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讲述十年光纤故事 网络存储近代简史-下

  【IT168 专稿】在过去的十年中,光纤通道(Fibre Channel)作为一项传输协议技术在网络存储领域取得了极大成功,为厂商和用户提供了全新的存储解决方案:包括更好的块传送性能,高可用存储存取,先进的数据中心备份及数据保护,虚拟化的高层存储服务以及高级管理工具。可以说,近十年来网络存储产品的演变发展,有很大一部分是围绕着光纤协议在存储领域的应用与发展变迁。

  今年是IT168网站成立十周年,我们为大家总结梳理了近十年来光纤网络存储领域的发展简史,列举各个阶段的一些代表性网络存储产品,希望通过我们的梳理,能够让大家把握整个网络存储领域的演变路线,并了解整个网络存储演变历程中,有如暗夜中的明星一般熠熠闪光的技术、厂商和产品。

  在上篇,我们介绍了光纤通道从进入网络存储领域到走向繁荣兴盛的过程,可以说光纤的前半部历史是一部发家史;后半部我们将讲述随着技术多样化的发展,网络存储领域也出现了更多强劲的竞争对手,这些竞争对手们实力强劲,并日益撼动光纤仔网络存储领域的统治地位。当然直至今天,光纤仍然是网络存储领域最基础、最主流的连接协议。

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  2004-2005:一统江湖

  2004年底,IBM正式结束曾经叱诧一时的Shark系列的生命周期,推出DS8000系列作为高端的主打产品,标志着IBM正式放弃自身的SSA标准协议投入光纤的怀抱,至此光纤已经全面占领网络存储市场的中高端市场,在网络存储行业竖立了高性能、高可靠、高扩展、同时也是高价格的高端形象。


DS8000系列IBM于2004年正式推出,后端放弃SSA标准改用FC-AL

  需要注意的是,虽然我们说光纤通道成为了网络存储的主流协议,但SCSI也并非完全退出存储市场。由于光纤的高性能、高价格的双重特性,因此主要被应用于中高端存储市场,成为高端品质的形象代言。 与此同时,SCSI则凭借性价比优势,活跃在中低端市场。通常厂商的产品都采用了分层存储的结构,让不同的磁盘在一个存储系统里面并存。

  分层存储的架构其实很早就已经出现,最早实现的是SCSI和ATA(我们所熟知的IDE)硬盘的分层混插,随着光纤磁盘的诞生和加入,又出现了FC-IDE、FC-SCSI、FC-SATA各种混插组合。由于光纤磁盘性能优异价格昂贵,使得分层存储对于更广泛的用户来说成为更具经济性和实用性的解决方案。


分层存储基本已经成为所有存储产品的标准功能,以EMC2008年推出的新一代中端CLARiiON CX4为例,支持SSD、FC和SATA三种磁盘的混插

  用户可以将更加重要、需要快速响应的数据保存在高性能的FC磁盘中,而一些容量庞大,且相对在传输性能和可靠性要求不那么高的数据保存在成本更低的磁盘上,对于用户来说,既享受了光纤品质带来的性能提升,整体成本也仍然保持在可接受的范围。这一架构已经被存储厂商所广泛接受。

  谈到中低端市场的磁盘接口,就不能不谈到SATA和SAS两种磁盘接口协议。SATA磁盘接口协议的前身是IDE,是为了确立磁盘驱动器统一传输标准而设计的较早一代标准,也曾经在高端存储市场中得到过广泛应用,后来SCSI的兴起替代了IDE,IDE被逐步定义为低成本低性能的一项传输协议,到今天发展成为串行传输标准SATA接口,一直活跃在中低端磁盘市场。

  随着并行IDE磁盘接口协议进化发展为穿行SATA协议,性能和可靠性都有了很大提升, SCSI同样面临带宽和性能难以继续提升的瓶颈,一些业内人士开始考虑参考SATA协议的设计思路,将串行技术同样引入到SCSI协议中。

  2001年,一个由Compaq、IBM、LSI Logic、Maxtor以及Seagate等厂商组成的Serial Attached SCSI工作组正式成立,这一工作组的使命就是将串行技术引入SCSI协议,并结合SATA的优点,定义一种新的更有效的点对点串行传输协议。两个月之后,SCSI商业协会(STA)宣布接手Serial Attached SCSI的开发和推广工作。

  SAS继承和发展了SCSI的优势,一经推出,迅速占领了原属并行SCSI的领地,并且基于SAS良好的性价比和扩展性,SAS在未来的市场竞争中表现出了强大的生命力,成为光纤通道在后端磁盘连接中的有力竞争者之一。当然这是后话,我们在后文中会详细提到。

  除了在后端磁盘连接光纤的统治地位受到了挑战,在前端主机接口,也出现了强有力的竞争者:iSCSI。iSCSI的全称是互联网小型计算机系统接口,最早由IBM和Cisco所倡导,直至2003年,互联网工程任务组(IETF)正式批准iSCSI成为标准,标志iSCSI协议正式在网络存储领域得到认可,从2003到2005年间,iSCSI的支持与拥护队伍不断壮大,直至发展成为光纤通道在前端主机接口领域的首位挑战者。

  2006年:黄金时代

  2006年的磁盘阵列厂商们正大踏步走在从2Gb光纤到4Gb光纤的升级大道上,IT168存储频道从2006年开始进行年度产品和技术卓越奖的评选,对当年各个行业值得铭记的明星产品进行盘点和嘉奖,而当年列入IT168技术卓越奖评选榜单中的大多数磁盘阵列产品都提供了4Gb/s光纤接口的支持。

  IBM在2005年以DS4800切入4GB光纤磁盘阵列市场,率先在4GB光纤市场发力。紧随其后,HP、HDS、Sun等厂商也先后完成其中端存储产品的4GB升级发布。唯一不和谐的音符来自于EMC,IBM蓝色大旗在4Gb光纤阵地上飘扬了一年之后,EMC才慢腾腾把旗下中端旗舰产品Clariion系列升级到4GB。


IBM Totol storage DS4800,率先将主机接口升级到4Gb

  EMC宣称,包括EMC自身,几乎所有推出4GB光纤阵列的厂商目前都还没有突破硬盘磁头读写技术瓶颈,4GB光纤阵列并不能真正达到预期的速率和效能。

  现在看起来,EMC的论调显然微不足道且言不由衷,如果EMC是第一家完成4GB标准切换的厂商,相信必然是另外一番论调。由此我们也可看到,EMC在技术发展的各个阶段,对新技术的采用还是较为谨慎和保守的,例如在我们上篇提到,从SCSI到光纤的进化脚步,EMC也似乎慢了不止一拍。

  总体来说,2006年的磁盘阵列厂商对4Gb光纤表现出近乎热烈的支持态度,几乎所有的厂商都以4Gb光纤作为产品的主打卖点,带宽提升的好处被厂商广泛的推广与宣传。从IBM最早切入4Gb市场到EMC最后完成4Gb切换,整个4Gb光纤推广热潮持续了几乎2年的时间。

  厂商对4Gb光纤热情背后有两方面的原因:首先,2006年iSCSI应用发展还不够成熟,尽管未来潜力无限,但当时微小的市场份额还不足以对光纤产生冲击;另外一方面,存储网络厂商也在背后推波助澜。博科是最早推出4Gb光纤交换产品的厂商,紧随其后,思科也快速跟进了4Gb光纤市场。两大网络交换厂商都坚定不移的站在光纤的阵营,磁盘阵列厂商走在前景一片光明的光纤大道上自然对4Gb也报以了极大的热情。

  更深一层次的原因还包括,虽然光纤的性能和扩展性早已被厂商认可,但步入4Gb,也是光纤首次在单条链路的传输速率上首次超过SCSI。此时的SCSI是Ultra 320版本,传输速度是320Gb/S。

  回顾2004-2006年间,光纤的产品日渐丰富和多样化,功能日益强大,结构也越来越完善和复杂,光纤已经真正步入其在网络存储领域的黄金时代。与此同时,光纤的竞争对手也在不断向前发展……

  iSCSI自从2003年被正式认可,在网络存储领域登堂入室以来,拥护支持者日渐众多。相比光纤,iSCSI最大的优势在于开放性和灵活性,能够基于局域网、广域网或者Intelnet上传输数据,而光纤则必须基于昂贵的光纤网络,对系统整体成本和维护管理都有较高的要求和门槛。

  数据中心从封闭的大型主机年代逐步演变到开放标准组件占主导地位的年代,几乎所有人都意识到标准化和开放化同样也是网络存储的未来方向,也因此,iSCSI尽管还存在性能上的缺陷,一些铁杆支持者也坚持认为,随着10Gb以太网普及带来的网络性能增强,iSCSI在未来极有可能取代光纤,尽管当时10Gb以太网还遥遥无期。

  2007年:争议初起

  到了2007年,10Gb以太网渐行渐近的脚步声已经隐约能够听到,然而情况却发生了微妙的变化。

  2007年4月,由Emulex、EMC、Brocade等厂商组成的一个网络存储工作小组宣布了一项新的标准,旨在通过以太网直接传输光纤协议,即FC over Ethernet(FCoE)。FCoE能够让用户在低廉、开放的以太网基础上,享有接近于光纤的交换性能。

  FCoE即FC over Ethernet,意即通过以太网络进行光纤协议传输,相比同样使用以太网进行传输的iSCSI,FCoE性能更好

  FCoE网络存储工作小组的成员厂商包括:Brocade,Cisco,EMC,Emulex,IBM,Intel,Nuova,QLogic和Sun Microsystems等众多厂商。参与FCoE协议标准制定和提议的厂商阵容如此奢华和强大,其中不乏老牌的铁杆光纤支持厂商,让我们窥见主流厂商对于存储网络的未来业已有了相当鲜明的态度与想法。

  前面我们提到,由于iSCSI数据传输性能上始终无法与光纤相比,因此iSCSI在进攻光纤阵地的攻坚战中始终进展缓慢,而FCoE仍然基于光纤传输协议,使用以太网络作为传输介质,据称“能够让用户通过开放标准的以太网络享受不输于光纤的传输性能”。

  同年,博科正式收购以太网络公司Foundry的消息也传递另外一个信号:未来的存储网络,无疑将以以太网为主旋律,而封闭保守的光纤协议从此进入到开放标准的以太网络环境,获得新的生命力。

  这一年有代表性的产品包括:EMC再次升级DMX直连矩阵架构,发布第四代基于直连矩阵架构的产品Symmetrix DMX-4高端存储系统,内部采用点对点的4Gb光纤接口,支持最大磁盘数量达到2400个,最早提供的版本仅支持FC磁盘,很快也实现750GB SATA II磁盘和FC磁盘在同一象限内混插,到了2008年,还增加了对闪存盘(SSD)的支持,成为闪存盘在企业存储领域的首次试水。

EMC最新一代DMX系列,与2009年发布的V-MAX成为高端产品的两个系列,两大支柱。率先在企业级存储提供SSD支持

  也是在同一年,HDS发布新一代高端存储系统USP V,同样也是在最早Hi-Star基础架构基础上几经改进和升级,实现端到端4Gb光纤传输。容量扩展达到247个TB,IOPS高达350万,连接端口方面也获得大幅度提升。此外,HDS的更新还包括增强的大规模异构虚拟化性能,强大数据保护功能以及自动精简配置等等管理特性。

HDS最新的高端主力Universal Storage Platform V(USP V)

  2008年:共分天下

  从上个世纪90年代一直到今天,对于极其活跃的IT产业来说,每一年我们都能看到很多技术创新涌现出来,但一项重大的革命性技术从开始提出到真正发挥出影响力,仍然需要较长的一段时间来检验,SAS技术(Serial Attached SCSI)走过的一条漫长的应用普及之路就很好的印证了这一点。

  在2008年HDS用户大会上发布的HDS AMS 2000是一款内部采用SAS交换架构的中端存储系统,这款系统的后端扩展背板摒弃了传统中端存储FC-AL的环路设计,通过SAS技术为中端存储系统提供了更有效、更易于扩展且更具经济性的后端背板解决方案。这款产品被认为在中端市场具备强有力的竞争力,将引领中端存储市场的技术趋势。


HDS AMS2000前端控制器自动负载均衡,后端采用SAS背板,获得IT168年度产品技术创新奖奖项

  HDS作为一家一线主流的存储系统大厂,首次在中端存储系统中放弃FC采用SAS,预示着主流存储系统厂商对SAS技术的支持态度,也标志着FC在存储系统后端磁盘连接的统治生涯迎来一个转折点和强有力的竞争对手。而在此之前,SAS的发展走过了漫长的7年时间。

  前面我们介绍过,2001年,为了突破SCSI并行总线传输的物理限制,提升SCSI的带宽和性能,延续SCSI的技术生命,Serial Attached SCSI工作组正式成立,并开始设计和定义一种新的串行点对点企业级接口协议。

  我们知道,光纤通道有两种拓扑模式,光纤通道和光纤环路(FC-AL),由于光纤价格昂贵,因此存储厂商在构建磁盘阵列时,通常选用FC-AL作为后端磁盘通道。FC-AL基于仲裁环的工作原理,单条环路上的128个环路节点必须共享一条环路带宽,以4Gb光纤为例,就是128个环路节点必须共享4Gb带宽,而且基于仲裁环的仲裁消耗,一台磁盘阵列往往在磁盘数量为60个左右的时候整体系统达到最高性能,超过这个数量,用于系统通讯上的仲裁消耗就会拖慢整体系统的性能。也因此,造成了基于FC-AL光纤环路的传统磁盘阵列的扩展性极限。

  根据SAS的接口规范,SAS结合了Serial ATA、FC-AL(光纤通道仲裁环路)和SCSI的优点,采用了先进的交换架构优于FC-AL的仲裁环路,同时兼容相对廉价的SATA设备,为企业级存储内部接口提供了更具扩展性、更有效和更具经济性的解决方案。


SAS的普及得益于产业链的成熟

  SAS标准推出后不久,支持SAS规范的接口产品从2004年开始陆续出现,包括控制芯片、HBA卡、硬盘驱动器和RAID卡,整个SAS协议标准的生态链正在一步步形成并慢慢成熟。事实上,到2006年的时候,SAS硬盘已经成为当年推出的服务器产品的标准配置,至此,SAS已经完全继承并取代上一代并行SCSI的领地和地位。

  但是在2006年的时候,企业级存储系统对SAS的支持还非常有限,基于SAS的种种优势特性,企业级存储后端磁盘通道连接的领域注定才是SAS最终发挥能量的舞台。

  2006年,在我们IT168年度技术卓越奖获奖名单中,仅有一款低端的直连存储阵列戴尔PowerVault MD1000支持SAS硬盘,这款产品的规格显然过于低端,尽管SAS在磁盘阵列产品中初露端倪,但不足以代表SAS在存储系统中普及的趋势。

  到了2006年底,OEM供应商LSI的1333和1331系统问世,才标志着大厂商开始正式参与SAS RAID系统大战。2006年11月,DELL又推出了一款面向中低端市场的磁盘阵列MD3000,尽管仍然是一台直连存储阵列。紧随其后,HP也发布了针对MSA60和MSA70,到2007年1月,IBM也宣布开始销售DS3200和DS3400两款入门级SAS系统,随后SUN、NetApp、HDS等厂商也纷纷跟进,到2007年底,绝大部分主流存储系统厂商都推出了自己的SAS产品线。

  2007年列入IT168年度产品奖名单上的产品绝大部分都能够支持SAS技术,而当年的技术卓越奖我们也颁给了SAS技术,LSI由于能提供从控制芯片、RAID、扩展器、硬盘控制器到存储系统等几乎所有的SAS生态环境构成元素,更以其在SCSI商业协会和ANSI T10委员会中持有的关键席位自始至终起着巨大的推动作用,被认为是代表SAS技术的最合适之选。

  2008年,SAS完全继承吞并并行SCSI的传统领地后,进一步开始侵蚀光纤的份额。HDS AMS2000则传递一个明确的信号:SAS正在中端存储市场开疆扩土。


H3C Neocean IX3620率先在存储系统内部实现SAS连接,支持10Gb以太网端口,荣获2007年IT168技术创新奖

  早在2007年,获得IT168技术创新奖的H3C Neocean IX3620,除了前端率先采用10Gb以太网接口外,这款产品同样也是通过在内部采用SAS 交换架构达到端到端的高速率传输,可说是首开SAS在中端存储阵列中应用的先河,但考虑H3C在整个存储业界的市场推动力和影响力较为有限,我们更倾向于认为HDS AMS2000更为正式的拉开了中端存储系统SAS时代的大幕,至此SAS将在存储系统后端磁盘通道领域与FC共分天下。

  2009-未来:走向多元化

  与2006年厂商从光纤2Gb升级到4Gb的盛况相比,光纤8Gb可说是姗姗来迟步履艰难。到今天为止,除了有限的几家厂商默默无闻的在产品上提供了8Gb光纤的支持,磁盘阵列产品升级到8Gb的厂商仍然寥寥无几。

  与此同时,多协议支持也成为了目前存储产品的主要特色,目前基本上大部分中端产品都能提供iSCSI和FC两种接口,有的产品甚至已经预留FCoE协议的支持。所有厂商都已经意识到,多元化将成为存储产品的未来。

  2009年已经过去一半,上半年比较重要的产品包括EMC最新发布的高端新品DMX V-MAX,V-MAX抛弃原有直连矩阵架构设计,采用Scale-out扩展模式,可扩展性和操作效率有了大幅度提高。最新一代Enginuity 5874提供的增强功能包括包括自动化卷容量配置、无缝的虚拟LUN迁移、基于策略的资源和负载均衡管理以及统一的自动化管理中心。

EMC最新的高端存储系统Symmetrix V-MAX

  从1997年,光纤技术最早被引入网络存储领域,已经走过了十多年发展历程。因为光纤通道的引入,今天的存储系统结构更完善、读取效率更高、功能更丰富,整体性能迈入了一个新的台阶,并不断有新技术被引入和融合近来,因此产生了丰富多彩的产品类别。

  以一个人的生命时间来计算,十多岁的小孩子还正值的年少天真烂漫的时光。然而在这短短的十年时间里,FC已经从一个不成熟的、幼稚的小孩子发展成熟,步入其技术生命周期的青年时代。

  尽管我们认为今天的光纤技术成熟可靠,犹如一个可信的成年人可承担不同的关键工作负载,尽管我们今天在存储系统的接口协议方面有了更多地选择,但并不意味着光纤就会在不远的将来步入暮年,可能被其他技术所取代,至少在目前还看不到这种可能性。一个技术的成熟,指的是该技术发展日臻完善,并不断降低实现成本,以实现更大的用户价值。当技术发展日渐成熟的时候,其产品的性价比竞争也就更加激烈。

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