Las diferencias entre los protocolos iSCSI, SAS y FC

Existen tres tecnologías principales de redes de almacenamiento utilizadas en las empresas, cada una con sus ventajas e inconvenientes. En este post compararemos los protocolos de almacenamiento FC, SAS e iSCSI para comprender los mejores usos de cada uno en un entorno VMware vSphere. Sin embargo, también puede utilizar esta información para instalar almacenamiento en otras infraestructuras informáticas.

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FC vs SAS vs iSCSI: comparación de tecnologías

La técnica habitual para aumentar la redundancia, la alta disponibilidad y la eficiencia de carga de un entorno vSphere consiste en configurar hosts ESXi en un clúster vSphere. La creación de almacenamiento compartido VMware es uno de los requisitos más importantes para los clústeres. Hay varias formas de crear un almacenamiento compartido:

• Interfaces SAS en servidores de almacenamiento y un host ESXi
• Canal de fibra (FC)
• iSCSI
• SAN virtual (vSAN)

En VMware, vSAN está incluido y puede configurarse a través de vSphere Client, mientras que los otros tres requieren software/hardware adicional para su configuración. Veamos la diferencia entre iSCSI y SAS y comparemos FC con los otros enfoques para comprender los distintos aspectos de estas tecnologías.

• Fibre Channel es la solución definitiva para sistemas de almacenamiento utilizados en aplicaciones de misión crítica que requieren alto rendimiento, disponibilidad y fiabilidad en grandes organizaciones. Hay que tener en cuenta el elevado precio de esta solución.
• SAS es la tecnología más asequible, y las soluciones basadas en SAS se utilizan ampliamente en las empresas cuando la fiabilidad, la alta disponibilidad y el rendimiento son una prioridad.
• iSCSI es la solución más asequible de las tres y puede utilizarse con una infraestructura existente cuando el presupuesto es limitado.

FC vs SAS

Estas dos tecnologías maduras ofrecen un alto nivel de rendimiento, fiabilidad y disponibilidad. Sin embargo, Fibre Channel proporciona un rendimiento ligeramente superior para las transferencias de datos. 

• SAS tiene una mejor relación rendimiento-precio y es óptimo para el almacenamiento empresarial.
• Las redes de almacenamiento FC se utilizan ampliamente en SAN para grandes cantidades de datos en entornos empresariales. 
• Los discos SAS pueden utilizarse en redes FC utilizando puentes de protocolo para gestionar la conversión de SAS a unidades de disco.
• El almacenamiento SAS es la opción óptima si el almacenamiento se encuentra en un bastidor o en una sala con un servidor (almacenamiento directamente conectado).

Cuando la infraestructura crece y las cantidades de almacenamiento SAS son insuficientes, puede plantearse utilizar almacenamiento SAN de canal de fibra, ya que ofrece un mayor nivel de escalabilidad.

SAS frente a iSCSI

SAS es la interfaz para conectar dispositivos de disco mediante comandos SCSI, mientras que iSCSI es un protocolo para encapsular comandos SCSI utilizando redes TCP/IP subyacentes. El uso de unidades SAS en servidores proporciona un mayor rendimiento y fiabilidad por un precio razonable. iSCSI permite utilizar incluso unidades de disco SATA en servidores utilizados para almacenamiento compartido.

FC frente a iSCSI

Fibre Channel es la mejor solución que utiliza sus propios estándares de red para llevar los comandos SCSI a las unidades de disco en una red de área de almacenamiento (SAN). iSCSI puede utilizarse para conectar SAN (LUNs) como alternativa en los casos en que los factores decisivos sean un coste bajo, un rendimiento moderado y una escalabilidad suficiente. La red Ethernet utilizada para iSCSI es universal y común, pero no se centra principalmente en la transferencia de tráfico de almacenamiento. Por tanto, Fibre Channel es el ganador en la categoría de rendimiento.

Resumamos los principales parámetros de todas las tecnologías en esta tabla FC vs SAS vs iSCSI.

Comparación del almacenamiento compartido de VMware

He aquí una breve tabla comparativa de los enfoques para crear un almacenamiento compartido VMware vSphere, incluido vSAN.

Tecnologías de almacenamiento

Veamos con más detalle cada uno de los enfoques para crear un almacenamiento compartido VMware.

¿Qué es SAS?

SAS, o Serial Attached SCSI, es un estándar de interfaz ampliamente utilizado en servidores para conectar unidades de disco, unidades de DVD y unidades de cinta. SAS se utiliza ampliamente para el almacenamiento de conexión directa (DAS) en servidores como los hosts ESXi y en servidores configurados como almacenamiento compartido accesible a través de la red (servidores de almacenamiento).

SAS, sucesor de SCSI (SCSI paralelo), funciona con comandos SCSI (Small Computer System Interface), que se optimizaron para lograr una mayor eficiencia. Un controlador SAS admite la conexión de unidades de disco SAS y SATA. Se trata de un estándar de interfaz de almacenamiento fiable, que se ha utilizado durante años y se ha mejorado mucho durante este tiempo.

• Componentes. Un sistema SAS incluye 3 componentes principales:
  • Iniciador: parte del ordenador host a la que se conectan las unidades de disco SAS.
  • Destino – un dispositivo de disco, que contiene las unidades lógicas, conectado a un ordenador host, que en este caso se denomina iniciador.
  • Subsistema de prestación de servicios: incluye equipos como cables para conectar un iniciador a un destino.
• rendimiento. SAS permite combinar varios enlaces físicos de alta velocidad en un único puerto más rápido para aumentar el ancho de banda entre estos enlaces y el controlador. SAS 3 proporciona una velocidad de interfaz de 12 Gbit/s, SAS 4 – 22,5 Gbit/s y SAS 5, que está en fase de desarrollo, se espera que proporcione 45 Gbit/s. En la práctica, la velocidad depende del tipo de unidad de disco SAS conectada, que puede ser HDD o SSD.
• Flexibilidad. Los controladores de almacenamiento SAS, también denominados adaptadores de bus de host SAS, deben instalarse en los servidores. Un controlador SAS es una placa (circuito) que se instala en la ranura PCI-E (antes se utilizaban ranuras PCI). Una placa base de ordenador tiene un número finito de ranuras PCI-E, y un controlador SAS tiene un número finito de puertos SAS. Puede instalar expansores (edge y fanout expanders) para aumentar el número de dispositivos SAS direccionados al controlador SAS. La longitud máxima del cable es de hasta 10 metros. Debe tener en cuenta estas posibilidades y limitaciones a la hora de planificar un sistema de almacenamiento escalable.
• Facilidad de uso. La instalación de un subsistema de almacenamiento SAS es sencilla para el almacenamiento conectado directamente. Es necesario instalar controladoras de almacenamiento SAS, que pueden ser controladoras RAID SAS, y conectar discos. Los expansores SAS pueden utilizarse para configurar SAN con discos SAS. Fibre Channel puede utilizarse entonces para transferir datos a una red externa como SAN.
• Costes. Instalar un sistema de almacenamiento SAS es asequible para las empresas, y ésta es una ventaja de SAS.

El estándar SAS es un enfoque que requiere interfaces SAS de hardware tanto en el lado del servidor como en el del cliente. Esta tecnología proporciona velocidades de hasta 22,5 Gbit/s con SAS 4 (como ya se ha dicho, SAS 5 está en desarrollo), pero tiene varias limitaciones. 

• Una infraestructura SAS no es escalable debido al número finito de puertos SAS del servidor de almacenamiento. Sin embargo, si necesitas más almacenamiento, puedes sustituir los discos por otros más grandes o instalar un servidor de almacenamiento adicional. 
• El servidor de almacenamiento y los discos deben montarse en el mismo bastidor debido a las limitaciones de longitud de los cables. Así pues, este enfoque puede funcionar bien en entornos pequeños y medianos con grandes exigencias de velocidad de transferencia de datos, pero no en los muy grandes.

¿Qué es el canal de fibra?

Fibre Channel (FC) es una tecnología de interconexión para sistemas de almacenamiento de alto rendimiento que incluyen discos y dispositivos de red. FC admite la transferencia de datos SCSI entre dispositivos sin traducir estos datos.

• Arquitectura. La arquitectura estándar de Fibre Channel tiene 5 capas y difiere del modelo OSI utilizado para las redes Ethernet:
  • FC-0 es la capa física e incluye cables de datos, conectores y paso de señales en este entorno para el control de datos.
  • FC-1 es la capa de protocolo de transmisión responsable de la codificación y descifrado de datos, sincronización de datos, mantenimiento de enlaces y detección de errores.
  • FC-2 es la capa de protocolo de enmarcado y señalización. Define la estructura y organización de los datos transferidos y es responsable de la secuenciación y el control del flujo de datos. En esta capa se realiza la segmentación y el reensamblaje de las unidades de datos de protocolo que reciben y envían los dispositivos.
  • FC-3 es la capa de servicios comunes utilizada para que las funciones de FC proporcionen servicios como RAID, cifrado, separación de datos y multidifusión, y para otras funciones de FC que puedan desarrollarse en el futuro.
  • FC-4 es el protocolo de capa superior o la capa de mapeo utilizada para describir los protocolos que pueden utilizar FC como transporte y su secuencia de uso. Permite asignar estos protocolos a los niveles 0-3 de FC y proporciona un punto de comunicación entre los protocolos de capa superior (como SCSI) y las capas inferiores de FC.

  El modelo y el hardware FC están diseñados para motores de descarga de protocolos (POE). Esto reduce la sobrecarga de transmisión y mejora la eficiencia global. La mayoría de los principales sistemas SAN utilizan el protocolo Fibre Channel para empaquetar los comandos SCSI en tramas FC y transferir el tráfico desde los hosts (servidores) al almacenamiento compartido.

• rendimiento. La mayor ventaja de Fibre Channel es la velocidad, y puede utilizarse para construir una red de alta velocidad totalmente funcional. Las redes FC Gen 7 admiten 64GFC y 256GFC con un rendimiento de 12.800 MB/s y 51.200 MB/s por dirección, respectivamente. El canal de fibra de 128 G proporciona un caudal de hasta 24.850 MB/s. La compatibilidad de doble canal es otra de las razones por las que Fibre Channel se utiliza ampliamente para la interconexión de almacenamiento en redes de área de almacenamiento (SAN). 
• Flexibilidad y escalabilidad. El multiacceso simultáneo de datos y la conexión a largas distancias son ventajas del Canal de Fibra. Para FC se necesitan equipos y hardware especiales: adaptadores de bus de host instalados en servidores (como hosts ESXi), controladores FC en servidores de almacenamiento (que son miembros de SAN), conmutadores FC, cables, etc. Deberá instalar conmutadores si el número de hosts ESXi es superior al número de puertos FC del almacenamiento. Esta disposición es habitual en las grandes infraestructuras de servidores. Es posible utilizar unidades de disco SAS en sistemas SAN FC.
  

  La compatibilidad a larga distancia permite ubicar diferentes discos del array redundante (mirroring) en diferentes ubicaciones. Los datos de disco pueden reflejarse en un sitio remoto situado a pocos kilómetros del sitio primario. Este enfoque puede ayudarte a evitar la pérdida de datos causada por un desastre local.

  En cuanto a los cables utilizados, son compatibles tanto los de cobre como los ópticos, pero debería utilizar cables ópticos para obtener todas las ventajas de la tecnología Fibre Channel. La distancia/longitud máxima de un cable de cobre es de 30 metros, dependiendo de la calidad del cable. Cable óptico: de 100 metros a 50 kilómetros, dependiendo de la calidad del cable. Los cables ópticos pueden ser monomodo o multimodo. Una fibra monomodo proporciona una mayor velocidad de transmisión, ancho de banda y distancia. Utilice un transceptor SFP (small form factor pluggable) de alta calidad para evitar la degradación del rendimiento.

  En cuanto a la escalabilidad, puede utilizar sistemas de almacenamiento Fibre Channel en entornos de todos los tamaños, desde pequeños a grandes. Como tecnología de interconexión, Fibre Channel admite conexiones punto a punto, topología conmutada y bucle arbitrado.

• Facilidad de uso. Fibre Channel se diferencia de las conocidas redes Ethernet para conectar dispositivos. Aprender el principio tecnológico e instalar hardware específico requiere un esfuerzo adicional. El nivel de dificultad de la configuración del almacenamiento SAN Fibre Channel es elevado. Es necesario instalar hardware y equipos especializados.
• Coste. El hardware y los equipos utilizados para los sistemas de almacenamiento Fibre Channel son caros. Este tipo de infraestructura funciona mejor en grandes bancos y empresas, donde la velocidad de transferencia de datos y la seguridad son prioridades muy importantes.

Canal de fibra sobre Ethernet (FCoE)

Fibre Channel over Ethernet (FCoE) es una tecnología que permite utilizar redes físicas Ethernet de alta velocidad subyacentes (como redes de 10 Gbit) con la arquitectura Fibre Channel a nivel de superposición. La encapsulación de las tramas FC se realiza mapeándolas a través de Ethernet.

FCoE se ha desarrollado para mejorar la compatibilidad con el hardware utilizado para redes Ethernet, pero hay que tener en cuenta que la sobrecarga es mayor que la de una red de almacenamiento Fibre Channel nativa. La idea principal de FCoE es reducir costes utilizando la tecnología Fibre Channel en redes Ethernet sin necesidad de comprar equipos FC especiales. Tenga en cuenta que FCoE puede considerarse una extensión de FC, pero no una sustitución.

Más información en nuestro post sobre topologías de red y el modelo OSI.

¿Qué es iSCSI?

iSCSI (Internet Small Computer Interface) es un protocolo que transporta comandos SCSI a través de redes TCP/IP. El protocolo iSCSI comparte datos a nivel de bloque, a diferencia de SMB y NFS, que comparten datos a nivel de archivo. Este protocolo permite utilizar equipos de red Ethernet, incluidas tarjetas de red, conmutadores y cables, y dispositivos NAS o servidores de almacenamiento con discos SAS o SATA instalados.

• rendimiento. El rendimiento depende del ancho de banda de la red subyacente, pero no es tan bueno como el de SAS y Fibre Channel. iSCSI es compatible con multirruta, tramas Jumbo y otras tecnologías para mejorar el rendimiento en redes Ethernet. Puede utilizar redes Ethernet de alta velocidad de 10 Gbit, 40 Gbit o incluso 100 Gbit/s para la conectividad del almacenamiento. El uso de redes TCP/IP para transmitir comandos SCSI con el protocolo iSCSI conlleva una sobrecarga, que afecta al rendimiento general, en comparación con los sistemas de almacenamiento SAS y FC. La latencia, que puede producirse al utilizar iSCSI, puede reducir las ventajas de los dispositivos de almacenamiento SSD en un servidor de almacenamiento remoto. El proceso de encapsulación consume algunos recursos adicionales del procesador y esto lleva tiempo.
• Flexibilidad. No hay límite para el número máximo de objetivos iSCSI conectados utilizando el protocolo iSCSI. La cantidad máxima de almacenamiento que se puede conectar mediante iSCSI depende de la cantidad de almacenamiento en discos instalados en el servidor de almacenamiento, NAS o SAN. Técnicamente es posible utilizar un servidor o NAS(Network Attached Storage) con discos SAS e incluso SATA para configurar objetivos iSCSI.
• Facilidad de uso. Medio: se requieren conocimientos de almacenamiento y redes IP.
• Coste. El uso del protocolo iSCSI para acceder al almacenamiento en red permite ahorrar costes y lo utilizan sobre todo las pequeñas y medianas empresas. Técnicamente es posible utilizar hardware barato, pero hay que tener en cuenta las limitaciones en cuanto al nivel de fiabilidad y rendimiento que puede alcanzarse con dicho hardware.

A diferencia de SAS y FC, la tecnología iSCSI no requiere ningún hardware específico. Funciona dentro de la infraestructura de red Ethernet existente y utiliza adaptadores iSCSI emulados por software. Esto hace que la tecnología sea más fácil de ampliar que las dos anteriores y más asequible para entornos pequeños con presupuestos de TI limitados, ya que no se necesita ningún equipo adicional. Por otro lado, iSCSI requiere un servidor dedicado con un sistema operativo (SO) y una configuración de software específicos para que funcione.

La siguiente tabla muestra las capas OSI utilizadas por iSCSI y las capas OSI análogas utilizadas para el funcionamiento de Fibre Channel.

Consejo profesional: Si utiliza redes Ethernet y protocolos FCoE o iSCSI para acceder al almacenamiento en red, utilice redes dedicadas como redes de almacenamiento y no sus redes de producción, redes de máquinas virtuales, etc. Esto le permite evitar la degradación del rendimiento, mejorar la seguridad y simplificar el diagnóstico de problemas.

¿Qué es vSAN?

vSAN es un software de virtualización del almacenamiento para entornos VMware y forma parte del hipervisor ESXi de VMware para crear una infraestructura virtual hiperconvergente con varios hosts ESXi. VMware introdujo por primera vez su propio enfoque para crear almacenamiento VMFS compartido en vSphere v5.5. Desde entonces, vSAN se ha mejorado significativamente en vSphere 7.0.3. VMware permite utilizar los recursos del servidor local y la red Gigabit Ethernet existente sin necesidad de hardware de servidor de almacenamiento adicional.

Esta opción parece atractiva, ya que no necesita ningún hardware específico y puede configurarse a través de la GUI en VMware vSphere Client. Además, no depende de la ubicación física de sus hosts y discos de almacenamiento.

El inconveniente es que la creación de un clúster de VMware vSAN requiere una licencia adicional de vSphere, lo que puede resultar caro con un gran número de hosts. El rendimiento de vSAN depende de la velocidad de la red y de los discos instalados en los hosts ESXi.

vSAN es una buena opción para infraestructuras de cualquier tamaño y resulta especialmente útil si no puede instalar un servidor de almacenamiento dedicado. Sin embargo, puede convertirse en una solución costosa para los grandes centros de datos. El uso de VMware vSAN en VMware vSphere también se conoce como infraestructura hiperconvergente (HCI).

Conclusión

El ganador de esta comparación depende de sus requisitos. Puede elegir la solución de almacenamiento en función del rendimiento, el precio, la fiabilidad y la facilidad de uso.

VMware vSphere es compatible con el almacenamiento FC, SAS e iSCSI. Además, VMware proporciona vSAN para utilizar almacenamiento de conexión directa en hosts ESXi para crear almacenamiento como SAN para almacenar máquinas virtuales.

Antes de iniciar un proyecto de migración física a virtual, es mejor realizar una investigación de viabilidad para determinar el número de IOPs de los servidores virtualizados. En función de sus resultados, decidirá qué método de almacenamiento le conviene más. Además, no olvide hacer backup de su entorno vSphere utilizando una solución de backup fiable como NAKIVO Backup & Replication.

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