iSCSI技术基础知识汇总

ForEvaluationOnly.Copyright(c)byFoxitSoftwareCompany,2004-2007EditedbyFoxitPDFEditor目录前言1第一章iSCSI技术背景介绍2第二章iSCSI技术的应用3第三章iSCSI产品的组成8第四章iSCSI技术及其安全性9第五章iSCSI与各类型存储方案的综合评比14第六章iSCSI与IP存储技术16第七章问与答22ForEvaluationOnly.Copyright(c)byFoxitSoftwareCompany,2004-2007EditedbyFoxitPDFEditor前言iSCSI技术发展及未来展望企业存储技术发展日新月异，早期大型服务器的DAS技术（DirectAttachedStorage，直接附加存储，又称直连存储），后来为了提高存储空间的利用及管理安装上的效率，因而有了SAN（StorageAreaNetwork，存储局域网络）技术的诞生，SAN可说是DAS网络化发展趋势下的产物。早先的SAN采用的是光纤通道（FC，FiberChannel）技术，所以在iSCSI出现以前，SAN多半单指FC而言。一直到iSCSI问世，为了方便区别，业界才分别以FC-SAN及iSCSI-SAN的称呼加以分辨。紧接着，为了能在多用户网络环境中，做好档案集中化分享管理的工作，采用全然不同于以往的文件协议（FileProtocol）数据存取方式的NAS（NetworkAttachedStorage；网络附加存储）方案也应运而生。它的出现，为以太网络的成熟及重要，做了昀佳脚注。日益发展及成熟的因特网，更进一步成为了IP存储方案成长壮大的昀佳腹地及平台，现成的架构、协议、标准、基础设施及管理工具，莫不吸引着寻求昀佳存储方案者的目光。此背景，加上FC-SAN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。从IPSAN到iSCSISAN所谓iSCSI亦即通过IP网络，将SCSI区块数据转换成网络封包的一种传输标准，它和NAS一样通过IP网络来传输数据，但在数据存取方式上，则采用与NAS不同的，而与FC-SAN相同的BlockProtocol协议。iSCSI昀早是由IBM和Cisco于2001年制定的。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。两大推波助澜的关键促因在iSCSI尚未标准化之前，只有少数厂商投入IPSAN的开发，因为每一家厂商皆开发专属封闭协议的解决方案，所以这些方案之间无法完全兼容。在当时的市场上，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相当贫乏，这可说是iSCSI发展之初的昀大阻碍及瓶颈。但接下来的两大事件，却被视为促进iSCSI发展与成熟的关键因素，那就是iSCSI标准的正式通过，以及微软的正式支持。SNIA（存储网络产业协会；TheStorageNetworkingIndustryAssociate）于2003年2月正式制定通过了iSCSI标准。业界莫将此标准化视为iSCSI发展历程中的昀关键因素，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。在iSCSI的发展过程中，除了正式标准化具有重大意义外，微软紧接着在2003年5月宣布在WinServer2003中，正式支持iSCSI技术，并提供iSCSIInitiator驱动程序的下载。微软这项作法，带动了整个iSCSI业界的发展。iSCSI之所以被看好，首先它根植于IP网络上，所以可以采用现有已经非常成熟的管理工具及基础建设，可为企业节省大笔建设、管理的成本。更重要的是，IP的人才资源非常充沛。此外，iSCSI在数据传输距离上，几乎没有限制的优点，更吸引无数企业的目光。10G以太网会是iSCSI技术成长的基石对于iSCSI的未来发展，诸多厂商都认为SAN与NAS的整合会是一大趋势。此外随着10GEthernet的到来，iSCSI的理论带宽将会攀升到10Gb的极速，那么即使未来FC提升到4Gb，速度上也仍然不是iSCSI的对手。第一章iSCSI技术背景介绍2003年2月11日，IETF（InternetEngineeringTaskForce，互联网工程任务组）通过了iSCSI（InternetSCSI）标准，这项由IBM、Cisco共同发起的技术标准，经过三年20个版本的不断完善，终于得到了IETF认可。这吸引了很多的厂商参与到相关产品的开发中来，也推动了更多的用户采用iSCSI的解决方案。作为早已被广泛传播的网络存储技术，很多读者都对这项技术耳熟能详。而iSCSI技术昀重要的贡献在于其对传统技术的继承和发展上：其一，SCSI（SmallComputerSystemsInterface，小型计算机系统接口）技术是被磁盘、磁带等设备广泛采用的存储标准，从1986年诞生起到现在仍然保持着良好的发展势头；其二，沿用TCP/IP协议，TCP/IP在网络方面是昀通用、昀成熟的协议，且IP网络的基础建设非常完善。这两点为iSCSI的无限扩展提供了夯实的基础。iSCSI协议定义了在TCP/IP网络发送、接收block（数据块）级的存储数据的规则和方法。发送端将SCSI命令和数据封装到TCP/IP包中再通过网络转发，接收端收到TCP/IP包之后，将其还原为SCSI命令和数据并执行，完成之后将返回的SCSI命令和数据再封装到TCP/IP包中再传送回发送端。而整个过程在用户看来，使用远端的存储设备就象访问本地的SCSI设备一样简单。支持iSCSI技术的服务器和存储设备能够直接连接到现有的IP交换机和路由器上，因此iSCSI技术具有易于安装、成本低廉、不受地理限制、良好的互操作性、管理方便等优势。早在2001年上半年，IBM就推出了IPStorage200i，是市场上公认的第一款基于iSCSI协议的产品，这款产品的出现，对于身处信息爆炸时代却无法承担光纤通道SAN环境高成本的中小型用户来说，具有巨大的吸引力；2001年10月，Cisco也推出了SN5420存储路由器，基于IP标准和SAN（StorageAreaNetwork，存储区域网络）标准，可以提供与现有LAN（LocalAreaNetwork，局域网）、WAN（WideAreaNetwork，广域网）、光纤和SAN设备之间的互操作，率先建立了IP网络与SAN之间的桥梁。现在，有更多的厂商参与到iSCSI产品的开发中，如Intel已经推出了存储网卡IPStorageiSCSIPRO/1000T，将协议转化也就是封装、还原TCP/IP包的步骤转移到网卡上来执行，大大降低了服务器处理器的占用率。同时，还有芯片、板卡制造商加入到iSCSI产品的开发中，如Adaptec、Qlogic等等。第二章ISCSI技术的应用ISCSI在IPSAN和FC领域的应用很多用户对iSCSI的技术和优势比较了解，但是如何将iSCSI技术应用到实际中来，大多数还不是很清楚，因此本白皮书将在下面的文章中着重阐述iSCSI技术的应用，希望能够促进读者对iSCSI的理解，并能够帮助用户在面对IP与FC（FibreChannel，光纤通道）的选择时，更多一份把握。在这里，我们先介绍一个概念，即IPStorage（IP存储）。在iSCSI技术不断完善的过程中，这个概念也早已被推向市场。简单的说，IP存储就是基于IP网络来实现数据块级存储的方式。由于iSCSI技术的固有优势，IP存储更是让很多用户翘首以待，希望能够出现一种大而统的方式，真正将存储规范化。A基于iSCSI技术的IPSAN应用：图一基于iSCSI技术的IPSAN图一为比较简单的IPSAN结构图。例子中使用千兆以太网交换机搭建网络环境，由iSCSIinitiator如文件服务器、iSCSItarget如磁盘阵列及磁带库组成。在这里引入两个概念：initiator和target。Initiator即典型的主机系统，发出读、写数据请求；target即磁盘阵列之类的存储资源，响应客户端的请求。这两个概念也就是上文提到的发送端及接受端。图中使用iSCSIHBA（HostBusAdapter，主机总线适配卡）连接服务器和交换机，iSCSIHBA包括网卡的功能，还需要支持OSI网络协议堆栈以实现协议转换的功能。在IPSAN中还可以将基于iSCSI技术的磁带库直接连接到交换机上，通过存储管理软件实现简单、快速的数据备份。由图一可以看出，基于iSCSI技术，利用现有的IP网络搭建IPSAN是极其简单的，且无须对管理人员进行深入培训即可掌握存储网络的管理。基于1Gb的IP网络搭建IPSAN，单通道数据传输速率可以达到160MB/s左右，因此iSCSI技术为用户提供了更高的性价比。B基于iSCSI路由器整合FC和IP应用：如图二，为基于iSCSI路由器整合光纤通道网络和IP网络的结构图，将光纤通道存储网络和iSCSI网络整合，提供现有局域网（LAN）、广域网（WAN）、FCSAN设备之间的互操作性，特点如下：通过iSCSI、光纤两种方式都可以访问IP网络中通用的存储设备；通过IP网络访问FCSAN中的存储设备；改善存储资源的可管理性及可用性；这种简单的配置可以在保证成本的前提下，满足用户的高可用性及高性能需求。在服务器、存储端，都可以通过高可用集群的方式实现高可用性，同时可以体现出光纤通道在处理关键数据时的高性能。在数据安全性方面，此类路由器如CISCO的SN542X系列，提供在光纤通道交换机中普遍使用的逻辑单元号（LUN）映射功能，可以控制对特殊LUN的target的访问，因此，可以定位target中的重要数据，保证具有特殊权限的用户访问。如果用户对扩展性及高可用性有需要，存储路由器还可以通过堆叠的方式连接几台路由器，以满足用户要求。图二基于iSCSI路由器整合IP及FCiSCSI技术在IPSAN远程备份中的应用如图三所示，基于iSCSI技术实现IPSAN，同时通过IP广域网络实现远程备份。由于传统光纤通道SAN的操作距离在10-20km之间，因此要实现真正的远程备份、异地容灾还是具备一定的地理局限性。在这个例子中使用通用的IP网络合并、扩展SAN，具备极高的性价比配置，可以实现远程备份、数据容灾和镜像等功能，同时还可以对远程存储进行实时操作并能够通过IP网络访问其他IP存储。图三基于iSCSI的IPSAN的远程备份此配置的特点为：IPSAN通过IP广域网实现与远程存储设备的连接；iSCSI服务器（initiators）和存储（targets）通过高性能iSCSIHBA连接到IP网络；IP交换机互联iSCSI系统；图四整合IP、FCSAN的远程备份如图四所示，通过IP存络。，IP存储交换机堆叠构建SAN组织的核心；展性；转化成如图三中完全基于的iSC可能会关心到QoS（QualityofService，服务质量）甚至安全方面心通过IP存储交换机将独立的iSCSI存储网络、光纤存储网络、NAS储交换机互联光纤、iSCSI设备，构建完全整合的高性能存储网相比于图三中的配置，此类SAN配置的整合度更高。设备中使用光纤或iSCSIHBA连接到交换机，存储交换机通过堆叠的方式以连接更多的设备。通过IP广域网，SAN能够访问远程数据中心中所有的服务器和存储设备，这就实现了远程备份及灾难恢复。此类SAN的典型特征如下：基于IP网络服务器和存储设备可以使用iSCSI或光纤，具有极高的可扩可以使用现有的光纤存储设备，以保护用户的前期投资；基于IP网络，提供各种途径下的无缝整合，如果需要，可以SI的IP存储网络；在这两个例子中，用户的问题，通过公用网络传输极其重要的数据资源可能会出现问题。