分类： 服务器与存储
2010-04-20 19:54:32
当然，iSCSI 允许使用一般Ethernet NIC 卡（网络卡，为了效率多半是GbE以上等级）与Ethernet Switch（交换器），若使用一般GbE 卡，则还需要搭配软件才能让GbE 卡收发iSCSI 协议，此软件称为iSCSI Initiator，事实上iSCSI HBA的角色也等同于iSCSI Initiator.
此外还有iSCSI Router（路由器），不过，目前似乎只有Cisco 一家提供，这是在需要以iSCSI 进行异地备援传输时才会使用。至于iSCSI Gateway（网关器）则在接口转换时才需要，例如让iSCSI 网络与FC 网络接轨，就需要iSCSI-to-FC Gateway，或将网络型的iSCSI 转换成本地端的传统SCSI，这时则用iSCSI-to-SCSI Gateway，iSCSI Gateway 也不见得用硬件方式实现，用CPU 执行特定的转换程序，效用与角色等同于iSCSI Gateway。
很明显的，一般的设计需求会集中在iSCSI Initiator（iSCSI Initiator Software、iSCSI HBA）及iSCSI Target（iSCSI Disk Array、iSCSI Tape Library）两者，至于iSCSI Switch 即Ethernet Switch，无须更动，而iSCSI Router 则较少运用。
iSCSI 运作架构中的各种角色连接与配置
附注：除了iSCSI Initiator 能以软件方式实现外，iSCSI Target 也能以软件方式实现。且iSCSI Bridge/Gateway/Router 也被视为一种iSCSI Target，Bridge 与Gateway 等皆属转换功效，只是负责的层级不同，一般而言Bridge 为低层次转换，Gateway 为高层次，然有时也经常混称合用，无太大差别。
如何实现一个iSCSI Initiator？（软件法）
要想实现一个iSCSI Initiator，最简单也最省钱的作法即是在服务器上安装iSCSI Initiator 软件，并运用服务器原有的GbE 卡来收发iSCSI 协议。
不过，使用iSCSI Initiator 软件必须多加权衡，由于它运用服务器的CPU 来进行iSCSI 协议的编解运算，会折损服务器的本务运算效能（即伺服应用服务的运算），一般而言会折损1、2 颗CPU 的效能，所以不建议在2 CPU 的服务器上使用此法，建议在4 CPU 以上的服务器才使用，且也要多斟酌效能冲击性，也不建议直接以服务器内唯一的GbE 网埠来传发iSCSI 协议，因为这将阻碍服务器原有对前端服务的能力（即Internet/LAN 与SAN 的传输交迭影响），所以多会额外加装第二张GbE 网卡，以另一专属区网（SAN）的作法来传输iSCSI.
使用软件式的iSCSI Initiator 不单要考虑CPU、NIC 的效能折损，也要考虑操作系统支持性及取得成本，操作系统也还要注意硬件架构的差别，同样是Windows，在IA-32（即俗称的i386）硬件上与在x64（即x86-64、AMD64、EM64T）硬件上的驱动程序并不相同，甚至IA-64 硬件上的也不同，Solaris 也类似，Solaris支持SPARC、IA-32、x64，三者的驱动程序也不相同。
目前iSCSI Initiator 多采免费下载或免费随附的策略，Microsoft 已针对IA-32、IA-64、x64 等不同硬件架构的Windows 都提供了iSCSI Initiator 软件，新版为2.0，支持更高层次的iSCSI 传输错误修正功能（从ERL0 提升至ERL1、ERL2，ERL为Error Recovery Level），以及多径传输（Multi-Pathing I/O；MPIO）功能，2.0于2005 年6 月12 日释出，之前的版本为1.0/1.05/1.06，另也可搭配下载iSNSServer 3.0（TCP/IP 环境下探搜iSCSI 装置之用的伺服应用程序）。
Sun 方面也相同，其Solaris Express（快捷版）及Solaris 10 Update 1（类似Service Pack 1）也免费提供iSCSI Initiator 软件，包括SPARC（64-bit）、IA-32、x64 都支持，且能支持10GbE NIC，并计划将软件的原始程序代码公布于OpenSolaris.org 网站。自由软件阵营也不落后，名为「Linux-iSCSI」的原码开发项目即是撰写Linux 2.4 版以上所用的iSCSI Driver（驱动程序，即iSCSI Initiator）及iSCSI Daemon（同于Demon，原意是魔鬼，但在此是指泛UNIX 操作系统的背景常驻执行程序），开发过程中也与Open-iSCSI 项目合并，目前为4.0.x 版。此外还有UNH所释出的「UNH-iSCSI」的开放项目，一样是Linux 上的iSCSI Initiator 软件，目前为1.6.0 版。
其它如HP HP-UX 11i v1、IBM AIX 5.2、Novell NetWare 6.5 等也都支援iSCSIInitiator.至于Mac OS X 也有SBE 公司能提供Xtend SAN iSCSI Initiator for Mac OS X（收并自PyX 公司），但此要付费取得，或随SBE 的硬件套件方式一并购买。
至于软件表现的强弱如何？此可透过实际的CPU 运算占用（占用百分比愈低愈好）、I/O 传输表现（每秒完成多少个I/O 处理，即IOPS）来评断，另外要重视支持的GbE 层级、错误修正层级，如10GbE 优于1GbE，以及ERL2 优于ERL1 优于ERL0.以及是否支持MPIO，MPIO 指的是一部服务器内有一张以上的GbE NIC 时，可同时运用多张NIC 卡进行传输，负载平衡（Load Balance）方式尽快完成传递，或在某一NIC 卡故障失效时，其工作也可转由其它仍正常运作的NIC 卡来接手。
如何实现一个iSCSI Initiator？（硬件法）
软件法的缺点就是耗占原有硬件资源及效能，所以也有众多业者提出硬件实现法，有的是推出iSCSI 控制芯片（如SilverBack Systems），然后由硬件设计者购回芯片以做成iSCSI HBA 卡，或嵌于主机板上，让主机板直接具备iSCSI硬件支持，或者有的业者虽有自研的iSCSI 控制芯片，但视为独门秘方，不对外单售芯片，只售使用上自有芯片实现成的iSCSI 板卡（如Adaptec、iStorNetworks），或芯片与卡都提供（如Alacritech、QLogic、iVivity）。
与前述的软件实现法相比，硬件法可就相当复杂多样，为避免混淆难懂，须在正式说明前建立好先前概念才行。
Alacritech 自研的因特网协议处理芯片（Internet Protocol Processor，IPP）：1000x1，此芯片运用该公司特有SLIC（Session-Layer Interface Control）技术，由IPP 芯片来加速TCP/IP、iSCSI 等执行，使用此芯片所形成的适配卡Alacritech称为TNIC，其实即是TOE GbE NIC＋iSOE iSCSI HBA.
首先我们先要了解Ethernet 卡的过往，早在1982 年Sun 的第一部工作站出货时就已具Ethernet 功能，在Ethernet 卡发展的初期，由于计算机CPU 效能（此处的计算机指的是工作站、个人计算机）仍不足，所以当时的Ethernet 卡都有专责处理TCP/IP 程序的芯片及电路，不需耗用CPU 效能，然之后计算机CPU 效能跃增，使Ethernet 芯片／网卡开始被设计成只负责部分工作，而非过去的全部工作，舍去处理的部分改由CPU 与执行搭配软件来负责。
然而今日iSCSI 的出现，倘若是使用iSCSI Initiator 软件，服务器CPU 除了要执行iSCSI 的传送、接收等程序外，就连GbE NIC 的TCP/IP 编解工作也是由CPU 来负担，倘若CPU 效能不足，或软件反应不够快（程序撰写不佳，或操作系统架构特性使然），过重的负担就会影响iSCSI 的传输表现。
因此，要加速iSCSI 传输，第一种作法即是使用iSCSI HBA 卡，iSCSI HBA卡主要是担负iSCSI 程序的处理执行，如此CPU 可以卸下此方面的工作，但仍要执行TCP/IP 方面的工作，不过已有加速效用，此称为iSOE（iSCSI Offload Engine）。第二种作法，是使用「较尽责」的GbE NIC 卡（或控制芯片），能完整包办TCP/IP 层面的运算，不需CPU 操烦，CPU 可以专心处理iSCSI 程序，此称为TOE（TCP/IP Offload Engine），由于仍是个NIC 卡／芯片，所以依然需要iSCSI Initiator 软件的辅助，但一样有加速效果。
第三种作法则是让iSCSI HBA 卡（芯片）既负责TCP/IP 工作也负责iSCSI工作，那么CPU 就更加轻松，也可如第一种作法般地舍去iSCSI Initiator 软件，加速效果也胜过前两者。
再者，如果是重视iSCSI 传输安全性者，则希望在TCP/IP 环境中再添入IPSec的加密，然而IPSec 一样要耗用CPU 来编解运算，若能用特有芯片来承担此一运算，卸除CPU 的负担，自然又可以更快，此称为SOE（Security Offload Engine）。当然！若不使用IPSec 则与第三法无所差别。
有了上述概念后，在此就以QLogic 的iSCSI 芯片为例作说明，QLogic 的ISP3010 芯片只是颗具TOE 效果的Ethernet 加速芯片，依旧是GbE NIC 卡/芯片，搭配iSCSI Initiator 软件即可加速iSCSI 的传输执行，此即是第二法。
接着，QLogic 的ISP4010 芯片是个TOE 的GbE NIC 芯片，也是个iSCSI 芯片，等于将TCP/IP、iSCSI 等执行工作都一手包办，不需倚赖CPU 参与运算，但若用上IPSec 传输加密则还是要倚赖CPU 来运算，此为第三法。
然后，QLogic 也提供一颗ISPSEC1000 的辅助芯片，专责处理IPSec 运算，可搭配前述的ISP3010 或ISP4010 使用，若搭配ISP4010 则属于我们前述的第四法，若搭配ISP3010 虽没有前述的对应法，但也只剩iSCSI 收发程序要交由CPU负责，一样要搭配iSCSI Initiator 软件。
Adaptec 的iSCSI HBA 卡：7211F，F 即Fiber 之意，使用1Gbps 以太光纤连接，控制芯片则是由Adaptec 自行研发，能卸载CPU 的TCP/IP、iSCSI 等运算负荷，另有7211C，C 即Copper，使用1Gbps 以太铜线。
上述的四、五法是较常见的几种，但不代表全部，例如Intel 的iSCSI HBA卡：PRO/1000 T IP Storage Adapter（2003 年7 月提出，2005 年1 月停供）则又是另一种作法，该卡使用一套IOP310 的I/O 处理芯片组（由一颗80200 处理控制芯片与一颗80312 辅助芯片所组成）及一颗82544EI 的GbE MAC 控制芯片，这些都是较中性、泛用取向的芯片，并未针对任何应用调整过功能规格，但以此再搭配软件（驱动程序）执行，一样可以实现iSCSI 效用，不过CPU 负荷的卸载性在此不得而知。
关于此法，就笔者的观点看，虽然以泛用芯片的搭配组合来实现，较无设计变更与制造供货的顾虑，但中性的结果却是介于纯软件法与上述其它特有硬件芯片实现法间，软件法属成本取向，特有硬件芯片法则属效能取向，中性芯片组合在成本与效能上都不易讨好，笔者认为此法日后被实行的机会将相对减少。
另外还有一种更「高深」的实现法，即是运用10GbE 标准及RDMA 规范中的iSER 协议，此方式是最新锐高阶作法，速度最佳但也最昂贵，关于此我们将在后头更深入说明。
上述我们只是将「基本」实现法说完，尚未谈到细部与进阶，在细部方面，目前最容易犹豫的就是接口问题，眼前正处于64-bit PCI 2.2/2.3（已有3.0 版）、PCI-X 1.0/2.0、PCI Express 1.1 并存的时刻，虽然往未来看以PCI Express 最具发展，不过业者现在提供的iSCSI 芯片多以PCI-X 1.0/2.0 为主，并向下兼容64-bit PCI，PCI Express 仍属少数，所以主要多实行PCI-X，64-bit PCI 则是因应较过往的服务器需求才需启用。
其次，iSCSI 既可使用光纤（Fiber，IEEE 802.3z 的1000Base-LX、1000Base-SX）也可使用铜线（Copper，IEEE 802.3z 的1000Base-CX 及IEEE 802.3ab 的1000Base-T），设计时必须先选定，或者在一张卡上两种并存，提供购买用户选用的弹性，或者在同一张iSCSI HBA 上提供双埠（Dual Port），好实现前述的MPIO 功能，此法与两张单埠iSCSI HBA 卡相较更能省成本与插槽数，如QLogic ISP4022 芯片即以单颗芯片同时提供两个iSCSI 埠的平行处理功效。
QLogic 的ISP4010 芯片，以64bit PCI/PCI-X 与系统主存储器相连，ROM 方面使用8-bit 宽、2MB～16MB 的闪存，RAM 方面使用72-bit 宽（含查核位）、16MB～256MB 的SDRAM，另有36-bit 宽（含查核位）、2MB 的额外程序/数据存储器（使用SRAM，很明显是扮演快取加速功效），ISP4010 芯片具备TCP/IP卸载及GbE 接口。
