ISCSI網絡存儲的簡單介紹

iSCSI，即Internet SCSI，是IETF制訂的一項標準，用于將SCSI數據塊映射為以太網數據包。從根本上說，它是一種基于IP Storage理論的新型存儲技術，該技術將存儲行業(yè)廣泛應用的SCSI接口技術與IP網絡技術相結合，可以在IP網絡上構建SAN。簡單地說，iSCSI就是在IP網絡上運行SCSI協(xié)議的一種網絡存儲技術。iSCSI技術最初由Cisco和IBM兩家開發(fā)，并且得到了廣大IP存儲技術愛好者的大力支持，這幾年得到迅速的發(fā)展壯大。

對于中小企業(yè)的存儲網絡來說，iSCSI是個非常好的選擇。首先，從技術實現上來講，iSCSI是基于IP協(xié)議的技術標準，它允許網絡在TCP/IP協(xié)議上傳輸SCSI命令，實現SCSI和TCP/IP協(xié)議的連接，這樣用戶就可以通過TCP/IP網絡來構建SAN，只需要不多的投資，就可以方便、快捷地對信息和數據進行交互式傳輸和管理。但是，在iSCSI出現之前，構建SAN的唯一技術是利用光纖通道，這要花費很大的建設成本，一般中小企業(yè)無法承擔。其次，iSCSI技術解決了傳輸效率、存儲容量、兼容性、開放性、安全性等方面的諸多問題，在使用性能上絕對不輸給商業(yè)的存儲系統(tǒng)或光纖存儲網絡。

iSCSI的優(yōu)勢主要表現為：首先，iSCSI沿用TCP/IP協(xié)議，而TCP/IP是在網絡方面最通用、最成熟的協(xié)議，且IP網絡的基礎建設非常完善，同時，SCSI技術是被磁盤和磁帶等設備廣泛采用的存儲標準，這兩點使iSCSI的建設費用和維護成本非常低廉；其次，iSCSI支持一般的以太網交換機而不是特殊的光纖通道交換機，從而減少了異構網絡帶來的麻煩；還有，iSCSI是通過IP封包傳輸存儲命令，因此可以在整個Internet上傳輸數據，沒有距離的限制。

FC SAN與IP SAN

在iSCSI技術出現后，通過IP技術搭建的存儲網絡也應運而生，SAN技術也就出現了兩種不同的實現方式，即FC SAN與IP SAN。簡單來說，以光纖搭建的存儲網絡就是FC SAN．以iSCSI技術搭建的存儲網絡叫做IP SAN。

作為SAN的兩種實現方式，FC SAN與IP SAN各有優(yōu)劣，下面從幾個方面分別闡述。

在數據傳輸方式上，FC SAN與IP SAN都采用塊協(xié)議方式來完成。這是它們的相同點。

在傳輸速度上，就目前的傳輸速率而言，FC SAN（2Gbit/s）最快，iSCSI（lGbit/s）次之

在傳輸距離上，FC SAN理論上可以達到100公里，而事實上，傳輸超過50公里后，就會出現瓶頸。而通過IP網絡的iSCSI技術在理論上沒有距離的限制，即iSCSI可以進行沒有距離限制的數據傳輸。

管理及維護成本上，架設FC SAN網絡需要投入很多硬件成本，并且需要特定的工具軟件進行操作管理，而IP SAN構建成本低廉，由于iSCSI是通過IP網絡來傳輸數據和分配存儲資源的，因此只要在現有的網絡上進行管理和使用即可，這樣就可以省下大筆的管理費用及培訓成本。

其實IP SAN也面臨著一些不可回避的困擾：首先，基于IP SAN的網絡存儲還沒有得到用戶的充分肯定：其次，IP SAN存儲需要專門的驅動和設備，幸運的是，一些傳統(tǒng)的光纖適配器廠商都發(fā)布了iSCSI HBA設備，同時Inter也推出了專用的IP存儲適配器，而Microsoft、HP、Novell、SUN、AIX、Linux也具有iSCSI Initiator軟件，并且免費供用戶使

用：還有，在安全方面，IP SAN雖然有一套規(guī)范的安全機制，但是尚未得到用戶的認可。

這些問題和困擾雖然會妨礙iSCSI的發(fā)展，但是相信在未來的網絡存儲世界里，IP SAN絕對金擁有一席之地。

iSCSI的組成

一個簡單的iSCSI系統(tǒng)大致由以下部分組成：

iSCSI Initiator或者iSCSI HBA iSCSI Target 以太網交換機 一臺或者多臺服務器

一個完整的iSCSI系統(tǒng)的拓撲結構如圖7-1所示。

圖7-1 完整的iSCSI系統(tǒng)拓撲結構

在圖7-1中，iSCSI服務器用來安裝iSCSI驅動程序，即安裝iSCSI Initiator；Storage Router可以是以太網交換機或者路由器；iSCSI存儲設備可以是iSCSI磁盤陣列，也可以是具有存儲功能的PC服務器。下面詳細介紹一下iSCSI Initiator與iSCSI Target的含義。

1、iSCSI Initiator

iSCSI Initiator是一個安裝在計算機上的軟件或硬件設備，它負責與iSCSI存儲設備進行通信。

iSCSI服務器與iSCSI存儲設備之間的連接方式有兩種：

第一種是基于軟件的方式，即iSCSI Initiator軟件。在iSCSI服務器上安裝Initiator后，Initiator軟件可以將以太網卡虛擬為iSCSI卡，進而接受和發(fā)送iSCSI數據報文，從而實現主機和iSCSI存儲設備之間的iSCSI協(xié)議和TCP/IP協(xié)議傳輸功能。這種方式只需以太網卡和以太網交換機，無需其他設備，因此成本是最低的。但是iSCSI報文和TCP/IP報文轉換需要消耗iSCSI服務器的一部分CPU資源，只有在低I/O和低帶寬性能要求的應用環(huán)境中才能使用這種方式。

第二種是硬件iSCSI HBA （Host Bus Adapter）卡方式，即iSCSI Initiator硬件。這種方式需要先購買iSCSI HBA卡，然后將其安裝在iSCSI服務器上，從而實現iSCSI服務器與交換機之間、iSCSI服務器與存儲設備之間的高效數據傳輸。與第一種方式相比，硬件iSCSIHBA卡方式不需要消耗iSCSI服務器的CPU資源，同時硬件設備是專用的，所以基于硬件的iSCSI Initiator可以提供更好的數據傳輸和存儲性能。但是，iSCSI HBA卡的價格比較昂貴，因此用戶要在性能和成本之間進行權衡。

iSCSI Initiator軟件一般都是免費的，Centos和RHEL對iSCSI Initiator的支持都非常不錯，現在的Linux發(fā)行版本都默認自帶了iSCSI Initiator。

2、iSCSI Target

一個可以用于存儲數據的iSCSI磁盤陣列或者具有iSCSI功能的設備都可以被稱為“iSCSI Target”，因為大多數操作系統(tǒng)都可以利用一些軟件將系統(tǒng)轉變?yōu)橐粋€“iSCSI Target”。本章重點講述如何構建一個PC構架的iSCSI存儲系統(tǒng)。所謂PC構架就是選擇一個普通的、性能優(yōu)良的、可支持多塊磁盤的PC（一般為PC服務器），再選擇一款相對成熟穩(wěn)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，并通過PC服務器的以太網卡對外提供iSCSI數據傳輸服務。

目前大多數iSCSI Target軟件都是收費的，例如DataCorc Software的SANmelody，FalconStor Software的iSCSI Server for Windows等，這些都是Windows平臺支持的。不過，也有一些Linux平臺的開源iSCSI Target軟件，例如iSCSI Enterprise Target，后面的內容會重點介紹這個軟件。

利用iSCSI Target軟件，可以將服務器的存儲空間分配給客戶機使用，客戶機可以像使用本地硬盤一樣使用iSCSI磁盤，包括對其進行分區(qū)、格式化及讀寫等。而且每個客戶端都可以向iSCSI磁盤寫數據，互不干擾，并且不會破壞存儲到服務器中的數據。同時，iSCSITarget軟件對用戶權限控制非常靈活，支持配置文件。

我們知道，iSCSI是使用TCP/IP協(xié)議進行通信的，因此，將iSCSI兩端連接起來，僅僅需要一個以太網絡就可以了。由此可知，iSCSI的存儲性能和這個以太網絡有直接關系，所以最好在iSCSI網絡中使用千兆以太網交換機，劣質的網絡設備會嚴重影響存儲系統(tǒng)的性能，也就是說，要為每個服務器配備高質量的千兆以太網交換機，并提供兩個連接。對于iSCSI Target，應該為每個獨立陣列中的兩個獨立端口配備交換機，最后將交換機連接起來，采用這種配置方式，即使兩個交換機中的一個出現了故障，整個iSCSI存儲系統(tǒng)仍然能夠正常工作，這保證了存儲系統(tǒng)的不間斷運行。

iSCSI的工作原理

要理解iSCSI的工作原理，就必須知道iSCSI的層次結構。根據OSI模型，iSCSI的協(xié)議自頂向下一共可以分為三層，如圖7-2所示。

圖7-2 iSCSI的協(xié)議結構

下面對每個分層進行簡單介紹。

SCSI層：根據客戶端發(fā)出的請求建立SCSI CDB（命令描述塊），并傳給iSCSI層。同時接收來自iSCSI層的CDB，并向應用返回數據。

iSCSI層：對SCSI CDB進行封裝，以便能夠在基于TCP/IP協(xié)議的網絡上進行傳輸，完成SCSI到TCP/IP的協(xié)議映射。這一層是iSCSI協(xié)議的核心層。本章也主要針對這一層的配置和管理進行介紹。

TCP/IP層：對IP報文進行路由和轉發(fā)，并且提供端到端的透明可靠的傳輸。

iSCSI協(xié)議定義了在TCP/IP網絡發(fā)送、接收數據塊存儲數據的規(guī)則和方式。先發(fā)送端將SCSI命令和數據封裝到TCP/IP包中，然后通過IP網絡轉發(fā)，接收端收到TCP/IP包之后，將其還原為SCSI命令和數據并執(zhí)行，執(zhí)行完成后，將返回的SCSI命令和數據再封裝到TCP/IP包中，之后再傳回發(fā)送端。這樣就完成了數據傳輸的整個過程。

iSCSI的整個數據傳輸過程在用戶看來是完全透明的，用戶使用遠端的存儲設備就像使用本地的硬盤設備一樣。不過，這只是理論狀態(tài)，實際上iSCSI的數據傳輸速率并不能完全達到本地硬盤的數據傳輸速率，但差別并不明顯。而且這種網絡存儲模式還有一個優(yōu)點是安全性高，這對于數據集中存儲的iSCSI來說顯然非常重要。