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iSCSI

 

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iscsi與網絡化存儲  
iscsi與網絡化存儲

iSCSI技術是一種由IBM公司研究開發的,是一個供硬件設備使用的可以在IP協議的上層運行的SCSI指令集,這種指令集合可以實現在IP網絡上運行SCSI協議,使其能夠在諸如高速千兆以太網上進行路由選擇。iSCSI技術是一種新儲存技術,該技術是將現有SCSI接口與以太網絡(Ethernet)技術結合,使服務器可與使用IP網絡的儲存裝置互相交換資料。

 

目錄

簡介
性能
安全性
可用性
侷限性
支持iSCSI的FC交換機
智能存儲交換機和網關
展望存儲市場的新局面
展開
 

編輯本段簡介

  

isCSI

iSCSI:Internet 小型計算機系統接口 (iSCSI:Internet Small Computer System Interface)。
 
Internet 小型計算機系統接口(iSCSI)是一種基於 TCP/IP 的協議,用來建立和管理 IP 存儲設備、主機和客戶機等之間的相互連接,並創建存儲區域網絡(SAN)。SAN 使得 SCSI 協議應用於高速數據傳輸網絡成爲可能,這種傳輸以數據塊級別(block-level)在多個數據存儲網絡間進行。
 
SCSI 結構基於客戶/服務器模式,其通常應用環境是:設備互相靠近,並且這些設備由 SCSI 總線連接。iSCSI 的主要功能是在 TCP/IP 網絡上的主機系統(啓動器 initiator)和存儲設備(目標器 target)之間進行大量數據的封裝和可靠傳輸過程。此外,iSCSI 提供了在 IP 網絡封裝 SCSI 命令,且運行在 TCP 上。
 
如今我們所涉及的 SAN (Storage Area Network),其實現數據通信的主要要求是:1. 數據存儲系統的合併;2. 數據備份;3. 服務器羣集;4. 複製;5. 緊急情況下的數據恢復。另外,SAN 可能分佈在不同地理位置的多個 LANs 和 WANs 中。必須確保所有 SAN 操作安全進行並符合服務質量(QoS)要求,而 iSCSI 則被設計來在 TCP/IP 網絡上實現以上這些要求。
 
iSCSI(Internet SCSI)是2003年IETF(InternetEngineering Task Force,互聯網工程任務組)制訂的一項標準,用於將SCSI數據塊映射成以太網數據包。SCSI(Small Computer System Interface)是塊數據傳輸協議,在存儲行業廣泛應用,是存儲設備最基本的標準協議。從根本上說,iSCSI協議是一種利用IP網絡來傳輸潛伏時間短的SCSI數據塊的方法,ISCSI使用以太網協議傳送SCSI命令、響應和數據。ISCSI可以用我們已經熟悉和每天都在使用的以太網來構建IP存儲局域網。通過這種方法,ISCSI克服了直接連接存儲的侷限性,使我們可以跨不同服務器共享存儲資源,並可以在不停機狀態下擴充存儲容量。
 
iSCSI的工作過程:當iSCSI主機應用程序發出數據讀寫請求後,操作系統會生成一個相應的SCSI命令,該SCSI命令在iSCSI initiator層被封裝成ISCSI消息包並通過TCP/IP傳送到設備側,設備側的iSCSI target層會解開iSCSI消息包,得到SCSI命令的內容,然後傳送給SCSI設備執行;設備執行SCSI命令後的響應,在經過設備側iSCSI target層時被封裝成ISCSI響應PDU,通過TCP/IP網絡傳送給主機的ISCSI initiator層,iSCSI initiator會從ISCSI響應PDU裏解析出SCSI響應並傳送給操作系統,操作系統再響應給應用程序。
 
這幾年來,iSCSI存儲技術得到了快速發展。iSCSI的最大好處是能提供快速的網絡環境,雖然目前其性能和帶寬跟光纖網絡還有一些差距,但能節省企業約30-40%的成本。iSCSI技術優點和成本優勢的主要體現包括以下幾個方面:
 
硬件成本低:構建iSCSI存儲網絡,除了存儲設備外,交換機、線纜、接口卡都是標準的以太網配件,價格相對來說比較低廉。同時,iSCSI還可以在現有的網絡上直接安裝,並不需要更改企業的網絡體系,這樣可以最大程度地節約投入。
 
操作簡單,維護方便:對iSCSI存儲網絡的管理,實際上就是對以太網設備的管理,只需花費少量的資金去培訓iSCSI存儲網絡管理員。當iSCSI存儲網絡出現故障時,問題定位及解決也會因爲以太網的普及而變得容易。
 
擴充性強:對於已經構建的iSCSI存儲網絡來說,增加iSCSI存儲設備和服務器都將變得簡單且無需改變網絡的體系結構
 
帶寬和性能:iSCSI存儲網絡的訪問帶寬依賴以太網帶寬。隨着千兆以太網的普及和萬兆以太網的應用,iSCSI存儲網絡會達到甚至超過FC(FiberChannel,光纖通道)存儲網絡的帶寬和性能。突破距離限制:iSCSI存儲網絡使用的是以太網,因而在服務器和存儲設備的空間佈局上的限制就會少了很多,甚至可以跨越地區和國家。
 
在過去的一年,存儲界最熱門的技術就是iSCSI技術,各存儲設備廠商都紛紛推出iSCSI設備(企業級別或家用級別),iSCSI存儲設備的銷量也在快速增長。
 

編輯本段性能

iSCSI的一些新特性與IP協議的性質密切相關。FC協議適合於連接服務器和陣列的網絡,基於IP協議的iSCSI可能會與非存儲IP流量競爭。爲了減少IP流量混亂帶來的影響,數據中心的管理員應該通過專用iSCSI網絡分離iSCSI流量和非存儲流量,因爲專用iSCSI網絡與網絡其他部分沒有物理連接,或者採用訪問控制清單、虛擬局域網(VLAN)等以太網隔離技術。華盛頓 Spokane公共學校的高級網絡管理員Kevin Mount說:“爲了避免內部LAN產生干涉,我們決定在Foundry公司生產的48端口以太網交換機中獨立運行iSCSI網絡。”
 
儘管物理隔離和虛擬隔離技術大大提高了安全和性能,存儲管理員依然需要在網絡交換機適配器中利用以太網巨幀和流量控制等先進技術,緩減阻塞,優化吞吐量。當一條千兆鏈路的網絡帶寬不夠用時,可以利用以太網鏈路*(trunking)或鏈路彙集,將多條鏈路連接成一條*鏈路;這樣就不必部署價格昂貴的10Gb以太網基礎設施,又能克服網絡帶寬的限制。
 
在主機方面,TCP卸載引擎(TOE)和iSCSI HBA可以有效節省CPU週期,尤其是對速度較慢但注重性能的應用程序服務器。SNIA IP存儲論壇主席David Dale認爲,儘管TCP和iSCSI的傳輸速率爲1Gb/s,不足最先進服務器硬件速率的10%,而目前85%的iSCSI在部署過程中只採用 iSCSI Initiator軟件,但是一旦10Gb iSCSI 得到普及,TOE和iSCSI HBA的作用就會越來越大。除了改善I/O性能,iSCSI HBA還會增加從SAN啓動和加密等服務。
 
在多協議環境中,存儲管理員需要注意以太網的特性,如以太網交換機和網絡接口卡(NIC)之間的容錯速度/方式會產生自適應問題,可能對 iSCSI網絡的性能產生不利影響。Mount 說:“爲了降低自適應問題發生的概率,我們對所有的交換機和服務器以太網端口設置不可更改的編碼。”
 

編輯本段安全性

iSCSI和FC採用不同的方法保證存儲訪問的安全,這可能是多協議存儲架構師必須解決的最大問題。FC利用FC交換機實行分區,通過全局名稱排列LUN編號和主機標識,而iSCSI採用上述隔離iSCSI的物理和虛擬方法,通過IP地址、主機系統和存儲設備的名稱、內部/外部CHAP身份驗證等方式限制訪問,從而保證存儲安全。
 
實行多種iSCSI身份驗證方式似乎讓人不知所從,其實規則很簡單:對於基於IP實現隔離的iSCSI網絡,主機系統和存儲設備的名稱就已經足夠驗證用戶身份。在iSCSI與LAN之間存在物理連接的情況下,應該部署更加嚴密的CHAP身份驗證方式,消除IP地址訪問iSCSI LUN時帶來的外部影響。當環境中擁有大量iSCSI設備時,可以採用Radius服務器實現集中驗證,這樣就不需要在iSCSI的存儲設備中管理用戶證書。
 
休斯頓貝勒醫學院企業服務與信息系統主管Mike Layton採用了類似的策略,他利用主機系統和存儲設備名稱實現iSCSI授權,驗證訪問其FC SAN的少量服務器。他的基於日立數據系統(HDS)公司的FC SAN,在隔離的iSCSI LAN中採用NetApp FAS980c網關產品。
 
集成iSCSI和FC的最大好處在於:支持IP協議中的IPsec加密協議,IP流量出現故障時,都應該集成iSCSI和FC。但是,當服務器處於繁忙狀態時,IPsec加密協議的開銷非常大。在採用IPsec協議的環境中,服務器和網絡帶寬匱乏的計算機都應該憑藉Cavium網絡公司等公司提供的硬件加密技術,配備iSCSI HBA或NIC。從網絡層面講,Decru公司(現爲NetApp)、NeoScale系統公司等公司都提供加密產品,設置在數據存取路徑中,在FC和 iSCSI數據抵達網絡附屬存儲陣列之前,就對其進行加密。
 
存儲管理接口很容易受到安全漏洞的***,但是在存儲設計過程中又通常遭到忽視。不設密碼、所有存儲設備只設一個密碼或者從不更改密碼,都會使設計良好的SAN面臨危險。只有特定系統和密碼策略非常有效的VLAN才能訪問管理接口,在具有大量IP設備的環境中採用集中化的Radius身份驗證服務器,這些措施可以降低未獲認證的管理變化帶來的風險。
 

編輯本段可用性

可用性是包括iSCSI SAN在內的SAN最重要的性能需求,需要在服務器、網絡和陣列等層面上進行部署。在網絡層面上,可以成對部署交換機,採用生成樹狀動態路由等以太網故障轉移技術,實現冗餘。在服務器層面上,通過雙連服務器和以太網交換機,實現高可用性。憑藉微軟公司2005年發佈的iSCSI Initiator 2.0版,多路徑IO(MPIO)使主機能夠與iSCSI網絡實現冗餘連接。“我們的主機全都運行MPIO,而且與iSCSI SAN實現雙連接。”麻省 Babson 學院和Wellesley學院開發體系結構主任Kuljit Dharni解釋道:“主板上的NIC卡用於常規的LAN訪問,以太網端口和英特爾PCI千兆網絡適配器與iSCSI SAN相連。”iSCSI存儲設備的冗餘選項根據供應商和產品種類而定。iSCSI網關產品、智能存儲交換機和基於服務器的iSCSI存儲設備,都可以在羣集配置中見到,所謂羣集配置是指兩套設備以雙機互備援(active-active)模式或雙機熱備份(active-passive)模式運行。一些中端存儲陣列產品支持iSCSI,如EMC公司的Clariion CX3-20和CX3-40產品,可以通過雙控制器架構提供冗餘。高端陣列——如EMC 公司的Symmetrix DMX系列產品——需要底盤,只是簡單地添加多個iSCSI刃片就能實現冗餘。
 
iSCSI集成選項將iSCSI集成到FC SAN中的方法多樣、程度不一,取決於現有的存儲環境和集成目的。一方面,存儲架構師都有各自的目標,如貝勒學院的Layton希望通過iSCSI訪問所有的FC存儲。另一方面,存儲管理員也有各自的目標,如Dharni完全實施iSCSI,不再使用FC SAN。另外,還可以同時運行FC 和iSCSI SAN,Spokane公立學校的Mount和伊利諾伊北伯克(Northbrook)Logs金融服務公司的數據系統管理員Dan Schneidemantle就採用這種方法。
 
在上述的最後一種情況中,設計時需要考慮的關鍵因素是iSCSI和FC SAN集成的程度。在多協議環境中,存儲架構師往往部署iSCSI SAN,並使其與現有的FC架構同時運行,獨立管理,以避免產生複雜的集成問題。EqualLogic 產品管理部主任Eric Schott 說:“我們的大多數客戶獨立運行iSCSI SAN和FC SAN。”“iSCSI LUN和FC LUN採用不同的安全模式,要將其匹配可不是件容易的事。”Schott補充道,“對許多存儲架構師而言,就算集成好處再多,如果會增加系統複雜性也就不值得了。”
 
對於由一個供應商提供的多協議存儲陣列,可以統一管理iSCSI和FC SAN。EMC、HDS、HP和 Net-App等公司都提供多協議陣列,統一管理iSCSI和FC,在某些情況下還可以管理NAS。FalconStor軟件公司、 NetApp公司和Sanrad 公司提供的iSCSI虛擬化產品也可以實現統一存儲管理。存儲管理員若要將iSCSI集成到現有的SAN中,需要考慮以下集成問題:
 
iSCSI網關支持iSCSI的FC交換機和導向器智能存儲交換機和網關基於陣列的iSCSI集成方式基於服務器的iSCSI集成方式支持iSCSI的FC交換機iSCSI網關
 
iSCSI網關可以轉換協議,將iSCSI協議轉化爲FC協議,反之亦然。通常,iSCSI網關至少具有兩個FC端口,可以連接到終端FC存儲設備;至少具有兩個1Gb的以太網端口,和服務器進行IP連接。iSCSI網關把FC LUN作爲iSCSI的存儲設備,通過IP就可以訪問FC存儲,無需在服務器中設置FC HBA。常見的網關產品有:博科通訊公司的iSCSI網關、思科系統公司的MDS 9216i、Emulex公司的725/735 iSCSI存儲路由器、以及QLogic公司的SANbox *0智能存儲路由器。
 
在SAN中利用iSCSI網關產品實現存儲需要兩大步驟。首先,FC存儲管理員爲iSCSI網關提供LUN,然後在iSCSI網關限制 iSCSI對FC LUN的訪問,只有特定的IP地址、主機系統和存儲設備、或者CHAP證書才能訪問LUN。一旦完成這些設置,並且在iSCSI客戶機上正確配置 iSCSI存儲設備,就可以在本地磁盤驅動器中看到指定存儲。
 
iSCSI網關的主要好處就是,可以十分容易、毫無故障地將其添加到現有的FC SAN中。iSCSI網關不需要FC網絡改變架構,只需簡單地配置iSCSI Initiator軟件,服務器就能訪問FC存儲。但是,iSCSI網關價格較貴——一套iSCSI網關產品的市場價大約爲10,000美元。 Windows系統和Linux系統的FC HBA至少需要花費400美元,因此有必要分析成本與收益:只有當大量服務器採用iSCSI網關時,才比較合算。服務器數量較少時,可以在服務器中添加 FC HBA,直接連到FC SAN,這樣顯得更合算。博科公司市場產品部主任Mario Blandini說:“你至少需要擁有100臺服務器,才能看到iSCSI網關的性價優勢。”
 

編輯本段侷限性

但是,存儲工程師在暢談iSCSI 前景的時候,也需要實事求是地分析目前的形勢和發展方向。實際上,到目前爲止,還沒有一個成熟的產品來展示iSCSI 的魅力,它還沒有大面積商業化應用。而存儲網絡面臨的諸多問題,iSCSI 並非都能迎刃而解,如距離和帶寬之間的矛盾。雖然,iSCSI 滿足了長距離連接的需求,方便了廣域存儲的連接,但是,IP 的帶寬仍然是其無法解決的問題。雖然IP 網絡發展迅速,1Gbps 的網絡逐漸普及,但從廣域網來說,帶寬仍然相當昂貴。即便可以利用1Gbps 的帶寬進行iSCSI 數據傳輸,速度仍不理想。而且,IP 網絡的效率和延遲都是存儲數據傳輸的巨大障礙。
 
OceanStor S5000應運而生
 
OceanStor S5000(以下簡稱S5000)是華爲自主開發的大容量、高性能ISCSI存儲設備,融合了華爲在存儲行業多年積累的技術成果和技術經驗。
 
S5000的硬件系統採用雙平面設計,除了用戶可以看到的雙控制器、雙電源外,內部交換網絡也採用雙平面,保證了系統在其中一個模塊出現故障時還能夠正常工作;S5000可以支持多種硬盤(FC/SATA/ SAS),所以結合不同的RAID級別,可以滿足客戶不同應用、不同成本的組網需求;S5000可以同時支持ISCSI主機接口和FC主機接口,以滿足ISCSI和FC的混合組網需求。
 
S5000的業務軟件系統基於64位計算平臺開發,64位計算平臺帶來了性能的提升,同時讓用戶使用較大的CACHE內存(超過32位計算平臺的限制)。業務路徑上的各軟件子系統的算法都基於雙控制器開發,單控制器的失效會得到及時的保護,保證了系統的高可靠性。在ISCSI目標器的設計開發過程中,採用了比較先進的多線程軟件技術,大大提升了ISCSI的性能和併發處理能力;當S5000只爲少數幾個高性能服務器提供存儲服務時,也能夠全速運行,快速響應主機的讀寫請求。
 
S5000的管理軟件系統基於Web技術開發,直接使用通用瀏覽器即可以進行S5000設備的管理維護,省去了安裝管理軟件客戶端的麻煩。以流媒體業務應用爲例,利用S5000的組網方式,所有媒體服務器通過千兆以太網共享S5000的存儲空間。當S5000的兩個控制器都正常時,兩個控制器會分別處理不同媒體服務器的訪問請求;而當其中一個控制器發生故障時,正常的控制器會自動接受所有媒體服務器的訪問請求並進行處理。每個媒體服務器主機使用兩個網口,在提高了服務器對S5000的訪問速度的同時,還保證了單個網口的異常不會影響服務器對存儲設備的訪問。設備網管使用的是Web方式,可以和其它用途的主機共用且無需安裝。存儲網絡最好能和其它
 
網絡分開,以提高速度,並保障存儲設備的安全。
 

編輯本段支持iSCSI的FC交換機

如果你運行高端FC交換機和導向器,你的供應商很有可能會竭力推薦iSCSI網關,這樣你就不必獨立部署網關產品。將iSCSI網關放入FC導向器中,你就擁有了獨立的管理控制檯,繼承導向式交換機的所有冗餘和性能優勢。
 
博科公司提供的SilkWorm 48000交換器就配備SilkWorm FC4-16IP iSCSI網關,交換器具有8個4Gb/sec的FC端口,8個1Gb的以太網端口,*的吞吐量達64Gb/sec。同理,思科公司供應IP存儲服務模塊(8個1Gb的以太網端口)和多協議服務模塊(14個2Gb/sec的FC端口、2個1Gb的以太網端口),分別匹配MDS 9200 系列的多層網絡交換機and MDS 9500系列的多層導向器。
 
供應商將iSCSI協議載入FC交換機,提供獨立的iSCSI網關產品不具備的特性。例如,思科的產品支持虛擬路由冗餘協議(VRRP),存儲架構師就能爲以太網與iSCSI的連接配置可選路徑,這時如果主要端口發生故障,以太網端口能繼續傳輸iSCSI。思科的iSCSI服務器負載平衡 (iSLB),使存儲管理員可以利用一個iSCSI目標入口(target-portal)的IP地址,配置所有的服務器,將以太網端口的任務傳輸到交換機。交換機將以太網端口的內容傳輸到iSCSI客戶機,這麼做不僅可以簡化存儲管理,還可以設計冗餘充分的iSCSI網絡,只要允許iSLB通過VRRP 自動重新分配無效端口即可。
 

編輯本段智能存儲交換機和網關

iSCSI網關受到協議轉換的限制,而智能交換機和網關卻能提供虛擬化、快照、複製、鏡像等存儲服務。換句話說,智能交換機和網關就類似於多協議存儲陣列,只是它們他們沒有附屬存儲設備。
 
智能交換機和網關可以幫助存儲架構師*現有存儲,添加多協議支持(包括iSCSI),並且在單方管理協議下提供虛擬化、存儲管理。 NetApp的V系列網關是NetApp的存儲控制檯,沒有附屬存儲設備,可以將iSCSI、FC和NAS連接到中央存儲池。貝勒學院的Layton說: “我們用NetApp [FAS] 980c網關替代HDS FC SAN,使得SAN的iSCSI和NAS容量均有所增長。”
 
Sanrad公司的iSCSI V-Switch交換機能連接末端的SCSI、FC、iSCSI陣列,同時能將iSCSI連接到前端服務器。與NetApp的V系列網關相似,V- Switch存儲服務平臺也支持虛擬化、監管、鏡像、快照和複製功能。Spokane 公立學校的Mount說:“Sanrad公司的iSCSI V-Switch交換機不僅能以iSCSI方式連接到Xiotech公司的FC陣列,也使我們能夠統一管理FC存儲和SCSI附屬SATA存儲。”
 
但是這種方法也有缺點。LeftHand網絡公司解決方案市場部經理Pete Caviness說:“交換機中如果沒有附屬存儲設備,虛擬化就會變得很貴,因爲你需要爲交換機付款,需要獲取存儲。”
 

編輯本段展望存儲市場的新局面

I S C S I是I P技術和網絡快速發展的必然產物,是FC(FiberC h a n n e l,光纖通道)最有力的競爭對手。ISCSI結合了業內S C S I和TCP/IP兩個最通用的協議,這給實施和使用帶來了極大的便利,也大大增加了存儲設備的資源利用,所以必將會得到快速的普及。目前,各存儲設備廠商都紛紛推出ISCSI存儲設備和各種操作系統的ISCSI啓動器軟件。隨着ISCSI技術的應用,存儲業界必然會發生一些變化。
 
對文件服務器方式(NAS)的替換:隨着I SCS I技術的完善,數據塊級的存儲應用將變得更爲普遍,存儲資源的通用性、數據共享能力都將大大增強,並且更加易於管理。這樣一來,以往使用NAS的地方,會更多地被替換爲ISCSI塊級存儲設備。備份鏡像中大量使用ISCSI設備:因爲ISCSI本身的無地理限制的特性和完善的互聯網,必將導致在數據備份鏡像中大量使用ISCSI設備。
 
改變企業存儲設施的佈局:IP網本身的特點,企業在進行存儲設備佈局時,會把不同的ISCSI存儲設備分散放置到不同的地方,而不是目前FC-SAN(Storage AreaNetwork,存儲區域網絡)所使用的比較集中的佈局方式。
 
IP-SAN和FC-SAN的融合:通過IP-SAN和FC-SAN路由器,把IP-SAN和FC-SAN融合起來,讓IP-SAN和FC-SAN各自完成不同功能的同時,又能夠相互進行數據共享、備份鏡像。
 
隨着千兆以太網的成熟以及萬兆以太網絡的開發,ISCSI必然憑藉其性價比、通用性、無地理限制等優勢而獲飛速發展,ISCSI技術將聯合SCSI、TCP/IP,共同開創網絡存儲的新局面。
 

編輯本段存儲系統架構

現在市場有很多不同型號的iSCSI存儲設備,設備的型號和參數有很多不同,廠商在做市場宣傳時候也經常採用不同的口號或噱頭,標榜自己的產品有各種各樣不同的功能和優勢。
 
實際上當我們對iSCSI設備的結構進行深入的研究時就會發現iSCSI從架構上可以分爲4種類型的架構。

一、控制器架構

iSCSI的核心處理單元採用與FC光纖存儲設備相同的結構。即採用專用的數據傳輸芯片、專用的RAID數據校驗芯片、專用的高性能cache緩存和專用的嵌入式系統平臺。打開設備機箱時可以看到iSCSI設備內部採用無線纜的背板結構,所有部件與背板之間通過標準或非標準的插槽鏈接在一起,而不是普通PC中的多種不同型號和規格的線纜鏈接。
 
這種類型的iSCSI存儲設備核心處理單元採用高性能的硬件處理芯片,每個芯片功能單一,因此處理效率較高。操作系統是嵌入式設計,與其他類型的操作系統相比,嵌入式操作系統具有體積小、高穩定性、強實時性、固化代碼以及操作方便簡單等特點。因此控制器架構的iSCSI存儲設備具有較高的安全性和和穩定性。
 
控制器架構iSCSI存儲內部基於無線纜的背板鏈接方式,完全消除了鏈接上的單點故障,因此係統更安全,性能更穩定。一般可用於對性能的穩定性和高可用性具有較高要求的在線存儲系統,比如:中小型數據庫系統,大型數據的庫備份系統,遠程容災系統,網站、電力或非線性編輯製作網等。
 
控制器架構的iSCSI設備由於核心處理器全部採用硬件,製造成本較高,因此一般銷售價格較高。
 
區分一個設備是否是控制器架構,可從以下幾個方面去考慮:
 
1、是否雙控:除了一些早期型號或低端型號外,高性能的iSCSI存儲一般都會採用active-active的雙控制器工作方式。控制器爲模塊化設計,並安裝在同一個機箱內,非兩個獨立機箱的控制器。
 
2、緩存:有雙控制器緩存鏡像、緩存斷電保護功能
 
3、數據校驗:採用專用硬件校驗和數據傳輸芯片,非依靠普通CPU的軟件校驗,或普通RAID卡。
 
4、內部結構:打開控制器架構的設備,內部全部爲無線纜的背板式連接方式,各硬件模塊連接在背板的各個插槽上。

二、iSCSI連接橋架構

整個iSCSI存儲分爲兩個部分,一個部分是前端協議轉換設備,另一部分是後端存儲。結構上類似NAS網關及其後端存儲設備。
 
前端協議轉換部分一般爲硬件設備,主機接口爲千兆以太網接口,磁盤接口一般爲SCSI接口或FC接口,可連接SCSI磁盤陣列和FC存儲設備。通過千兆以太網主機接口對外提供ISCSI數據傳輸協議。
 
後端存儲一般採用SCSI磁盤陣列和FC存儲設備,將SCSI磁盤陣列和FC存儲設備的主機接口直接連接到iSCSI橋的磁盤接口上。
 
iSCSI連接橋設備本身只有協議轉換功能,沒有RAID校驗和快照、卷複製等功能。創建RAID組、創建LUN等操作必須在存儲設備上完成,存儲設備有什麼功能,整個iSCSI設備就具有什麼樣的功能。

三、PC架構

那麼何謂PC架構?按字面的意思可以理解爲存儲設備建立在PC服務器的基礎上。即就是選擇一個普通的、性能優良的、可支持多塊磁盤的PC(一般爲 PC服務器和工控服務器),選擇一款相對成熟穩定的iSCSI target軟件,將iSCSI Target軟件安裝在PC服務器上,使普通的PC服務器轉變成一臺iSCSI存儲設備,並通過PC服務器的以太網卡對外提供iSCSI數據傳輸協議。
 
目前常見的iSCSI Target軟件多半由商業軟件廠商提供,如DataCore Software的SANmelody,FalconStor Software的iSCSI Server for Windows,和String Bean Software的WinTarget等。這軟件都只能運行在Windows操作系統平臺上。
 
在PC架構的iSCSI存儲設備上,所有的RAID組校驗、邏輯卷管理、iSCSI 運算、TCP/IP 運算等都是以純軟件方式實現,因此對PC的CPU和內存的性能要求較高。另外iSCSI存儲設備的性能極容易收PC服務器運行狀態的影響。
 
當由於PC架構iSCSI存儲設備的研發、生產、安裝使用相對簡單,硬件和軟件成本相對較低,因此市場上常見的基於PC架構的iSCSI設備的價格都比較低,在一些對性能穩定性要求較低的系統中具有較大的價格優勢。

四、PC+NIC架構

PC+iSCSI Target軟件方式是一種低價低效比的解決方案,另外還有一種基於PC+NIC的高階高效性iSCSI 方案。
 
如果只是將高速Ethernet用於存儲網絡化過於可惜,因此衆多廠商發起了iWARP,不僅可實現存儲網絡化,也能實現I/O 的網絡化。通過RDMA(Remote Direct Memory Access)機制簡化網絡兩端的內存數據交換程序,從而加速數據傳輸效率
 

編輯本段應用

當多數企業由於Fiber Channel 的高成本而對SAN敬而遠之時,iSCSI技術的出現,一下子拉近了企業與SAN之間的距離。目前,大多數中小企業都以TCP/IP協議爲基礎建立了網絡環境。對於他們來說,投入巨資利用FC建設SAN系統既不現實,也無必要。但在信息時代,信息的採集與處理將成爲決定企業生存與發展的關鍵,面對海量數據,許多企業已感到力不從心。iSCSI的實現可以在IP網絡上應用SCSI的功能,充分利用了現有IP網絡的成熟性和普及性等優勢,允許用戶通過TCP/IP網絡來構建存儲區域網(SAN),爲衆多中小企業對經濟合理和便於管理的存儲設備提供了直接訪問的能力。除此之外,iSCSI技術主要用於解決遠程存儲問題,具體如下:

1.實現異地間的數據交換

許多公司利用光纖交換技術實施了自己的本地存儲區域網(SAN),但如果企業有異地存儲要求時,如何完成異地間的數據交換則成爲問題。設想一下,一家公司在相隔很遠的地方有分公司,而且兩地各有自己的基於光纖的存儲網絡,那麼,如何將兩個網絡連接起來?用光纖嗎?工程巨大,就是採取租用形式,其費用也相當高昂。我們知道,iSCSI是基於IP協議的,它能容納所有IP協議網中的部件,如果將FC轉換成IP協議下的數據,這些數據就可以通過傳統IP協議網傳輸,解決了遠程傳輸的問題,而到達另一端時再將IP協議的數據轉換到當地的基於FC的存儲網絡,這樣通過iSCSI使兩個光纖網絡能夠在低成本投入的前提下連接起來,實現異地間的數據交換。

2.實現異地間的數據備份及容災

通過iSCSI,用戶可以穿越標準的以太網線纜在任何地方創建實際的SAN網絡,而不再必須要求專門的光纖通道網絡在服務器和存儲設備之間傳送數據。iSCSI讓遠程鏡像和備份成爲可能,因爲沒有了光纖通道的距離限制,使用標準的TCP/IP協議,數據可以在以太網上進行傳輸。而從數據傳輸的角度看,目前多數iSCSI的網絡傳輸帶寬爲千兆即1Gbit,如果實現全雙工能夠達到2Gbit,第二代產品能夠達到2Gbit帶寬,在未來第三代通用iSCSI標準中,帶寬將達到10Gb,也就是說,採用iSCSI構建遠程異地容災系統已不存在任何問題。
 

編輯本段優點

iSCSI(Internet SCSI)是IETF(互聯網工程任務小組)制訂並於2003年2月正式發佈的標準協議,可以理解成SCSI over TCP/IP,即網絡上的SCSI。它實際是將SCSI命令壓縮到TCP/IP包中,從而使數據塊在網絡上傳輸。 服務器存儲發展日新月異,早期的大型服務器存儲使用DAS(Direct Attached Storage),又稱直連存儲,隨後SAN(Storage Area Network,存儲局域網絡)的誕生,使存儲空間得到更加充分的利用以及安裝和管理更加有效。早期的SAN採用的是光纖通道(FC,Fiber Channel)技術,所以,以前的SAN多半是指採用光纖通道的存儲局域網絡,到了iSCSI出現以後,爲了區分,業界就把SAN分爲FC-SAN和 iSCSI-SAN稱呼。
 
iSCSI的發展成了必然,其市場價值是很多服務器廠商看中的,也給無法承擔 FC SAN高成本光纖基礎結構的中間市場客戶所看中,主要因爲iSCSI通過集SCSI、以太網和TCP/IP等技術於一身,存在很多優點:
 
1.建立在常見和穩定的標準上,很多IT工作人員對這些技術熟悉,更容易接受;
 
2.由於TCP/IP協議附件減少了聘請專業人員的需要,所以安裝和維護成本較低,使用iSCSI創建TCO更低的存儲局域網絡;
 
3.由於減少了不同的網絡和佈線,使用常規以太網交換機而不必專用光纖通道交換機,很大程度提高了互操作性;
 
4.傳播無極限!可以在全球IP網絡上進行以太網傳輸,實際傳播距離沒有限制;
 
5.速度可以擴充到10Gbit,將可以和同步光網絡速率相媲美。
 
因此,iSCSI 具有低廉、開放、大容量、傳輸速度高、兼容、安全等諸多優點,其優越的性能使其自發布之始便受到市場的關注與青睞,看來,iSCSI 必將成爲網絡存儲領域內的核心技術之一。那麼,到底誰最適合使用iSCSI SAN呢?目前看來iSCSI SAN最適合需要在網絡上存儲和傳輸數據流和/或大量數據的機構,如:ISP-互聯網服務提供商;SSP-存儲服務提供商;需要遠程數據複製和災難恢復的機構;IT資源、基礎設施和預算均十分有限的企業和機構等。目前市場上,除了各類作業平臺的Initiator軟件之外,已有愈來愈多廠商推出各種各類的 iSCSI相關產品。如iSCSI適配卡、iSCSI交換機、iSCSI 存儲服務器、iSCSI存儲設備、iSCSI 橋接器及iSCSI網關器。
 

編輯本段補充:

多年以來,一直用於構建基於網絡的存儲解決方案的唯一技術就是光纖通道存儲區域網 (FC SAN)。基於以前的一組 ANSI 協議(稱爲光纖分佈式數據接口 (FDDI)),開發光纖通道的目的是在存儲網絡上移動 SCSI 命令。
 
FC SAN 的優勢包括提高了性能、磁盤利用率、可用性以及可伸縮性等,但最重要的是支持服務器集羣!但是,FC SAN 現在仍受三個主要缺點的限制。首先是價格。儘管構建 FC SAN 的成本在最近幾年有所下降,但進入成本對於 IT 預算有限的小公司來說仍然是高的驚人。第二個缺點是硬件組件不兼容。採用 FC SAN 之後,許多產品製造商對光纖通道規範的解釋各不相同,從而導致許多互連問題。如果從公共製造商購買光纖通道組件,這通常不是一個問題。第三個缺點是光纖通道網絡不是以太網!它需要一種單獨的網絡技術,並要求數據中心人員具備另外一組技能。
 
隨着千兆位以太網的普及以及對降低成本的需要,基於 iSCSI 的存儲系統逐漸成爲光纖通道的有力競爭對手。現在,iSCSI SAN 仍然是 FC SAN 的最大競爭者。
 
2003 年 2 月 11 日,經過 Internet 工程任務組 (IETF) 的批准,Internet 小型計算機系統接口(一般稱爲 iSCSI)成爲一個基於 Internet 協議 (IP) 的存儲網絡標準,用於建立和管理基於 IP 的存儲設備、主機和客戶端之間的連接。iSCSI 是 SCSI-3 規範框架中定義的數據傳輸協議,它與光纖通道的類似之處在於其也負責在存儲網絡上運送塊級數據。塊級通信意味着數據以“塊”的形式在主機和客戶端之間傳輸。數據庫服務器依賴這種類型的通信(而不是大多數 NAS 系統使用的文件級通信)以便正常工作。與 FC SAN 一樣,iSCSI SAN 應該是一個專用於存儲的單獨物理網絡,但其組件與典型 IP 網絡 (LAN) 中的組件基本相同。
 
儘管 iSCSI 的未來前景廣闊,但對其的早期批評很快指出其與性能有關的固有缺陷。iSCSI 的優勢是能夠利用大家熟悉的 IP 網絡作爲傳輸機制。但是,TCP/IP 協議非常複雜並且佔用 CPU 資源過多。使用 iSCSI,大部分數據處理(TCP 和 iSCSI)都在軟件中執行,這比完全在硬件中處理的光纖通道慢得多。將每個 SCSI 命令映射到等價 iSCSI 事務所帶來的開銷過大。對許多公司來說,解決方案是消除 iSCSI 軟件啓動器,並投資能夠從服務器 CPU 中卸載 TCP/IP 和 iSCSI 處理的專用卡。這些專用卡有時稱爲 iSCSI 主機總線適配器 (HBA) 或 TCP 卸載引擎 (TOE) 卡。還要考慮到目前 10 GB 以太網是主流!
 
與其他新技術一樣,iSCSI 具有一組自己的縮寫詞和術語。對於本文來說,只需要瞭解 iSCSI 啓動器與 iSCSI 目標之間的區別。
 
iSCSI 啓動器。從本質上說,iSCSI 啓動器是一個客戶端設備,用於將請求連接並啓動到服務器(在本例中是 iSCSI 目標)提供的某個服務。iSCSI 啓動器軟件需要位於每個 Oracle RAC 節點(linux1 和 linux2)上。
 
iSCSI 啓動器可以使用軟件實現,也可以使用硬件實現。軟件 iSCSI 啓動器可用於大部分主要操作系統平臺。對於本文,我們將使用免費的 Linux iscsi-sfnet 軟件驅動程序,該程序位於作爲 Linux-iSCSI 項目的一部分而開發的 iscsi-initiator-utils RPM 中。iSCSI 軟件啓動器通常與標準網絡接口卡 (NIC)(大多數情況下是千兆位以太網卡)配合使用。硬件啓動器是一個 iSCSI HBA(或 TCP 卸載引擎 (TOE) 卡),它在本質上只是一個專用以太網卡,其上的 SCSI ASIC 可以從系統 CPU 內卸載所有工作(TCP 和 SCSI 命令)。iSCSI HBA 可以從許多供應商處購買,包括 Adaptec、Alacritech、Intel 和 QLogic。
 
iSCSI 目標。iSCSI 目標是 iSCSI 網絡的“服務器”組件。它通常是一個存儲設備,用於包含您所需的信息並回應來自啓動器(一個或多個)的請求。考慮到本文目的,節點 openfiler1 將是 iSCSI 目標。
 
因此,根據有關 iSCSI 的所有這些討論,是否意味着光纖通道很快就會消失?可能不是這樣。多年以來,光纖通道通過其極快的速度、靈活性和強健的可靠性,爲自己的能力提供了有力的證據。對高性能存儲、大型複雜連接以及關鍵任務可靠性有嚴格要求的客戶將毫不猶豫地繼續選擇光纖通道。
 
在結束本部分之前,我認爲應該提供一個列表,以對各種類型的磁盤接口和網絡技術的速度進行一番比較。對於每種接口,我提供了每秒千位 (kb)、千字節 (KB)、兆位 (Mb)、兆字節 (MB) 以及千兆位 (Gb) 的最大傳輸速率,較常用的以灰色突出顯示。
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