您的位置:新闻资讯 >文章内容
解析IP网络存储iSCSI的概念与工作原理
来源:精灵代理 作者:admin 时间:2019-12-26 17:02:43

  解析IP网络存储iSCSI的概念与工作原理!本章主要介绍基于IP SAN的网络存储iSCSI。iSCSI技术以其低廉的构建成本和优秀的存储性能,博得了很多CIO和存储管理员的喜爱,目前陆续进入企业应用领域,推动了企业的存储环境向集中式转变。虽然,目前对于iSCSI应该在什么样的环境中使用还存在着诸多争议,但是iSCSI的前途是光明的,在未来的存储世界中,iSCSI一定会占据重要的席位。本章重点介绍iSCSI在Windows和Linux环境下的配置和使用。

解析IP网络存储iSCSI的概念与工作原理

  存储的概念与术语

  在存储的世界里,有各种各样的名词和术语,常见的有SCSI、FC、DAS、NAS、SAN等。本节重点介绍与存储相关的术语和知识。

  1、SCSI介绍

  SCSI是小型计算机系统接口(Small Computer System Interface)的简称,SCSI作为输入/输出接口,主要用于硬盘、光盘、磁带机、扫描仪、打印机等设备。

  2、FC介绍

  FC是光纤通道(Fibre Channel)的简称,是一种适合于千兆数据传输的、成熟而安全的解决方案。与传统的SCSI技术相比,FC提供更高的数据传输速率,更远的传输距离,更多的设备连接支持,更稳定的性能,更简易的安装。

  3、DAS介绍

  DAS是直连式存储(Direct-Attached Storage)的简称,是指将存储设备通过SCSI接口或光纤通道直接连接到一台计算机上。当服务器在地理上比较分散,很难通过远程进行互连时,DAS是比较好的解决方案。但是这种式存储只能通过与之连接的主机进行访问,不能实现数据与其他主机的共享,同时,DAS会占用服务器操作系统资源,例如CPU资源、IO资源等,并且数据量越大,占用操作系统资源就越严重。

  4、NAS介绍

  网络接入存储(Network-Attached Storage)简称NAS,它通过网络交换机连接存储系统和服务器,建立专门用于数据存储的私有网络,用户通过TCP/IP协议访问数据,采用业界标准的文件共享协议如NFS、HTTP、CIFS来实现基于文件级的数据共享。NAS存储使文件共享访问变得更方便和快捷,并且能很容易地增加存储容量。通过专业化的文件服务器与存储技术相结合,NAS为那些需要共享大量文件数据的企业提供了一个高效的、高可靠的、高性价比的解决方案。但是NAS也有一定的局限性,它会受到网络带宽和网络拥堵的影响,在一定程度上限制了NAS的网络传输能力。

  5、SAN介绍

  存储区域网络(Storage Area Network)简称SAN,它是一种通过光纤交换机、光纤路由器、光纤集线器等设备将磁盘阵列、磁带等存储设备与相关服务器连接起来的高速专用子网。

  SAN由3个部分组成,分别是连接设备(如路由器、光纤交换机和Hub)、接口(如SCSI、FC)、通信协议(如IP和SCSI)。这3个部分再加上存储设备和服务器就构成了一个SAN系统。SAN捉供了一个灵活的、高性能的和高扩展性的存储网络环境,它可以更加有效地传输海量的数据块。由于采用了光纤接口,因此SAN还具有更高的带宽,同时,SAN也使统一管理和集中控制实现简化。现在SAN已经广泛应用于ISP和银行等,随着用户业务量的增大,SAN的应用前景将越来越光明。

  iSCSI的概念

  iSCSI,即Internet SCSI,是IETF制订的一项标准,用于将SCSI数据块映射为以太网数据包。从根本上说,它是一种基于IP Storage理论的新型存储技术,该技术将存储行业广泛应用的SCSI接口技术与IP网络技术相结合,可以在IP网络上构建SAN。简单地说,iSCSI就是在IP网络上运行SCSI协议的一种网络存储技术。iSCSI技术最初由Cisco和IBM两家开发,并且得到了广大IP存储技术爱好者的大力支持,这几年得到迅速的发展壮大。

  对于中小企业的存储网络来说,iSCSI是个非常好的选择。首先,从技术实现上来讲,iSCSI是基于IP协议的技术标准,它允许网络在TCP/IP协议上传输SCSI命令,实现SCSI和TCP/IP协议的连接,这样用户就可以通过TCP/IP网络来构建SAN,只需要不多的投资,就可以方便、快捷地对信息和数据进行交互式传输和管理。但是,在iSCSI出现之前,构建SAN的唯一技术是利用光纤通道,这要花费很大的建设成本,一般中小企业无法承担。其次,iSCSI技术解决了传输效率、存储容量、兼容性、开放性、安全性等方面的诸多问题,在使用性能上绝对不输给商业的存储系统或光纤存储网络。

  iSCSI的优势主要表现为:首先,iSCSI沿用TCP/IP协议,而TCP/IP是在网络方面最通用、最成熟的协议,且IP网络的基础建设非常完善,同时,SCSI技术是被磁盘和磁带等设备广泛采用的存储标准,这两点使iSCSI的建设费用和维护成本非常低廉;其次,iSCSI支持一般的以太网交换机而不是特殊的光纤通道交换机,从而减少了异构网络带来的麻烦;还有,iSCSI是通过IP封包传输存储命令,因此可以在整个Internet上传输数据,没有距离的限制。

  FC SAN与IP SAN

  在iSCSI技术出现后,通过IP技术搭建的存储网络也应运而生,SAN技术也就出现了两种不同的实现方式,即FC SAN与IP SAN。简单来说,以光纤搭建的存储网络就是FC SAN.以iSCSI技术搭建的存储网络叫做IP SAN。

  作为SAN的两种实现方式,FC SAN与IP SAN各有优劣,下面从几个方面分别阐述。

  在数据传输方式上,FC SAN与IP SAN都采用块协议方式来完成。这是它们的相同点。

  在传输速度上,就目前的传输速率而言,FC SAN(2Gbit/s)最快,iSCSI(lGbit/s)次之

  在传输距离上,FC SAN理论上可以达到100公里,而事实上,传输超过50公里后,就会出现瓶颈。而通过IP网络的iSCSI技术在理论上没有距离的限制,即iSCSI可以进行没有距离限制的数据传输。

  管理及维护成本上,架设FC SAN网络需要投入很多硬件成本,并且需要特定的工具软件进行操作管理,而IP SAN构建成本低廉,由于iSCSI是通过IP网络来传输数据和分配存储资源的,因此只要在现有的网络上进行管理和使用即可,这样就可以省下大笔的管理费用及培训成本。

  其实IP SAN也面临着一些不可回避的困扰:首先,基于IP SAN的网络存储还没有得到用户的充分肯定:其次,IP SAN存储需要专门的驱动和设备,幸运的是,一些传统的光纤适配器厂商都发布了iSCSI HBA设备,同时Inter也推出了专用的IP存储适配器,而Microsoft、HP、Novell、SUN、AIX、Linux也具有iSCSI Initiator软件,并且免费供用户使

  用:还有,在安全方面,IP SAN虽然有一套规范的安全机制,但是尚未得到用户的认可。

  这些问题和困扰虽然会妨碍iSCSI的发展,但是相信在未来的网络存储世界里,IP SAN绝对金拥有一席之地。

  iSCSI的组成

  一个简单的iSCSI系统大致由以下部分组成:

  iSCSI Initiator或者iSCSI HBA

  iSCSI Target

  以太网交换机

  一台或者多台服务器

  一个完整的iSCSI系统的拓扑结构

  图7-1 完整的iSCSI系统拓扑结构

  iSCSI服务器用来安装iSCSI驱动程序,即安装iSCSI Initiator;Storage Router可以是以太网交换机或者路由器;iSCSI存储设备可以是iSCSI磁盘阵列,也可以是具有存储功能的PC服务器。下面详细介绍一下iSCSI Initiator与iSCSI Target的含义。

  1、iSCSI Initiator

  iSCSI Initiator是一个安装在计算机上的软件或硬件设备,它负责与iSCSI存储设备进行通信。

  iSCSI服务器与iSCSI存储设备之间的连接方式有两种:

  第一种是基于软件的方式,即iSCSI Initiator软件。在iSCSI服务器上安装Initiator后,Initiator软件可以将以太网卡虚拟为iSCSI卡,进而接受和发送iSCSI数据报文,从而实现主机和iSCSI存储设备之间的iSCSI协议和TCP/IP协议传输功能。这种方式只需以太网卡和以太网交换机,无需其他设备,因此成本是最低的。但是iSCSI报文和TCP/IP报文转换需要消耗iSCSI服务器的一部分CPU资源,只有在低I/O和低带宽性能要求的应用环境中才能使用这种方式。

  第二种是硬件iSCSI HBA (Host Bus Adapter)卡方式,即iSCSI Initiator硬件。这种方式需要先购买iSCSI HBA卡,然后将其安装在iSCSI服务器上,从而实现iSCSI服务器与交换机之间、iSCSI服务器与存储设备之间的高效数据传输。与第一种方式相比,硬件iSCSIHBA卡方式不需要消耗iSCSI服务器的CPU资源,同时硬件设备是专用的,所以基于硬件的iSCSI Initiator可以提供更好的数据传输和存储性能。但是,iSCSI HBA卡的价格比较昂贵,因此用户要在性能和成本之间进行权衡。

  iSCSI Initiator软件一般都是免费的,Centos和RHEL对iSCSI Initiator的支持都非常不错,现在的Linux发行版本都默认自带了iSCSI Initiator。

  2、iSCSI Target

  一个可以用于存储数据的iSCSI磁盘阵列或者具有iSCSI功能的设备都可以被称为“iSCSI Target”,因为大多数操作系统都可以利用一些软件将系统转变为一个“iSCSI Target”。本章重点讲述如何构建一个PC构架的iSCSI存储系统。所谓PC构架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),再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数据传输服务。

  目前大多数iSCSI Target软件都是收费的,例如DataCorcSoftware的SANmelody,FalconStorSoftware的iSCSI Server for Windows等,这些都是Windows平台支持的。不过,也有一些Linux平台的开源iSCSI Target软件,例如iSCSI Enterprise Target,后面的内容会重点介绍这个软件。

  利用iSCSI Target软件,可以将服务器的存储空间分配给客户机使用,客户机可以像使用本地硬盘一样使用iSCSI磁盘,包括对其进行分区、格式化及读写等。而且每个客户端都可以向iSCSI磁盘写数据,互不干扰,并且不会破坏存储到服务器中的数据。同时,iSCSITarget软件对用户权限控制非常灵活,支持配置文件。

  我们知道,iSCSI是使用TCP/IP协议进行通信的,因此,将iSCSI两端连接起来,仅仅需要一个以太网络就可以了。由此可知,iSCSI的存储性能和这个以太网络有直接关系,所以最好在iSCSI网络中使用千兆以太网交换机,劣质的网络设备会严重影响存储系统的性能,也就是说,要为每个服务器配备高质量的千兆以太网交换机,并提供两个连接。对于iSCSI Target,应该为每个独立阵列中的两个独立端口配备交换机,最后将交换机连接起来,采用这种配置方式,即使两个交换机中的一个出现了故障,整个iSCSI存储系统仍然能够正常工作,这保证了存储系统的不间断运行。

  iSCSI的工作原理

  要理解iSCSI的工作原理,就必须知道iSCSI的层次结构。根据OSI模型,iSCSI的协议自顶向下一共可以分为三层,

  iSCSI的协议结构

  下面对每个分层进行简单介绍。

  SCSI层:根据客户端发出的请求建立SCSI CDB(命令描述块),并传给iSCSI层。同时接收来自iSCSI层的CDB,并向应用返回数据。

  iSCSI层:对SCSI CDB进行封装,以便能够在基于TCP/IP协议的网络上进行传输,完成SCSI到TCP/IP的协议映射。这一层是iSCSI协议的核心层。本章也主要针对这一层的配置和管理进行介绍。

  TCP/IP层:对IP报文进行路由和转发,并且提供端到端的透明可靠的传输。

  iSCSI协议定义了在TCP/IP网络发送、接收数据块存储数据的规则和方式。先发送端将SCSI命令和数据封装到TCP/IP包中,然后通过IP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,执行完成后,将返回的SCSI命令和数据再封装到TCP/IP包中,之后再传回发送端。这样就完成了数据传输的整个过程。推荐阅读:如何快速选择适合自己的代理IP

  iSCSI的整个数据传输过程在用户看来是完全透明的,用户使用远端的存储设备就像使用本地的硬盘设备一样。不过,这只是理论状态,实际上iSCSI的数据传输速率并不能完全达到本地硬盘的数据传输速率,但差别并不明显。而且这种网络存储模式还有一个优点是安全性高,这对于数据集中存储的iSCSI来说显然非常重要。

相关文章内容简介
在线咨询
大客户经理
大客户经理
13318873961

大客户经理微信

微信客服

微信客服

微信公众号

微信公众号

回到顶部