iSCSI

 

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iscsi与网络化存储  

iscsi与网络化存储

iSCSI技术是一种由IBM公司研究开发的,是一个供硬件设备使用的可以在IP协议的上层运行的SCSI指令集,这种指令集合可以实现在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。iSCSI技术是一种新储存技术,该技术是将现有SCSI接口与以太网络(Ethernet)技术结合,使服务器可与使用IP网络的储存装置互相交换资料。

 

目录

简介
性能
安全性
可用性
局限性
支持iSCSI的FC交换机
智能存储交换机和网关
展望存储市场的新局面
展开
 

编辑本段简介

  

isCSI

iSCSI:Internet 小型计算机系统接口 (iSCSI:Internet Small Computer System Interface)。

 

Internet 小型计算机系统接口(iSCSI)是一种基于 TCP/IP 的协议,用来建立和管理 IP 存储设备、主机和客户机等之间的相互连接,并创建存储区域网络(SAN)。SAN 使得 SCSI 协议应用于高速数据传输网络成为可能,这种传输以数据块级别(block-level)在多个数据存储网络间进行。

 

SCSI 结构基于客户/服务器模式,其通常应用环境是:设备互相靠近,并且这些设备由 SCSI 总线连接。iSCSI 的主要功能是在 TCP/IP 网络上的主机系统(启动器 initiator)和存储设备(目标器 target)之间进行大量数据的封装和可靠传输过程。此外,iSCSI 提供了在 IP 网络封装 SCSI 命令,且运行在 TCP 上。

 

如今我们所涉及的 SAN (Storage Area Network),其实现数据通信的主要要求是:1. 数据存储系统的合并;2. 数据备份;3. 服务器群集;4. 复制;5. 紧急情况下的数据恢复。另外,SAN 可能分布在不同地理位置的多个 LANs 和 WANs 中。必须确保所有 SAN 操作安全进行并符合服务质量(QoS)要求,而 iSCSI 则被设计来在 TCP/IP 网络上实现以上这些要求。

 

iSCSI(Internet SCSI)是2003年IETF(InternetEngineering Task Force,互联网工程任务组)制订的一项标准,用于将SCSI数据块映射成以太网数据包。SCSI(Small Computer System Interface)是块数据传输协议,在存储行业广泛应用,是存储设备最基本的标准协议。从根本上说,iSCSI协议是一种利用IP网络来传输潜伏时间短的SCSI数据块的方法,ISCSI使用以太网协议传送SCSI命令、响应和数据。ISCSI可以用我们已经熟悉和每天都在使用的以太网来构建IP存储局域网。通过这种方法,ISCSI克服了直接连接存储的局限性,使我们可以跨不同服务器共享存储资源,并可以在不停机状态下扩充存储容量。

 

iSCSI的工作过程:当iSCSI主机应用程序发出数据读写请求后,操作系统会生成一个相应的SCSI命令,该SCSI命令在iSCSI initiator层被封装成ISCSI消息包并通过TCP/IP传送到设备侧,设备侧的iSCSI target层会解开iSCSI消息包,得到SCSI命令的内容,然后传送给SCSI设备执行;设备执行SCSI命令后的响应,在经过设备侧iSCSI target层时被封装成ISCSI响应PDU,通过TCP/IP网络传送给主机的ISCSI initiator层,iSCSI initiator会从ISCSI响应PDU里解析出SCSI响应并传送给操作系统,操作系统再响应给应用程序。

 

这几年来,iSCSI存储技术得到了快速发展。iSCSI的最大好处是能提供快速的网络环境,虽然目前其性能和带宽跟光纤网络还有一些差距,但能节省企业约30-40%的成本。iSCSI技术优点和成本优势的主要体现包括以下几个方面:

 

硬件成本低:构建iSCSI存储网络,除了存储设备外,交换机、线缆、接口卡都是标准的以太网配件,价格相对来说比较低廉。同时,iSCSI还可以在现有的网络上直接安装,并不需要更改企业的网络体系,这样可以最大程度地节约投入。

 

操作简单,维护方便:对iSCSI存储网络的管理,实际上就是对以太网设备的管理,只需花费少量的资金去培训iSCSI存储网络管理员。当iSCSI存储网络出现故障时,问题定位及解决也会因为以太网的普及而变得容易。

 

扩充性强:对于已经构建的iSCSI存储网络来说,增加iSCSI存储设备和服务器都将变得简单且无需改变网络的体系结构

 

带宽和性能:iSCSI存储网络的访问带宽依赖以太网带宽。随着千兆以太网的普及和万兆以太网的应用,iSCSI存储网络会达到甚至超过FC(FiberChannel,光纤通道)存储网络的带宽和性能。突破距离限制:iSCSI存储网络使用的是以太网,因而在服务器和存储设备的空间布局上的限制就会少了很多,甚至可以跨越地区和国家。

 

在过去的一年,存储界最热门的技术就是iSCSI技术,各存储设备厂商都纷纷推出iSCSI设备(企业级别或家用级别),iSCSI存储设备的销量也在快速增长。

 

编辑本段性能

iSCSI的一些新特性与IP协议的性质密切相关。FC协议适合于连接服务器和阵列的网络,基于IP协议的iSCSI可能会与非存储IP流量竞争。为了减少IP流量混乱带来的影响,数据中心的管理员应该通过专用iSCSI网络分离iSCSI流量和非存储流量,因为专用iSCSI网络与网络其他部分没有物理连接,或者采用访问控制清单、虚拟局域网(VLAN)等以太网隔离技术。华盛顿 Spokane公共学校的高级网络管理员Kevin Mount说:“为了避免内部LAN产生干涉,我们决定在Foundry公司生产的48端口以太网交换机中独立运行iSCSI网络。”

 

尽管物理隔离和虚拟隔离技术大大提高了安全和性能,存储管理员依然需要在网络交换机适配器中利用以太网巨帧和流量控制等先进技术,缓减阻塞,优化吞吐量。当一条千兆链路的网络带宽不够用时,可以利用以太网链路*(trunking)或链路汇集,将多条链路连接成一条*链路;这样就不必部署价格昂贵的10Gb以太网基础设施,又能克服网络带宽的限制。

 

在主机方面,TCP卸载引擎(TOE)和iSCSI HBA可以有效节省CPU周期,尤其是对速度较慢但注重性能的应用程序服务器。SNIA IP存储论坛主席David Dale认为,尽管TCP和iSCSI的传输速率为1Gb/s,不足最先进服务器硬件速率的10%,而目前85%的iSCSI在部署过程中只采用 iSCSI Initiator软件,但是一旦10Gb iSCSI 得到普及,TOE和iSCSI HBA的作用就会越来越大。除了改善I/O性能,iSCSI HBA还会增加从SAN启动和加密等服务。

 

在多协议环境中,存储管理员需要注意以太网的特性,如以太网交换机和网络接口卡(NIC)之间的容错速度/方式会产生自适应问题,可能对 iSCSI网络的性能产生不利影响。Mount 说:“为了降低自适应问题发生的概率,我们对所有的交换机和服务器以太网端口设置不可更改的编码。”

 

编辑本段安全性

iSCSI和FC采用不同的方法保证存储访问的安全,这可能是多协议存储架构师必须解决的最大问题。FC利用FC交换机实行分区,通过全局名称排列LUN编号和主机标识,而iSCSI采用上述隔离iSCSI的物理和虚拟方法,通过IP地址、主机系统和存储设备的名称、内部/外部CHAP身份验证等方式限制访问,从而保证存储安全。

 

实行多种iSCSI身份验证方式似乎让人不知所从,其实规则很简单:对于基于IP实现隔离的iSCSI网络,主机系统和存储设备的名称就已经足够验证用户身份。在iSCSI与LAN之间存在物理连接的情况下,应该部署更加严密的CHAP身份验证方式,消除IP地址访问iSCSI LUN时带来的外部影响。当环境中拥有大量iSCSI设备时,可以采用Radius服务器实现集中验证,这样就不需要在iSCSI的存储设备中管理用户证书。

 

休斯顿贝勒医学院企业服务与信息系统主管Mike Layton采用了类似的策略,他利用主机系统和存储设备名称实现iSCSI授权,验证访问其FC SAN的少量服务器。他的基于日立数据系统(HDS)公司的FC SAN,在隔离的iSCSI LAN中采用NetApp FAS980c网关产品。

 

集成iSCSI和FC的最大好处在于:支持IP协议中的IPsec加密协议,IP流量出现故障时,都应该集成iSCSI和FC。但是,当服务器处于繁忙状态时,IPsec加密协议的开销非常大。在采用IPsec协议的环境中,服务器和网络带宽匮乏的计算机都应该凭借Cavium网络公司等公司提供的硬件加密技术,配备iSCSI HBA或NIC。从网络层面讲,Decru公司(现为NetApp)、NeoScale系统公司等公司都提供加密产品,设置在数据存取路径中,在FC和 iSCSI数据抵达网络附属存储阵列之前,就对其进行加密。

 

存储管理接口很容易受到安全漏洞的攻击,但是在存储设计过程中又通常遭到忽视。不设密码、所有存储设备只设一个密码或者从不更改密码,都会使设计良好的SAN面临危险。只有特定系统和密码策略非常有效的VLAN才能访问管理接口,在具有大量IP设备的环境中采用集中化的Radius身份验证服务器,这些措施可以降低未获认证的管理变化带来的风险。

 

编辑本段可用性

可用性是包括iSCSI SAN在内的SAN最重要的性能需求,需要在服务器、网络和阵列等层面上进行部署。在网络层面上,可以成对部署交换机,采用生成树状动态路由等以太网故障转移技术,实现冗余。在服务器层面上,通过双连服务器和以太网交换机,实现高可用性。凭借微软公司2005年发布的iSCSI Initiator 2.0版,多路径IO(MPIO)使主机能够与iSCSI网络实现冗余连接。“我们的主机全都运行MPIO,而且与iSCSI SAN实现双连接。”麻省 Babson 学院和Wellesley学院开发体系结构主任Kuljit Dharni解释道:“主板上的NIC卡用于常规的LAN访问,以太网端口和英特尔PCI千兆网络适配器与iSCSI SAN相连。”iSCSI存储设备的冗余选项根据供应商和产品种类而定。iSCSI网关产品、智能存储交换机和基于服务器的iSCSI存储设备,都可以在群集配置中见到,所谓群集配置是指两套设备以双机互备援(active-active)模式或双机热备份(active-passive)模式运行。一些中端存储阵列产品支持iSCSI,如EMC公司的Clariion CX3-20和CX3-40产品,可以通过双控制器架构提供冗余。高端阵列——如EMC 公司的Symmetrix DMX系列产品——需要底盘,只是简单地添加多个iSCSI刃片就能实现冗余。

 

iSCSI集成选项将iSCSI集成到FC SAN中的方法多样、程度不一,取决于现有的存储环境和集成目的。一方面,存储架构师都有各自的目标,如贝勒学院的Layton希望通过iSCSI访问所有的FC存储。另一方面,存储管理员也有各自的目标,如Dharni完全实施iSCSI,不再使用FC SAN。另外,还可以同时运行FC 和iSCSI SAN,Spokane公立学校的Mount和伊利诺伊北伯克(Northbrook)Logs金融服务公司的数据系统管理员Dan Schneidemantle就采用这种方法。

 

在上述的最后一种情况中,设计时需要考虑的关键因素是iSCSI和FC SAN集成的程度。在多协议环境中,存储架构师往往部署iSCSI SAN,并使其与现有的FC架构同时运行,独立管理,以避免产生复杂的集成问题。EqualLogic 产品管理部主任Eric Schott 说:“我们的大多数客户独立运行iSCSI SAN和FC SAN。”“iSCSI LUN和FC LUN采用不同的安全模式,要将其匹配可不是件容易的事。”Schott补充道,“对许多存储架构师而言,就算集成好处再多,如果会增加系统复杂性也就不值得了。”

 

对于由一个供应商提供的多协议存储阵列,可以统一管理iSCSI和FC SAN。EMC、HDS、HP和 Net-App等公司都提供多协议阵列,统一管理iSCSI和FC,在某些情况下还可以管理NAS。FalconStor软件公司、 NetApp公司和Sanrad 公司提供的iSCSI虚拟化产品也可以实现统一存储管理。存储管理员若要将iSCSI集成到现有的SAN中,需要考虑以下集成问题:

 

iSCSI网关支持iSCSI的FC交换机和导向器智能存储交换机和网关基于阵列的iSCSI集成方式基于服务器的iSCSI集成方式支持iSCSI的FC交换机iSCSI网关

 

iSCSI网关可以转换协议,将iSCSI协议转化为FC协议,反之亦然。通常,iSCSI网关至少具有两个FC端口,可以连接到终端FC存储设备;至少具有两个1Gb的以太网端口,和服务器进行IP连接。iSCSI网关把FC LUN作为iSCSI的存储设备,通过IP就可以访问FC存储,无需在服务器中设置FC HBA。常见的网关产品有:博科通讯公司的iSCSI网关、思科系统公司的MDS 9216i、Emulex公司的725/735 iSCSI存储路由器、以及QLogic公司的SANbox *0智能存储路由器。

 

在SAN中利用iSCSI网关产品实现存储需要两大步骤。首先,FC存储管理员为iSCSI网关提供LUN,然后在iSCSI网关限制 iSCSI对FC LUN的访问,只有特定的IP地址、主机系统和存储设备、或者CHAP证书才能访问LUN。一旦完成这些设置,并且在iSCSI客户机上正确配置 iSCSI存储设备,就可以在本地磁盘驱动器中看到指定存储。

 

iSCSI网关的主要好处就是,可以十分容易、毫无故障地将其添加到现有的FC SAN中。iSCSI网关不需要FC网络改变架构,只需简单地配置iSCSI Initiator软件,服务器就能访问FC存储。但是,iSCSI网关价格较贵——一套iSCSI网关产品的市场价大约为10,000美元。 Windows系统和Linux系统的FC HBA至少需要花费400美元,因此有必要分析成本与收益:只有当大量服务器采用iSCSI网关时,才比较合算。服务器数量较少时,可以在服务器中添加 FC HBA,直接连到FC SAN,这样显得更合算。博科公司市场产品部主任Mario Blandini说:“你至少需要拥有100台服务器,才能看到iSCSI网关的性价优势。”

 

编辑本段局限性

但是,存储工程师在畅谈iSCSI 前景的时候,也需要实事求是地分析目前的形势和发展方向。实际上,到目前为止,还没有一个成熟的产品来展示iSCSI 的魅力,它还没有大面积商业化应用。而存储网络面临的诸多问题,iSCSI 并非都能迎刃而解,如距离和带宽之间的矛盾。虽然,iSCSI 满足了长距离连接的需求,方便了广域存储的连接,但是,IP 的带宽仍然是其无法解决的问题。虽然IP 网络发展迅速,1Gbps 的网络逐渐普及,但从广域网来说,带宽仍然相当昂贵。即便可以利用1Gbps 的带宽进行iSCSI 数据传输,速度仍不理想。而且,IP 网络的效率和延迟都是存储数据传输的巨大障碍。

 

OceanStor S5000应运而生

 

OceanStor S5000(以下简称S5000)是华为自主开发的大容量、高性能ISCSI存储设备,融合了华为在存储行业多年积累的技术成果和技术经验。

 

S5000的硬件系统采用双平面设计,除了用户可以看到的双控制器、双电源外,内部交换网络也采用双平面,保证了系统在其中一个模块出现故障时还能够正常工作;S5000可以支持多种硬盘(FC/SATA/ SAS),所以结合不同的RAID级别,可以满足客户不同应用、不同成本的组网需求;S5000可以同时支持ISCSI主机接口和FC主机接口,以满足ISCSI和FC的混合组网需求。

 

S5000的业务软件系统基于64位计算平台开发,64位计算平台带来了性能的提升,同时让用户使用较大的CACHE内存(超过32位计算平台的限制)。业务路径上的各软件子系统的算法都基于双控制器开发,单控制器的失效会得到及时的保护,保证了系统的高可靠性。在ISCSI目标器的设计开发过程中,采用了比较先进的多线程软件技术,大大提升了ISCSI的性能和并发处理能力;当S5000只为少数几个高性能服务器提供存储服务时,也能够全速运行,快速响应主机的读写请求。

 

S5000的管理软件系统基于Web技术开发,直接使用通用浏览器即可以进行S5000设备的管理维护,省去了安装管理软件客户端的麻烦。以流媒体业务应用为例,利用S5000的组网方式,所有媒体服务器通过千兆以太网共享S5000的存储空间。当S5000的两个控制器都正常时,两个控制器会分别处理不同媒体服务器的访问请求;而当其中一个控制器发生故障时,正常的控制器会自动接受所有媒体服务器的访问请求并进行处理。每个媒体服务器主机使用两个网口,在提高了服务器对S5000的访问速度的同时,还保证了单个网口的异常不会影响服务器对存储设备的访问。设备网管使用的是Web方式,可以和其它用途的主机共用且无需安装。存储网络最好能和其它

 

网络分开,以提高速度,并保障存储设备的安全。

 

编辑本段支持iSCSI的FC交换机

如果你运行高端FC交换机和导向器,你的供应商很有可能会竭力推荐iSCSI网关,这样你就不必独立部署网关产品。将iSCSI网关放入FC导向器中,你就拥有了独立的管理控制台,继承导向式交换机的所有冗余和性能优势。

 

博科公司提供的SilkWorm 48000交换器就配备SilkWorm FC4-16IP iSCSI网关,交换器具有8个4Gb/sec的FC端口,8个1Gb的以太网端口,*的吞吐量达64Gb/sec。同理,思科公司供应IP存储服务模块(8个1Gb的以太网端口)和多协议服务模块(14个2Gb/sec的FC端口、2个1Gb的以太网端口),分别匹配MDS 9200 系列的多层网络交换机and MDS 9500系列的多层导向器。

 

供应商将iSCSI协议载入FC交换机,提供独立的iSCSI网关产品不具备的特性。例如,思科的产品支持虚拟路由冗余协议(VRRP),存储架构师就能为以太网与iSCSI的连接配置可选路径,这时如果主要端口发生故障,以太网端口能继续传输iSCSI。思科的iSCSI服务器负载平衡 (iSLB),使存储管理员可以利用一个iSCSI目标入口(target-portal)的IP地址,配置所有的服务器,将以太网端口的任务传输到交换机。交换机将以太网端口的内容传输到iSCSI客户机,这么做不仅可以简化存储管理,还可以设计冗余充分的iSCSI网络,只要允许iSLB通过VRRP 自动重新分配无效端口即可。

 

编辑本段智能存储交换机和网关

iSCSI网关受到协议转换的限制,而智能交换机和网关却能提供虚拟化、快照、复制、镜像等存储服务。换句话说,智能交换机和网关就类似于多协议存储阵列,只是它们他们没有附属存储设备。

 

智能交换机和网关可以帮助存储架构师*现有存储,添加多协议支持(包括iSCSI),并且在单方管理协议下提供虚拟化、存储管理。 NetApp的V系列网关是NetApp的存储控制台,没有附属存储设备,可以将iSCSI、FC和NAS连接到中央存储池。贝勒学院的Layton说: “我们用NetApp [FAS] 980c网关替代HDS FC SAN,使得SAN的iSCSI和NAS容量均有所增长。”

 

Sanrad公司的iSCSI V-Switch交换机能连接末端的SCSI、FC、iSCSI阵列,同时能将iSCSI连接到前端服务器。与NetApp的V系列网关相似,V- Switch存储服务平台也支持虚拟化、监管、镜像、快照和复制功能。Spokane 公立学校的Mount说:“Sanrad公司的iSCSI V-Switch交换机不仅能以iSCSI方式连接到Xiotech公司的FC阵列,也使我们能够统一管理FC存储和SCSI附属SATA存储。”

 

但是这种方法也有缺点。LeftHand网络公司解决方案市场部经理Pete Caviness说:“交换机中如果没有附属存储设备,虚拟化就会变得很贵,因为你需要为交换机付款,需要获取存储。”

 

编辑本段展望存储市场的新局面

I S C S I是I P技术和网络快速发展的必然产物,是FC(FiberC h a n n e l,光纤通道)最有力的竞争对手。ISCSI结合了业内S C S I和TCP/IP两个最通用的协议,这给实施和使用带来了极大的便利,也大大增加了存储设备的资源利用,所以必将会得到快速的普及。目前,各存储设备厂商都纷纷推出ISCSI存储设备和各种操作系统的ISCSI启动器软件。随着ISCSI技术的应用,存储业界必然会发生一些变化。

 

对文件服务器方式(NAS)的替换:随着I SCS I技术的完善,数据块级的存储应用将变得更为普遍,存储资源的通用性、数据共享能力都将大大增强,并且更加易于管理。这样一来,以往使用NAS的地方,会更多地被替换为ISCSI块级存储设备。备份镜像中大量使用ISCSI设备:因为ISCSI本身的无地理限制的特性和完善的互联网,必将导致在数据备份镜像中大量使用ISCSI设备。

 

改变企业存储设施的布局:IP网本身的特点,企业在进行存储设备布局时,会把不同的ISCSI存储设备分散放置到不同的地方,而不是目前FC-SAN(Storage AreaNetwork,存储区域网络)所使用的比较集中的布局方式。

 

IP-SAN和FC-SAN的融合:通过IP-SAN和FC-SAN路由器,把IP-SAN和FC-SAN融合起来,让IP-SAN和FC-SAN各自完成不同功能的同时,又能够相互进行数据共享、备份镜像。

 

随着千兆以太网的成熟以及万兆以太网络的开发,ISCSI必然凭借其性价比、通用性、无地理限制等优势而获飞速发展,ISCSI技术将联合SCSI、TCP/IP,共同开创网络存储的新局面。

 

编辑本段存储系统架构

现在市场有很多不同型号的iSCSI存储设备,设备的型号和参数有很多不同,厂商在做市场宣传时候也经常采用不同的口号或噱头,标榜自己的产品有各种各样不同的功能和优势。

 

实际上当我们对iSCSI设备的结构进行深入的研究时就会发现iSCSI从架构上可以分为4种类型的架构。

一、控制器架构

iSCSI的核心处理单元采用与FC光纤存储设备相同的结构。即采用专用的数据传输芯片、专用的RAID数据校验芯片、专用的高性能cache缓存和专用的嵌入式系统平台。打开设备机箱时可以看到iSCSI设备内部采用无线缆的背板结构,所有部件与背板之间通过标准或非标准的插槽链接在一起,而不是普通PC中的多种不同型号和规格的线缆链接。

 

这种类型的iSCSI存储设备核心处理单元采用高性能的硬件处理芯片,每个芯片功能单一,因此处理效率较高。操作系统是嵌入式设计,与其他类型的操作系统相比,嵌入式操作系统具有体积小、高稳定性、强实时性、固化代码以及操作方便简单等特点。因此控制器架构的iSCSI存储设备具有较高的安全性和和稳定性。

 

控制器架构iSCSI存储内部基于无线缆的背板链接方式,完全消除了链接上的单点故障,因此系统更安全,性能更稳定。一般可用于对性能的稳定性和高可用性具有较高要求的在线存储系统,比如:中小型数据库系统,大型数据的库备份系统,远程容灾系统,网站、电力或非线性编辑制作网等。

 

控制器架构的iSCSI设备由于核心处理器全部采用硬件,制造成本较高,因此一般销售价格较高。

 

区分一个设备是否是控制器架构,可从以下几个方面去考虑:

 

1、是否双控:除了一些早期型号或低端型号外,高性能的iSCSI存储一般都会采用active-active的双控制器工作方式。控制器为模块化设计,并安装在同一个机箱内,非两个独立机箱的控制器。

 

2、缓存:有双控制器缓存镜像、缓存断电保护功能

 

3、数据校验:采用专用硬件校验和数据传输芯片,非依靠普通CPU的软件校验,或普通RAID卡。

 

4、内部结构:打开控制器架构的设备,内部全部为无线缆的背板式连接方式,各硬件模块连接在背板的各个插槽上。

二、iSCSI连接桥架构

整个iSCSI存储分为两个部分,一个部分是前端协议转换设备,另一部分是后端存储。结构上类似NAS网关及其后端存储设备。

 

前端协议转换部分一般为硬件设备,主机接口为千兆以太网接口,磁盘接口一般为SCSI接口或FC接口,可连接SCSI磁盘阵列和FC存储设备。通过千兆以太网主机接口对外提供ISCSI数据传输协议。

 

后端存储一般采用SCSI磁盘阵列和FC存储设备,将SCSI磁盘阵列和FC存储设备的主机接口直接连接到iSCSI桥的磁盘接口上。

 

iSCSI连接桥设备本身只有协议转换功能,没有RAID校验和快照、卷复制等功能。创建RAID组、创建LUN等操作必须在存储设备上完成,存储设备有什么功能,整个iSCSI设备就具有什么样的功能。

三、PC架构

那么何谓PC架构?按字面的意思可以理解为存储设备建立在PC服务器的基础上。即就是选择一个普通的、性能优良的、可支持多块磁盘的PC(一般为 PC服务器和工控服务器),选择一款相对成熟稳定的iSCSI target软件,将iSCSI Target软件安装在PC服务器上,使普通的PC服务器转变成一台iSCSI存储设备,并通过PC服务器的以太网卡对外提供iSCSI数据传输协议。

 

目前常见的iSCSI Target软件多半由商业软件厂商提供,如DataCore Software的SANmelody,FalconStor Software的iSCSI Server for Windows,和String Bean Software的WinTarget等。这软件都只能运行在Windows操作系统平台上。

 

在PC架构的iSCSI存储设备上,所有的RAID组校验、逻辑卷管理、iSCSI 运算、TCP/IP 运算等都是以纯软件方式实现,因此对PC的CPU和内存的性能要求较高。另外iSCSI存储设备的性能极容易收PC服务器运行状态的影响。

 

当由于PC架构iSCSI存储设备的研发、生产、安装使用相对简单,硬件和软件成本相对较低,因此市场上常见的基于PC架构的iSCSI设备的价格都比较低,在一些对性能稳定性要求较低的系统中具有较大的价格优势。

四、PC+NIC架构

PC+iSCSI Target软件方式是一种低价低效比的解决方案,另外还有一种基于PC+NIC的高阶高效性iSCSI 方案。

 

如果只是将高速Ethernet用于存储网络化过于可惜,因此众多厂商发起了iWARP,不仅可实现存储网络化,也能实现I/O 的网络化。通过RDMA(Remote Direct Memory Access)机制简化网络两端的内存数据交换程序,从而加速数据传输效率

 

编辑本段应用

当多数企业由于Fiber Channel 的高成本而对SAN敬而远之时,iSCSI技术的出现,一下子拉近了企业与SAN之间的距离。目前,大多数中小企业都以TCP/IP协议为基础建立了网络环境。对于他们来说,投入巨资利用FC建设SAN系统既不现实,也无必要。但在信息时代,信息的采集与处理将成为决定企业生存与发展的关键,面对海量数据,许多企业已感到力不从心。iSCSI的实现可以在IP网络上应用SCSI的功能,充分利用了现有IP网络的成熟性和普及性等优势,允许用户通过TCP/IP网络来构建存储区域网(SAN),为众多中小企业对经济合理和便于管理的存储设备提供了直接访问的能力。除此之外,iSCSI技术主要用于解决远程存储问题,具体如下:

1.实现异地间的数据交换

许多公司利用光纤交换技术实施了自己的本地存储区域网(SAN),但如果企业有异地存储要求时,如何完成异地间的数据交换则成为问题。设想一下,一家公司在相隔很远的地方有分公司,而且两地各有自己的基于光纤的存储网络,那么,如何将两个网络连接起来?用光纤吗?工程巨大,就是采取租用形式,其费用也相当高昂。我们知道,iSCSI是基于IP协议的,它能容纳所有IP协议网中的部件,如果将FC转换成IP协议下的数据,这些数据就可以通过传统IP协议网传输,解决了远程传输的问题,而到达另一端时再将IP协议的数据转换到当地的基于FC的存储网络,这样通过iSCSI使两个光纤网络能够在低成本投入的前提下连接起来,实现异地间的数据交换。

2.实现异地间的数据备份及容灾

通过iSCSI,用户可以穿越标准的以太网线缆在任何地方创建实际的SAN网络,而不再必须要求专门的光纤通道网络在服务器和存储设备之间传送数据。iSCSI让远程镜像和备份成为可能,因为没有了光纤通道的距离限制,使用标准的TCP/IP协议,数据可以在以太网上进行传输。而从数据传输的角度看,目前多数iSCSI的网络传输带宽为千兆即1Gbit,如果实现全双工能够达到2Gbit,第二代产品能够达到2Gbit带宽,在未来第三代通用iSCSI标准中,带宽将达到10Gb,也就是说,采用iSCSI构建远程异地容灾系统已不存在任何问题。

 

编辑本段优点

iSCSI(Internet SCSI)是IETF(互联网工程任务小组)制订并于2003年2月正式发布的标准协议,可以理解成SCSI over TCP/IP,即网络上的SCSI。它实际是将SCSI命令压缩到TCP/IP包中,从而使数据块在网络上传输。 服务器存储发展日新月异,早期的大型服务器存储使用DAS(Direct Attached Storage),又称直连存储,随后SAN(Storage Area Network,存储局域网络)的诞生,使存储空间得到更加充分的利用以及安装和管理更加有效。早期的SAN采用的是光纤通道(FC,Fiber Channel)技术,所以,以前的SAN多半是指采用光纤通道的存储局域网络,到了iSCSI出现以后,为了区分,业界就把SAN分为FC-SAN和 iSCSI-SAN称呼。

 

iSCSI的发展成了必然,其市场价值是很多服务器厂商看中的,也给无法承担 FC SAN高成本光纤基础结构的中间市场客户所看中,主要因为iSCSI通过集SCSI、以太网和TCP/IP等技术于一身,存在很多优点:

 

1.建立在常见和稳定的标准上,很多IT工作人员对这些技术熟悉,更容易接受;

 

2.由于TCP/IP协议附件减少了聘请专业人员的需要,所以安装和维护成本较低,使用iSCSI创建TCO更低的存储局域网络;

 

3.由于减少了不同的网络和布线,使用常规以太网交换机而不必专用光纤通道交换机,很大程度提高了互操作性;

 

4.传播无极限!可以在全球IP网络上进行以太网传输,实际传播距离没有限制;

 

5.速度可以扩充到10Gbit,将可以和同步光网络速率相媲美。

 

因此,iSCSI 具有低廉、开放、大容量、传输速度高、兼容、安全等诸多优点,其优越的性能使其自发布之始便受到市场的关注与青睐,看来,iSCSI 必将成为网络存储领域内的核心技术之一。那么,到底谁最适合使用iSCSI SAN呢?目前看来iSCSI SAN最适合需要在网络上存储和传输数据流和/或大量数据的机构,如:ISP-互联网服务提供商;SSP-存储服务提供商;需要远程数据复制和灾难恢复的机构;IT资源、基础设施和预算均十分有限的企业和机构等。目前市场上,除了各类作业平台的Initiator软件之外,已有愈来愈多厂商推出各种各类的 iSCSI相关产品。如iSCSI适配卡、iSCSI交换机、iSCSI 存储服务器、iSCSI存储设备、iSCSI 桥接器及iSCSI网关器。

 

编辑本段补充:

多年以来,一直用于构建基于网络的存储解决方案的唯一技术就是光纤通道存储区域网 (FC SAN)。基于以前的一组 ANSI 协议(称为光纤分布式数据接口 (FDDI)),开发光纤通道的目的是在存储网络上移动 SCSI 命令。

 

FC SAN 的优势包括提高了性能、磁盘利用率、可用性以及可伸缩性等,但最重要的是支持服务器集群!但是,FC SAN 现在仍受三个主要缺点的限制。首先是价格。尽管构建 FC SAN 的成本在最近几年有所下降,但进入成本对于 IT 预算有限的小公司来说仍然是高的惊人。第二个缺点是硬件组件不兼容。采用 FC SAN 之后,许多产品制造商对光纤通道规范的解释各不相同,从而导致许多互连问题。如果从公共制造商购买光纤通道组件,这通常不是一个问题。第三个缺点是光纤通道网络不是以太网!它需要一种单独的网络技术,并要求数据中心人员具备另外一组技能。

 

随着千兆位以太网的普及以及对降低成本的需要,基于 iSCSI 的存储系统逐渐成为光纤通道的有力竞争对手。现在,iSCSI SAN 仍然是 FC SAN 的最大竞争者。

 

2003 年 2 月 11 日,经过 Internet 工程任务组 (IETF) 的批准,Internet 小型计算机系统接口(一般称为 iSCSI)成为一个基于 Internet 协议 (IP) 的存储网络标准,用于建立和管理基于 IP 的存储设备、主机和客户端之间的连接。iSCSI 是 SCSI-3 规范框架中定义的数据传输协议,它与光纤通道的类似之处在于其也负责在存储网络上运送块级数据。块级通信意味着数据以“块”的形式在主机和客户端之间传输。数据库服务器依赖这种类型的通信(而不是大多数 NAS 系统使用的文件级通信)以便正常工作。与 FC SAN 一样,iSCSI SAN 应该是一个专用于存储的单独物理网络,但其组件与典型 IP 网络 (LAN) 中的组件基本相同。

 

尽管 iSCSI 的未来前景广阔,但对其的早期批评很快指出其与性能有关的固有缺陷。iSCSI 的优势是能够利用大家熟悉的 IP 网络作为传输机制。但是,TCP/IP 协议非常复杂并且占用 CPU 资源过多。使用 iSCSI,大部分数据处理(TCP 和 iSCSI)都在软件中执行,这比完全在硬件中处理的光纤通道慢得多。将每个 SCSI 命令映射到等价 iSCSI 事务所带来的开销过大。对许多公司来说,解决方案是消除 iSCSI 软件启动器,并投资能够从服务器 CPU 中卸载 TCP/IP 和 iSCSI 处理的专用卡。这些专用卡有时称为 iSCSI 主机总线适配器 (HBA) 或 TCP 卸载引擎 (TOE) 卡。还要考虑到目前 10 GB 以太网是主流!

 

与其他新技术一样,iSCSI 具有一组自己的缩写词和术语。对于本文来说,只需要了解 iSCSI 启动器与 iSCSI 目标之间的区别。

 

iSCSI 启动器。从本质上说,iSCSI 启动器是一个客户端设备,用于将请求连接并启动到服务器(在本例中是 iSCSI 目标)提供的某个服务。iSCSI 启动器软件需要位于每个 Oracle RAC 节点(linux1 和 linux2)上。

 

iSCSI 启动器可以使用软件实现,也可以使用硬件实现。软件 iSCSI 启动器可用于大部分主要操作系统平台。对于本文,我们将使用免费的 Linux iscsi-sfnet 软件驱动程序,该程序位于作为 Linux-iSCSI 项目的一部分而开发的 iscsi-initiator-utils RPM 中。iSCSI 软件启动器通常与标准网络接口卡 (NIC)(大多数情况下是千兆位以太网卡)配合使用。硬件启动器是一个 iSCSI HBA(或 TCP 卸载引擎 (TOE) 卡),它在本质上只是一个专用以太网卡,其上的 SCSI ASIC 可以从系统 CPU 内卸载所有工作(TCP 和 SCSI 命令)。iSCSI HBA 可以从许多供应商处购买,包括 Adaptec、Alacritech、Intel 和 QLogic。

 

iSCSI 目标。iSCSI 目标是 iSCSI 网络的“服务器”组件。它通常是一个存储设备,用于包含您所需的信息并回应来自启动器(一个或多个)的请求。考虑到本文目的,节点 openfiler1 将是 iSCSI 目标。

 

因此,根据有关 iSCSI 的所有这些讨论,是否意味着光纤通道很快就会消失?可能不是这样。多年以来,光纤通道通过其极快的速度、灵活性和强健的可靠性,为自己的能力提供了有力的证据。对高性能存储、大型复杂连接以及关键任务可靠性有严格要求的客户将毫不犹豫地继续选择光纤通道。

 

在结束本部分之前,我认为应该提供一个列表,以对各种类型的磁盘接口和网络技术的速度进行一番比较。对于每种接口,我提供了每秒千位 (kb)、千字节 (KB)、兆位 (Mb)、兆字节 (MB) 以及千兆位 (Gb) 的最大传输速率,较常用的以灰色突出显示。