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FC,SAS,SATA硬盘的区别 服务器硬盘修复 服务器硬盘数据恢复 服务器硬盘维修
    在选购硬盘阵列中,常常会涉及FC,SAS,SATA等多种不同类型的硬盘。作为数据存储最基本的介质——硬盘,其种类也越来越多。面对市场上这些主流类型的硬盘,它们又有什么不同呢?本文就对FC、SAS、SATA三种硬盘进行了比较。

一、 FC硬盘

    FC硬盘是指采用FC-AL( Fiber Channel  Arbitrated  Loop,光纤通道仲裁环) 接口模式的磁盘。FC-AL使光纤通道能够直接作为硬盘连接接口,为高吞吐量性能密集型系统的设计者开辟了一条提高I/O性能水平的途径。目前高端存储产品使用的都是FC接口的硬盘。

    FC硬盘名称由于通过光学物理通道进行工作,因此起名为光纤硬盘,现在也支持铜线物理通道。就像是IEEE-1394, Fibre Channel 实际上定义为SCSI-3标准一类,属于SCSI的同胞兄弟。作为串行接口FC-AL峰值可以达到2Gbits/s甚至是4Gbits/s。而且通过光学连接设备最大传输距离可以达到10KM。通过FC-loop可以连接127个设备,也就是为什么基于FC硬盘的存储设备通常可以连接几百颗甚至千颗硬盘提供大容量存储空间。

    关于光纤硬盘以其的优越的性能、稳定的传输,在企业存储高端应用中担当重要角色。业界普遍关注的焦点在于光纤接口的带宽。最早普及使用的光纤接口带宽为1Gb,随后2Gb带宽光纤产品统治市场已经长达三年时间。现在的带宽标准是4Gb,目前普遍厂商都已经采用4Gb相关产品。8Gb光纤产品也将在不久的将来取代4Gb光纤成为市场主流。

    4Gb是以2Gb为基础延伸的传输协议,可以向下兼容1Gb和2Gb,所使用的光纤线材、连接端口也都相同,意味着使用者在导入4Gb设备时,不需为了兼容性问题更换旧有的设备,不但可以保护既有的投资,也可以采取渐进式升级的方式,逐步淘汰旧有的2Gb设备。

二、 SAS硬盘

    SAS 是Serial Attached SCSI的缩写,即串行连接SCSI。和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同,都是采用串行技术以获得更高的传输速度,并通过缩短连结线改善内部空间。SAS是新一代的SCSI技术。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性,提供与串行ATA (Serial ATA,缩写为SATA)硬盘的兼容性。

    SAS技术还有简化内部连接设计的优势,存储设备厂商目前投入相当多的成本以支持包括光纤通道阵列、SATA阵列等不同的存储设备,而SAS连接技术将可以通过共用组件降低设计成本。

    为保护用户投资,SAS的接口技术可以向下兼容SATA。SAS系统的背板(Backplane)既可以连接具有双端口、高性能的SAS驱动器,也可以连接高容量、低成本的SATA驱动器。过去由于SCSI、ATA分别占领不同的市场段,且设备间共享带宽,在接口、驱动、线缆等方面都互不兼容,造成用户资源的分散和孤立,增加了总体拥有成本。而现在,用户即使使用不同类型的硬盘,也不需要再重新投资,对于企业用户投资保护来说,实在意义非常。但需要注意的是,SATA系统并不兼容SAS,所以SAS驱动器不能连接到SATA背板上。

    SAS 使用的扩展器可以让一个或多个 SAS 主控制器连接较多的驱动器。每个扩展器可以最多连接 128 个物理连接,其中包括其它主控连接,其它 SAS 扩展器或硬盘驱动器。这种高度可扩展的连接机制实现了企业级的海量存储空间需求,同时可以方便地支持多点集群,用于自动故障恢复功能或负载平衡。目前,SAS接口速率为3Gbps,其SAS扩展器多为12端口。不久,将会有6Gbps甚至12Gbps的高速接口出现,并且会有28或36端口的SAS扩展器出现以适应不同的应用需求。其实际使用性能足于光纤媲美。

    由于SAS由SCSI发展而来,在主机端会有众多的厂商兼容。SAS采用了点到点的连接方式,每个SAS端口提供3Gb带宽,传输能力与4Gb光纤相差无几,这种传输方式不仅提高了高可靠性和容错能力,同时也增加了系统的整体性能。在硬盘端,SAS协议的交换域能够提供16384个节点,而光纤环路最多提供126个节点。而兼容SATA硬盘所体现的扩展性是SAS的另一个显著优点,针对不同的业务应用范围,在硬盘端用户可灵活选择不同的存储介质,按需降低了用户成本。

    在SAS接口享有种种得天独厚的优势的同时,SAS产品的成本从芯片级开始,都远远低于FC,而正是因为SAS突出的性价比优势,使SAS在硬盘接口领域,给光纤存储带来极大的威胁。

三、 SATA硬盘

    传统的并行ATA(PATA)技术曾经在低端的存储应用中有过光辉的岁月,但由于自身的技术局限性,逐步被串行总线接口协议(Serial ATA,SATA)所替代。SATA以它串行的数据发送方式得名。在数据传输的过程中,数据线和信号线独立使用,并且传输的时钟频率保持独立,因此同以往的PATA相比,SATA的传输速率可以达到并行的30倍。可以说:SATA技术并不是简单意义上的PATA技术的改进,而是一种全新的总线架构。

    从总线结构上,SATA 使用单个路径来传输数据序列或者按照bit来传输,第二条路径返回响应。控制信息用预先定义的位来传输,并且分散在数据中间,以打包的格式用开/关信号脉冲发送,这样就不需要另外的传输线。SATA带宽为16-bit。并行Ultra ATA总线每个时钟频率传输16bit数据,而SATA仅传输1bit,但是串行总线可以更高传输速度来弥补串行传输的损失。SATA将会引入1500Mbits/sec带宽或者1.5Gbits/sec带宽。

    由于数据用8b/10b编码,有效的最大传输峰值是150Mbytes/sec。

    目前能够见到的有SATA-1和SATA-2两种标准,对应的传输速度分别是150MB/s和300MB/s。从速度这一点上,SATA已经远远把PATA硬盘甩到了后面。其次,从数据传输角度上,SATA比PATA抗干扰能力更强。此外,串口的数据线由于只采用了四针结构,因此相比较起并口安装起来更加便捷,更有利于缩减机箱内的线缆,有利散热。

    尽管SATA在诸多性能上远远优越于PATA,甚至在某些单线程任务的测试中,表现出了不输于SCSI的性能,然而它的机械底盘仍然为低端应用设计的,在面对多线程的传输任务时,相比SCSI硬盘,仍然显得力不从心。

四、 三种硬盘的比较

    对于用户来说:单纯比较硬盘并不一定是越贵的越好,关键是看是否适合自己的应用。另外单纯硬盘的硬盘接口协议也不是衡量一个存储系统性能指标的唯一要素,除了硬盘性能指标以外,存储系统的硬件设计,前端主机接口等性能指标也同样对存储系统的整体性能影响巨大。

    如果需要应用于I/O负载较轻的应用比如文件共享、FTP、音频存储、数据备份等可以考虑基于SATA硬盘的阵列。如果I/O负载较重的FTP、VOD、EMAIL、Web、数据库应用,那么可以考虑基于SAS/FC硬盘的存储系统。
SAN 的概念

    SAN(Storage Area Network)存储区域网络,是一种高速的、专门用于存储操作的网络,通常独立于计算机局域网(LAN)。SAN将主机和存储设备连接在一起,能够为其上的任意一台主机和任意一台存储设备提供专用的通信通道。SAN将存储设备从服务器中独立出来,实现了服务器层次上的存储资源共享。SAN将通道技术和网络技术引入存储环境中,提供了一种新型的网络存储解决方案,能够同时满足吞吐率、可用性、可靠性、可扩展性和可管理性等方面的要求。

一、FC-SAN

    通常SAN由磁盘阵列(RAID)连接光纤通道(Fibre Channel)组成(为了区别于IP SAN,通常SAN也称为FC-SAN)。SAN和服务器和客户机的数据通信通过SCSI命令而非TCP/IP,数据处理是“块级”(block level)。SAN也可以定义为是以数据存储为中心,它采用可伸缩的网络拓扑结构,通过具有高传输速率的光通道的直接连接方式,提供SAN内部任意节点之间的多路可选择的数据交换,并且将数据存储管理集中在相对独立的存储区域网内。SAN最终将实现在多种操作系统下,最大限度的数据共享和数据优化管理,以及系统的无缝扩充。

FC-SAN的组成

    在FC-SAN中,有一些专用的硬件和软件。硬件包括FC卡、FC HUB、FC交换机、存储系统等,软件主要是FC控制卡针对各种操作系统的驱动程序和存储管理软件。

    FC卡:主要用于主机与FC设备之间的连接。 
    FC HUB:内部运行仲裁环拓扑,连接到HUB的节点共享100MB/S带宽(或更高)。 
    FC交换机:内部运行Fabric拓扑,每端口独占100MB/S带宽(或更高)。
    FC存储设备:采用FC连接方式,光纤接口可以有一到多个。FC存储设备通常采用光纤的硬盘,也有Fibre to SCSI(Fibre to ATA)的解决方案,使用SCSI(或ATA)的硬盘,在整个配置上较便宜。 
    存储网络管理软件:存储管理软件主要的功能是自动发现网络拓扑及映射,当在存储网络中增加或减少时自动发现及组态。
    高性能的光纤通道交换机和光纤通道网络协议是FC-SAN的关键。把以光纤通道交换机为骨干的网络拓扑结构称为“SAN Fabric”。而光纤通道协议是FC-SAN的另一个本质特征。FC-SAN正是利用光纤通道协议上加载SCSI协议来达到可靠的块级数据传输。

FC-SANN的应用场合

    由于FC-SAN是为在服务器和存储设备之间传输大块数据而进行优化的,因此对于以下应用来说是理想的选择:
    关键任务数据库应用,其中可预计的响应时间、可用性和可扩展性是基本要素。
    集中的存储备份,其中性能、数据一致性和可靠性可以确保企业关键数据的安全。
    高可用性和故障切换环境可以确保更低的成本、更高的应用水平。
    可扩展的存储虚拟化,可使存储与直接主机连接相分离,并确保动态存储分区。
    改进的灾难容错特性,在主机服务器及其连接设备之间提供光纤通道高性能和扩展的距离。

FC-SAN的主要好处:

     对迅速增长的数据存储需求,企业和服务提供商渐渐开始选择FC-SAN作为网络基础设施,因为SAN具有出色的可扩展性。事实上,SAN比传统的存储架构具有更多显著的优势。例如,传统的服务器连接存储通常难于更新或集中管理。每台服务器必须关闭才能增加和配置新的存储。相比较而言,FC-SAN不必宕机和中断与服务器的连接即可增加存储。FC-SAN还可以集中管理数据,从而降低了总体拥有成本。

    利用光纤通道技术,FC-SAN可以有效地传输数据块。通过支持在存储和服务器之间传输海量数据块,SAN提供了数据备份的有效方式。因此,传统上用于数据备份的网络带宽可以节约下来用于其他应用。

    开放的、业界标准的光纤通道技术还使得FC-SAN非常灵活。FC-SAN克服了传统上与SCSI相连的线缆限制,极大地拓展了服务器和存储之间的距离,从而增加了更多连接的可能性。改进的扩展性还简化了服务器的部署和升级,保护了原有硬件设备的投资。
    此外,FC-SAN可以更好地控制存储网络环境,适合那些基于交易的系统在性能和可用性方面的需求。SAN利用高可靠和高性能的光纤通道协议来满足这种需要。

    FC-SAN的另一个长处是传送数据块到企业级数据密集型应用的能力。在数据传送过程中,FC-SAN在通信结点(尤其是服务器)上的处理费用开销更少,因为数据在传送时被分成更小的数据块。因此,光纤通道FC-SAN在传送大数据块时非常有效,这使得光纤通道协议非常适用于存储密集型环境。

二、IP-SAN

    简单来讲,IP-SAN(IP存储)的通信通道是使用IP通道,而不是光纤通道,把服务器与存储设备连接起来的技术,除了标准已获通过的iSCSI,还有FCIP、iFCP等正在制定的标准。而iSCSI发展最快,已经成了IP存储一个有力的代表。 

    像光纤通道一样,IP存储是可交换的,但是与光纤通道不一样的是,IP网络是成熟的,不存在互操作性问题,而光纤通道SAN最令人头痛的就是这个问题。IP已经被IT业界广泛认可,有非常多的网络管理软件和服务产品可供使用。 

IP存储的标准:

    IP存储除了标准已获通过的iSCSI,还有iFCP、FCIP等正在制定的标准。

IP存储的优势:

    利用无所不在的IP网络,一定程度上保护了现有投资。
    IP存储超越了地理距离的限制。IP能延伸到多远,存储就能延伸到多远,这几乎是一个划时代的革命,十分适合于对现存关键数据的远程备份。
    IP网络技术成熟。IP存储减少了配置、维护、管理的复杂度。

1、iSCSI标准

1)iSCSI的概念

    iSCSI(互联网小型计算机系统接口)是一种在internet协议网络上,特别是以太网上进行数据块传输的标准。简单地说,iSCSI可以实现在IP网络上运行SCSI协议,使其能够在诸如高速千兆以太网上进行路由选择,实现了SCSI和TCP/IP协议的连接。

    iSCSI是基于IP协议的技术标准,该技术允许用户通过TCP/IP网络来构建存储区域网(SAN)。而在iSCSI技术出现之前,构建存储区域网的唯一技术是利用光纤通道,但是其架构需要高昂的建设成本,远非一般企业所能够承受。iSCSI技术的出现对于以局域网为网络环境的用户来说,它只需要不多的投资,就可以方便、快捷地对信息和数据进行交互式传输和管理。相对于以往的网络接入存储,iSCSI的出现解决了开放性、容量、传输速度、兼容性、安全性等问题,其优越的性能使其自发布之日始便受到市场的关注与青睐。

2)iSCSI的技术优势:
    iSCSI的基础是传统的以太网和internet,同时能大大减少总体拥有成本。
    IP网络的带宽发展相当迅速,1Gbps以太网早已大量占据市场,10Gbps以太网也已整装待发。
    在技术实施方面,iSCSI以稳健、有效的IP及以太网架构为骨干,使忍受性大大增加。
    简单的管理和布署,不需要投入培训,就可以轻松拥有专业的iSCSI人才。 
    iSCSI是基于IP协议的技术标准,它实现了SCSI和TCP/IP协议的连接,只需要不多的投资,就可以方便、快捷地对信息和数据进行交互式传输及管理。 
    完全解决数据远程复制及灾难恢复的难题。安全性方面,iSCSI已内建支持IPSEC的机制,并且在芯片层面执行有关指令,确保安全性。

2、FCIP标准 
    FCIP是Fiber Channel over IP的标准协议。在同一个SAN范围内,TCP/IP数据包再封装FC命令和数据,从而在IP网络上传输FC命令和数据。

    FCIP是一种基于互联网协议(IP)的存储联网技术,它利用IP网络通过数据通道在SAN设备之间实现光纤通道协议的数据传输,把真正的全球数据镜像与光纤通道SAN的灵活性、IP网络的低成本相结合,降低远程操作的成本,从而把成本节省和数据保护都提升到了一个新的高度。

    FCIP被提议为通过现有的IP网络连接光纤通道SAN“孤岛”的一种标准方法。FCIP还可用来克服光纤通道目前存在的距离限制因素,能够跨越大于光纤通道支持的距离连接SAN孤岛。FCIP具有实现纠错和检测的优点:即如果IP网络错误率高的话,它就重试。

    FCIP解决方案为用户有效管理业务连续系统提供了各种更为灵活的方式,能够进行实时的数据远程复制,可以在光纤通道控制器的基础上为用户提供具有容灾能力、无单点故障的SAN解决方案,使用户能够在现有的IT基础设施上运用IP联网技术,把区域性SAN作为更广阔的全国甚至全球性基础设施中的一个数据恢复站点。

    由于FCIP数据恢复应用能够运行在现有的网络基础架构之上,因此,用户在规划业务连续性时,不需要为光纤通道中的数据量分配专用光缆。现在,通过利用FCIP解决方案,企业用户可以把SAN的范围扩展到数据中心之外,利用各种低成本、性能优异的远程存储应用,优化其基础架构的投资。

    就像iSCSI协议将SCSI指令压缩为IP包一样,FCIP协议将光纤通道指令压缩为IP包,FCIP 协议允许独立的SAN环境通过IP网络互联在一起。每个SAN采用标准FC寻址,在FCIP的端点之间建立IP隧道(或网关),一旦隧道建立,扩展的FC设备将被视为标准的FC设备,并予以FC寻址。

3、iFCP标准

    iFCP(Internet Fibre Channel Protocol)是基于TCP/IP网络运行光纤信道通信的标准,iFCP具备网关功能,它能将光纤信道RAID阵列、交换机以及服务器连接到IP存储网,而不需要额外的基础架构投资。

    iFCP的工作原理是:将FC数据以IP包形式封装,并将IP地址映射到分离FC设备。由于在IP网中每类FC设备都有其独特标识,因而能够与位于IP网其它节点的设备单独进行存储数据收发。FC信号在iFCP网关处终止,信号转换后存储通信在IP网中进行,这样iFCP就打破了传统FC网的距离(约为10公里)限制。     

4、iSCSI、FCIP、iFCP标准的比较

    iSCSI:用于在基于IP的存储设备之间建立连接及管理连接,在现有的IP网络上封装SCSI数据进行传输。

    FCIP:用于连接地理上分散的FC SAN。仅仅适用于需要互连时使用IP的两个或多个FC交换的应用。

    iFCP:使用IP基础设施来实现FC设备间或FC SAN间的互连。该协议致力于所有的FC交换架构而不仅限于解决距离上的问题。

三、NAS

    NAS(Network Attached Storage)网络附加存储。在NAS存储结构中,存储系统不再通过I/O总线附属于某个服务器或客户机,而直接通过网络接口与网络直接相连,由用户通过网络访问。

    NAS实际上是一个带有瘦服务器的存储设备,其作用类似于一个专用的文件服务器。这种专用存储服务器去掉了通用服务器原有的不适用的大多数计算功能,而仅仅提供文件系统功能。与传统以服务器为中心的存储系统相比,数据不再通过服务器内存转发,直接在客户机和存储设备间传送,服务器仅起控制管理的作用。

NAS的主要特点:

    NAS使用了传统以太网协议,当进行文件共享时,则利用了NFS和CIFS以沟通NT和Unix系统。由于NFS和CIFS都是基于操作系统的文件共享协议,所以NAS的性能特点是进行小文件级的共享存取。
    NAS设备是直接连接到以太网的存储器,并以标准网络文件系统如NFS、SMB/CIFS over TCP/IP接口向客户端提供文件服务。NAS设备向客户端提供文件级的服务。但内部依然是以数据块的层面与它的存储设备通讯。文件系统是在这个NAS 存储器里。
NAS的主要长处

    NAS适用于那些需要通过网络将文件数据传送到多台客户机上的用户。NAS设备在数据必须长距离传送的环境中可以很好地发挥作用。 
    NAS设备非常易于部署。可以使NAS主机、客户机和其他设备广泛分布在整个企业的网络环境中。NAS可以提供可靠的文件级数据整合,因为文件锁定是由设备自身来处理的。 
    NAS应用于高效的文件共享任务中,例如UNIX中的NFS和Windows NT中的CIFS,其中基于网络的文件级锁定提供了高级并发访问保护的功能。

四、DAS

    DAS(Direct Attached Storage)直接附加存储,直接附加存储是指将存储设备通过总线(SCSI、PCI、IDE等)接口直接连接到一台服务器上使用。DAS购置成本低,配置简单,因此对于小型企业很有吸引力。

DAS存在问题:

    服务器本身容易成为系统瓶颈;
    服务器发生故障,数据不可访问;
    对于存在多个服务器的系统来说,设备分散,不便管理。同时多台服务器使用DAS时,存储空间不能在服务器之间动态分配,可能造成相当的资源浪费;
    数据备份操作复杂。
五、FC-SAN,IP-SAN,NAS,DAS区别:

                       DAS               NAS                FC-SAN                IP-SAN
成本:                  低               较低                  高                   较高
数据传输速度:          快                慢                  极快                  较快
扩展性;              无扩展性           较低               易于扩展               最易扩展
服务器访问存储方式: 直接访问存储数据块 以文件方式访问  直接访问存储数据块     直接访问存储数据块
服务器系统性能开销 :   低               较低                  低                   较高
安全性:                高                低                   高                    低
是否集中管理存储:      否                是                   是                    是
备份效率:              低               较低                  高                   较高
网络传输协议 :         无              TCP/IP            Fibre Channel            TCP/IP 

备份与容灾的异同点
    建设容灾系统就是指利用各种技术和管理手段将灾难的影响化解,它的主要表现形式为两个方面:一是保证企业数据的安全;二是保证业务的连续性。而备份,就是通过特定的办法;讲数据库等的必要文件复制到转储设备的过程.其中,转储设备是指用于放置数据库拷贝的磁带或磁盘,因为目的不同所以实现方法和保护的层面就不同:

    1. 容灾系统保护业务的连续性,而备份只是对数据进行保。
    为了让灾难的影响最小化,容灾系统要求能快速的接管已损坏的生产业务系统。而备份系统只是要求能恢复数据。

    2. 容灾系统要求异地化,而备份系统无此要求。
    针对大的自然灾难,容灾站点必须保证和生产站点有一定的物理距离,来保证灾难不会摧毁全部系统。而备份系统无此要求。

    3. 容灾系统的数据保护是连续性,而备份只是周期性对数据进行保护。
    容灾系统会连续的将数据进行远程复制,保证容灾站点的数据尽可能的和生产站点一致。 而大部分的备份系统还只是每天做周期性的备份。

    总的来说,容灾和备份的目的不同,容灾是让业务不停,数据不丢。而备份的目的是保证数据能恢复就可以了。

    FC,SAS,SATA硬盘的区别 服务器硬盘修复 服务器硬盘数据恢复 服务器硬盘维修

 
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