延遲100微秒的時間,更何況還面臨有限的並行性、軟件鎖定和CPU中斷?但是,這一切都隨着閃存產品的出現而改變。如今,閃存固態硬盤(SSD)存儲的延遲不是以毫秒爲單位,而是以幾十微秒來衡量。
新的低延遲存儲介質的應用暴露了SCSI硬盤的性能瓶頸。由於SCSI協議固有的限制,基於光纖通道的介質不能充分利用閃存SSD硬盤的高速特性。意識到這一點,技術人員開發了NVMe協議,完全繞過了SCSI協議。
NVMe協議直接通過PCI-Express接口簡化閃存訪問,以實現最佳性能、延遲和並行性,同時最大限度地減少中斷和軟件鎖定。如今,NVMe固態硬盤可以提供當前最高的性能,其技術已經成熟,價格逐漸下降,使閃存固態硬盤得到更廣泛的應用,但是,這種閃存性能僅限於單個服務器,限制了其可擴展性,降低了效率,並導致利用率低下。
NVMe-oF協議採用NVMe-over-Fabrics(NVMe-oF)標準協議,即可獲得開箱即用的帶寬。NVMe-oF定義了一個可以儘可能有效地遠程訪問NVMe閃存協議。爲此,NVMe-oF利用遠程直接內存訪問(RDMA)技術在應用程序之間訪問和移動數據,而不涉及主機CPU.融合以太網或RoCE上的RDMA是使其成爲普通以太網網絡的關鍵技術。
NVMe-oF的標準化版本利用RDMA(InfiniBand或RoCE)作爲實現低延遲,傳輸卸載,用戶空間數據傳輸和無CPU數據傳輸的完整手段。包括光纖通道在內的其他數據傳輸商已經意識到NVMe-oF構成的威脅,試圖開發類似於NVMe-oF的類似Rube Goldberg的裝置,但事實上,這些裝置只是在舊裝置上改裝的新技術。理論上,在未來的某個時候,用戶可能能夠通過光纖通道運行NVMe-over-Fabric,但爲什麼要這樣做?
很明顯,光纖通道正在減少,NVMe-Over-Fabrics的出現將加速這一下滑。具有前瞻性的企業存儲架構師已經意識到這一點,並且正在接受雲計算中斷帶來的變化。這些創新者正在放棄光纖通道,使用以太網存儲結構(ESF)滿足數據傳輸需求,以實現企業級安全性的雲計算的可擴展性和高效性。
超大規模廠商和公共雲提供商是首先意識到這一點的組織,並且在其大型數據中心採用了融合以太網存儲結構。這有助於解釋光纖通道端口爲什麼以-6%的速度下滑,而以太網以複合年增長率爲18%快速增長的原因。NVMe-Over-Fabrics協議和RoCE協議的問世只會加速這種下滑。
總之,市場是技術競爭的最終仲裁者。在當今的市場,許多OEM廠商、閃存供應商和初創公司投資於NVMe-oF解決方案和強大的以太網交換機,以及RoCE NIC供應商生態系統,投資技術並爭奪市場優勢。相比之下,鑑於光纖通道領域的整合,目前還沒有哪一家公司爲了這項技術向前推進而投資。

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