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iSCSI技術綜合應用詳解

發(fā)布時間:2022-06-15 文章來源:深度系統(tǒng)下載 瀏覽:

網絡技術是從1990年代中期發(fā)展起來的新技術,它把互聯(lián)網上分散的資源融為有機整體,實現(xiàn)資源的全面共享和有機協(xié)作,使人們能夠透明地使用資源的整體能力并按需獲取信息。資源包括高性能計算機、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識資源、專家資源、大型數(shù)據(jù)庫、網絡、傳感器等。 當前的互聯(lián)網只限于信息共享,網絡則被認為是互聯(lián)網發(fā)展的第三階段。

目前iSCSI技術發(fā)展也是非常迅速的,同時市場需求也是很高的,首先讓大家了解下iSCSI技術的概念,然后全面介紹iSCSI的工作流程、以及綜合應用。九十年代以前,存儲產品大多作為服務器的組成部分之一,這種形式的存儲被稱為SAS(Server Attached Storage,服務器附屬存儲)或DAS(Direct Attached Storage,直接附屬存儲)。隨著技術發(fā)展,進入九十年代以后,人們逐漸意識到IT 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中和共享成為一個亟待解決的問題。于是,網絡化存儲的概念被提出并得到了迅速發(fā)展。從架構上來分,今天的網絡化存儲系統(tǒng)主要包括SAN(Storage Area Network,存儲區(qū)域網)和NAS(Network Attached Storage,網絡附加存儲)兩大類。

目前,許多網絡存儲提供商致力于將SAN 中使用的光纖通道(FC)設定為一種實用標準,但是其架構需要高昂的建設成本,遠非一般企業(yè)所能夠承受。與之相比,NAS 技術雖然成本低廉,但是卻受到帶寬消耗的限制,無法完成大容量存儲的應用,而且系統(tǒng)難以滿足開放性的要求。iSCSI技術在避開了傳統(tǒng)NAS/SAN 差別之后的以網絡為中心的新存儲方案(開放存儲網絡)中同時享受到NAS 和SAN 拓撲結構的優(yōu)勢。“iSCSI技術”(互聯(lián)網小型計算機接口)標準把存儲設備和服務器與應用普通互聯(lián)網協(xié)議建立起來的網絡結合在了一起,而不是使用速度更快但是價格更昂貴、更復雜的光纖通道技術,為眾多中小企業(yè)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。

iSCSI的概念

iSCSI(互聯(lián)網小型計算機系統(tǒng)接口)是一種在Internet 協(xié)議網絡上,特別是以太網上進行數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)臉藴省K怯蒀isco 和IBM 兩家發(fā)起的,并且得到了IP 存儲技術擁護者的大力支持。是一個供硬件設備使用的可以在IP 協(xié)議上層運行的SCSI 指令集。簡單地說,iSCSI技術可以實現(xiàn)在IP 網絡上運行SCSI 協(xié)議,使其能夠在諸如高速千兆以太網上進行路由選擇。

SCSI(小型計算機系統(tǒng)接口)是以一種廣泛使用的連接硬盤和計算機的技術標準,iSCSI技術則是將該技術應用到網絡連接上,對于中小企業(yè)的存儲網絡而言,iSCSI技術的性價比要高于基于光纖的產品。iSCSI技術是基于IP 協(xié)議的技術標準,是允許網絡在TCP/IP 協(xié)議上傳輸SCSI 命令的新協(xié)議,實現(xiàn)了SCSI 和TCP/IP 協(xié)議的連接,該技術允許用戶通過TCP/IP 網絡來構建存儲區(qū)域網(SAN)。而在iSCSI技術出現(xiàn)之前,構建存儲區(qū)域網的唯一技術是利用光纖通道(Fiber Channel),該標準制定于20 世紀90 年代初期,但是其架構需要高昂的建設成本,遠非一般企業(yè)所能夠承受。iSCSI技術的出現(xiàn)對于以局域網為網絡環(huán)境的用戶來說,它只需要不多的投資,就可以方便、快捷地對信息和數(shù)據(jù)進行交互式傳輸和管理。相對于以往的網絡接入存儲,iSCSI 的出現(xiàn)解決了開放性、容量、傳輸速度、兼容性、安全性等問題,其優(yōu)越的性能使其自發(fā)布之日始便受到市場的關注與青睞。

iSCSI的工作流程

iSCSI 協(xié)議就是一個在網絡上封包和解包的過程,在網絡的一端,數(shù)據(jù)包被封裝成包括TCP/IP 頭、iSCSI 識別包和SCSI 數(shù)據(jù)三部分內容,傳輸?shù)骄W絡另一端時,這三部分內容分別被順序地解開。iSCSI 系統(tǒng)由一塊SCSI 卡發(fā)出一個SCSI 命令,命令被封裝到第四層的信息包中并發(fā)送。接收方從信息包中抽取SCSI 命令并執(zhí)行,然后把返回的SCSI 命令和數(shù)據(jù)封裝到IP 信息包中,并將它們發(fā)回到發(fā)送方。系統(tǒng)抽取數(shù)據(jù)或命令,并把它們傳回SCSI 子系統(tǒng)。所有這一切的完成都無需用戶干預,而且對終端用戶是完全透明的。

為了保證安全,iSCSI 有自己的上網登錄操作順序。在它們首次運行的時候,啟動器(initiator)設備將登錄到目標設備中。任何一個接收到沒有執(zhí)行登錄過程的啟動器的iSCSI PDU (iSCSI Protocol Data Units,iSCSI 協(xié)議數(shù)據(jù)單元)目標設備都將生成一個協(xié)議錯誤,而且目標設備也會關閉連接。在關閉會話之前,目標設備可能發(fā)送回一個被駁回的iSCSI PDU。這種安全性是基本的,因為它只保護了通信的啟動,卻沒有在每個信息包的基礎上提供安全性。還有其他的安全方法,包括利用IPsec。在控制和數(shù)據(jù)兩種信息包中,IPsec 可以提供整體性,實施再次(replay)保護和確認證明,它也為各個信息包提供加密。

iSCSI標準的制定情況 

建立符合行業(yè)標準的通過IP 網絡傳輸存儲信息的需求和機會同時存在,但問題是如何建立這個標準并且使之成為行業(yè)的統(tǒng)一標準。Bechtolsheim 及其小組和IBM 建立了合作伙伴關系,共同為新協(xié)議起草了一個標準,稱為iSCSI(互聯(lián)網SCSI),該標準允許在TCP/IP 協(xié)議上傳輸SCSI 命令。2000 年2 月,該小組將此草案作為互聯(lián)網標準草案提交給互聯(lián)網工程任務組(IETF)。同年3 月,IETF 會議對該草案進行了討論,并決定成立一個IETF 工作組,負責制訂通過IP 傳輸存儲信息的技術。截至2000 年8 月,IETF 小組的成員已增加到500 人,代表著200 家公司或組織,幾乎包括了所有的存儲器、網絡部件及系統(tǒng)供應商。目前,關于iSCSI的標準制訂已經進入最后階段,估計明年初正式標準就將推出。IETF 日前宣布,它已完成了iSCSI 協(xié)議的工作,現(xiàn)在將為它分配征求意見編號。這項規(guī)范規(guī)定了軟件在內聯(lián)網上傳送SCSI 包和在長距離上管理存儲時,如何處理SCSI 數(shù)據(jù)包以及如何在TCP/IP 命令中封裝它們。

iSCSI與FC(光纖通道)的比較 

網絡存儲主要由三大部分組成:服務器(host)、交換(switch)和存儲設備(target)。在這三者中,交換是很關鍵的。網絡存儲的交換方式有兩種,一種是光纖通道(FC),另外一種就是iSCSI。從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌葋砜,光纖通道和iSCSI技術有很大的不同:光纖通道的傳輸采用其FCP 協(xié)議,而iSCSI 采用Internet 上現(xiàn)有的TCP 協(xié)議。FCP 協(xié)議最初是按照光纖通道網絡的高級協(xié)議設計的,它緊密地與低級網絡功能集成在一起工作。而iSCSI 在開發(fā)時采用現(xiàn)有的由TCP 所提供的受保護的傳輸機制。所以由于采用不同的機制,iSCSI 和光纖通道之間是不可能兼容的。

與光纖通道相比,iSCSI 有其自身的諸多優(yōu)勢,主要表現(xiàn)在iSCSI 更加經濟。成本的節(jié)約可體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)在一般的數(shù)據(jù)和SAN 網絡之間存在的公用技術可使培訓費用降低,而且也不必設立單獨的崗位職員,這兩者都可使成本降低;而且以太網大量的安裝基礎也可使價格降低。(2)iSCSI 可利用現(xiàn)有的、容易理解的TCP/IP 基礎設施來構筑SAN,隨著在QoS 和安全方面的進步,在存儲與現(xiàn)有的基礎設施之間的共享表明,在硬件、培訓、實施等幾個方面都有機會實現(xiàn)可觀的成本節(jié)約。(3)隨著千兆以太網的實現(xiàn),用戶將可得到傳輸速率為1Gbps 的存儲網絡,而不需改變現(xiàn)有的基礎設施。

FC(Fibre Channel)的安裝基礎很少,理解其技術的人也不多,而且它很昂貴。FC 在同等速度下可提供稍好一些的性能,但是這一點并不能彌補其在實現(xiàn)時所需的高額費用和額外的培訓費用所構成的高成本。近期,在以太網的速度超過FC 以前,F(xiàn)C 可以暫時保持其在SAN 技術領域的優(yōu)勢地位,但這也僅限于在iSCSI 成氣候之前的一段時間內。

但是,iSCSI 在三到五年內不會取代Fibre Channel。首先,TCP/IP 網絡雖說有許多值得稱道的地方,但它在傳輸數(shù)據(jù)塊時的致命問題至今在技術上還沒有突破性進展。雖然Fibre Channel在標準、遠距離連接、成本等方面有待進一步改進和提高,但它在區(qū)域性SAN 領域已經取得了顯著成效。其產品和技術正逐步成熟。所以,就目前來看,如果用戶需要大容量、高速塊級數(shù)據(jù)存取,F(xiàn)ibre Channel 還是唯一的選擇。但隨著iSCSI 的成熟,它將為Fibre Channel 分擔存儲市場,加之,Brocade、Intel、Cisco 等各領域廠商的努力,也必將促進Fibre Channel 和iSCSI 技術的融合,取長補短,共同發(fā)展

iSCSI 的優(yōu)勢與局限性 

iSCSI 技術的優(yōu)勢:iSCSI 的基礎是傳統(tǒng)的以太網和Internet,近20 年來,網絡技術的迅猛發(fā)展使傳統(tǒng)網絡無處不在,iSCSI 有很好的基礎,同時能大大減少總體擁有成本。隨著技術的進步,IP 網絡的帶寬發(fā)展相當迅速,1Gbps 以太網早已大量占據(jù)市場,10Gbps 以太網也已整裝待發(fā)。而且,該協(xié)議由包括IBM、Cisco、Intel、Brocade、Adaptec 等業(yè)界巨頭的支持,同時,一批新型廠商也競相參與,如Nishan System、SAN Valley、CNT、Pirus、3Ware 等。
在技術實施方面,iSCSI 以穩(wěn)健、有效的IP 及以太網架構為骨干,使忍受性大大增加。另外,簡單的管理和布署也是iSCSI 讓業(yè)界心動的一個原因,因為傳統(tǒng)網絡廠商已經培養(yǎng)了很多的專業(yè)網絡人才,不需要投入培訓,就可以輕松擁有專業(yè)的iSCSI 人才。

iSCSI 是基于IP 協(xié)議的技術標準,它實現(xiàn)了SCSI 和TCP/IP 協(xié)議的連接,對于以局域網為網絡環(huán)境的用戶,只需要不多的投資,就可以方便、快捷地對信息和數(shù)據(jù)進行交互式傳輸及管理。完全解決數(shù)據(jù)遠程復制(Data Replication)及災難恢復(Disaster Recover)的難題。安全性方面,以往的FC-SAN 及DAS 大都是在管制的環(huán)境內,安全要求相對較低。iSCSI 卻將這種概念顛倒過來,把存儲的數(shù)據(jù)在互聯(lián)網內流通,令用戶感到需要提升安全要求。所以,iSCSI技術已內建支持IPSEL 的機制,并且在芯片層面執(zhí)行有關指令,確保安全性。

但是,存儲工程師在暢談iSCSI技術前景的時候,也需要實事求是地分析目前的形勢和發(fā)展方向。實際上,到目前為止,還沒有一個成熟的產品來展示iSCSI 的魅力,它還沒有大面積商業(yè)化應用。而存儲網絡面臨的諸多問題,iSCSI技術并非都能迎刃而解,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(fā)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(shù)據(jù)傳輸,速度仍不理想。而且,IP 網絡的效率和延遲都是存儲數(shù)據(jù)傳輸?shù)木薮笳系K。



網絡的神奇作用吸引著越來越多的用戶加入其中,正因如此,網絡的承受能力也面臨著越來越嚴峻的考驗―從硬件上、軟件上、所用標準上......,各項技術都需要適時應勢,對應發(fā)展,這正是網絡迅速走向進步的催化劑。

本文章關鍵詞: iSCSI技術