ISCSI网络存储的简单介绍

存储技术 2020-11-26118网络整理

iSCSI,即Internet SCSI,是IETF制订的一项标准,用于将SCSI数据块映射为以太网数据包。从根本上说,它是一种基于IP Storage理论的新型存储技术,该技术将存储行业广泛应用的SCSI接口技术与IP网络技术相结合,可以在IP网络上构建SAN。简单地说,iSCSI就是在IP网络上运行SCSI协议的一种网络存储技术。iSCSI技术最初由Cisco和IBM两家开发,并且得到了广大IP存储技术爱好者的大力支持,这几年得到迅速的发展壮大。

对于中小企业的存储网络来说,iSCSI是个非常好的选择。首先,从技术实现上来讲,iSCSI是基于IP协议的技术标准,它允许网络在TCP/IP协议上传输SCSI命令,实现SCSI和TCP/IP协议的连接,这样用户就可以通过TCP/IP网络来构建SAN,只需要不多的投资,就可以方便、快捷地对信息和数据进行交互式传输和管理。但是,在iSCSI出现之前,构建SAN的唯一技术是利用光纤通道,这要花费很大的建设成本,一般中小企业无法承担。其次,iSCSI技术解决了传输效率、存储容量、兼容性、开放性、安全性等方面的诸多问题,在使用性能上绝对不输给商业的存储系统或光纤存储网络。

iSCSI的优势主要表现为:首先,iSCSI沿用TCP/IP协议,而TCP/IP是在网络方面最通用、最成熟的协议,且IP网络的基础建设非常完善,同时,SCSI技术是被磁盘和磁带等设备广泛采用的存储标准,这两点使iSCSI的建设费用和维护成本非常低廉;其次,iSCSI支持一般的以太网交换机而不是特殊的光纤通道交换机,从而减少了异构网络带来的麻烦;还有,iSCSI是通过IP封包传输存储命令,因此可以在整个Internet上传输数据,没有距离的限制。

FC SAN与IP SAN

在iSCSI技术出现后,通过IP技术搭建的存储网络也应运而生,SAN技术也就出现了两种不同的实现方式,即FC SAN与IP SAN。简单来说,以光纤搭建的存储网络就是FC SAN.以iSCSI技术搭建的存储网络叫做IP SAN。

作为SAN的两种实现方式,FC SAN与IP SAN各有优劣,下面从几个方面分别阐述。

在数据传输方式上,FC SAN与IP SAN都采用块协议方式来完成。这是它们的相同点。

在传输速度上,就目前的传输速率而言,FC SAN(2Gbit/s)最快,iSCSI(lGbit/s)次之

在传输距离上,FC SAN理论上可以达到100公里,而事实上,传输超过50公里后,就会出现瓶颈。而通过IP网络的iSCSI技术在理论上没有距离的限制,即iSCSI可以进行没有距离限制的数据传输。

管理及维护成本上,架设FC SAN网络需要投入很多硬件成本,并且需要特定的工具软件进行操作管理,而IP SAN构建成本低廉,由于iSCSI是通过IP网络来传输数据和分配存储资源的,因此只要在现有的网络上进行管理和使用即可,这样就可以省下大笔的管理费用及培训成本。

其实IP SAN也面临着一些不可回避的困扰:首先,基于IP SAN的网络存储还没有得到用户的充分肯定:其次,IP SAN存储需要专门的驱动和设备,幸运的是,一些传统的光纤适配器厂商都发布了iSCSI HBA设备,同时Inter也推出了专用的IP存储适配器,而Microsoft、HP、Novell、SUN、AIX、Linux也具有iSCSI IniTIator软件,并且免费供用户使

用:还有,在安全方面,IP SAN虽然有一套规范的安全机制,但是尚未得到用户的认可。

这些问题和困扰虽然会妨碍iSCSI的发展,但是相信在未来的网络存储世界里,IP SAN绝对金拥有一席之地。

iSCSI的组成

一个简单的iSCSI系统大致由以下部分组成:

iSCSI IniTIator或者iSCSI HBA iSCSI Target 以太网交换机 一台或者多台服务器

一个完整的iSCSI系统的拓扑结构如图7-1所示。

ISCSI网络存储的简单介绍

图7-1 完整的iSCSI系统拓扑结构

在图7-1中,iSCSI服务器用来安装iSCSI驱动程序,即安装iSCSI IniTIator;Storage Router可以是以太网交换机或者路由器;iSCSI存储设备可以是iSCSI磁盘阵列,也可以是具有存储功能的PC服务器。下面详细介绍一下iSCSI IniTIator与iSCSI Target的含义。

1、iSCSI Initiator

iSCSI Initiator是一个安装在计算机上的软件或硬件设备,它负责与iSCSI存储设备进行通信。

iSCSI服务器与iSCSI存储设备之间的连接方式有两种:

第一种是基于软件的方式,即iSCSI Initiator软件。在iSCSI服务器上安装Initiator后,Initiator软件可以将以太网卡虚拟为iSCSI卡,进而接受和发送iSCSI数据报文,从而实现主机和iSCSI存储设备之间的iSCSI协议和TCP/IP协议传输功能。这种方式只需以太网卡和以太网交换机,无需其他设备,因此成本是最低的。但是iSCSI报文和TCP/IP报文转换需要消耗iSCSI服务器的一部分CPU资源,只有在低I/O和低带宽性能要求的应用环境中才能使用这种方式。

第二种是硬件iSCSI HBA (Host Bus Adapter)卡方式,即iSCSI Initiator硬件。这种方式需要先购买iSCSI HBA卡,然后将其安装在iSCSI服务器上,从而实现iSCSI服务器与交换机之间、iSCSI服务器与存储设备之间的高效数据传输。与第一种方式相比,硬件iSCSIHBA卡方式不需要消耗iSCSI服务器的CPU资源,同时硬件设备是专用的,所以基于硬件的iSCSI Initiator可以提供更好的数据传输和存储性能。但是,iSCSI HBA卡的价格比较昂贵,因此用户要在性能和成本之间进行权衡。

iSCSI Initiator软件一般都是免费的,Centos和RHEL对iSCSI Initiator的支持都非常不错,现在的Linux发行版本都默认自带了iSCSI Initiator。

2、iSCSI Target

一个可以用于存储数据的iSCSI磁盘阵列或者具有iSCSI功能的设备都可以被称为“iSCSI Target”,因为大多数操作系统都可以利用一些软件将系统转变为一个“iSCSI Target”。本章重点讲述如何构建一个PC构架的iSCSI存储系统。所谓PC构架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),再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数据传输服务。

目前大多数iSCSI Target软件都是收费的,例如DataCorc Software的SANmelody,FalconStor Software的iSCSI Server for Windows等,这些都是Windows平台支持的。不过,也有一些Linux平台的开源iSCSI Target软件,例如iSCSI Enterprise Target,后面的内容会重点介绍这个软件。

利用iSCSI Target软件,可以将服务器的存储空间分配给客户机使用,客户机可以像使用本地硬盘一样使用iSCSI磁盘,包括对其进行分区、格式化及读写等。而且每个客户端都可以向iSCSI磁盘写数据,互不干扰,并且不会破坏存储到服务器中的数据。同时,iSCSITarget软件对用户权限控制非常灵活,支持配置文件。

我们知道,iSCSI是使用TCP/IP协议进行通信的,因此,将iSCSI两端连接起来,仅仅需要一个以太网络就可以了。由此可知,iSCSI的存储性能和这个以太网络有直接关系,所以最好在iSCSI网络中使用千兆以太网交换机,劣质的网络设备会严重影响存储系统的性能,也就是说,要为每个服务器配备高质量的千兆以太网交换机,并提供两个连接。对于iSCSI Target,应该为每个独立阵列中的两个独立端口配备交换机,最后将交换机连接起来,采用这种配置方式,即使两个交换机中的一个出现了故障,整个iSCSI存储系统仍然能够正常工作,这保证了存储系统的不间断运行。

iSCSI的工作原理

要理解iSCSI的工作原理,就必须知道iSCSI的层次结构。根据OSI模型,iSCSI的协议自顶向下一共可以分为三层,如图7-2所示。

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图7-2 iSCSI的协议结构

下面对每个分层进行简单介绍。

SCSI层:根据客户端发出的请求建立SCSI CDB(命令描述块),并传给iSCSI层。同时接收来自iSCSI层的CDB,并向应用返回数据。

iSCSI层:对SCSI CDB进行封装,以便能够在基于TCP/IP协议的网络上进行传输,完成SCSI到TCP/IP的协议映射。这一层是iSCSI协议的核心层。本章也主要针对这一层的配置和管理进行介绍。

TCP/IP层:对IP报文进行路由和转发,并且提供端到端的透明可靠的传输。

iSCSI协议定义了在TCP/IP网络发送、接收数据块存储数据的规则和方式。先发送端将SCSI命令和数据封装到TCP/IP包中,然后通过IP网络转发,接收端收到TCP/IP包之后,将其还原为SCSI命令和数据并执行,执行完成后,将返回的SCSI命令和数据再封装到TCP/IP包中,之后再传回发送端。这样就完成了数据传输的整个过程。

iSCSI的整个数据传输过程在用户看来是完全透明的,用户使用远端的存储设备就像使用本地的硬盘设备一样。不过,这只是理论状态,实际上iSCSI的数据传输速率并不能完全达到本地硬盘的数据传输速率,但差别并不明显。而且这种网络存储模式还有一个优点是安全性高,这对于数据集中存储的iSCSI来说显然非常重要。

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