FC和iSCSI协议的分析比较

1、fc和iscsi协议的分析比较摘要 fc和iscsi是目前存储区域网络 san（storageareanetwork）的两个主流协议。该文介绍 fc （fibrechannel：光纤通道）和iscsi协议的协议结构以及 流量控制和发现机制，在零复制和流量控制等方面对fc和 iscsi的协议功能进行了分析比较。关键词存储区域网 络；fc； iscsi；零复制。1引言san是一种专用网络，是网络 服务器群的后端，可采用光纤通道或iscsi等存储专用协议 连接成高速专用网络，使网络服务器与多种存储设备直接连 接。san的最大特点就是可以实现网络服务器与存储设备之 间的多对多连接，而且，这种连接是本地

2、的高速连接。san 架构的优势在于，强大的扩展性、多种存储设备的集中和新 架构支撑下的新型数据应用方式，在安全意义下负责可持续 的存储和数据传输。目前，fc和is csi是应用于存储区域 网吉比特速率的两种主要技术。2 fc协议分析2o 1 fc协 议结构光纤通道按协议层进行分层，各层之间技术相互独立, 留有增长空间，并且由被认可的标准化机构进行开发，分层 结构共分5层，如图1所示。 图1fc协议层次c-0（物 理层底层）:fc-0层定义了连接的物理端口特性，包括介质和 连接器（驱动器、接收机、发送机等）的物理特性、电气特性 和光特性、传输速率以及其它的一些连接端口特性。 fc-1（传输协议）

3、：规定了 8b / 10b编码方式和传输协议.包 括串行编码、解码规则、特殊字符和错误控制。(3) c-2： 规定了具体的传输机制，包括帧格式，节点间的信息交换。 c-3：提供高级特性的公共服务，即端口间的结构协议 和流动控制，它定义了三种服务：条块化(striping).搜索 组(huntgroup)和多路播放(broadcastmultica st)。(5) fc-4(ulp 映射)：定义了 fibrechannel 和 ip, scsi-3 以及 其他的上层协议之间的接口。fc流量控制fc中的流量控制 机制是在信用度系统上的基础上。所谓的信用度(credit)是 指设备接受额外帧的能力。

4、信用度的多少决定了设备接收额 外帧能力的大小。如果接受方没有向发送方发出任何的信用 度，那么发送方就不能发送任何帧，在信用度的基础上协调 帧传送，可以避免帧的丢失，同时减少了对整个帧序列进行 重传的频率。实际上，这种基于信用度的机制建立在终端节 点能够提供的缓冲区(tx-buffer和r x-buffer)的数目上， 这些缓冲区用于存储到来的数据流。例如，拥有板上存储器 的主机总线适配器，可能被分派作为接受缓冲区，成为fc-1 解串和译码功能，以及fc-2的帧重新装配功能之间的接口。当fc-1来提交帧的时候，这种接受缓冲区被充满；当fc-2 的装配线取出各个帧进行数据块的重建时，这种接受缓冲区

5、 被清空。为了充分的利用fc的传输能力，最好能够连续的多 发出多个帧。这一点在事务开始前由授权充分信用度来实现, 同时利用fc的全双工能力在帧还未接受时就发出附加的信 用度。fc中常用的两种是端到端(ee-credit)和缓冲区到缓 冲区(bb-c redit)的流量控制。端到端的流量控制机制 (ee-credit)是在两个终端节点之间使用的流量控制。在两 个通信节点登录并交换通信参数时候，建立起传输信用度, 并且由节点本身来监测。中间的交换机不参与端到端流量控 制。如图2所示图2fc基于信用的流量控制一旦一个初始的 信用度等级授权后，如果要补充信用度的话，要由接受方向 发送出应答来实现。每发

6、出一个帧发送方就消耗了一个端到 端的信用度，只有当其接收到一个ack后才能增加信用度。 光纤通道中还定义使用bb-credit的流量控制机制(缓冲区 到缓冲区的信用度)，并且依靠receive-ready (r -rdy)有序 集补充信用度，如图2所示。某个附接到交换机的终端接点 将在登录到交换机的过程中建立它的bb-cr edito在交换机 远端参与通信的一方将在登录时建立其自身交换机的bb-c redito bb-credit没有端到端的成分。发送方在发出一个帧 时将bb-credit减1,直到bb-cr edit的数量为零的时候. 此时不能再进行帧发送。在接收到r-rdy时将bb-cre

7、dit加 lo bb-cred it的初始值必须是非零的。如果为零的话，说明 不能再接收或者发送帧。fc发现机制在fc中，当一个新的 设备加入到网络中时，它要与它的网络的管理者取得联系, 网络管理者便会依次告知所有那些已经注册过的和那些需 要被通知这一事件的设备。此外，在fc中，由于为了增强网络的灵活性和安全性，有时可能需要进行分区。当一个新的 设备加入到网络中的时候，该设备首先与它同在一个分区的 其它现有设备完成注册，然后连接这个设备的交换机会把这 一事件告知其他的分区的设备和其它的交换机。图3fc发现机制如图3所示，如果当a区的节点a加入网络时，它 先与fc交换机取得联系，那么fc交换机将

8、把a节点加入网 络的这一信息先后分别告知节点b和节点c以及b区的节点 d和节点e。至此，a节点就加入到网络中，可以与a区与b 区中的设备进行通信。3iscsi协议分析3. liscsi协议结构 如同任何一个协议一样，iscsi也有一个清晰的层次结构， 根据osi模型,iscsi的协议栈自顶向下一共可以分为五层， 如图4所示： 图4 iscsi协议分层模型.scsi层：根据应 用发出的请求建立scsicdb（命令描述块），并传给i scsi层; 同时接受来自iscsi层的cdb,并向应用返回数据。.iscsi 层：对scsicdb进行封装，以便能够在基于tcp / ip协议的 网络上进行传输，完

9、成scsi到tcp / ip的协议映射。这一 层是iscsi协议的核心层。.tcp层：提供端到端的透明可靠 传输。.ip层：对ip报文进行路由和转发。.link层:提供点到点的无差错传输iscsi流量控制与超时重发流量控 制是指发送方控制发送数据帧到网络的速率。发送方发送的 速率一般是传送路径上的交换机、路由器或接收方可用的缓 冲区大小的函数。iscsi则采用tcp / 1p协议的端到端的流 量控制机制，以可变发送窗口的方式进行流量控制。发送窗 口在连接建立时由双方面定，但在通信过程中，接收方可根 据自己的资源使用情况，随时动态地调整自已的接收窗口 （可增大或减小），然后告诉对方，使发送方的发

10、送窗口和自 己的接收窗口一致。iscsi采用的是tcp的自适应超时重发 算法，可根据网络的情况动态调整。这种算法记录每一个报 文段发出的时间以及收到相应的确认报文段的时间，这两个 时间之差就是报文段的往返时延rtt,当发送一个数据段时， 启动相应的定时器，如果定时器超时确认报文段还没有到达, 就触发数据配发机制。如果超时之前得到确认，就记录新的 往返时延，将各个报文段的往返时延样本进行加权平均得到 新的报文段的平均往返时延rtt,显然定时器设置的重发时 间应大于平均的往返时延rtto在实际应用中，rtt的算法 还很复杂，目前一般采用的是karm算法。3. 3iscsi发现机 制i scsi发起

11、端为了和iscsi目标端建立iscsi会话,iscsi 需要知道iscsi目标端的ip地址，tcp端口号和名字三个信 息。iscsi发现的目的是为了让iscsi发起端获取一条到 iscsi目标端的通路oiscs i有三种发现机制：静态配置： 在iscsi发起端已经知道iscsi目标端的ip地址tcp端口 号和名字信息时，iscsi发起端不需要执行发现。iscsi发 起端直接通过ip地址和tcp端口来建立tcp连接，使用 iscsi目标端的名字来建立iscsi会话。这种发现机制比较 适合比较小的iscsi体系结构sendtarget发现：在iscsi 发起端知道iscsi目标端的ip地址和tcp

12、端口的情况下，i scsi使用ip地址和tcp端口号建立tcp连接后建立发现对 话。iscs i发起端发送sendtarget命令查询网络中的存在 的iscsi信息。这种方法主要用于网关设备，iscsi发起端 被静态配置连接到指定的iscsi设备oiscsi发起端和iscsi 网关设备建立对话并发送sendtarg et请求给iscsi网关设 备。iscsi网关设备返回一系列和它相连的iscsi目标端的 信息。iscsi发起端选择一个目标端来建立对话。零配置 发现：这种机制用于iscsi发送设备完全不知道iscsi目标 端的信息的情况下。iscsi发起端利用现有的ip网络协议 slpo isc

13、si目标端使用slp来注册，iscsi发起端可以通过 查询slp代理来获得注册的iscsi目标端的信息。当iscsi 目标端加入到网络中的时候，拓扑结构也随之改变。虽然这 种方法增加了实现的复杂性，但它不需要重新配置发起端即 可找到新的目标端。4fc与iscsi协议的比较本文主要从下 面几个方面对两个协议进行比较：4. 1流量控制机制对网络 的适应性fc采用基于信用的流量控制机制，当接受者有足 够的缓存接受发信者的数据时，接受者把credit分配给发 信者。它根据发送者的请求分配credit,仅当发送者没有用 完它的credit时，它才可以发送数据。在man/wan中，发 送者必须要等待很长时

14、间来获得接受者的确认消息。这种基 于信任的流量控制机制降低了网络的利用率。iscsi是基于 窗口的发送机制，由于发送方可以根据网络的拥塞情况动态 地调整发送速率，因此iscsi的流量控制机制对网络的适应 性更好，尤其在网络传输延迟较大的网络中。超时重发机制 的灵活性在tcp / ip协议中，tcp使用自适应重传算法以适 应互连网络时延的变化。它的要点是：tcp监视每一条连接 的性能，并计算出报文的往返时间rtt(roundt riptime) o 当连接的性能变化时，tcp随即修改rtt(也就是说它能自动 适应时延的变化)。rtt(rou ndtriptime)被发送方用来决定 是否重传报文。

15、而fibrechan ne使用的是静态的超时重发 机制，不会根据网络的情况动态地加以改变，因此发送方可 能过早或过迟地出现超时，这对改善网络的综合性能不利。 相对而言，iscsi可以动态地自适应于网络的当的情况，可 以改善网络的综合性能，从这个角度看，iscsi应该优于 fibre channel,更加适合目前的网络情况4. 3cpu对数据封 装的负担大小在存储环境中，发出的块i/o请求的大小一 般介于4k到64k之间。以8k的块i/o请求为例，已经知道 在iscsi中以太网帧的大小是，在fc中，fc的帧大小是2k。 因此8k的块i/o请求必须被分成多个小的段，以适应不同 的传输帧大小。在fc

16、中，分段和重组操作是在网卡中实现 的，因此减轻了主机cpu的负担。对于iscsi协议，由于分 段与重装是有cpu来完成的，因此增加了cpu的负担。是否 能保证数据安全传送在安全性方面，因为iscsi的一个设计 标准是它在不受信任的广域环境中的使用，iscsi规范允许 使用多种安全方法。位于iscsi层下的加密方案，不需要在 iscsi端设备之间进行协商，它们对于高层应用程序来说是 透明的。对于其他的认证实现，iscsi登录过程为两个端设 备协商两者都支持的安全类型提供了文本字段。如果协商成 功，iscsi设备之间的pdu交换将由所使用的安全程序根据 适当的安全确认需求而被格式化°is

17、ns服务器也可以协助此 过程。光纤通道是工作在第二层的协议，原本并没有建立相 应的安全机制以及安全通用协议，只不过是基于逻辑上的数 据通道绑定。5结束语对于传统的基于lan的s an来说，fc 是比iscsi更好的网络互连协议，因为fc的零复制和分段 组装机制大大地减轻了 cpu的负担，加快了数据的处理。但 是，随着存储应用的增长，存储网络往往需要跨越很远的距 离，由于在流量拥塞控制机制、发现和地址机制、超时重发 机制、安全机制等方面的优势，iscsi比fc更适合这种情况。 参考文献：1 iscsiproto colconceptsandlmpl ementation。 cisiosy stemslnc。，2001。2罗金平，汪东，方兴等译 tomclar ko i ps