Active存储知识:网络存储协议对比分析

2020-11-17 09:56

我们对常见存储网络协议(如iSCSI、FC、FCoE、NFS、SMB/CIFS、HTTP和NVMe)的特性进行比较,以确定哪种协议最适合其需求。


存储网络协议使应用程序、服务器和其他系统能够与网络上的存储设备进行交互。与直接连接存储(DAS)相比,它们还使用户可以共享文件,并使组织支持更大的存储容量。


存储网络协议提供了一组标准规则,这些规则定义了如何在设备之间传输数据。诸如网络连接存储(NAS)和存储区域网络(SAN)之类的系统依靠存储协议来促进数据通信。云存储平台还使用协议来提供对其数据存储库的访问。

1.互联网小型计算机系统接口(iSCSI)


iSCSI是一种可以通过TCP/IP网络提供对存储设备的块级访问的传输层协议。该协议在TCP之上起作用,并描述了如何通过局域网(LAN)、广域网(WAN)或互联网传输SCSI数据包。iSCSI使IT部门可以建立共享存储网络,例如存储区域网络(SAN)。


由于iSCSI使用标准的以太网技术,因此组织通常会使用iSCSI,这使其比光纤通道(FC)更便宜、更容易采用。iSCSI可以利用多路径、巨型帧、数据中心桥接(DCB)和其他技术,可以更远距离高速传输数据。现在,基于iSCSI的SAN实施支持高达25Gb以太网的数据速率,而50GbE和100GbE紧随其后。


目前主要的存储网络协议包括iSCSI、FC、FCoE、NFS、SMB/CIFS、HTTP和NVMe-oF。

2.光纤通道(FC)


光纤通道(FC)是一种高速网络技术,可以有序提供无损的原始数据块数据。该技术定义了多个通信层,用于使用光纤通道协议(FCP)传输SCSI命令和信息单元。除了SCS之外,光纤通道还能够与IP和其他协议互操作。它提供点对点、交换和环路接口,并可以提供高达128Gbps的数据速率。


创建光纤通道以支持存储区域网络(SAN),并解决SCSI和高性能并行接口(HIPPI)的缺点。它提供了可靠且可扩展的协议和接口,具有高吞吐量和低延迟,非常适合共享网络存储。在与光纤一起使用时,光纤通道可以支持相距10公里的设备。但是,光纤通道(FC)网络可能很复杂,并且需要使用专用设备,例如交换机、适配器、端口。


3.以太网光纤通道(FCoE)


以太网光纤通道(FCoE)协议使光纤通道(FC)通信可以直接在以太网上运行。该协议使用无损以太网结构及其自身的帧格式将光纤通道(FC)帧封装在以太网帧中。以太网光纤通道(FCoE)使局域网(LAN)和存储区域网络(SAN)流量可以共享同一物理网络,但彼此保持隔离。它与标准以太网卡、交换机和电缆以及支持以太网光纤通道(FCoE)的组件一起使用。以太网光纤通道(FCoE)可以支持与高速以太网相同的数据速率。


通过以太网光纤通道(FCoE),组织可以在整个数据中心使用单一的布线方法,与常规光纤通道相比,这有助于简化管理并降低成本。以太网光纤通道(FCoE)还保留了常规光纤通道的一些延迟和流量管理优势,它可以使用数据中心桥接(DCB)来消除队列溢出期间的损失。但是,以太网光纤通道(FCoE)不能跨路由网络(如光纤通道)工作。


4.网络文件系统(NFS)


网络文件系统(NFS)既是一种分布式文件系统,也是一种网络协议,用于在同一局域网上的设备之间访问和共享文件。该系统及其协议通常用于支持网络连接存储(NAS)。网络文件系统(NFS)是一种低成本的网络文件共享选项,它使用户和应用程序能够访问、存储和更新远程计算机上的文件,就像使用直接连接存储(DAS)一样。


网络文件系统(NFS)使用远程过程调用(RPC)协议在客户端和服务器之间路由请求。尽管参与的设备必须支持网络文件系统(NFS),但它们不需要了解网络的详细信息。但是,远程过程调用(RPC)可能不安全,因此网络文件系统(NFS)应该仅部署在防火墙后面的受信任网络上。尽管Windows支持该协议,但该协议主要在Linux环境中使用。


5.服务器消息块/公用互联网文件系统(SMB/CIFS)


服务器消息块(SMB)是一种客户端-服务器通信协议,使用户和应用程序可以访问远程服务器上的存储和其他网络资源。因为它是响应请求协议,所以它在客户端和服务器之间传输多个消息以建立连接。服务器消息块(SMB)在应用程序层上运行,并且可以在TCP/IP网络上运行。与网络文件系统(NFS)一样,该协议通常用于网络连接存储(NAS)。


自从首次推出以来,已经发布了多种服务器消息块(SMB)。最早的一个是公用互联网文件系统(CIFS)。它是由微软公司引入的,被称为易用型协议,该协议存在一些漏洞,并且容易出现延迟问题。即使这样,它仍被Windows、Linux和Unix等操作系统所接受。后来的服务器消息块(SMB)使公用互联网文件系统(CIFS)几乎已过时。即使如此,服务器消息块(SMB)和公用互联网文件系统(CIFS)的术语也经常互换使用,尽管公用互联网文件系统(CIFS)只是单个服务器消息块(SMB)的实现。


6.超文本传输协议(HTTP)


HTTP通常不被认为是一种存储协议,但是它通常通过RESTfulAPI和标准HTTP/HTTPS请求来支持对AmazonS3、GoogleCloudStorage和MicrosoftAzure等云存储服务的访问。AmazonS3已经成为云对象存储的事实上的标准,并且现在由内部部署存储系统(包括NAS)支持,从而巩固了HTTP作为存储协议的作用。


HTTP是在TCP/IP之上运行的全球互联网应用程序协议。它提供了一组在HTTP端点之间传输数据的规则,这些端点发送请求和接收响应。该协议基于客户端-服务器模型,得到了广泛的支持和实施。大多数编程语言都包含HTTP请求功能,这使得几乎所有应用程序都可以使用基于标准的技术来访问存储。

7.NVMe存储网络(NVMe-oF)


NVMe-oF建立在NVMe规范的基础之上,是一种高速存储协议,用于跨网络结构(如以太网、光纤通道和InfiniBand)访问固态存储。NVMe-oF定义了一种通用架构,用于使用基于NVMe消息的命令与存储系统接口。该协议可以支持许多NVMe设备,同时可以扩展NVMe设备及其子系统之间的距离。


NVMExpress公司表示,NVMe-oF协议的90%与基本NVMe相同,后者是为通过外围组件互连Express总线直接连接到计算机的SSD硬盘设计的。像NVMe一样,NVMe-oF可以更好地利用闪存驱动器的固有速度,该速度通常受更传统的协议和接口的限制。提供全闪存阵列的存储供应商正在迅速采用NVMe-oF,以支持数据密集型工作负载和高性能计算。许多人认为NVMe-oF将最终成为企业存储的事实上的协议。

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