iSCSI

iSCSI

新儲存技術
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,該技術是将現有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。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)是一種基于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,并創建存儲區域網絡(SAN)。SAN使得SCSI協議應用于高速數據傳輸網絡成為可能,這種傳輸以數據塊級别(block-level)在多個數據存儲網絡間進行。SCSI結構基于客戶/服務器模式,其通常應用環境是:設備互相靠近,并且這些設備由SCSI總線連接。iSCSI的主要功能是在TCP/IP網絡上的主機系統(啟動器initiator)和存儲設備(目标器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。
    中文名:小型計算機系統接口 外文名:iSCSI 用途: 相關協議:TCP/IP的協議 簡稱:InternetSCSI

主要要求

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.數據存儲系統的合并;2.數據備份;3.服務器群集;4.複制;5.緊急情況下的數據恢複。另外,SAN可能分布在不同地理位置的多個LANs和WANs中。必須确保所有SAN操作安全進行并符合服務質量(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(InternetSCSI)是2003年IETF(InternetEngineering Task Force,互聯網工程任務組)制訂的一項标準,用于将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标準協議。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局限性,使我們可以跨不同服務器共享存儲資源,并可以在不停機狀态下擴充存儲容量。

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iSCSIinitiator層被封裝成ISCSI消息包并通過TCP/IP傳送到設備側,設備側的iSCSItarget層會解開iSCSI消息包,得到SCSI命令的内容,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iSCSItarget層時被封裝成ISCSI響應PDU,通過TCP/IP網絡傳送給主機的ISCSIinitiator層,iSCSIinitiator會從ISCSI響應PDU裡解析出SCSI響應并傳送給操作系統,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、接口卡都是标準的以太網配件,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,并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,隻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為以太網的普及而變得容易。

擴充性強:對于已經構建的iSCSI存儲網絡來說,增加iSCSI存儲設備和服務器都将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。随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布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(企業級别或家用級别),iSCSI存儲設備的銷量也在快速增長。

性能

iSCSI的一些新特性與IP協議的性質密切相關。FC協議适合于連接服務器和陣列的網絡,基于IP協議的iSCSI可能會與非存儲IP流量競争。為了減少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,因為專用iSCSI網絡與網絡其他部分沒有物理連接,或者采用訪問控制清單、虛拟局域網(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:“為了避免内部LAN産生幹涉,我們決定在Foundry公司生産的48端口以太網交換機中獨立運行iSCSI網絡。”

盡管物理隔離和虛拟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和适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。當一條千兆鍊路的網絡帶寬不夠用時,可以利用以太網鍊路*(trunking)或鍊路彙集,将多條鍊路連接成一條*鍊路;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iSCSHBA可以有效節省CPU周期,尤其是對速度較慢但注重性能的應用程序服務器。SNIAIP存儲論壇主席DavidDale認為,盡管TCP和iSCSI的傳輸速率為1Gb/s,不足最先進服務器硬件速率的10%,而85%的iSCSI在部署過程中隻采用iSCSIInitiator軟件,但是一旦10GbSCSI得到普及,TOE和iSCSIHBA的作用就會越來越大。除了改善I/O性能,iSCSIHBA還會增加從SAN啟動和加密等服務。

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/方式會産生自适應問題,可能對iSCSI網絡的性能産生不利影響。Mount說:“為了降低自适應問題發生的概率,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。”

工作過程

終端用戶或者應用程序發出請求後,操作系統會生成了相應的SCSI命令和數據請求。SCSI命令被封裝,如有必要,還會進行加密。在IP信息包通過以太網傳輸之前,會添加消息包标頭。當接收到信息包時,将進行解密(如果傳送之前被加密的話)和解析,将SCSI命令和請求分開。SCSI命令被發送到SCSI控制器,再傳送到SCSI存儲設備。因為iSCSI是雙向的,所以協議也能夠用來響應原始的請求,返回數據。

iSCSI是通過IP網絡傳輸存儲數據的兩種主要方法之一。另一種方法是IP光纖通道(FCIP),将光纖通道控制代碼和數據轉化為IP數據包,在遠距離的光纖通道SAN之間進行傳輸。FCIP(也稱為光纖隧道或者存儲隧道)隻能和光纖通道技術結合使用。相比之下,iSCSI可以在現有的以太網運行。許多廠商,包括Cisco,IBM等都推出這種基于iSCSI的産品(比如交換機和路由器)。

安全性

iSCSI和FC采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編号和主機标識,而iSCSI采用上述隔離iSCSI的物理和虛拟方法,通過IP地址、主機系統和存儲設備的名稱、内部/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:對于基于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iSCSILUN時帶來的外部影響。當環境中擁有大量iSCSI設備時,可以采用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采用了類似的策略,他利用主機系統和存儲設備名稱實現iSCSI授權,驗證訪問其FCSAN的少量服務器。他的基于日立數據系統(HDS)公司的FCSAN,在隔離的iSCSILAN中采NetAppFAS980c網關産品。

集成iSCSI和FC的最大好處在于: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,當服務器處于繁忙狀态時,IPsec加密協議的開銷非常大。在采用IPsec協議的環境中,服務器和網絡帶寬匮乏的計算機都應該憑借Cavium網絡公司等公司提供的硬件加密技術,配備iSCSIHBA或NIC。從網絡層面講,Decru公司(現為NetApp)、NeoScale系統公司等公司都提供加密産品,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攻擊,但是在存儲設計過程中又通常遭到忽視。不設密碼、所有存儲設備隻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。隻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設備的環境中采用集中化的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。

可用性

可用性是包括iSCSISAN在内的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,采用生成樹狀動态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。憑借微軟公司2005年發布的iSCSIInitiator2.0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iSCSISAN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:“主闆上的NIC卡用于常規的LAN訪問,以太網端口和英特爾PCI千兆網絡适配器與iSCSISAN相連。”iSCSI存儲設備的冗餘選項根據供應商和産品種類而定。iSCSI網關産品、智能存儲交換機和基于服務器的iSCSI存儲設備,都可以在群集配置中見到,所謂群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。一些中端存儲陣列産品支持iSCSI,如EMC公司的ClariionCX3-20和CX3-40産品,可以通過雙控制器架構提供冗餘。高端陣列——如EMC公司的SymmetrixDMX系列産品——需要底盤,隻是簡單地添加多個iSCSI刃片就能實現冗餘。

iSCSI集成選項将iSCSI集成到FCSAN中的方法多樣、程度不一,取決于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标,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标,如Dharni完全實施iSCSI,不再使用FCSAN。另外,還可以同時運行FC和iSCSISAN,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就采用這種方法。

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FCSAN集成的程度。在多協議環境中,存儲架構師往往部署iSCSISAN,并使其與現有的FC架構同時運行,獨立管理,以避免産生複雜的集成問題。EqualLogic産品管理部主EricSchott 說:“我們的大多數客戶獨立運行iSCSISAN和FCSAN。”“iSCSILUN和FLUN采用不同的安全模式,要将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。”

對于由一個供應商提供的多協議存儲陣列,可以統一管理iSCSI和FCSAN。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虛拟化産品也可以實現統一存儲管理。存儲管理員若要将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于陣列的iSCSI集成方式基于服務器的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,将iSCSI協議轉化為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FCLUN作為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FCHBA。常見的網關産品有:博科通訊公司的iSCSI網關、思科系統公司的MDS9216i、Emulex公司的725/735iSCSI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網關産品實現存儲需要兩大步驟。首先,FC存儲管理員為iSCSI網關提供LUN,然後在iSCSI網關限制iSCSI對FCLUN的訪問,隻有特定的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,并且在iSCSI客戶機上正确配置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、毫無故障地将其添加到現有的FCSAN中。iSCSI網關不需要FC網絡改變架構,隻需簡單地配置iSCSIInitiator軟件,服務器就能訪問FC存儲。但是,iSCSI網關價格較貴——一套iSCSI網關産品的市場價大約為10,000美元。Windows系統和Linux系統的FCHBA至少需要花費400美元,因此有必要分析成本與收益:隻有當大量服務器采用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FCHBA,直接連到FCSAN,這樣顯得更合算。博科公司市場産品部主任MarioBlandini說:“你至少需要擁有100台服務器,才能看到iSCSI網關的性價優勢。”

局限性

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形勢和發展方向。實際上,到目前為止,還沒有一個成熟的産品來展示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并非都能迎刃而解,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。

OceanStorS5000應運而生

OceanStorS5000(以下簡稱S5000)是華為自主開發的大容量、高性能ISCSI存儲設備,融合了華為在存儲行業多年積累的技術成果和技術經驗。

S5000的硬件系統采用雙平面設計,除了用戶可以看到的雙控制器、雙電源外,内部交換網絡也采用雙平面,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級别,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的業務軟件系統基于64位計算平台開發,64位計算平台帶來了性能的提升,同時讓用戶使用較大的CACHE内存(超過32位計算平台的限制)。業務路徑上的各軟件子系統的算法都基于雙控制器開發,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目标器的設計開發過程中,采用了比較先進的多線程軟件技術,大大提升了ISCSI的性能和并發處理能力;當S5000隻為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的管理軟件系統基于Web技術開發,直接使用通用浏覽器即可以進行S5000設備的管理維護,省去了安裝管理軟件客戶端的麻煩。以流媒體業務應用為例,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,兩個控制器會分别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并進行處理。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,并保障存儲設備的安全。

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産品。将iSCSI網關放入FC導向器中,你就擁有了獨立的管理控制台,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SilkWorm48000交換器就配備SilkWormFC4-16IPiSCSI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),分别匹配MDS9200系列的多層網絡交換機andMDS9500系列的多層導向器。

供應商将iSCSI協議載入FC交換機,提供獨立的iSCSI網關産品不具備的特性。例如,思科的産品支持虛拟路由冗餘協議(VRRP),存儲架構師就能為以太網與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目标入口(target-portal)的IP地址,配置所有的服務器,将以太網端口的任務傳輸到交換機。交換機将以太網端口的内容傳輸到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,隻要允許iSLB通過VRRP自動重新分配無效端口即可。

智能存儲

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拟化、快照、複制、鏡像等存儲服務。換句話說,智能交換機和網關就類似于多協議存儲陣列,隻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),并且在單方管理協議下提供虛拟化、存儲管理。NetApp的V系列網關是NetApp的存儲控制台,沒有附屬存儲設備,可以将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HDSFCSAN,使得SAN的iSCSI和NAS容量均有所增長。”

Sanrad公司的iSCSIV-Switch交換機能連接末端的SCSI、FC、iSCSI陣列,同時能将iSCSI連接到前端服務器。與NetApp的V系列網關相似,V-Switch存儲服務平台也支持虛拟化、監管、鏡像、快照和複制功能。Spokane公立學校的Mount說:“Sanrad公司的iSCSIV-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,虛拟化就會變得很貴,因為你需要為交換機付款,需要獲取存儲。”

新局面

ISCSI是IP技術和網絡快速發展的必然産物,是FC(FiberChannel,光纖通道)最有力的競争對手。

ISCSI結合了業内SCSI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,所以必将會得到快速的普及。軟件。随着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:随着ISCSI技術的完善,數據塊級的存儲應用将變得更為普遍,存儲資源的通用性、數據共享能力都将大大增強,并且更加易于管理。這樣一來,以往使用NAS的地方,會更多地被替換為ISCSI塊級存儲設備。備份鏡像中大量使用ISCSI設備:因為ISCSI本身的無地理限制的特性和完善的互聯網,必将導緻在數據備份鏡像中大量使用ISCSI設備。

改變企業存儲設施的布局:IP網本身的特點,企業在進行存儲設備布局時,會把不同的ISCSI存儲設備分散放置到不同的地方,而不是FC-SAN(Storage AreaNetwork,存儲區域網絡)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,又能夠相互進行數據共享、備份鏡像。

随着千兆以太網的成熟以及萬兆以太網絡的開發,ISCSI必然憑借其性價比、通用性、無地理限制等優勢而獲飛速發展,ISCSI技術将聯合SCSI、TCP/IP,共同開創網絡存儲的新局面。

存儲系統

市場有很多不同型号的iSCSI存儲設備,設備的型号和參數有很多不同,廠商在做市場宣傳時候也經常采用不同的口号或噱頭,标榜自己的産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從架構上可以分為4種類型的架構。

一、控制器架構

iSCSI的核心處理單元采用與FC光纖存儲設備相同的結構。即采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台。打開設備機箱時可以看到iSCSI設備内部采用無線纜的背闆結構,所有部件與背闆之間通過标準或非标準的插槽鍊接在一起,而不是普通PC中的多種不同型号和規格的線纜鍊接。

這種類型的iSCSI存儲設備核心處理單元采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存儲内部基于無線纜的背闆鍊接方式,完全消除了鍊接上的單點故障,因此系統更安全,性能更穩定。一般可用于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、電力或非線性編輯制作網等。

控制器架構的iSCSI設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:除了一些早期型号或低端型号外,高性能的iSCSI存儲一般都會采用active-active的雙控制器工作方式。控制器為模塊化設計,并安裝在同一個機箱内,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:采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、内部結構:打開控制器架構的設備,内部全部為無線纜的背闆式連接方式,各硬件模塊連接在背闆的各個插槽上。

二、iSCSI連接橋架構

整個iSCSI存儲分為兩個部分,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為硬件設備,主機接口為千兆以太網接口,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。

後端存儲一般采用SCSI磁盤陣列和FC存儲設備,将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連接橋設備本身隻有協議轉換功能,沒有RAID校驗和快照、卷複制等功能。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為存儲設備建立在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(一般為PC服務器和工控服務器),選擇一款相對成熟穩定的iSCSItarget軟件,将iSCSITarget軟件安裝在PC服務器上,使普通的PC服務器轉變成一台iSCSI存儲設備,并通過PC服務器的以太網卡對外提供iSCSI數據傳輸協議。

常見的iSCSITarget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。這軟件都隻能運行在Windows操作系統平台上。

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和内存的性能要求較高。另外iSCSI存儲設備的性能極容易收PC服務器運行狀态的影響。

當由于PC架構iSCSI存儲設備的研發、生産、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于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+iSCSITarget軟件方式是一種低價低效比的解決方案,另外還有一種基于PC+NIC的高階高效性iSCSI方案。

如果隻是将高速Ethernet用于存儲網絡化過于可惜,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内存數據交換程序,從而加速數據傳輸效率。

應用

當多數企業由于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。大多數中小企業都以TCP/IP協議為基礎建立了網絡環境。對于他們來說,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,信息的采集與處理将成為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),為衆多中小企業對經濟合理和便于管理的存儲設備提供了直接訪問的能力。除此之外,iSCSI技術主要用于解決遠程存儲問題,具體如下:

1.實現異地數據交換

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為問題。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于光纖的存儲網絡,那麼,如何将兩個網絡連接起來?用光纖嗎?工程巨大,就是采取租用形式,其費用也相當高昂。

我們知道,iSCSI是基于IP協議的,它能容納所有IP協議網中的部件,如果将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,而到達另一端時再将IP協議的數據轉換到當地的基于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.異地數據備份

通過iSCSI,用戶可以穿越标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為可能,因為沒有了光纖通道的距離限制,使用标準的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,多數iSCSI的網絡傳輸帶寬為千兆即1Gbit,如果實現全雙工能夠達到2Gbit,第二代産品能夠達到2Gbit帶寬,在未來第三代通用iSCSI标準中,帶寬将達到10Gb,也就是說,采用iSCSI構建遠程異地容災系統已不存在任何問題。

優點

iSCSI(Internet SCSI)是IETF(互聯網工程任務小組)制訂并于2003年2月正式發布的标準協議,可以理解成SCSIoverTCP/IP,即網絡上的SCSI。它實際是将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,随後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采用的是光纖通道(FC,Fiber Channel)技術,所以,以前的SAN多半是指采用光纖通道的存儲局域網絡,到了iSCSI出現以後,為了區分,業界就把SAN分為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FCSAN高成本光纖基礎結構的中間市場客戶所看中,主要因為iSCSI通過集SCSI、以太網和TCP/IP等技術于一身,存在很多優點:

1.建立在常見和穩定的标準上,很多IT工作人員對這些技術熟悉,更容易接受;

2.由于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.由于減少了不同的網絡和布線,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,将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睐,看來,iSCSI必将成為網絡存儲領域内的核心技術之一。

那麼,到底誰最适合使用iSCSISAN呢?目前看來iSCSISAN最适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;需要遠程數據複制和災難恢複的機構;IT資源、基礎設施和預算均十分有限的企業和機構等。市場上,除了各類作業平台的Initiator軟件之外,已有愈來愈多廠商推出各種各類的iSCSI相關産品。如iSCSI适配卡、iSCSI交換機、iSCSI存儲服務器、iSCSI存儲設備、iSCSI橋接器及iSCSI網關器。

補充

多年以來,一直用于構建基于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(FCSAN)。基于以前的一組ANSI協議(稱為光纖分布式數據接口(FDDI)),開發光纖通道的目的是在存儲網絡上移動SCSI命令。

FCSAN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群!但是,FCSAN仍受三個主要缺點的限制。首先是價格。盡管構建FCSAN的成本在最近幾年有所下降,但進入成本對于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。采用FCSAN之後,許多産品制造商對光纖通道規範的解釋各不相同,從而導緻許多互連問題。如果從公共制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,并要求數據中心人員具備另外一組技能。

随着千兆位以太網的普及以及對降低成本的需要,基于iSCSI的存儲系統逐漸成為光纖通道的有力競争對手。iSCSISAN仍然是FCSAN的最大競争者。

2003年2月11日,經過Internet工程任務組(IETF)的批準,Internet小型計算機系統接口(一般稱為iSCSI)成為一個基于Internet協議(IP)的存儲網絡标準,用于建立和管理基于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于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FCSAN一樣,iSCSISAN應該是一個專用于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。

盡管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網絡作為傳輸機制。但是,TCP/IP協議非常複雜并且占用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。将每個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軟件啟動器,并投資能夠從服務器CPU中卸載TCP/IP和iSCSI處理的專用卡。這些專用卡有時稱為iSCSI主機總線适配器(HBA)或TCP卸載引擎(TOE)卡。還要考慮到10GB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。對于本文來說,隻需要了解iSCSI啟動器與iSCSI目标之間的區别。

iSCSI啟動器。從本質上說,iSCSI啟動器是一個客戶端設備,用于将請求連接并啟動到服務器(在本例中是iSCSI目标)提供的某個服務。iSCSI啟動器軟件需要位于每個OracleRAC節點(linux1和linux2)上。

iSCSI啟動器可以使用軟件實現,也可以使用硬件實現。軟件iSCSI啟動器可用于大部分主要操作系統平台。對于本文,我們将使用免費的Linuxiscsi-sfnet軟件驅動程序,該程序位于作為Linux-iSCSI項目的一部分而開發的iscsi-initiator-utilsRPM中。iSCSI軟件啟動器通常與标準網絡接口卡(NIC)(大多數情況下是千兆位以太網卡)配合使用。硬件啟動器是一個iSCSIHBA(或TCP卸載引擎(TOE)卡),它在本質上隻是一個專用以太網卡,其上的SCSIASIC可以從系統CPU内卸載所有工作(TCP和SCSI命令)。iSCSIHBA可以從許多供應商處購買,包括Adaptec、Alacritech、Intel和QLogic。

iSCSI目标。iSCSI目标是iSCSI網絡的“服務器”組件。它通常是一個存儲設備,用于包含您所需的信息并回應來自啟動器(一個或多個)的請求。考慮到本文目的,節點openfiler1将是iSCSI目标。

因此,根據有關iSCSI的所有這些讨論,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,為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将毫不猶豫地繼續選擇光纖通道。

在結束本部分之前,我認為應該提供一個列表,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。對于每種接口,我提供了每秒千位(kb)、千字(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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