iscsi

   

   iSCSI技術(shù)是一種由IBM公司研究開發(fā)的，是一個(gè)供硬件設(shè)備使用的可以在IP協(xié)議的上層運(yùn)行的SCSI指令集，這種指令集合可以實(shí)現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行SCSI協(xié)議，使其能夠在諸如高速千兆以太網(wǎng)上進(jìn)行路由選擇。iSCSI技術(shù)是一種新儲(chǔ)存技術(shù)，該技術(shù)是將現(xiàn)有SCSI接口與以太網(wǎng)絡(luò)(Ethernet)技術(shù)結(jié)合，使服務(wù)器可與使用IP網(wǎng)絡(luò)的儲(chǔ)存裝置互相交換資料。
iSCSI：Internet 小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口 （iSCSI：Internet Small Computer System Interface） 　　Internet 小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（iSCSI）是一種基于 TCP/IP 的協(xié)議，用來建立和管理 IP 存儲(chǔ)設(shè)備、主機(jī)和客戶機(jī)等之間的相互連接，并創(chuàng)建存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）。SAN 使得 SCSI 協(xié)議應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)成為可能，這種傳輸以數(shù)據(jù)塊級(jí)別（block-level）在多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行。 　　SCSI 結(jié)構(gòu)基于客戶/服務(wù)器模式，其通常應(yīng)用環(huán)境是：設(shè)備互相靠近，并且這些設(shè)備由 SCSI 總線連接。iSCSI 的主要功能是在 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)系統(tǒng)（啟動(dòng)器 initiator）和存儲(chǔ)設(shè)備（目標(biāo)器 target）之間進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的封裝和可靠傳輸過程。此外，iSCSI 提供了在 IP 網(wǎng)絡(luò)封裝 SCSI 命令，且運(yùn)行在 TCP 上。 　　如今我們所涉及的 SAN （Storage Area Network），其實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的主要要求是：1. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的合并；2. 數(shù)據(jù)備份；3. 服務(wù)器群集；4. 復(fù)制；5. 緊急情況下的數(shù)據(jù)恢復(fù)。另外，SAN 可能分布在不同地理位置的多個(gè) LANs 和 WANs 中。必須確保所有 SAN 操作安全進(jìn)行并符合服務(wù)質(zhì)量（QoS）要求，而 iSCSI 則被設(shè)計(jì)來在 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)以上這些要求。


ISCSI（Internet SCSI）是2003年IETF（InternetEngineering Task Force，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）制訂的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，用于將SCSI數(shù)據(jù)塊映射成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。SCSI（Small Computer System Interface）是塊數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，在存儲(chǔ)行業(yè)廣泛應(yīng)用，是存儲(chǔ)設(shè)備最基本的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。從根本上說，I SCS I協(xié)議是一種利用IP網(wǎng)絡(luò)來傳輸潛伏時(shí)間短的SCSI數(shù)據(jù)塊的方法，ISCSI使用以太網(wǎng)協(xié)議傳送SCSI命令、響應(yīng)和數(shù)
據(jù)。ISCSI可以用我們已經(jīng)熟悉和每天都在使用的以太網(wǎng)來構(gòu)建IP存儲(chǔ)局域網(wǎng)。通過這種方法，ISCSI克服了直接連接存儲(chǔ)的局限性，使我們可以跨不同服務(wù)器共享存儲(chǔ)資源，并可以在不停機(jī)狀態(tài)下擴(kuò)充存儲(chǔ)容量。
ISCSI的工作過程：當(dāng)ISCSI主機(jī)應(yīng)用程序發(fā)出數(shù)據(jù)讀寫請(qǐng)求后，操作系統(tǒng)會(huì)生成一個(gè)相應(yīng)的SCSI命令，該SCSI命令在ISCSI initiator層被封裝成ISCSI消息包并通過TCP/IP傳送到設(shè)備側(cè)，設(shè)備側(cè)的ISCSI target層會(huì)解開ISCSI消息包，得到SCSI命令的內(nèi)容，然后傳送給SCSI設(shè)備執(zhí)行；設(shè)備執(zhí)行SCSI命令后的響應(yīng)，在經(jīng)過設(shè)備側(cè)ISCSItarget層時(shí)被封裝成ISCSI響應(yīng)PDU，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳送給主機(jī)的ISCSI initiator層，ISCSIinitiator會(huì)從ISCSI響應(yīng)PDU里解析出SCSI響應(yīng)并傳送給操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)再響應(yīng)給應(yīng)用程序。
這幾年來，I SCS I存儲(chǔ)技術(shù)得到了快速發(fā)展。ISCSI的最大好處是能提供快速的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，雖然目前其性能和帶寬跟光纖網(wǎng)絡(luò)還有一些差距，但能節(jié)省企業(yè)約30-40%的成本。ISCSI技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和成本優(yōu)勢(shì)的主要體現(xiàn)包括以下幾個(gè)方面：
硬件成本低：構(gòu)建ISCSI存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，除了存儲(chǔ)設(shè)備外，交換機(jī)、線纜、接口卡都是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)配件，價(jià)格相對(duì)來說比較低廉。同時(shí)，ISCSI還可以在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)上直接安裝，并不需要更改企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)體系，這樣可以最大程度地節(jié)約投入。
操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便：對(duì)I SCS I存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的管理，實(shí)際上就是對(duì)以太網(wǎng)設(shè)備的管理，只需花費(fèi)少量的資金去培訓(xùn)ISCSI存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)管理員。當(dāng)ISCSI存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，問題定位及解決也會(huì)因?yàn)橐蕴�網(wǎng)的普及而變得容易。
擴(kuò)充性強(qiáng)：對(duì)于已經(jīng)構(gòu)建的I SCS I存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)來說，增加ISCSI存儲(chǔ)設(shè)備和服務(wù)器都將變得簡(jiǎn)單且無需改變網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。
帶寬和性能：I SCS I存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的訪問帶寬依賴以太網(wǎng)帶寬。隨著千兆以太網(wǎng)的普及和萬兆以太網(wǎng)的應(yīng)用，ISCSI存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)會(huì)達(dá)到甚至超過FC（FiberChannel，光連通道）存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的帶寬和性能。突破距離限制：I SCS I存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)使用的是以太網(wǎng)，因而在服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備的空間布局上的限制就會(huì)少了很多，甚至可以跨越地區(qū)和國家。
在過去的一年，存儲(chǔ)界最熱門的技術(shù)就是ISCSI技術(shù)，各存儲(chǔ)設(shè)備廠商都紛紛推出ISCSI設(shè)備（企業(yè)級(jí)別或家用級(jí)別），ISCSI存儲(chǔ)設(shè)備的銷量也在快速增長(zhǎng)。
OceanStor S5000應(yīng)運(yùn)而生
OceanStor S5000（以下簡(jiǎn)稱S5000）是華為自主開發(fā)的大容量、高性能ISCSI存儲(chǔ)設(shè)備，融合了華為在存儲(chǔ)行業(yè)多年積累的技術(shù)成果和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。
S5000的硬件系統(tǒng)采用雙平面設(shè)計(jì)，除了用戶可以看到的雙控制器、雙電源外，內(nèi)部交換網(wǎng)絡(luò)也采用雙平面，保證了系統(tǒng)在其中一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)還能夠正常工作；S5000可以支持多種硬盤（FC/SATA/ SAS），所以結(jié)合不同的RAID級(jí)別，可以滿足客戶不同應(yīng)用、不同成本的組網(wǎng)需求；S5000可以同時(shí)支持ISCSI主機(jī)接口和FC主機(jī)接口，以滿足ISCSI和FC的混合組網(wǎng)需求。
S5000的業(yè)務(wù)軟件系統(tǒng)基于64位計(jì)算平臺(tái)開發(fā)，64位計(jì)算平臺(tái)帶來了性能的提升，同時(shí)讓用戶使用較大的CACHE內(nèi)存（超過32位計(jì)算平臺(tái)的限制）。業(yè)務(wù)路徑上的各軟件子系統(tǒng)的算法都基于雙控制器開發(fā)，單控制器的失效會(huì)得到及時(shí)的保護(hù)，保證了系統(tǒng)的高可靠性。在ISCSI目標(biāo)器的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，采用了比較先進(jìn)的多線程軟件技術(shù)，大大提升了ISCSI的性能和并發(fā)處理能力；當(dāng)S5000只為少數(shù)幾個(gè)高性能服務(wù)器提供存儲(chǔ)服務(wù)時(shí)，也能夠全速運(yùn)行，快速響應(yīng)主機(jī)的讀寫請(qǐng)求。
S5000的管理軟件系統(tǒng)基于Web技術(shù)開發(fā)，直接使用通用瀏覽器即可以進(jìn)行S5000設(shè)備的管理維護(hù)，省去了安裝管理軟件客戶端的麻煩。以流媒體業(yè)務(wù)應(yīng)用為例，利用S5000的組網(wǎng)方式，所有媒體服務(wù)器通過千兆以太網(wǎng)共享S5000的存儲(chǔ)空間。當(dāng)S5000的兩個(gè)控制器都正常時(shí)，兩個(gè)控制器會(huì)分別處理不同媒體服務(wù)器的訪問請(qǐng)求；而當(dāng)其中一個(gè)控制器發(fā)生故障時(shí)，正常的控制器會(huì)自動(dòng)接受所有媒體服務(wù)器的訪問請(qǐng)求并進(jìn)行處理。每個(gè)媒體服務(wù)器主機(jī)使用兩個(gè)網(wǎng)口，在提高了服務(wù)器對(duì)S5000的訪問速度的同時(shí)，還保證了單個(gè)網(wǎng)口的異常不會(huì)影響服務(wù)器對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的訪問。設(shè)備網(wǎng)管使用的是Web方式，可以和其它用途的主機(jī)共用且無需安裝。存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)最好能和其它
網(wǎng)絡(luò)分開，以提高速度，并保障存儲(chǔ)設(shè)備的安全。
展望存儲(chǔ)市場(chǎng)的新局面
I S C S I是I P技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的必然產(chǎn)物，是FC（FiberC h a n n e l，光連通道）最有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。ISCSI結(jié)合了業(yè)內(nèi)S C S I和TCP/IP兩個(gè)最通用的協(xié)議，這給實(shí)施和使用帶來了極大的便利，也大大增加了存儲(chǔ)設(shè)備的資源利用，所以必將會(huì)得到快速的普及。目前，各存儲(chǔ)設(shè)備廠商都紛紛推出ISCSI存儲(chǔ)設(shè)備和各種操作系統(tǒng)的ISCSI啟動(dòng)器軟件。隨著ISCSI技術(shù)的應(yīng)用，存儲(chǔ)業(yè)界必然會(huì)發(fā)生一些變化。
對(duì)文件服務(wù)器方式（NAS）的替換：隨著I SCS I技術(shù)的完善，數(shù)據(jù)塊級(jí)的存儲(chǔ)應(yīng)用將變得更為普遍，存儲(chǔ)資源的通用性、數(shù)據(jù)共享能力都將大大增強(qiáng)，并且更加易于管理。這樣一來，以往使用NAS的地方，會(huì)更多地被替換為ISCSI塊級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備。備份鏡像中大量使用ISCSI設(shè)備：因?yàn)镮SCSI本身的無地理限制的特性和完善的互聯(lián)網(wǎng)，必將導(dǎo)致在數(shù)據(jù)備份鏡像中大量使用ISCSI設(shè)備。
改變企業(yè)存儲(chǔ)設(shè)施的布局：IP網(wǎng)本身的特點(diǎn)，企業(yè)在進(jìn)行存儲(chǔ)設(shè)備布局時(shí)，會(huì)把不同的ISCSI存儲(chǔ)設(shè)備分散放置到不同的地方，而不是目前FC-SAN（Storage AreaNetwork，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）所使用的比較集中的布局方式。
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(shí)，又能夠相互進(jìn)行數(shù)據(jù)共享、備份鏡像。
隨著千兆以太網(wǎng)的成熟以及萬兆以太網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)，ISCSI必然憑借其性價(jià)比、通用性、無地理限制等優(yōu)勢(shì)而獲飛速發(fā)展，ISCSI技術(shù)將聯(lián)合SCSI、TCP/IP，共同開創(chuàng)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的新局面。


iSCSI存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)

    現(xiàn)在市場(chǎng)有很多不同型號(hào)的iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備，設(shè)備的型號(hào)和參數(shù)有很多不同，廠商在做市場(chǎng)宣傳時(shí)候也經(jīng)常采用不同的口號(hào)或噱頭，標(biāo)榜自己的產(chǎn)品有各種各樣不同的功能和優(yōu)勢(shì)。
    實(shí)際上當(dāng)我們對(duì)iSCSI設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的研究時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)iSCSI從架構(gòu)上可以分為4種類型的架構(gòu)。

一、控制器架構(gòu)
    iSCSI的核心處理單元采用與FC光纖存儲(chǔ)設(shè)備相同的結(jié)構(gòu)。即采用專用的數(shù)據(jù)傳輸芯片、專用的RAID數(shù)據(jù)校驗(yàn)芯片、專用的高性能cache緩存和專用的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)。打開設(shè)備機(jī)箱時(shí)可以看到iSCSI設(shè)備內(nèi)部采用無線纜的背板結(jié)構(gòu)，所有部件與背板之間通過標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的插槽鏈接在一起，而不是普通PC中的多種不同型號(hào)和規(guī)格的線纜鏈接。
    這種類型的iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備核心處理單元采用高性能的硬件處理芯片，每個(gè)芯片功能單一，因此處理效率較高。操作系統(tǒng)是嵌入式設(shè)計(jì)，與其他類型的操作系統(tǒng)相比，嵌入式操作系統(tǒng)具有體積小、高穩(wěn)定性、強(qiáng)實(shí)時(shí)性、固化代碼以及操作方便簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。因此控制器架構(gòu)的iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備具有較高的安全性和和穩(wěn)定性。
    控制器架構(gòu)iSCSI存儲(chǔ)內(nèi)部基于無線纜的背板鏈接方式，完全消除了鏈接上的單點(diǎn)故障，因此系統(tǒng)更安全，性能更穩(wěn)定。一般可用于對(duì)性能的穩(wěn)定性和高可用性具有較高要求的在線存儲(chǔ)系統(tǒng)，比如：中小型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，大型數(shù)據(jù)的庫備份系統(tǒng)，遠(yuǎn)程容災(zāi)系統(tǒng)，網(wǎng)站、電力或非線性編輯制作網(wǎng)等。
    控制器架構(gòu)的iSCSI設(shè)備由于核心處理器全部采用硬件，制造成本較高，因此一般銷售價(jià)格較高。
    區(qū)分一個(gè)設(shè)備是否是控制器架構(gòu)，可從以下幾個(gè)方面去考慮：
1、是否雙控：除了一些早期型號(hào)或低端型號(hào)外，高性能的iSCSI存儲(chǔ)一般都會(huì)采用active-active的雙控制器工作方式�？刂破鳛槟�塊化設(shè)計(jì)，并安裝在同一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，非兩個(gè)獨(dú)立機(jī)箱的控制器。
2、緩存：有雙控制器緩存鏡像、緩存斷電保護(hù)功能。
3、數(shù)據(jù)校驗(yàn)：采用專用硬件校驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳輸芯片，非依靠普通CPU的軟件校驗(yàn)，或普通RAID卡。
4、內(nèi)部結(jié)構(gòu)：打開控制器架構(gòu)的設(shè)備，內(nèi)部全部為無線纜的背板式連接方式，各硬件模塊連接在背板的各個(gè)插槽上。

二、iSCSI連接橋架構(gòu)
    整個(gè)iSCSI存儲(chǔ)分為兩個(gè)部分，一個(gè)部分是前端協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，另一部分是后端存儲(chǔ)。結(jié)構(gòu)上類似NAS網(wǎng)關(guān)及其后端存儲(chǔ)設(shè)備。
    前端協(xié)議轉(zhuǎn)換部分一般為硬件設(shè)備，主機(jī)接口為千兆以太網(wǎng)接口，磁盤接口一般為SCSI接口或FC接口，可連接SCSI磁盤陣列和FC存儲(chǔ)設(shè)備。通過千兆以太網(wǎng)主機(jī)接口對(duì)外提供ISCSI數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。
    后端存儲(chǔ)一般采用SCSI磁盤陣列和FC存儲(chǔ)設(shè)備，將SCSI磁盤陣列和FC存儲(chǔ)設(shè)備的主機(jī)接口直接連接到iSCSI橋的磁盤接口上。
    iSCSI連接橋設(shè)備本身只有協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，沒有RAID校驗(yàn)和快照、卷復(fù)制等功能。創(chuàng)建RAID組、創(chuàng)建LUN等操作必須在存儲(chǔ)設(shè)備上完成，存儲(chǔ)設(shè)備有什么功能，整個(gè)iSCSI設(shè)備就具有什么樣的功能。

三、PC架構(gòu)
    那么何謂PC架構(gòu)？按字面的意思可以理解為存儲(chǔ)設(shè)備建立在PC服務(wù)器的基礎(chǔ)上。即就是選擇一個(gè)普通的、性能優(yōu)良的、可支持多塊磁盤的PC（一般為 PC服務(wù)器和工控服務(wù)器），選擇一款相對(duì)成熟穩(wěn)定的iSCSI target軟件，將iSCSI Target軟件安裝在PC服務(wù)器上，使普通的PC服務(wù)器轉(zhuǎn)變成一臺(tái)iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備，并通過PC服務(wù)器的以太網(wǎng)卡對(duì)外提供iSCSI數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。
    目前常見的iSCSI Target軟件多半由商業(yè)軟件廠商提供，如DataCore Software的SANmelody，F(xiàn)alconStor Software的iSCSI Server for Windows，和String Bean Software的WinTarget等。這軟件都只能運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)上。
    在PC架構(gòu)的iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備上，所有的RAID組校驗(yàn)、邏輯卷管理、iSCSI 運(yùn)算、TCP/IP 運(yùn)算等都是以純軟件方式實(shí)現(xiàn)，因此對(duì)PC的CPU和內(nèi)存的性能要求較高。另外iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備的性能極容易收PC服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)的影響。
    當(dāng)由于PC架構(gòu)iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)、安裝使用相對(duì)簡(jiǎn)單，硬件和軟件成本相對(duì)較低，因此市場(chǎng)上常見的基于PC架構(gòu)的iSCSI設(shè)備的價(jià)格都比較低，在一些對(duì)性能穩(wěn)定性要求較低的系統(tǒng)中具有較大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

四、PC+NIC架構(gòu)
    PC+iSCSI Target軟件方式是一種低價(jià)低效比的解決方案，另外還有一種基于PC+NIC的高階高效性iSCSI 方案。
    如果只是將高速Ethernet用于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)化過于可惜，因此眾多廠商發(fā)起了iWARP，不僅可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)化，也能實(shí)現(xiàn)I/O 的網(wǎng)絡(luò)化。通過RDMA(Remote Direct Memory Access)機(jī)制簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)兩端的內(nèi)存數(shù)據(jù)交換程序，從而加速數(shù)據(jù)傳輸效率。

   

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