파이버 채널과 iSCSI SAN기술 비교

[박용선(38기)]

파이버 채널과 iSCSI SAN의 기술 비교

FC 네트워크 기능 지속 향상… iSCSI 성능 문제도 개선

배종완 | 브로케이드 코리아 과장

SAN이 스토리지 관리 인프라 표준으로 새롭게 자리잡은 것은 전 세계 IT 조직들에 엄청난 효율 향상과 투자회수 효과를 안겨주는 계기가 되었다. 기존의 SAN이 FC 네트워크 기술에 바탕을 둔 신규 아키텍처 개발에 전념하고 있는 반면, 많은 IT 기업들은 iSCSI SAN 기술이 전반적인 스토리지 인프라에 미칠 효과에 대해 연구하기 시작했다.

iSCSI는 FC 기반의 SAN에 비해 흥미로운 대안을 제시하는데, 그 이유는 기존의 이더넷 네트워크와 인력을 활용하여 스토리지 인프라를 구축할 수 있기 때문이다. 그러나 iSCSI나 이더넷 SAN 아키텍처가 궁극적으로 FC 기반의 SAN 보다 저렴할지 여부에 대해서는 아직 명확히 판단할 수 없다. 여기서 기업들이 우선적으로 짚고 넘어가야 할 중요한 문제는 아래와 같다.

1. 네트워크 기술이 서버와 스토리지 장비간 통신 요구와 관련하여 효과적인 스토리지 관리 모델을 제공하는가.

2. 네트워크 아키텍처가 스토리지 가용성을 높일 수 있도록 일정 수준 이상의 서버를 제공하면서 동시에 효과적인 확장 능력도 갖추었는가.

3. 네트워크 관리 모델은 관리자가 부하를 늘이지 않으면서도 더 많은 스토리지를 관리할 수 있도록 확장이 가능한가..

만약 SAN 네트워크에 대한 결정과 관련하여 물리적인 비용을 고려해야 한다면, 이더넷 스위치와 네트워크 인터페이스 카드가 FC 스위치 및 HBA에 비해 보다 저렴한 비용 조건을 제시한다는 점을 이해해야 할 것이다. 하지만 FC 스위치 비용은 지속적으로 하락하였기 때문에, FC HBA 비용도 이와 같은 양상을 보일 것으로 전망된다. 반면 FC 네트워크 기능은 지속적으로 향상되고 있으며, iSCSI SAN 기술 도입으로 성능 문제 역시 개선되고 있다.

SAN에 있어 스토리지는 서버 측과는 차이가 있으며, 많은 IT 조직들이 다수의 저가형 서버를 이용하고 있다. 또한 IT 기업들은 스토리지 장치들을 대규모 스토리지 프레임과 통합하고자 한다. 따라서 저가형 서버에 대해서는 iSCSI가 제공하는 표준 이하의 성능이 매력적일 수 있지만, 고성능 스토리지 장치에는 고성능 FC SAN 접속이 필수 불가결한 것이다. 더불어 관리적인 측면에서 살펴보았을 때, iSCSI SAN은 기존 네트워크 아키텍처를 이용하므로 관리가 용이한 반면, 네트워크 아키텍처는 동일하지만 통신 부하는 그렇지 않은 것이 사실이다.

즉, iSCSI 기반의 SAN은 기존의 LAN 네트워크 관리 모델과 비교할 때 추가적인 관리 레벨이 포함되지만, 동시에 FC 기반 SAN에서는 통합 아키텍처 기반의 관리 통합을 목적으로 보다 효율적인 모델 개발이 이루어지고 있다.

정확한 형태의 SAN 네트워크를 결정함에 있어서 필요한 정보를 모으는데 가장 문제가 되는 부분 중의 하나는 해당 업계가 아직 안정을 이루지 못했다는 점이다. iSCSI SAN 기술은 도입 단계인 반면에, FC SAN 기술은 혁신과 비용 절감, 기능 강화를 위한 개발이 이루어지고 있는 그야말로 기술적으로 완숙기에 들어섰다고 할 수 있다. 한편 iSCSI SAN을 위한 관리 모델은 개발이 진행중인 반면에 FC SAN 관리는 이보다 나은 표준지원과 호환성, 효율성, 광범위한 적용범위 등을 갖추고 있다.

계층형 모델 개발

FC SAN은 스토리지 성능, 가용도, 관리 능력에 필수적인 서버 수준을 제공한다. 뿐만 아니라 기술 혁신과 시장 흐름 변화에 따라 FC SAN은 지속적으로 새로운 흐름에 맞는 기능 개발과 진입 및 관리비용 절감을 꾀하고 있다. iSCSI SAN 기술은 완숙한 네트워크 아키텍처를 기반으로 하지만 현재 SAN의 주류에서는 우수성을 크게 입증받지 못하고 있는 상태이다. iSCSI SAN의 성능, 가용도, 호환성, 관리 모델 등과 관련하여 확인되지 않은 요소들이 상당히 많다.

현재, 많은 IT 조직들이 이 두 아키텍처를 모두 이용할 수 있는 전략을 채택하고자 하는 경향이 높아져 가고 있다. 이러한 기업들의 요구는 ‘계층형’ 모델 개발의 형태를 취하며, 서버를 구현함은 물론 스토리지 중심 서버와 스토리지 장치들을 데이터센터 FC SAN 내에 연결하며 iSCSI 기술을 이용하여 소용량 스토리지 수요에 대해 소규모 서버들의 통합을 시도하고 있다. 그 내용을 살펴보면 iSCSI 서버를 일정한 형태의 iSCSI 게이트웨이를 이용하여 FC SAN과 연결하는 것도 포함되고, 이를 통해 IT 조직들이 FC SAN 기능들로부터 iSCSI SAN 기능을 벤치마킹하여 능동적인 관리 환경을 구축해 나가고 있다.

네트워크 아키텍처를 통해 서버와 스토리지를 연결한다면 수많은 IT 조직들이 기업 전역을 연결하는 SAN 구축 계획을 수립할 수 있다. 이와 같은 새로운 형태의 스토리지 인프라 모델은 IT 조직들에게 서버와 스토리지 자원 활용 면에서 커다란 변화를 안겨 줄 것이며, 스토리지 관리를 최적화함은 물론이거니와 가용도 높은 스토리지 인프라를 기업 전반에 구축이 가능하게 된다. 이러한 시도는 새로운 네트워크 아키텍처인 FC 네트워크 아키텍처 개발을 통해 달성되는데, 이는 개발 단계에서부터 서버의 전송 요구와 스토리지 통신 수요에 대처하는데 목적을 두고 있었다. 또한 FC 기반의 SAN 성공과 더불어 기존의 데이터 통신 기업들의 주도하에 SAN 통신을 지원하기 위한 LAN 아키텍처를 재설계하려는 움직임이 일고 있다. 이와 같은 노력은 LAN 아키텍처를 보유하고 있는 기업들은 기존 네트워크를 이용하여 스토리지 트래픽을 처리함으로써 비용을 줄이고, 새로운 스토리지 네트워크를 구축, 관리할 수 있다는 개념에서 출발한 것이다.

IT 조직에서 스토리지 접속을 위한 디폴트 서버를 네트워크와 연결하기로 결정한다면 한 가지 중요한 선택을 해야 할 것이다. 즉 스토리지와 접속할 서버를 FC로 할 것이냐 아니면 iSCSI로 할 것이냐 하는 것이다. 두 네트워크 기술들은 빠른 속도로 개발이 이루어지고 있으며, 강력한 기술 혁신과 제품, 산업이 뒷받침되고 있다. 가장 결정적인 요인은 무엇보다도 두 아키텍처의 성능과 확장성 대비 가격 수준이 될 것이다.

많은 산업 동향 전문가들은 현재 FC가 데이터 센터 스토리지 인프라의 중심에서는 보다 유용하며, iSCSI는 데이터 센터 환경의 주변부에 구축되는 소규모 서버에 비용 면에서 보다 매력적일 것이라고 전망하고 있다. 하지만, 이것은 현재의 기술을 기준으로 한 최선의 추측일 뿐이라는 사실에 유의해야 한다. 어느 스토리지 네트워크 아키텍처를 구현하며 그 시기는 언제가 될 지를 정확히 결정하는데 있어 가장 중요한 요소는 두 아키텍처의 혜택, 문제, 미래의 개발 방향 등을 이해하는 것이다.

파이버 채널과 iSCSI SAN의 비교

iSCSI 표준은 IP 네트워크를 통해 SCSI 데이터 스트림을 전송하는 기능을 제시하고 있다. 이 표준의 설계 목표는 기존의 IP 네트워크 아키텍처를 이용하여 FC 기반 SAN에 대한 대안을 제시하는 것이며, 이 표준에 따르면 iSCSI는 IP 네트워크를 통해 SCSI를 실행시킨다.

보다 정확하게 말하면 FC 네트워크 위에 SCSI를 프로토콜 형태로 실행하는 것과 기존 이더넷 네트워크 위에 SCSI 프로토콜을 실행하는 것의 차이라고 할 수 있다. 이것이 현재의 IT 조직들을 위해 보다 유익한 비교가 될 것이며, iSCSI 표준에 따르면 FC 네트워크 아키텍처 위에 IP 를 두고 그 위에 다시 SCSI를 실행한다고 보는 것이 타당하다.

이더넷과 FC를 직접 비교하고자 할 경우에는 FC로 인해 얻을 수 있는 네트워크 진보와 이더넷 아키텍처가 이를 따라잡기 위해 어떠한 노력을 기울이고 있는지를 이해할 필요가 있다. 이 두 네트워크 아키텍처 사이의 주된 차이점은 다음과 같다.

1. 데이터 전송: FC에서 극소의 데이터 전송 유닛이 프레임인데, 그 크기는 2,112 바이트 정도이다. 하지만 표준에서는 하드웨어 설정을 통해 최대 65,536개의 프레임을 단일 시퀀스로 결합시킬 수 있다. 한 개 시퀀스 당 한 개의 CPU 인터럽트가 생성된다는 사실로 인해 이 시퀀스는 네트워크 내에서 하나의 패킷에 해당하게 된다. 즉, 효율적인 FC 패킷 크기는 128Mbyte이며, 최대 1,518바이트 크기의 패킷을 가지고 있는 이더넷은 각각 하나의 CPU 인터럽트를 생성한다. 따라서 대용량 데이터 이동 시 수 많은 패킷을 전송할 때 이에 따라 프로세서의 오버헤드도 높아진다. 이더넷 프레임 크기를 8K로 높인다 해도 FC의 효율성에는 미치지 못한다.

2. 에러 감지와 복구: FC에서 에러 감지와 복구 절차는 펌웨어나 하드웨어에서 하위 레벨 프로토콜의 기능이다. 이를 통해 에러 감지에 대한 응답과 재전송 절차를 빠르게 하여 전송 오버헤드를 최소한으로 유지할 수 있다. 링크레벨 에러 감지와 복구를 통해 수신된 송신 신호의 품질을 보장할 수 있으며, 시퀀스 레벨 에러 감지와 복구를 통해 송수신된 각각의 데이터 블록의 무결성을 확보할 수 있다. 하나의 시퀀스 내에 있는 각각의 프레임을 통해 하드웨어 지원 하에 추적 및 확인이 가능하며, 시퀀스 재전송 지원을 통해 프레임 에러를 신속하게 복구할 수 있다. 이더넷에서는 에러 감지와 복구가 TCP 같은 소프트웨어 기반의 상위 프로토콜에 의존하기 때문에 오버헤드 증가와 응답 지연을 통해 효율을 크게 저하시킨다.

3. 플로우 제어: FC는 링크 레벨과 엔드-투-엔드 레벨 등 2개 레벨의 신용 기반 플로우 제어 메커니즘을 가지고 있다. 이 두 레벨은 모두 소스 포트 신용 관리를 기준으로 한 신용 시스템을 사용하고, 정보 흐름은 로그인 과정에서 송신자가 신용 한계를 감지할 것을 요청한다. 이 자체 조절 절차를 통해 수신자 버퍼 초과를 예방하고 더 나아가 폭주로 인해 패브릭 내에서 프레임이 유실되는 것을 방지할 수 있다. 이더넷에서는 정지 기반의 플로우 제어 메커니즘을 사용하는데, 이는 X-ON/X-OFF 형태의 플로우 제어와 유사하다. 이와 같은 형태의 플로우 제어는 저속 네트워크에 적합하지만, 에러가 발생한 뒤에 감지가 가능하기 때문에 스토리지와 SAN 애플리케이션에는 적합하지 않다. 이더넷 플로우 제어는 재전송을 요구하는 폭주와 데이터 손실이 발생한 뒤에 비로소 시작된다.

4. 요청·응답 결합: 양방향 교환 개념에 입각하여 FC에서는 I/O 트랜잭션의 요청과 응답들을 긴밀하게 결합하고 하드웨어 내에서 이들을 추적할 수 있게 한다. 이 결합 기능은 SCSI 기반의 스토리지 애플리케이션에서 오버헤드를 낮게 유지함은 물론 요청을 순서대로 전송하며 다수의 요청들을 체인으로 연결하여 데이터 효율을 높이기 위해 매우 중요하다. 이더넷에서는 교환개념이나 전송 순서가 없기 때문에 요청-응답 결합, 추적 등은 TCP같은 상위 레벨 프로토콜에서 소프트웨어적으로 수행해야만 한다. 이로 인해 데이터 전송 효율이 저하되고 호스트 프로세서 사이클이 추가로 필요하게 되는 것이다.

5. 분할과 재조립(SAR): FC는 대형 데이터 블록을 하드웨어 지원 하에 분할, 재조립하는 기능을 제공한다. 이를 통해 수신된 데이터를 가능한 한 빠르게 착신지 사용자 버퍼에 직접 저장할 수 있다. 시퀀스 내에 있는 프레임들은 애플리케이션별로 다양한 길이를 가질 수 있고, 스토리지와 SAN 애플리케이션 내에서 이러한 기능을 통해 다수의 내부 복사를 방지할 수 있어 오버헤드를 줄이고 효율성을 크게 높일 수 있다. 이더넷은 분할과 재조립 프로세스를 위해 상위 레이어 프로토콜을 사용하는데, 이 과정에서 여러 개의 내부 데이터 복사와 이로 인한 프로세서 오버헤드 증가를 초래한다.

여기서 기억해 두어야 할 중요한 사항은 FC는 대규모 블록, 고속, 저지연 스토리지 트래픽을 엔드 투 엔드로 전송하기 위한 새로운 개념의 네트워크 통신을 지원할 목적으로 개발되었다는 것이다. FC 네트워크 내 각각의 구성요소는 이를 달성하기 위해서 책임과 부하를 분배하고, FC 네트워크는 스토리지 형태의 통신 지원을 위해 적절한 균형을 유지하고 있다.

iSCSI/이더넷의 경우를 살펴보면, 새로운 네트워크 서버 및 스토리지와 새로운 네트워크 스위칭 인프라를 필요로 하지 않는 아키텍처를 구축할 경우 새로 구축되는 iSCSI 네트워크에서는 FC와 유사한 수준의 균형 잡힌 아키텍처를 확보하지 못할 경우가 발생한다.

앞서 설명한 것처럼 iSCSI의 주된 개발 목표는 기존의 IP 네트워크를 통해 스토리지와 서버간 통신을 도입하기 위한 것으로, 이더넷 표준에는 존재하지 않는 iSCSI 소프트웨어 프로토콜 드라이버가 필요한 기능을 제공할 목적으로 개발된 것이다. 그러나 노드 장치들이 감당해야 하는 소프트웨어 처리 오버헤드 증가로 인해 지금까지는 성능이 저조한 상태이다.

업계에서는 이더넷이 스토리지 통신 요구를 수용할 수 있도록 하기 위해 개발 작업을 진행하고 있다. 이로 인해 이룩한 성과 가운데 하나는 새로운 이더넷 네트워크 인터페이스 카드가 개발되었으며, iSCSI HBA (Host Bus Adaptor)라 불리우는 이 카드는 중요한 구성요소인 TOE(TCP Offload Engine)을 추가시켰다. 이 TOE는 일반적으로 칩 또는 보드 형태로, 호스트 CPU 자원을 이용하지 않고 TCP 프로토콜 스택을 처리한다. TOE 기술을 통해 iSCSI 성능이 개선되었으나 새로운 네트워크 아키텍처 구축 문제를 남겨두고 있다.

이러한 이유로 인해서 대다수의 업계 분석가들은 iSCSI/이더넷 기반 SAN들이 FC SAN과 같은 수준의 성능 패리티에 도달하지 못할 것이라고 믿고 있다. 반면에 일부 iSCSI/이더넷 추종자들은 10Gbps 이더넷이 iSCSI/이더넷 기반의 쓸만한 데이터센터 급 스토리지 네트워크 속도를 확보할 때까지 기다리는 것이 좋다고 제안하기도 한다.

하지만 대부분의 기업 목표와 관련하여 이것은 중요한 문제가 아니다. 실제로 문제가 되는 것은 과연 언제 iSCSI/이더넷 스토리지 네트워크가 엔드 유저에게 FC SAN과 비교할만한 성능, 확장성, 가용도 대비 가격 수준을 제공할 수 있느냐는 것이다. 이를 이해하기 위해서 두 아키텍처의 물리적인 네트워크와 관리 레벨에서 비용 비교 이외에 다른 요소들을 비교해 보는 것이 바람직할 수도 있다.

출처명 : 경영과컴퓨터 [2005년 9월]

[윤형두 정보보안 37/8기]

Storage는 항상 중요한 데이터가 저장되는 곳이긴 하지만 공공기관이나 은행권에서는 NAS보다는 SAN을 선호하더라구요. NAS가 더 가격이 저렴하지 않나요?