ISCSI介紹

ISCSI = Internet Small Computer System Interface

ISCSI是一種在Internet協議上,特別是以太網上進行數據塊傳輸的標準,它是一種基於IP Storage理論的新型存儲技術,該技術是將存儲行業廣泛應用的SCSI接口技術與IP網絡技術相結合,可以在IP網絡上構建SAN存儲區域網,簡單地說,ISCSI就是在IP網絡上運行SCSI協議的一種網絡存儲技術。

一、存儲的一些概念和術語

SCSI:小型計算機系統接口(Small Computer System Interface)
一般做一個輸入輸出的接口(硬盤光盤等接口)

FC:光纖通道(Fibre Channel)
特點:數據傳輸速率高、傳輸距離遠、可以連接跟多的設備、穩定性強、安裝簡單

DAS:直連式存儲(Direct-Attached Storage)
直接連接存儲,效率低。存儲設備通過SCSI接口或者通過光釺通道直接連接到某臺計算機上,一般當服務器在地理位置上比較分散或者很難通過遠程連接互訪的時候可以通過DAS進行存儲和共享。
缺點是:不方便,擴展不佳,只能通過與它相連接的主機進行訪問,同時也會佔用服務器操作系統的一些資源,如:CPU、IO,數據量越大佔用的也就越嚴重。

NAS:網絡接入存儲(Network-Attached Storage)
過網絡交換機然後連接存儲系統和相關的服務器,最後去建立一個專門的數據存儲區域的私有網絡。用戶也就可以通過TCP/IP協議進行訪問。它的共享是通過NFS、FTP、SAMBA、HTTP、CFS等來實現文件系統級的共享。特別適用與在企業裏有大量文件需要共享的時候。
缺點是:所有的共享與訪問都是通過網絡連接的方式來實現的,當網絡出現擁堵的情況下會對傳輸產生影響。大併發,數據量大,容易出現瓶頸。

SAN:存儲區域網絡(Storage Area Network)
通過光纖交換機、光纖集線器等設備,將磁盤陣列、磁帶等存儲設備與服務器相連接,構成高速的專用的子網。

二、ISCSI技術的優勢

與傳統的SCSI技術比較起來,ISCSI技術有三個革命性的變化:
1、把原來只用於本機的SCSI透過TCP/IP網絡傳送,使連接距離可作無限的地域延伸;
2、連接的服務器數量無限;
3、由於是服務器架構,因此也可以實現在線擴容以至動態部署

三、ISCSI的架構

1、控制器架構
採用專用的數據傳輸芯片、專用的RAID數據校驗芯片、專用的高性能cache緩存和專用的嵌入式系統平臺,是一個核心全硬件的設備。
優點:具有較高的安全性和和穩定性。
缺點:核心處理器全部採用硬件,製造成本較高,因而售價也很高。
適用環境:可以用於對性能的穩定性和高可用性具有較高要求的在線存儲系統,例如:中小型數據庫系統、大型數據庫備份系統、遠程容災系統等。

2、ISCSI連接橋架構
連接橋構架分爲兩個部分:
(1)前端協議轉換設備
前端協議轉換部分一般是硬件設備,只有協議轉換功能,沒有RAID校驗和快照、卷複製等功能,因此,創建RAID組、創建LUN等操作必須在存儲設備上完成。
(2)後端存儲
後端存儲一般採用SCSI磁盤陣列和FC存儲設備。

3、PC架構
也就是將存儲設備搭建在PC服務器上,通俗的說就是選擇一個性能良好、可支持多塊硬盤的PC 服務器,然後選擇一款成熟的存儲端管理軟件( ISCSI Target ),並將軟件安裝在這臺PC服務器上,這樣就將一個普通的PC服務器變成了一臺ISCSI存儲設備了。最後通過PC服務器的以太網卡對外提供ISCSI數據傳輸服務。
客戶端主機可以安裝ISCSI客戶端軟件( ISCSI Initiator )通過以太網連接PC服務器共享出來的存儲空間。
典型的ISCSI PC構架結構圖:
這裏寫圖片描述

四、ISCSI存儲連接方式

1、以太網卡 + Initiator軟件方式
服務器、工作站等主機使用標準的以太網卡,通過以太網線直接與以太網交換機連接,ISCSI存儲也通過以太網線連接到以太網交換機上,或直接連接到主機的以太網卡上。在主機上安裝Initiator軟件。
優點:在現有網絡基礎上即可完成,成本很低。
缺點:消耗客戶端主機部分資源
適用環境:在低I/O和低帶寬性能要求的應用環境中。

2、硬件TOE網卡 + Initiator軟件方式
具有TOE(TCP Offload Engine)功能的智能以太網卡可以將網絡數據流量的處理工作全部轉到網卡的集成硬件中完成。客戶端主機可以從繁忙的協議出來中解脫出來。
優點:採用TOE卡後可以大幅度提高數據的傳輸速率,降低了客戶端主機的資源消耗。
缺點:需要購買TOE功能的網卡,成本較高。

3、ISCSI HBA卡連接方式
也就是在客戶端主機上安裝專業的 ISCSI HBA 適配卡,從而實現主機與交換機之間、主機與存儲之間的高效數據交換。
優點:數據傳輸性能最好。
缺點:需要購買ISCSI HBA適配卡,成本較高。
TOE網卡和ISCSI HBA的市場價格都比較貴,如果主機較少的話,還可以接受,如果網絡主機較多,成本消耗很大。

五、ISCSI 系統的組成

1、ISCSI系統組成
一個簡單的ISCSI系統大致有以下部分組成:
(1)ISCSI Initiator(客戶端軟件)或者ISCSI HBA(客戶端硬件)
(2)ISCSI target(ISCSI存儲端)
(3)以太網交換機
(4)一臺或者多臺服務器

2、ISCSI target概念
一個可以被用於存儲數據的ISCSI磁盤陣列或者具有ISCSI功能的設備都可以被稱爲“ISCSI target”。
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,客戶機就可以像使用本地硬盤一樣使用ISCSI磁盤。
目前大多數ISCSI target軟件都是收費的,不過,也有一些linux平臺開源的ISCSI target軟件。
例如:ISCSI Enterprise Target。

3、ISCSI Initiator概念
ISCSI Initiator是一個安裝在計算機上的一個軟件或是一個硬件設備,它負責處理同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:
第一種是基於軟件的方式,即軟件ISCSI Initiator
第二種是基於硬件的方式,即硬件ISCSI Initiator
ISCSI Initiator軟件一般都是免費的,Centos和RHEL對ISCSI Initiator支持非常不錯,現在的Linux發行版本都默認已經自帶了ISCSI Initiator。

六、ISCSI系統工作原理

1、ISCSI的實現原理圖
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2、基本實現過程:
ISCSI協議定義了在TCP/IP網絡發送、接收 block(數據塊)級的存儲數據的規則和方法:
發送端將SCSI命令和數據封裝到TCP/IP包中再通過網絡轉發,接收端收到 TCP/IP包之後,將其還原爲SCSI命令和數據並執行,完成之後將返回的SCSI命令和數據再封裝到TCP/IP包中再傳送回發送端。
整個過程在用戶看來: 使用遠端的存儲設備就象訪問本地的 SCSI設備一樣簡單。

3、搭建PC構架的ISCSI存儲系統基本構架圖
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