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。

  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,I SCS I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 ISCSItarget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,ISCSIinitiator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,I SCS I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I SCS I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I SCS I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:I SCS I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,光连 通道)存储网络的带宽和性能。突破距离限制:I SCS I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。
  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。
  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,光连通道)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。
  iSCSI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。

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