光纖通道到以太網(wǎng)存儲結(jié)構(gòu)解析

行業(yè)專家認為，以太網(wǎng)存儲結(jié)構(gòu)（ESF）是下一代存儲網(wǎng)絡(luò)的理想選擇，因為其具有卓越的性能、智能和效率。

這帶來了一個問題：那么為什么不是光纖通道呢？傳統(tǒng)上，高性能網(wǎng)絡(luò)存儲意味著采用塊存儲技術(shù)，并構(gòu)建光纖通道存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）。實際上，當存儲和數(shù)據(jù)中心架構(gòu)師開發(fā)分布式存儲，并評估可用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來釋放硬盤驅(qū)動器空間時，采用光纖通道是一個明智的選擇。它提供了性能、存儲感知智能效率和可靠性的最佳組合。然而，如果快速推進二十年，采用相同的指標評估網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，就會產(chǎn)生一個截然不同的答案。事實上，以太網(wǎng)將最終獲得勝利。而根據(jù)性能、靈活性、可靠性、可擴展性，以及安全性等指標進行評估，如今的以太網(wǎng)在各個方面都超過了光纖通道。

以太網(wǎng)的性能優(yōu)勢

更高的性能是以太網(wǎng)取代光纖通道的關(guān)鍵原因。但是存儲網(wǎng)絡(luò)不僅僅是帶寬和延遲，還涉及存儲協(xié)議。光纖通道當時是一種創(chuàng)新技術(shù)，它采用并行SCSI總線并將其串行化。這也意味著它可以被切換，并因此實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和可擴展。但從本質(zhì)上來說，其存儲協(xié)議前端本身并沒有創(chuàng)新。基本的SCSI協(xié)議保持不變，只是簡單的序列化。因此，其傳統(tǒng)的命令、就緒、數(shù)據(jù)響應(yīng)序列只是以串行方式復制。

當所有存儲設(shè)備都是10毫秒量級的硬盤驅(qū)動器（HDD）介質(zhì)時，這并不重要。由于旋轉(zhuǎn)的磁盤盤片的機械讀/寫磁頭的延遲時間很長，誰會在乎網(wǎng)絡(luò)延遲100微秒的時間，更何況還面臨有限的并行性、軟件鎖定和CPU中斷？但是，這一切都隨著閃存產(chǎn)品的出現(xiàn)而改變。如今，閃存固態(tài)硬盤（SSD）存儲的延遲不是以毫秒為單位，而是以幾十微秒來衡量。

新的低延遲存儲介質(zhì)的應(yīng)用暴露了SCSI硬盤的性能瓶頸。由于SCSI協(xié)議固有的限制，基于光纖通道的介質(zhì)不能充分利用閃存SSD硬盤的高速特性。意識到這一點，技術(shù)人員開發(fā)了NVMe協(xié)議，完全繞過了SCSI協(xié)議。

NVMe協(xié)議直接通過PCI-Express接口簡化閃存訪問，以實現(xiàn)最佳性能、延遲和并行性，同時最大限度地減少中斷和軟件鎖定。如今，NVMe固態(tài)硬盤可以提供當前最高的性能，其技術(shù)已經(jīng)成熟，價格逐漸下降，使閃存固態(tài)硬盤得到更廣泛的應(yīng)用，但是，這種閃存性能僅限于單個服務(wù)器，限制了其可擴展性，降低了效率，并導致利用率低下。

NVMe-oF協(xié)議

采用NVMe-over-Fabrics（NVMe-oF）標準協(xié)議，即可獲得開箱即用的帶寬。NVMe-oF定義了一個可以盡可能有效地遠程訪問NVMe閃存協(xié)議。為此，NVMe-oF利用遠程直接內(nèi)存訪問（RDMA）技術(shù)在應(yīng)用程序之間訪問和移動數(shù)據(jù)，而不涉及主機CPU。融合以太網(wǎng)或RoCE上的RDMA是使其成為普通以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。

NVMe-oF的標準化版本利用RDMA（InfiniBand或RoCE）作為實現(xiàn)低延遲，傳輸卸載，用戶空間數(shù)據(jù)傳輸和無CPU數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾侄?。包括光纖通道在內(nèi)的其他數(shù)據(jù)傳輸商已經(jīng)意識到NVMe-oF構(gòu)成的威脅，試圖開發(fā)類似于NVMe-oF的類似Rube Goldberg的裝置，但事實上，這些裝置只是在舊裝置上改裝的新技術(shù)。理論上，在未來的某個時候，用戶可能能夠通過光纖通道運行NVMe-over-Fabric，但為什么要這樣做？

很明顯，光纖通道正在減少，NVMe-Over-Fabrics的出現(xiàn)將加速這一下滑。具有前瞻性的企業(yè)存儲架構(gòu)師已經(jīng)意識到這一點，并且正在接受云計算中斷帶來的變化。這些創(chuàng)新者正在放棄光纖通道，使用以太網(wǎng)存儲結(jié)構(gòu)（ESF）滿足數(shù)據(jù)傳輸需求，以實現(xiàn)企業(yè)級安全性的云計算的可擴展性和高效性。

超大規(guī)模廠商和公共云提供商是首先意識到這一點的組織，并且在其大型數(shù)據(jù)中心采用了融合以太網(wǎng)存儲結(jié)構(gòu)。這有助于解釋光纖通道端口為什么以-6%的速度下滑，而以太網(wǎng)以復合年增長率為18%快速增長的原因。NVMe-Over-Fabrics協(xié)議和RoCE協(xié)議的問世只會加速這種下滑。

總之，市場是技術(shù)競爭的最終仲裁者。在當今的市場，許多OEM廠商、閃存供應(yīng)商和初創(chuàng)公司投資于NVMe-oF解決方案和強大的以太網(wǎng)交換機，以及RoCE NIC供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)，投資技術(shù)并爭奪市場優(yōu)勢。相比之下，鑒于光纖通道領(lǐng)域的整合，目前還沒有哪一家公司為了這項技術(shù)向前推進而投資。