iSCSI SAN完全解读

条条道路通向SAN iSCSI SAN完全解读

出处：天极网

     数据库、ERP等系统的应用使数据量呈几何级数增长，面对这种情况，用户需要构建SAN（存储区域网）来实现化的统一数据管理。SAN是一种处理块级数据的存储设备，主要为提供服务，按照承载SCSI的方式不同，SAN主要分为FC SAN和iSCSI SAN两种。

　　根据IDC近期公布的存储市场统计报告，2005年iSCSI SAN比2004年增长了130％。什么原因使得iSCSI获得如此快速的增长？市场中的iSCSI产品主要有哪些流派？本期技术特写将与读者一起深入探讨。

【基础篇】

　　随着通道技术的发展，产生了FCP（Fibre Channel Protocol，光纤通道协议），简单地讲，FCP就是采用光纤通道对SCSI数据包进行封装的一种协议。

　　从这种方式中得到启发，许多人产生了这样的想法：能不能使用IP技术代替FC对SCSI进行封装呢？由于IP技术在过去二十年中获得了长足的进 步，因此，实现这样的想法对于IP领域来说是“小菜一碟”。于是我们看到， IETF在2003年2月宣布正式通过了iSCSI标准。

　　iSCSI协议整合了存储和IP网络，使得通过IP网络完成存储数据块的传输成为现实。它建立在两个已被广泛应用的技术之上——为存储而建立的 SCSI命令和为网络化而建立的IP协议。iSCSI是一种端到端的协议，用于在IP网络中传输存储I/O数据块。该协议被使用于服务器发起端 （Initiator）、存储设备（Target）和协议传输设备。iSCSI使用标准的以太网和路由器，将数据从服务器转移到存储设备。它还使得IP和以太网基础设施可以被用于对SAN存储系统的扩展访问，跨过任意距离完成对SAN的扩展接入。

　　而采用以太网这种方式的优势是不言而喻的，像技术成熟、人员熟悉度高、价格较低、众多厂商的广泛关注等等。

　　2003年5月，也就是iSCSI标准刚通过两个月，微软就在其上市才1个月的Windows Server 2003 中开始支持iSCSI，并提供iSCSI Initiator驱动程序的下载，极大地促进了iSCSI市场的发展。

　　又过了三个月，市场上就出现了Intel PRO/1000 T IP存储适配器、Adaptec 7211C和7211F HBA（主机主线适配器）、基于Intel平台的Windows、NetWare和Linux本机iSCSI initiator。

　　目前市场中的iSCSI Initiator可分为三种，即Initiator驱动程序、的 TOE（TCP Offload Engine，TCP卸载引擎） HBA卡及iSCSI HBA卡。就性能而言，软件Initiator驱动程序最差、TOE HBA卡居中、iSCSI HBA卡最佳。但是iSCSI HBA只能运行iSCSI协议，无法运行NFS（Network File System，SUN制定）或CIFS（Common Internet File System，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 HBA卡则同时支持iSCSI、NFS及CIFS三种协议。

　　iSCSI获得巨大发展的一个推动因素在于，它与另一种网络存储架构NAS紧密结合在一起。几乎所有的NAS设备都提供了对iSCSI的支持。

　　那么，iSCSI SAN与FC SAN到底有什么不同呢？NetApp中国区技术总监岑广海这样描述iSCSI和FC SAN的关系：“比如我们要从北京去天津，可以选择的路径很多，飞机、火车、汽车，甚至是自行车。因此，无论是通过FCP还是iSCSI构建的SAN，在 逻辑上都是一样的，只是SCSI数据包在传输过程中承载的技术——即通向SAN的道路稍有区别。”

【架构篇】

　　许多用户对iSCSI都十分熟悉，他们以为在IP上简单进行SCSI封装就完成了iSCSI的构建，然而，当我们仔细研究市场中的iSCSI方案后发现，它们的产品架构其实存在着巨大的差别。

Target＋NAS

　　一台工业标准在安装了微软的Windows Storage Server后就成了一台NAS设备，在这种平台上再安装一个iSCSI Target（目标）软件就成了一台目标设备，由于HP在NAS设备的出货量第一，因此，这种类型的iSCSI目标设备我们就以HP ProLiant Storage Server为例。

　　FalconStor（飞康）iSCSI Server for Windows是一个iSCSI Target软件，能够将ProLiant DL380 G4 Storage Server这样的NAS设备变成一个iSCSI Target Portal（门户），供安装了iSCSI Initiator的服务器访问。

　　不同于iSCSI Initiator软件全部免费的做法，iSCSI Target软件基本都是要收费的。

　　由于这种产品的封包、解包工作都由软件完成，因此会占有大量系统资源，与专有的存储设备相比，这样的全软件方案表现出一定的差距，为此，微软近期收购了String Bean软件公司的WinTarget技术，以加强在目标端的实力。

　　这种产品的实现方式很简单，即所有工作都由服务器承担，优势是构建十分简便，用户自己可以购买工业标准服务器，安装微软的iSCSI Target软件后就可以轻松部署一套IP SAN，而且这种方式的价格比较便宜，劣势是iSCSI封包工作都由软件完成，对系统资源占用较多，因此性能方面表现一般。

全IP交换架构

　　在IP SAN领域，有一个厂商的设备被大家公认为是比较特殊的一类，这个厂商就是华为3Com。华为3Com IX5000是一种特殊的IP SAN设备，它从结构上基于华为3Com的IRF专利技术，在IP交换平台上，根据存储产品的海量数据存取、高性能低延迟、数据管理、设备管理等特点，构建了Neocean存储交换平台。

　　IX5000的智能网络磁盘柜，改变了传统磁盘柜SCSI/FC环路JBOD的结构。每个磁盘柜分为四个磁盘控制组，每组的核心为一个具有四块 负载均衡微处理芯片的控制模块。由于得到高性能存储交换平台的支撑，使得每个磁盘组（四块磁盘）以星型方式通过双GE接口连接到交换平台，最大限度地发挥 出高性能磁盘的读写能力。同时磁盘柜为每块分配了专用的和IP/MAC地址，这使得系统对于磁盘的管理和数据控制更为灵活，磁盘也可以在整个系统中自由“漫游”，甚至随意更换位置。基于标准化IP的存储交换平台使得各种数据管理功能能够像电器插入插座一样，IP技术中的端口镜像、组播、路由、VLAN、IPSec等也应用于存储数据管理。

　　华为3Com IX5000产品最大的特点就是全程的IP技术，从网络到控制器，再到磁盘。劣势是与同等定位的其他iSCSI专有设备相比，华为3Com在高级存储应用功能方面（比如快照、复制等）还存在一定差距。

专有设备＋iSCSI支持

　　这类设备与第一种方式在本质上没有太多区别，只是将iSCSI Target软件功能固化在存储设备中，而且具有厂商专有特性。比较有代表性的产品为NetApp所有产品类型。NetApp IP SAN 由NetApp 存储系统和iSCSI 协议（还支持NFS、CIFS、FC和HTTP 协议）、软件、服务以及支持等组成。

　　数据处理流程是，承载SCSI的IP包进入存储设备后，由控制器进行解包及封装工作，然后进行与磁盘的通信。在架构上，控制器与磁盘系统之间采用FC环路结构。

　　由于这类产品本来是专有的存储设备，硬件架构为数据存取工作做了许多优化，处理iSCSI封包工作十分轻松，不会形成性能瓶颈。因此，这类 iSCSI设备可以担当高性能的应用，在某些情况下，它的性能表现甚至不比同等级别的FC SAN设备逊色。此外，这样的设备一般是中高端存储设备的一个功能选项，比如NetApp的iSCSI设备都提供了FC SAN功能和NAS功能，能够在同一平台实现多平台的统一存储，在其他存储应用功能方面也表现突出，比如快照、复制和存储管理。

　　既然提供了上佳的性能和丰富的功能，这样的iSCSI设备价格自然要相对较高一些。

硬件协议转换设备

　　SANRAD公司的V-Switch是各类存储设备经IP网络互联的、符合iSCSI标准的存储交换与管理核心。在标准以太网环境下，通过基于 网络层面对存储设备的全面管理，整合带FC、SCSI和iSCSI接口的存储资源，使之具备高可用性能。近日博科推出的iSCSI就是与SANRAD的OEM交易的一部分，SANRAD称之为SANRAD V-Switch 2000，是其协议中最小的产品。

　　这种类型的iSCSI SAN特点明显，它对于服务器端是一个透明的iSCSI设备，所有协议转换器与服务器端的通信都是采用iSCSI语言，而在它与后端的存储设备之间则又完全转化成为通道。iSCSI到SCSI或FC的连接设备提供了新老技术的互通。一个已经购买了SCSI或FC存储设备的用户，如果希望能够搭建基于iSCSI的IP SAN，而又不浪费现有设备，那么iSCSI到SCSI或FC的连接设备就是其最好的选择。

　　该类方案的优势是，可以将数量众多的iSCSI服务器整合在一起，同时充分利用较为高端的光纤通道存储设备。劣势是这种方式并没有获得业界的普遍认可，有些存储管理员甚至说它有些另类，并不能充分发挥IP技术的优势，而且联入FC SAN后还会破坏了后者的纯洁性。

【应用篇】

　　在数量较多、对性能要求不十分苛刻的情况下，可以考虑采用iSCSI。

　　既然SAN是主要为服务器服务的，那么我们就应该首先分析一下服务器的类型。对于服务器的类型来说，主要有四种：数据库服务器、文件服务器、Web服务器和E-mail服务器。而从数据类型上来分，则分为数据库、文件和E-mail。

　　如果是文件类型，那么最合适的存储类型就是NAS。而对于大多数数据库和E-mail类型，iSCSI都可以胜任。

　　而按照“道路理论”，在构建一个SAN时究竟是采用FC架构还是iSCSI架构，在原理上应该没有任何区别。就像我们现在使用服务器一样，用户在使用时不会特别关心磁盘的类型，

　　举一个典型的例子，某用户的需求为4台Windows服务器、一台IBM AIX服务器，之前采用的都是直连存储的形式，随着业务的发展需要将这些服务器中的数据集中起来同样管理。为此，用户希望购买一台1TB的存储设备，用来存放需要集中的数据。

　　如果按照传统的方式构建一套FC SAN，那么该用户需要购买5个FC HBA卡、一台FC和一套1TB FC存储设备，虽然FC设备的价格已经下降许多，但是仍然需要12万～15万元人民币；而如果采用iSCSI的方式，则仅需要购买一台千兆以太网交换机和一台iSCSI存储设备，那么5万～6万元人民币就能够实现（详见下图）。

　　有一个用户总结说，他们之所以采用iSCSI，主要原因是服务器运行的数据库对性能要求并不太高，而且大多数情况下只有一两台服务器同时访问存 储设备。iSCSI为用户节约了不少投资。例如，该用户的服务器数量并不大，如果服务器很多，达到上百台，那么iSCSI SAN的价格优势会更加明显，同等规模，FC SAN的价格将会非常昂贵。从这个例子我们也可以看出iSCSI SAN的价格优势是通过整体成本体现出来的，笔者询问了戴尔1TB存储设备价格，AX100i（iSCSI）的价格约5万元人民币，AX100的价格约6万元人民币，而FC SAN需要整体配备通道设备，价格就令整体提高许多。

【比较篇】

　　对于各类产品来说，实际的性能测试都特别有说服力。从笔者测试的经验来看，现在还不存在哪种方案在各个方面都超越其他竞争性方案。用户需要结合自己的实际情况进行选择。

　　笔者曾做过一些产品比较测试工作，认为经过实际测试过的结果特别有说服力。下面列举两个涉及iSCSI产品的比较测试报告，相信对读者有一定的启发作用。

　　我们首先看一下笔者去年12月做过的一次存储公开比较测试，当时我们对iSCSI做了详细的测试。

　　下面对一些结果进行了分析，值得用户在构建iSCSI SAN时考虑。

　　对于iSCSI的性能，人们最关心的是实际带宽（MBps）和服务器CPU的占用率（%），因此顺序读写性能是我们重点考察的指标。

　　1．对于给定的服务器和iSCSI Initiator组合，服务器（主机）CPU占用率与带宽成正比。有这样一种说法，即卸载1Gbps的iSCSI流量，大约相当于1GHz CPU的处理能力（显然与具体的CPU有关）。

　　2．就Windows iSCSI Initiator而言，2.0版的性能通常略好于1.06版，而被测设备在读取4MB和10MB的数据块时，领先幅度较为明显（超过20%）。因此，无论从性能、功能还是易用性方面考虑，2.0版都是首选。

　　3．iSCSI HBA在实际带宽的表现上与iSCSIInitiator 相比不一定有明显优势，具体到Adaptec 7211C来说，也就是和ProLiant DL380 G4 Storage Server配合的时候，在数据块尺寸大于128KB之后能占一定的上风。iSCSI HBA的主要贡献在于降低服务器的CPU占用率，譬如使用Adaptec 7211C时的CPU占用率就是使用Windows iSCSI Initiator时的十分之一以下。

　　4．ProLiant DL380 G4 Storage Server测试得到的实际带宽接近100MB/s，与1Gb iSCSI的理论值相去不远，不过，在实际应用中，性能肯定会打折扣，特别是当流量和iSCSI流量并存的时候。

　　总的来说，现在的主流服务器能够承受iSCSI软件Initiator带来的额外负担，iSCSI的主要瓶颈还是在网络上。或许在10Gb iSCSI的环境中，iSCSI HBA会有较大的用武之地。

　　另外，Veritest网站对主流存储系统做过细致的测试工作，测试报告对相同环境下FAS3020配置为iSCSI和CX500（配置为 FC）进行了性能比较（ /2005_NetApp_Competitive_Analysis.pdf）。其中有一项测试结果对iSCSI特别有意义，在进行同样的在线事务处理 数据库操作时，FAS3020的iSCSI性能比CX500的FC性能还高3.8倍，相比较，FAS3020的FC性能为iSCSI性能的1.4倍。我们 跟戴尔工程师沟通时，他们也声称AX100（FC）的性能要比同等配置的AX100i（iSCSI）性能高50％。

编看编想 iSCSI稳健前行

　　iSCSI的发展速度已经很快，10GE对iSCSI的促进作用将会更大。在去年10月举行的存储世界大会上，iSCSI厂商就向我们展示了10G以太网IP SAN的技术可行性。

　　10GE最大的好处是：相比目前的1G以太网，它允许连接到控制器上的数量是现在的10倍，当然10GE iSCSI肯定也会带来一些额外费用。由于通道正在从2G向4G过渡，iSCSI用户也希望不额外支付费用来获得额外带宽。

　　线缆价格过高是阻碍10G IP SAN进一步发展的另一个因素。现在市场上唯一比较便宜的是铜缆，这与InfiniBand使用的线缆是一样的，但是铜缆的传输距离太短，不到100米。预计要到2006年中才能克服铜缆传输距离受限的缺陷。

　　10G的芯片已经比较成熟，芯片制造商Chelsio和Neterion在他们的10Gbps芯片方面已经拥有众多的合作伙伴，据悉，NetApp在10G iSCSI中会提供芯片供用户选择。

　　除了技术方面，多厂商的支持使得iSCSI如虎添翼。EMC在iSCSI上的表现就十分积极，由于CLARiiON CX300/500/700中没有必需的以太网支持，EMC专门推出了仅支持iSCSI的CLARiiON CX300i和500i。HP的解决之道是通过一个类似iSCSI设 备的HP StorageWorks EVA iSCSI连接选件，使EVA能同时支持FC和iSCSI。而HDS让AMS系列在2006年初支持iSCSI的计划还没有实现。在这方面，以NAS起家 的NetApp显然得天独厚，其FAS3000从一开始就统一整合了FC、iSCSI和NAS，iSCSI SAN市场排名第一（2005年26.2%）自然有它的道理。

　　相比较而言，目前只有IBM对iSCSI态度一般，但是我们也可以理解，一方面，其之前的NAS与iSCSI业务发展情况都不甚理想，另一方面，它与NetApp签定的合作协议可以将NAS与iSCSI方面的事情统统交给NetApp。