iSCSI 详细诠释.docx
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iSCSI 详细诠释.docx
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iSCSI详细诠释
iSCSI详细诠释
连接到一个TCP/IP网络的直接寻址的存储库,通过块I/OSCSI指令对其进行访问。
ISCSI是一种基于开放的工业标准,通过它可以用TCP/IP对SCSI(小型计算机系统接口--一种数据传输的公共协议)指令进行封装,这样就可以使这些指令能够通过基于IP(以太网或千兆位以太网)“网络”进行传输。
这一标准的目的是允许使用现有的以太网网络传输SCSI指令和数据,而这一过程完全不依赖于地点。
对这一产品的另外一种描述是,它是连接到TCP/IP网络的存储,但可以使用与DAS和SAN存储一样的I/O指令对其进行访问。
图例如下:
注:
Server:
服务器
BlockIOProtocol:
块IO协议
iSCSIProtocol:
iSCSI协议
IPNetwork:
IP网络
EthernetConnection:
以太网连接
ISCSIStorageAppliance:
ISCSI存储设备
iSCSI的初期实现都将在千兆以太网上,但逐渐会向万兆以太网转移。
实施iSCSI的时候,通常要与IP网络设备桥接一个或多个FibreChannelSAN,就像Cisco系统的SN5420StorageRouter(存储路由器)一样,将处于孤立状态的不同SAN连接起来,即便是相隔很远的孤立的SAN也能被iSCSI连接到现存的设施中。
另外,源自于IP技术的优势,iSCSI的数据镜像与远程备份技术也很容易实现。
与FibreChannel相比,iSCSI的优势不仅体现在实施成本的降低,而且由于数据网络与SAN之间用到的技术都不复杂,因此减少了培训和人力资源成本。
利用服务质量(QoS)与安全上的优势,使得与现有设施共享存储成为了可能。
而千兆以太网更是不用改造现有的基础设施,便可获得1Gbps的存储网络。
另外,理论上iSCSI还支持存储流量与数据流量共享一个通道,但出于安全的考虑,一般情况下还是将其分离。
iSCSI工作过程
首先需要明确几个术语:
提出请求的源机器设备称作initiator,请求的目标设备称作target。
一个外出的请求是从initiator到target,一个流入的请求是从target到initiator。
iSCSI的工作方式是这样的:
首先,带有SCSI卡的initiator发出一个SCSI命令,命令被封装进第四层的包中并发出,target接到后从中取出命令并执行,接着target再将SCSI命令返回的结果封装进IP包并传送给initiator,最后initiator将数据或命令取出返回给SCSI子系统。
整个过程不用人工干预,对最终用户是完全透明的。
其中一个或多个TCP会话用来承载数据,控制消息、SCSI命令与iSCSIPDU内的参数。
安全性
为保证安全,iSCSI制定了自己的登录序列:
首先,initiator设备登录进target设备,如果target设备接到来自initiator的一个没有执行登录过程的iSCSIPDU,就生成一个协议错误,target设备就会关闭连接。
接着target会返回一个拒绝iSCSIPDU,最后关闭会话。
这是较低级的安全措施,因为它只是保护了通信的初始阶段,并没有提供针对信息包一级的保护。
还有一些方法也提供了对iSCSI安全的措施,包括使用IPsec。
对所有的控制与数据包,IPsec都提供了完整性、重播保护与验证,也提供对单独信息包的加密
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iSCSI技术大全
iSCSI技术大全
在上世纪末、本世纪初,一提到SAN(StorageAreaNetwork),我们立刻就会想到光纤通道(FC,FiberChannel)技术,也即那时候的SAN多半单指FC而言。
一直到iSCSI问世,为了方便区隔,业界才分别以FC-SAN及iSCSI-SAN的称呼加以分辨。
当时与SAN相对应的是在多用户网络环境中,采用文件协议(FileProtocol)数据存取方式的NAS(NetworkAttachedStorage,网络附加存储)方案。
它的出现,为以太网络的成熟及重要,做了最佳脚注。
日益成熟的因特网进一步成为了IP存储方案成长壮大的最佳腹地及平台,现成的架构、协议、标准、基础设施及管理工具,莫不吸引着寻求最佳存储方案者的目光。
此一背景,加上FCSAN“高不可攀”的成本及管理门坎的障碍,另一存储成员iSCSI(InternetSCSI)也来报到了。
iSCSI的出现,标志着低价化SAN方案的问世,也一偿中小企业建置SAN的美梦。
从IPSAN到iSCSISAN
所谓iSCSI亦即透过IP网络,将SCSI块数据转换成网络封包的一种传输标准,它和NAS一样透过IP网络来传输数据,但在数据存取方式上,则采用与NAS不同、却与FC-SAN相同的块协议(BlockProtocal)。
iSCSI最早是由IBM及Cisco于2001年制定的,两家并且分别推出了支持iSCSI的产品——IBMIPStorage200i及CiscoSN5420Router。
事实上,为了解决FC-SAN在价格及管理上的诸多门坎,各家早有不同协议的IPSAN的研究开发。
这些IPSAN的架构,其实与iSCSI大同小异,只不过并非走标准化的协议(事实上,在iSCSI标准化之前,也没有什么标准不标准的问题),而是各家自行研发的协议,所以基本上各家IPSAN是不兼容的。
据NetApp表示,该公司早在2001年年底即推出了自家的IPSAN,它采用的是自行开发的VLD协议(VirtualLocalDisk),存储上属于BlockoverIP方式。
2003年2月,当IBM早已退出iSCSI之际,NetApp宣称推出了iSCSI正式标准制定之后的全球第一台iSCSI产品。
两大推波助澜的关键促因
早先在iSCSI尚未标准化之前,只有少数厂商敢投注心力在IPSAN的开发上,但也因为每一家厂商皆开发专属封闭协议的解决方案,所以这些方案之间并无法完全兼容。
而当时的市场上,由于发展iSCSI的厂商很少,所以支持的平台及软硬件等基础设施便相当贫乏,这可说是iSCSI发展之初的最大阻碍及瓶颈。
但接下来的两大事件,却被视为促进iSCSI大行其道的关键因素,那就是iSCSI标准的正式通过,以及微软的正式支持。
在众所期盼的敦促下,SNIA(StorageNetworkingIndustryAssociate,存储网络工业协会)终于在2003年2月正式制定通过了iSCSI标准。
而业界莫不把此标准化视为iSCSI发展历程中的最关键因素,自此开始,有愈来愈多的厂商开始进一步开发合乎业界标准的相关产品,iSCSI也开始受到业界目光的青睐。
在iSCSI的发展过程中,除了正式标准化具有重大意义外,微软紧接在2003年5月于已上市近1个月的WindowsServer2003中,正式开始支持iSCSI,并提供iSCSIInitiator驱动程序的下载。
微软此项深具推波助澜的作法,带动了整个iSCSI业界的发展。
所以接下来,不论各类作业平台或软硬件的支持会愈来愈齐备。
iSCSI之所以被看好的原因不少,首先它根植于IP网络上,所以可以采用现有已非常成熟的管理工具及基础建设,可为企业节省大笔建置、管理及人事成本。
更重要的是,懂IP的人才资源非常丰沛,成为助长iSCSI发展的中坚份子。
此外,iSCSI在数据传输距离上,几乎没有限制的优点,更紧紧吸引无数企业的目光。
2005年将是iSCSI出头年
自从标准化及微软支持解决了iSCSI最大的发展瓶颈之后,iSCSI的全面普及也只是时间早晚的问题而已。
但业界对其开始普及的时间点一直莫衷一是。
一般调查机构多半认为该时间点应在2006年,但各家厂商却异口同声地认为2005年就有机会看到市场大幅起飞。
姑且不论这是否是业界的信心喊话或策略性动作,但他们却认为一开始推展的领域会以中小企业为主,至于较高端的存储市场则比较没有机会。
尤其对于中小企业为主干的亚太区市场,架设iSCSISAN将是最经济的SAN解决方案。
有些意识到这点的国际大厂,甚至推出了专为亚太地区用户设计的iSCSI产品,典型的例子便是2004年10月HP发布的IPStorage500/1500。
10G以太网会是iSCSI茁壮成长的基石
对于iSCSI的未来发展,NetApp(NetworkAppliance)及建联科技(Raidsys)都认为SAN与NAS的整合会是一大趋势,两家也已经有相关产品及解决方案的推出。
此外,展望未来,iSCSI厂商莫不期盼新一代10G以太网的到来,因为在10G以太网的带动下,iSCSI的理论带宽将会攀升到10Gb的高水平,那么即使未来FC提升到新一代的4Gb,仍然不是iSCSI的对手。
如此截然不同的情势逆转,难怪让不少厂商面露既兴奋又憧憬的表情。
其中,NetApp甚至表示,2005年即会开始推出支持10G的iSCSI产品,此无异让10Gb高速美梦成真的可能性提高不少。
但博科(Brocade)通讯系统公司的资深技术顾问却非常怀疑10G以太网推行后,iSCSI性能是否真能获得大幅提升。
他表示即使网络带宽达到10G速度,但主机端(Initiator端)及Target端存储装置的I/O,却不一定赶得上这样的速度。
如果不能的话,整体效能还是上不来。
在2005年春季IDF上,英特尔公布的I/O加速技术(I/OAccelerationTechnology)则驳斥了这种怀疑,进一步扫清了iSCSI应用的性能瓶颈。
据悉,这一技术能够使网络数据与服务器应用之间的交互速度提高30%。
英特尔I/O加速技术可弥补现有iSCSITOE技术的不足。
TOE指定一个昂贵的专用芯片来卸载协议计算,但它不能完全解决CPU的两个最大负担――系统操作或内存访问。
鉴于此,TOE仅会在处理大型数据包有效负载时才会发挥出最明显的作用。
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英特尔通过提高芯片组和网络控制器向内存输入输出数据的响应能力,优化TCP/IP协议,减少处理器介入缓解,从而可以提高iSCSI的性能,并减少了一半服务器处理器的负载。
微软将在未来WindowsServer版本中支持英特尔I/O加速技术,新版操作系统还将包括能够有效平衡多内核CPU之间的网络TCP/IP流量的技术。
iSCSI与各类型存储方案综合评比
引:
与FiberChannel(以下简称FC)一样,iSCSI也属于SAN大家庭中的一员,它的问世显然是冲着FCSAN的缺点而来的。
长久以来,FC几乎成了SAN的代名词,但由于相关软硬件的建置成本偏高、管理技术及门坎也较高,所以几乎只有中大型企业才有能力做这方面的建置与规划,中小企业限于自身规模,也只有望洋兴叹、徒唤奈何的份。
无传输距离限制、建置管理成本低是最大特点
iSCSI最重要的就是能在成本上提出大幅改善的方案,也因此打破了SAN为中大型企业禁脔的藩篱,让中小企业也能享受到SAN所带来的好处及便利。
到底是哪些优良特质,让iSCSI成为目前存储业界最热门的话题呢?
以下我们做一番简要的归纳及分析:
构建成本低廉:
不论是适配卡、交换机或缆线的购置,iSCSI都比FC便宜许多。
其中适配卡部分,只要Host端主机本身内建的一般网络卡或网络芯片,搭配免费下载的iSCSIInitiator驱动程序即可,所以在适配卡方面可以达到完全免费的境界。
管理门坎及维护成本更低:
一般来说,FCSAN多半需要特定的工具软件来操作管理,所以需要对人员进行一定时间的教育训练,而且费用不低。
但由于iSCSI乃透过IP网络来传输数据及分配存储资源,所以只要使用网络现有的管理功能即可,相较起来,的确可以省下大笔管理人力及训练成本。
节省存储资源、做好集中管理:
由于iSCSI与FC同样支持块协议的数据存取模式,所以比采用文件协议(FileProtocol)的NAS,更能透过集中管理的方式,有效避免存储资源的浪费,进而节省不必要支出。
没有距离的限制:
由于iSCSI是透过无处不在的IP网络来传输数据,所以理论上,传输距离也可达到无限制的境界,这对于异地数据的传输及灾备等应用相当有帮助。
传输速度够快:
拜GbE网络之赐,理论上,iSCSI的速度可达1Gb,虽然速度仍比不上FCSAN的2Gb,但效能上已超越大部分的NAS。
更重要的是,一旦10Gb以太网络普及的时候,iSCSI就可能以10Gb的高速狂飙,甚至比FCSAN的新一代版本——4Gb还要快。
人才较多:
随着因特网的日益兴盛,造就了取之不尽、用之不竭的TCP/IP网络人才,比起门坎较高的FCSAN来说,专走IP网络的iSCSI可谓占尽优势。
数据碰撞及支持性低等问题成为推展阻力
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天底下没有十全十美的事物,虽然iSCSI的优点不少,而且十分抢眼,但仍有许多待解决的缺点,以下就让我们一起分析看看iSCSI到底有哪些缺陷:
1.扰人的噪声碰撞问题:
由于iSCSI走的是IP网络,其中当然充斥着来自全球各地的庞大数据及噪声,所以碰撞情形也就在所难免了,如此一来,在数据传输的过程中,就很容易导致延迟的情形发生,大大影响了传输的效能,甚至数据的正确性。
针对这类问题,不少厂商专研解决之道,其中像是乔鼎信息(Promise)即宣称,该产品提供的DataDigest功能,可有效解决噪声问题。
2.仍有改进空间的效能瓶颈:
这方面可分成下列几项来讨论。
(1)传输带宽问题:
前文已提到,目前的1Gb带宽,尚不及FC的2Gb,这方面待要等到10Gb以太网络普及之后,才有可能赶上。
但就目前企业的网络状况来看,GbE以太网络的普及率都有待加强了,所以10Gb何时来临,还是未定之数。
(2)流量控制问题:
这方面也没有FC来得好。
(3)I/O端的速度限制:
Brocade指出在Host主机及Target存储设备两处的I/O端速度一直不上来,所以即使10Gb以太网络真的普及,I/O端的速度瓶颈仍然会拖跨这个传输效能。
(4)软件iSCSIInitiator效能不佳:
其乃透过软件仿真来执行SCSI指令,所以会耗费掉大量的CPU资源,造成整体效能的低落。
这个问题虽然可以透过安装频率较高的CPU来解决,喽缘乇慊嵊卸钔獾某杀局С觥?
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3.硬件iSCSI适配卡较贵:
如果想要让整体效能有好的表现,那么就必须添置较贵的iSCSIHBA卡或稍贵的TOE(TCPOffloadEngine,TCP卸载引擎)HBA卡,整体成本会因而大幅攀升。
据Brocade指出,不论是FCHBA卡或FC交换机的价格都在逐步调降中,同时该公司会推出价格颇为低廉的FC交换机,如此一来,在寻求高效能的前提下,iSCSI的成本优势会相对减少。
4.支持的平台及软硬件仍少:
虽然目前Windows、Linux、UNIX、Netware都已陆续推出软硬件的Initiator,但数量及完备性仍不足,尤其是版本特多的Linux,目前只有SuSE及Redhat有解决方案;其中,SuSE只有软件、Redhat只有硬件。
此外,HP-UX及NovellNetware只有软件,SUNSolaris则只有硬件,而且一些平台上的设置十分复杂困难。
换句话说,目前只有微软Windows平台具备最完备的支持性。
但是目前业界及政府机构的数据中心,有相当数量是采用非Windows操作系统,再加上也有不少公司内部系统是属于多种操作系统环境,所以各平台解决方案的提出,仍是iSCSI急待解决的重要课题。
5.令人质疑的安全性:
IP网络环境复杂,再加上懂IP的人相对的多,所以安全性也相对地令人质疑。
6.无法兼顾效能及跨平台性:
前面已提到iSCSIInitiator可分为三种,亦即软件Initiator驱动程序、硬件的TOEHBA卡及iSCSIHBA卡。
就效能而言,Initiator驱动程序最差、TOE居中、iSCSIHBA卡最佳。
但是iSCSIHBA只能走iSCSI协议,而无法透过NFS(NetworkFileSystem,SUN制定)或CIFS(CommonInternetFileSystem,微软制定)等档案系统协议与应用服务器沟通。
但Initiator驱动程序及TOE则同时支持iSCSI、NFS及CIFS三种协议。
iSCSI、SAN及NAS大比拼
一般来说,企业在面临iSCSISAN存储解决方案时,多半喜欢拿FCSAN及NAS与其做一番比较。
在此先就FC与iSCSI做一比较,基本两者同属走块协议的SAN架构,只不过前者透过FC,后者藉由IP传输数据罢了,而两者在管理及应用上也大同小异,其间只不过优劣好坏的差异。
至于SAN与NAS的差异而言,许多iSCSI厂商都认为SAN与NAS是完全不同架构的存储方案,前者支持块协议,后者则支持文件协议,所以拿两个完全不同协议及架构的标准相比,是不太适宜的。
如果硬要从中做个区别的话,精业公司倒提出了一个简单易懂的区别方法,那就是SAN的精髓在于分享存储设备(SharingStorages);NAS则在于分享数据(SharingData)。
总而言之,NAS与SAN因为架构及应用领域的不同,所以不会相互取代,而会共存于企业存储网络之中。
无论如何,为了让读者进一步了解iSCSI、FC及NAS的差异,在此还是尽量做一番归纳整理,以供读者参考:
接口技术:
iSCSI和NAS一样透过IP网络来传输数据,FC则不一样,数据是透过光纤通道(FibreChannel)来传递。
数据传输方式:
同为SAN的iSCSI及FC都采用块协议方式,而NAS则采用文件协议。
传输速度:
就目前的传输速度而言是FC(2Gb)最快、iSCSI(1Gb)次之,NAS居末。
基本上,FC及iSCSI的块协议会比NAS的文件协议来得快,这是因为在操作系统的管理上,前者是一个“本地磁盘”,后者则会以“网络磁盘”的名义显示。
所以在大量数据的传输上,iSCSI绝对会比NAS快得多。
资源共享:
iSCSI和NAS共享的是存储资源,NAS共享的是数据。
管理门坎:
iSCSI和NAS都采用IP网络的现有成熟架构。
所以可延用既有成熟的网络管理机制,不论是建置、管理或维护上,都非常方便及容易。
而FC则完全独立于一般网络系统架构,所以需由FC供货商分别提供专属管理工具软件。
管理架构:
透过网络交换机,iSCSI及FC可有效集中控管多台主机对存储资源的存取及利用,善用资源的调配及分享,同时速度上也快于网络磁盘的NAS。
成本:
比起FC而言,以太网络是个十分成熟的架构,而熟悉的人才甚多,所以同样采用IP网络架构的iSCSI及NAS,构建成本低廉、管理容易而维护方便。
至于与FC在构建成本上的进一步比较,可见表1。
传输距离:
原则上,三者都支持长距离的数据传输。
FC的理论值可达100公里。
透过IP网络的NAS及iSCSI理论上都没有距离上的限制,但NAS适合长距小文件的传输,iSCSI则可以进行长距大量资料的传递。
系统支持:
相较起来,iSCSI仍然比较少。
FC主要是由适配卡供货商提供驱动程序和简单的管理程序。
iSCSI市场现状剖析
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对于摩拳擦掌、蓄势待发已久的iSCSI而言,迟迟未能全面普及的主要原因之一,就在于各类平台支持性的不够完备。
是否能得到各式平台充份支持的关键,则在于协议的标准化上。
有了标准化的协议,各类平台解决方案商才能有所依循地推出符合共通标准的支持及产品,如此可观的市场规模才能建立得起来。
所幸SNIA协会在2003年2月正式通过了iSCSI标准,iSCSI厂商终于可以开发出彼此兼容的软硬件方案及产品。
虽然iSCSI已正式标准化,但不一定代表从此就能开花结果,毕竟iSCSI是否能在企业存储市场站稳脚步,仍需看厂商本身的参与态度及开发意愿。
没有厂商会对未知的领域投下无谓的投资及心力,而这也是厂商面对iSCSI时驻足观望的原因。
WinTel的重量级支援
若这个时候一些大厂愿意站出来登高一呼的话,厂商里足观望的僵局就能被打破。
在iSCSI正式标准化之后不久,微软十分看好iSCSI的发展,毅然决然地挺身扮演推动者的关键角色,在2003年2月间,也就是几乎在SNIA协会通过iSCSI标准的同时,便提供iSCSIBeta版驱动程序的在线下载服务。
接着同年5月,微软在发布WindowsServer2003时对外正式宣称会对iSCSI加以支持。
到了7月,微软果然没有食言,紧接推出了支持iSCSI标准的Windows操作系统更新程序,该程序完全免费下载,可同时支持Windows2000/XP与WindowsServer2003等不同操作系统。
此外,微软还推出了代号Chimney的TCP/IPOffload架构,并得到了Alacritech和Adaptec等iSCSIHBA供应商的支持。
微软坚决支持iSCSI似乎没有停竭之势,2003年11月,在标志着微软积极跨入企业存储市场的重头产品——WindowsStorageServer2003(WSS2003)之中继续大力支持iSCSI。
而2004年4月发表的MicrosoftExchangeServer2003也同时对iSCSI及NAS加以支持。
在上述一连串的动作中,微软从个人端的WinXP,到企业服务器的WindowsServer2003,到E-mailServer,再到中小企业StorageServer,全都加以支持,如此巨细靡遗的动作,可以看出微软对iSCSI前景的看好,同时也显露该公司对中小企业存储市场的野心。
另一个重量级的大厂,也就是身为WinTel王国的另一支柱Intel,也早在2003年2月即推出型号为PRO/1000TIP的TOE(TCEOffloadEngine)HBA适配卡。
比起微软或其它操作系统厂商提供的iSCSIInitiator软件,IntelPRO/1000TIP适配卡提供了TCP卸载(Offload)的功能,可有效降低CPU的占用率,从而使整体效能有所提升。
总而言之,iSCSI有了WinTel两大支柱的重量级支持,势必会带动整个业界的正面回响,并在中小企业存储市场蔚成一股新兴势力。
支持尚未全面普及仍需努力
不过,精业公司却认为,目前市面上的信息中心及各企业的网管单位所采用的操作系统,并非完全局限于Windows系统,反而是充斥着Unix、Linux、SUNSolaris等林林总总的各种操作系统,换句话说,Windows只不过是众多操作系统中的一个罢了。
更重要的是,其它操作系统对iSCSI的支持,并没有像Windows如此完备,其中不是只有软件驱动程序,就是只有硬件适配卡的提供,甚至也有完全没任何解决方案的平台。
所以虽然微软全面支持iSCSI,但不表示整个市场都已有iSCSI解决方案。
就整体趋势而言,市场上对iSCSI的支持是不断地在增加之中的。
其中,在Linux方面,已有支持RedHat的适配卡,而SuSE也已有Initiator软件的支持。
在Unix方面,除了IBMAIX早有支持外,HP-UX也有Ini
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