光纤通道技术“平民化”

光纤通道价格的门槛已不再 非凡提示：本文档版权属《微电脑世界》所有
曾几何时，光纤通道技术作为存储技术领域的贵族，给中小企业用户一种高不可攀的感觉。它虽然天生在性能、连接性和扩展性等方面具有绝对的优势，但动辄数百万元、甚至上千万元的整体价格，令资金有限的中小型用户望而却步。
在2001年的这个时候，谁要是宣称要搭建一个二三十万元的SAN系统，那一定会被同行笑死，被厂商骂死，被集成商骗死，被系统故障折腾死。然而随着光纤技术的日益成熟，尤其是随着大批台湾厂商的介入和一些国内厂商的出现，情况已经完全改观。     今天，不仅出现了众多光纤设备厂商提供低价格的产品，而且像IBM和EMC这些原本高高在上的知名品牌，也纷纷推出低价格的存储产品和整体解决方案。假如我们现在再来搭建一个SAN系统，不要说二三十万元，就算只有10万元的预算投入，市场上也可以有相当多的产品供我们选择，而且其中不乏知名品牌的产品。     以前说光纤产品贵，不仅仅是磁盘上的价格差异。事实上，主机连接、交换设备、阵列控制器和磁盘这4个方面，实现光纤技术都需要一定的投入。那么到底是什么东西在降价呢？答案是，都在降价！     1．光纤卡在降价     要知道，目前还没有哪家服务器厂商在服务器主板上集成光纤通道接口的。也就是说，要想实现光纤通道连接，先买光纤卡去。光纤卡虽小，其中学问可不少。在厂商那里叫“光纤通道适配器”（一般就简写为HBA），完整的称呼应该叫“光纤通道主机总线适配器”，见得多了，您就会发现在IBM、HP、EMC这些地方买到的光纤卡都一模一样。仔细一打听，原来都是OEM同一家厂商的。也难怪，以前能够生产光纤卡的厂商，全世界也就那么三四家，而且说出名字来，都不是什么大公司。产量小，用量少，这价格嘛，自然低不了。信不信由您，一片光纤卡5万！这还是打了折扣的。不过别怕，这是从前了，现在光纤卡的品牌可多了，估计至少也得有个七八十家。要是普通的IA服务器平台，找到一款1万元以内的光纤卡并不是什么难事，就算是小型机服务器的光纤卡，价格也就是1万出头。     2．光纤交换机也在降     搞定了光纤卡，再来看看光纤交换机，这里面的学问更多。从复杂程度上来说，绝不次于大型路由器。技术问题且不论，就价格而言，光纤交换机经常是SAN中最大的投资部分，平均每个端口成本在2万元左右，假如端口数较多（超过16个端口就算多了），每个端口的成本还要更高！如此高昂的价格，是无法让光纤交换设备走入中小型系统的。厂商也很早熟悉到这一点，但是和光纤卡的情形差不多，全球只有5家厂商生产光纤交换设备，每年的生产能力还不够满足那些高端用户的呢，所以对低端市场，暂时可以放在一边。然而，随着高端市场增长速度放缓，这些厂商纷纷将注重力调整到了潜力巨大的中小型系统。就是从2002年第二季度开始，光纤交换设备的成本迅速下落，现在一些低端交换设备的每端口成本已经降到了5000元以下，而且还有进一步下调的空间。究竟从生产成本看，光纤交换机和网络交换设备相差不大，况且，假如光纤交换设备不及时降低门槛，那低端市场很有可能会被日益成熟的iSCSI技术抢占。     3．光纤阵列还在降     跟光纤卡和光纤交换机的情况相比，磁盘阵列领域的品牌真是太多太多了。仅登陆国内市场的低端产品，就有不下50家，还没算上IBM、Sun和HP这些主机厂商的产品和EMC、HDS这些中高端存储厂商的产品。再加上本土的十余款产品，中小型用户在磁盘阵列产品的选择上，主动权是明显的。然而，以往光纤阵列控制器的技术没有充分开放，各个厂商的产品都是自行设计生产专用的光纤阵列控制器，所以成本较高。这个问题直到2001年才得到一定程度的解决，几家阵列控制器厂商开始向市场提供通用的光纤阵列控制器。2000年，大量采用通用阵列控制器的产品面市，其成本果然像人们预期的一样大幅度下降。半光纤（内部是SCSI或IDE磁盘，外部接光纤通道）阵列的价格仅3万～4万元，全光纤（内部磁盘和外部主机都采用光纤通道）阵列的价格也只有5万～8万元。这些产品的性能都可以达到知名主机厂商的中端产品水平，而价格却只是其1/3～1/4，真值！     存储肯定离不开硬盘。以往同样容量的光纤硬盘，价格是SCSI硬盘的2～3倍，这也是阻碍光纤技术平民化的因素之一。但是从厂家的生产成本来看，光纤硬盘没理由比SCSI硬盘更贵，而且还贵这么多！问题还是出在产量和用量上，由于销量小，经销商必须增加利润空间，来保证正常的渠道运作，SCSI硬盘可以赚10元钱就卖，反正1个月能卖1000片，但是光纤硬盘1个月才卖1片，要是每片只赚10元，连人员费用都负担不起。也就是说，用户多承受的部分，几乎完全是渠道成本。这多少会让最终用户心里不太舒适。现在好了，光纤硬盘的出货量已经足够大了，从最终用户角度看，光纤硬盘和SCSI硬盘的价格已经相差无几。     4．价格已非消费瓶颈     价格已经不再是中小型系统与光纤技术之间的“银河”，中小企业拥抱光纤技术的机会已经到来。但是且慢，还有个问题要明确――光纤技术是天仙还是恐龙？ 成熟的光纤通道技术来保证记得2000年初的时候，本人亲手搭建过一个需要6个光纤交换机堆叠的SAN环境。本以为像以太网交换机一样，接上就可以用了。结果没想到，前前后后忙乎了1个星期，翻烂了产品手册和配置说明，还在国外的权威技术论坛上到处找人问，最后系统终于被搞定了。举这个例子，也许只能说明我是多么的迟钝和愚笨。但正是这么一个笨人，日前意外地发现，现如今的光纤技术成熟度大大提高，连接SAN的工作不再那么可怕了，而这都有赖于新一代光纤交换设备的完全自动化的治理和配置。
    要想了解光纤交换技术的进步，还是让我们从光纤技术中的一些基本概念说起吧。下面的一段话可能会令您困倦不堪，但请原谅，我一定保证用最简短的方式来表达，希望您不会鼾声响起。     1．光纤互连的学问

    光纤通道技术中，设备互连有3种基本实现方式: 点对点（如图１所示）、光纤仲裁环（如图2所示）和交换式连接（如图３所示）。在这3种不同的方式中，设备接入SAN的工作机制略有区别，在技术上，我们称之为不同的端口类型。在点对点的连接中，设备提供N型端口；在光纤环路中，设备提供NL型端口；在交换式连接中，设备提供N型端口，而交换机提供F型端口。     

    此外，在混合的连接方式中（如图4所示），当一个光纤环路接入一个交换式结构时，交换式结构需要一个FL型端口；2个交换式结构之间互连时，需要2个交换结构各提供一个E型端口。     

    总的说来，在光纤连接的SAN结构中，一共有5种端口类型：N型、NL型、F型、FL型和E型。其中前2种是主机和存储设备需要具备的工作机制，后3种是光纤交换机需要提供的连接机制。由此可见，同一片光纤卡、同一台光纤通道磁盘阵列和同一台光纤交换机、工作在不同的环境中，其内部的工作机制是不同的。这就要求设备具有自动识别、判定和动态调整工作机制的能力。现在，一些光纤交换机提供一种叫做G型端口的工作方式，其实，这个G就是Global的意思。即指这个端口可以提供F型、FL型和E型3种类型的工作方式，而且可以完全自动侦测环境，动态调整工作方式，完全无须人工干预。类似的机制虽然早就出现过，但是G型端口作为业界的事实标准，得到了各个光纤交换机厂商和周边设备厂商的支持，这种统一标准的普及，大大增强了光纤设备的易用性。     2．光纤技术已成熟     现在，我们不妨再多了解一些更细节的技术问题。不为别的，只为选择光纤设备时，尽可能识破一些油嘴滑舌的供货商别有专心的误导。事实上，光纤技术发展到今天，已经有7年的历史，其间经历了若干次大大小小的技术变革。今天的光纤交换机在自动化、智能化和治理性方面都与上一代产品有着本质的区别，而下面讲到的这些技术问题也能帮助我们了解: 为什么说现在的光纤技术已经大为成熟了。     在从前的SAN系统中，一些底层的工作机制并未彻底完善，而后在实际的应用环境中逐渐摸索和修正，最终通过相关生产商和国际组织的共同努力，终于彻底解决了这些问题。这里只举2个例子。一个是LIP治理问题，另一个是公私地址转化问题。     3．LIP治理问题     LIP是光纤环路中的一个工作信号。当环路中新添加一个设备时，就会产生一系列的LIP信号。这个信号在整个光纤环路上游荡，其结果就是环路上所有的工作都必须停下来，等着这个漫长的过程结束。     举个现实的例子来说，在一个电视台的非线性编辑网络中，一台工作站正常的开机或者重启，带来的结果可能是灾难性的――同一网络中的其他工作站上，一个进行了2个小时的节目采集业务会中断，前面的数据将无法挽回，一切须重新来过。这一切的罪魁祸首就是LIP。     现在的光纤交换机内部都具有了LIP隔离功能，可以设定LIP波及的范围和方式，甚至可以干脆禁止LIP的出现。有了LIP隔离功能，新一代光纤交换机终于可以摆脱这个讨厌的魔鬼，放心地使用在大数据量并发访问的环境中了。     4．公私地址转化问题     公私地址转化是个类似以太网络路由的问题。我们知道在以太网络中硬件地址（Mac地址）需要对应到软地址（如IP地址等），然后网络对软地址进行治理。光纤网络中也是一样，硬地址（WWN）需要映射为软地址（如ALPA等），但是情况略为复杂。在光纤仲裁环与交换式结构并存时，一些存储设备的地址只能在环路中被访问到，在交换式结构中则无法对应到有效的地址。对这种地址我们称之为私有地址，所对应的环路我们称之为私有环路。另一些比较开放的设备则不存在这个问题，因为它们的地址是公有地址。     您可能已经彻底糊涂了，别急，还是让一个形象点的生活比喻来说明问题吧。每个人都有一个名字（硬地址）和一个电话号码（软地址），请先忘掉手机，我们只用固定电话互相联络。我们假如在同一个公司上班（同一个光纤环路），联络起来就很方便了，直接拨打一个4位的分机号码（私有地址）就可以了。假如在不同的公司上班（由交换式连接所互连的不同环路），问题就略为复杂，有些公司比较有实力，可以为每一个员工分配一个市内直拨的电话号码（公有地址），然而更多的情况是整个公司只有一个对外的电话号码，由接电话的前台小姐再将电话转到内部的某个分机。这个前台小姐起到的作用就是公私地址转化。
    千万别小瞧这个看似简单的作用，假如不能顺利而方便地实现公私地址的转化，SAN系统中的各个设备之间互连永远都是一个棘手的问题。我们需要光纤技术吗？ 前面鄙人唾沫横飞地论述了光纤技术的成熟，无非是想向大家阐明一个道理――光纤技术是个能用的东西。好了，听我讲一讲光纤技术的优越性。     光纤通道技术作为SCSI技术的继任者，与前任相比，主要具有3个方面的优势：连接距离、扩展能力和性能。     1．连接距离的优势     我们都知道，SCSI的线缆最长不超过25m，而这也只是个理论数值。实践中，当SCSI通道上的设备数超过8个时，其连接距离一般只能限制在1.5～3m。这个距离对连接在主机内部的设备来说，已经足够了。但是现在，越来越多的设备需要在主机外部连接。数据备份所使用的磁带库、双机群集系统的磁盘阵列，这些设备都必须连接在主机外部。当主机与外部存储设备的距离稍微有点儿远时，SCSI就无能为力了。     我就曾经在一个小型企业碰到了这样的麻烦，这家企业的办公楼与生产中心有一定距离，大概100m左右。生产环境和办公环境内各有1台服务器，经过一次系统故障后，这个企业熟悉到了系统稳定的重要性，决定采用双机群集的方式来保护自己的IT系统。方案很快就产生了――采用现有的2台服务器互相备援。但是问题也来了，100m的距离对SCSI来说太长了。无论共享的磁盘阵列放在哪一边，另外一边的服务器都无法与之连接。     在我的推荐下，这家企业最后采用了光纤通道磁盘阵列。对光纤通道技术来说，这个问题自然不在话下，多模光缆可以达到300～500m的连接距离，单模光缆则可以达到10km。     2．扩展能力的优势     光纤技术的另一个优势就是其强大的扩展能力。在一个光纤仲裁环路上，可以连接126个设备，而在一个交换式结构中，可以容纳6万多个设备。相比之下，SCSI通道上最多只能容纳15个设备的限制，严重地影响了系统的升级扩展能力。尤其是在大数据量的情况下，由于光纤通道可以采用相对较少的通道控制芯片，使其治理方式简单，故障点减少，从而增加了系统的稳定性和可靠性。另外，光纤通道设备可以通过仲裁环路或者交换式结构，连接成一个网络，即所谓的SAN。而SCSI技术只能实现点对点的连接，这使其在一些环境下根本无法满足需求。     例如在多机的群集环境中，一般都需要参与群集的所有主机服务器共享同一个磁盘阵列。目前很多群集软件都可以支持到多达32台甚至64台主机，通过“一备多”或者“多备多”的方式实现高可用群集。然而，由于落后的连接机制，在多于2台主机的群集环境中，SCSI技术根本无法实现多主机对磁盘阵列的共享连接。     3．性能的优势     最后，也是最突出的一点，便是光纤技术的高性能。目前光纤技术的标准已经发展到了单通道200MB/s的带宽，而SCSI技术的带宽通常为160MB/s，最新的SCSI标准提供320MB/s的带宽，基于这个标准的阵列控制器至今还没有面市。虽然从这个数值比较上看，200MB/s和160MB/s并无太大差异，而且新的320MB/s带宽的SCSI技术看上去还要更胜一筹，但是在实际的使用中，用户会发现光纤通道的带宽比SCSI的带宽要高出很多，甚至要数倍于SCSI技术。原因何在呢？其实很简单，SCSI所宣称的160MB/s也好，320MB/s也罢，都是在绝对理想条件下的一个理论数值，在实际的环境中根本无法得到这样的性能。实际上320MB/s的SCSI技术在实际环境中一般可以得到60～70MB/s的性能，160MB/s的SCSI技术性能略低，大概在50MB/s左右。而光纤通道技术则不同，在经过优化的环境中完全可以达到标称的性能指标，即便在普通的环境中，200MB/s的光纤技术也可以得到150～190MB/s的实测性能。     如此看来，光纤技术的确不是可怕的恐龙，而是绝世的天仙。还等待什么，赶紧去拥抱吧！     欢迎访问存储社区企业存储技术讨论区参与光纤通道主题讨论

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