ISCSI 简介

ISCSI 简介

 

iSCSI(Internet SCSI) 是IETF(互联网工程任务小组)制订并于2003年2月正式发布的标准协议，可以理解成SCSI over TCP/IP，即网络上的SCSI。它实际是将SCSI命令压缩到TCP/IP包中，从而使数据块在网络上传输。服务器存储发展日新月异，早期的大型服务器存储使用DAS（Direct Attached Storage），又称直连存储，随后SAN（Storage Area Network，存储局域网络）的诞生，使存储空间得到更加充分的利用以及安装和管理更加有效。早期的SAN采用的是光纤通道（FC，Fiber Channel）技术，所以，以前的SAN多半是指采用光纤通道的存储局域网络，到了iSCSI出现以后，为了区分，业界就把SAN分为FC-SAN和 iSCSI-SAN称呼。

　　iSCSI的发展成了必然，其市场价值是很多服务器厂商看中的，也给无法承担 FC SAN高成本光纤基础结构的中间市场客户所看中，主要因为iSCSI通过集SCSI、以太网和TCP/IP等技术于一身，存在很多优点：

　　1.建立在常见和稳定的标准上，很多IT工作人员对这些技术熟悉，更容易接受；

2. 在CTO上可以节省很大成本，主要体现在：

A ，硬件成本低：构建ISCSI存储网络，除了存储设备外，交换机、线缆、接口卡都是标准的以太网配件，价格相对来说比较低廉。同时，ISCSI还可以在现有的网络上直接安装，并不需要更改企业的网络体系，这样可以最大程度地节约投入。

　　B，操作简单，维护方便：对I SCS I存储网络的管理，实际上就是对以太网设备的管理，只需花费少量的资金去培训ISCSI存储网络管理员。当ISCSI存储网络出现故障时，问题定位及解决也会因为以太网的普及而变得容易。

　　C，扩充性强：对于已经构建的I SCS I存储网络来说，增加ISCSI存储设备和服务器都将变得简单且无需改变网络的体系结构。

 

　　3.传播无极限！可以在全球IP网络上进行以太网传输，实际传播距离没有限制；

　　4.速度可以扩充到10Gbit，将可以和同步光网络速率相媲美。

　　因此，iSCSI 具有低廉、开放、大容量、传输速度高、兼容、安全等诸多优点，其优越的性能使其自发布之始便受到市场的关注与青睐，看来，iSCSI 必将成为网络存储领域内的核心技术之一。但ISCSI也存在一定的局限性：

1.                TCP/IP 协议非常复杂并且占用 CPU 资源过多。使用 iSCSI，大部分数据处理（TCP 和 iSCSI）都在软件中执行，这比完全在硬件中处理的光纤通道慢得多。将每个 SCSI 命令映射到等价 iSCSI 事务所带来的开销过大。对许多公司来说，解决方案是消除 iSCSI 软件启动器，并投资能够从服务器 CPU 中卸载 TCP/IP 和 iSCSI 处理的专用卡

2.                到目前为止，还没有一个成熟的产品来展示iSCSI 的魅力，它还没有大面积商业化应用。

3.                存储网络面临的诸多问题，iSCSI 并非都能迎刃而解，如距离和带宽之间的矛盾。虽然，iSCSI 满足了长距离连接的需求，方便了广域存储的连接，但是，IP 的带宽仍然是其无法解决的问题。虽然IP 网络发展迅速，1Gbps 的网络逐渐普及，但从广域网来说，带宽仍然相当昂贵。即便可以利用1Gbps 的带宽进行iSCSI 数据传输，速度仍不理想。而且，IP 网络的效率和延迟都是存储数据传输的巨大障碍

 

ISCSI 的工作过程：

当ISCSI主机应用程序发出数据读写请求后，操作系统会生成一个相应的SCSI命令，该SCSI命令在ISCSI initiator层被封装成ISCSI消息包并通过TCP/IP传送到设备侧，设备侧的ISCSI target层会解开ISCSI消息包，得到SCSI命令的内容，然后传送给SCSI设备执行；设备执行SCSI命令后的响应，在经过设备侧ISCSItarget层时被封装成ISCSI响应PDU，通过TCP/IP网络传送给主机的ISCSI initiator层，ISCSIinitiator会从ISCSI响应PDU里解析出SCSI响应并传送给操作系统，操作系统再响应给应用程序

 

ISCSI 的分类：

iSCSI 从架构上可以分为4种类型的架构。
　　一，控制器架构

　　iSCSI的核心处理单元采用与FC光纤存储设备相同的结构。即采用专用的数据传输芯片、专用的RAID数据校验芯片、专用的高性能cache缓存和专用的嵌入式系统平台。打开设备机箱时可以看到iSCSI设备内部采用无线缆的背板结构，所有部件与背板之间通过标准或非标准的插槽链接在一起，而不是普通PC中的多种不同型号和规格的线缆链接。

　　这种类型的iSCSI存储设备核心处理单元采用高性能的硬件处理芯片，每个芯片功能单一，因此处理效率较高。操作系统是嵌入式设计，与其他类型的操作系统相比，嵌入式操作系统具有体积小、高稳定性、强实时性、固化代码以及操作方便简单等特点。因此控制器架构的iSCSI存储设备具有较高的安全性和和稳定性。

　　控制器架构iSCSI存储内部基于无线缆的背板链接方式，完全消除了链接上的单点故障，因此系统更安全，性能更稳定。一般可用于对性能的稳定性和高可用性具有较高要求的在线存储系统，比如：中小型数据库系统，大型数据的库备份系统，远程容灾系统，网站、电力或非线性编辑制作网等。

　　控制器架构的iSCSI设备由于核心处理器全部采用硬件，制造成本较高，因此一般销售价格较高。

　　区分一个设备是否是控制器架构，可从以下几个方面去考虑：

　　1、是否双控：除了一些早期型号或低端型号外，高性能的iSCSI存储一般都会采用active-active的双控制器工作方式。控制器为模块化设计，并安装在同一个机箱内，非两个独立机箱的控制器。

　　2、缓存：有双控制器缓存镜像、缓存断电保护功能。

　　3、数据校验：采用专用硬件校验和数据传输芯片，非依靠普通CPU的软件校验，或普通RAID卡。

　　4、内部结构：打开控制器架构的设备，内部全部为无线缆的背板式连接方式，各硬件模块连接在背板的各个插槽上。

　　

　　二、ISCSI 连接桥架构

　　整个iSCSI存储分为两个部分，一个部分是前端协议转换设备，另一部分是后端存储。结构上类似NAS网关及其后端存储设备。

　　前端协议转换部分一般为硬件设备，主机接口为千兆以太网接口，磁盘接口一般为SCSI接口或FC接口，可连接SCSI磁盘阵列和FC存储设备。通过千兆以太网主机接口对外提供ISCSI数据传输协议。

　　后端存储一般采用SCSI磁盘阵列和FC存储设备，将SCSI磁盘阵列和FC存储设备的主机接口直接连接到iSCSI桥的磁盘接口上。

　　iSCSI连接桥设备本身只有协议转换功能，没有RAID校验和快照、卷复制等功能。创建RAID组、创建LUN等操作必须在存储设备上完成，存储设备有什么功能，整个iSCSI设备就具有什么样的功能。

　　

　　三PC架构

　　那么何谓PC架构？按字面的意思可以理解为存储设备建立在PC服务器的基础上。即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服务器和工控服务器），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数据传输协议。

　　目前常见的iSCSI Target软件多半由商业软件厂商提供，如DataCore Software的SANmelody，FalconStor Software的iSCSI Server for Windows，和String Bean Software的WinTarget等。这软件都只能运行在Windows操作系统平台上。

　　在PC架构的iSCSI存储设备上，所有的RAID组校验、逻辑卷管理、iSCSI 运算、TCP/IP 运算等都是以纯软件方式实现，因此对PC的CPU和内存的性能要求较高。另外iSCSI存储设备的性能极容易收PC服务器运行状态的影响。

　　当由于PC架构iSCSI存储设备的研发、生产、安装使用相对简单，硬件和软件成本相对较低，因此市场上常见的基于PC架构的iSCSI设备的价格都比较低，在一些对性能稳定性要求较低的系统中具有较大的价格优势。

　　

　　四PC+NIC架构

　　PC+iSCSI Target软件方式是一种低价低效比的解决方案，另外还有一种基于PC+NIC的高阶高效性iSCSI 方案。

如果只是将高速Ethernet用于存储网络化过于可惜，因此众多厂商发起了iWARP，不仅可实现存储网络化，也能实现I/O 的网络化。通过RDMA(Remote Direct Memory Access)机制简化网络两端的内存数据交换程序，从而加速数据传输效率。

 

应用

当多数企业由于Fiber Channel 的高成本而对SAN敬而远之时，iSCSI技术的出现，一下子拉近了企业与SAN之间的距离。目前，大多数中小企业都以TCP/IP协议为基础建立了网络环境。对于他们来说，投入巨资利用FC建设SAN系统既不现实，也无必要。但在信息时代，信息的采集与处理将成为决定企业生存与发展的关键，面对海量数据，许多企业已感到力不从心。iSCSI的实现可以在IP网络上应用SCSI的功能，充分利用了现有IP网络的成熟性和普及性等优势，允许用户通过TCP/IP网络来构建存储区域网（SAN），为众多中小企业对经济合理和便于管理的存储设备提供了直接访问的能力。除此之外，iSCSI技术主要用于解决远程存储问题，具体如下：
　　1.实现异地间的数据交换

　　许多公司利用光纤交换技术实施了自己的本地存储区域网（SAN），但如果企业有异地存储要求时，如何完成异地间的数据交换则成为问题。设想一下，一家公司在相隔很远的地方有分公司，而且两地各有自己的基于光纤的存储网络，那么，如何将两个网络连接起来？用光纤吗？工程巨大，就是采取租用形式，其费用也相当高昂。我们知道，iSCSI是基于IP协议的，它能容纳所有IP协议网中的部件，如果将FC转换成IP协议下的数据，这些数据就可以通过传统IP协议网传输，解决了远程传输的问题，而到达另一端时再将IP协议的数据转换到当地的基于FC的存储网络，这样通过iSCSI使两个光纤网络能够在低成本投入的前提下连接起来，实现异地间的数据交换。　　

　　2.实现异地间的数据备份及容灾

　　通过iSCSI，用户可以穿越标准的以太网线缆在任何地方创建实际的SAN网络，而不再必须要求专门的光纤通道网络在服务器和存储设备之间传送数据。iSCSI让远程镜像和备份成为可能，因为没有了光纤通道的距离限制，使用标准的TCP/IP协议，数据可以在以太网上进行传输。而从数据传输的角度看，目前多数iSCSI的网络传输带宽为千兆即1Gbit，如果实现全双工能够达到2Gbit，第二代产品能够达到2Gbit带宽，在未来第三代通用iSCSI标准中，带宽将达到10Gb，也就是说，采用iSCSI构建远程异地容灾系统已不存在任何问题。

（本文是我阅读百度百科中ISCSI文章而整理出来的内容，具体的URL为http://baike.baidu.com/view/120148.htm?fr=ala0）