“纳米级”的iSCSI存储技术与应用

一、iSCSI剖析概述     本文是微软公司亚洲区存储业务拓展经理邱伯毓先生在Windows Storage Server 2003产品上市发布会内容之一，储在线编辑部对原稿内容进行了丰富和适当编辑。

    1.iSCSI介绍：架构和标准     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。Initiator(发送端)将SCSI命令和数据封装到TCP/IP包中再通过网络转发，target(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像访问本地的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、治理方便等优势。     2. IP存储解决方案

• 性能
• 安全
• 价格
• 互用性

    3. iSCSI initiator和target分析     4. 结论二、iSCSI介绍     1. 2003年2月11日，IETF（Internet Engineering Task Force，国际互联网工程任务组）终于通过了iSCSI协议标准，并发布了其RFC(Request For Comments)草案。由于此次新标准的出台势必会对传统光纤设备厂商产生相当的影响，为平衡各方利益的斗争，使得iSCSI姗姗来迟。     2. 基于TCP协议的iSCSI发展及远景     早在2001年上半年，IBM就推出了IP Storage 200i，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（Storage Area Network，存储区域网络）标准，可以提供与现有LAN（Local Area Network，局域网）、WAN（Wide Area Network，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。     EMC公司将在其CLARiiON产品系列中支持iSCSI技术，据报道，一台iSCSI接口的样机正在EMC的测试实验室中运行; HP公司、Dell公司宣称将在几个月内，向客户提供基于iSCSI技术的磁盘阵列产品；SpectraLogic、ADIC公司提供了支持iSCSI接口的磁带库产品;     Nishan公司甚至可以提供专为存储系统优化的iSCSI交换设备; eMulex公司、Qlogic公司、JNI公司和Adaptec公司等传统光纤通道适配器的厂商，都争相发布专为iSCSI技术设计的新型主机通道适配器。而且Adaptec公司公布其iSCSI ASICs和总线适配器全线产品在4月份上市; Intel公司依仗自己在网络及芯片领域的霸主地位，推出了专用的IP存储适配器; NetApp公司在网上提供免费下载的软件包，以协助其客户测试自己的网络是否适合采用iSCSI技术。     3. 在SCSI SAM-2文档中重新定义的SCSI传输模式     4. 引人注目的IP/以太网基础架构
    SCSI-3发展蓝图

SCSI-3架构RoadMap

    Layer和Session架构

    Layer和Session内容     Layer模式概念

• SCSI层 - 建立和接收SCSI命令数据块
• iSCSI层 - 建立和接收iSCSI PUDs
• TCP连接 - 从一个initiator到target的“Session”

三、iSCSI能做什么？     作为IP存储领域本身，还包括FCIP、iFCP和iSNS等几个技术方向，iSCSI技术只是其中较早成熟的一个罢了。iSCSI最大的特点在于其对成熟的以太网的借用，这种借用体现在低成本实施和易治理维护，然而在性能方面是否能够满足存储系统的需求，就很难讲了。虽然有测试表明，在无网络通讯干扰的情况下，iSCSI的性能已经接近甚至达到了1Gb光纤通道技术的性能指数，但是在用户的实际环境中，网络通讯的干扰肯定是不可避免的，那么iSCSI的性能究竟如何，需要进一步验证。   

• 为存储区域网络（SAN）提供一种低价位的传输模式
• 为中端服务器提供了良好的存储解决方案
• 结合存储治理解决方案，iSCSI能提供容灾、备份和中级存储解决方案。

    iSCSI性能和价格：硬件和基于软件的解决方案     软件：iSCSI initiator提供了最低价位的iSCSI解决方案。纯粹用软件来实现的iSCSI initiator使用标准的以太网网卡或者是TCP offload Engine（TOE）网卡，用来处理iSCSI指令和TCP/IP协议。对于使用2GHz CPU的工作站或者服务器来说，iSCSI协议在处理一般的客户工作量时并不会对系统产生明显的负荷。举个例子：微软iSCSI initiator驱动。     硬件：在使用较老的CPU以及服务器负荷量较大的情况下，拥有硬件支援的iSCSI initiator和iSCSI initiator主机总线适配器（HBA）对CPU的占用率几乎相等。举个例子Intel iSCSI HBA。

注：在多个连接的情况下，性能还能得以加强。

    测试配置

    英特尔iSCSI HBA -> 微软iSCSI initiator(软件) -> SAN/IP客户端四、iSCSI 安全性

• 光纤通道感觉上安全性比较高，然而它是工作在第二层的协议，原本并没有建立安全机制。
• 在另一方面，iSCSI规范包含了initiator和目标验证(使用CHAP, SRP, Kerberos, 和SPKM)来防止未经授权的访问同时只答应可信赖的节点访问。作为补充，IPsec可以提供安全保证，防止侦听。
• 而今这一解决方案已经可以实现了。

    安全配置     IPsec

• Peers必须在传输数据之前互相验证,数据在传输过程中是加密的。
• 工作在IP层

    CHAP

• 单向验证机制，但是可以在Initiator 和Target双方都进行。
• 工作在iSCSI 协议层
• iSCSI CHAP和Ipsec依靠于peer知道验证的“秘密”（Pre-shared或者私有密钥）

    IPsec 配置     每一对target 和 initiator都有相同的Pre-shared Key

• 提供治理程序的接口，用以制定Pre-shared Key和initiator上的通道地址
• 为Microsoft SW和主机总线适配器initiator提供密钥缓存
• 在Microsoft SW initiator上提供Windows IPsec

五、iSCSI互用性     及应用程序供给商经常会有一个通过验证的硬件解决方案目录。在微软的Windows操作系统上通过验证的iSCSI硬件设备列表。在2003年年底，至少14家主要的存储供给商的iSCSI硬件产品已经通过了微软Windows系列操作系统的验证。
    光纤通道的互用性问题主要由两点原因造成：首先，供给商所使用的SCSI3指令各不相同；其次光纤通道缺乏内置网络能力。     在iSCSI方面，互用性的问题得以大大改善，同时SNIA，SNW和其他实验室还在不断的研究互用性的问题。六、IDC的猜测     IDC预期在2003年iSCSI在亚太地区的大部分国家处于发展的起步阶段，将在2004年中得以大大发展。在很多情况下，iSCSI将作为现存的光纤通道SAN的补充。     IDC认为iSCSI将在一下两方面得以广泛应用：

• 在没有网络存储的小型企业中，和TCP/IP类似。
• 在大型企业中，用iSCSI连接光纤通道SAN。

    （Graham Penn, IDC亚太区存储研究总监）七、微软的iSCSI initiator 和示例     微软 iSCSI Software Initiator 1.0版本已于6月 25日在网上发布。微软iSCSI software initiator可以在IP SAN上让使用Windows的电脑作为iSCSI initiator来连接iSCSI target。     所有的iSCSI 设备在Windows中都显示为本地设备，可以像其它本地设备一样在Disk Administrator中治理。     下载微软 iSCSI Software Initiator 1.0版：
    示例     微软 iSCSI Initiator

    使用Initiator命名设置，加入Target入口

• Target的名字将会自动显示（或者刷新后显示）
• 登录后target将会自动连接

八、iSCSI应用和结论     iSCSI可以如下领域获得广泛应用：

• 通过IP合并存储
• 成本提供SAN所具有的功能，例如存储虚拟化，Capacity-on-Demand镜像、TimeMark/TimeView（磁盘日志）、复制、备份和恢复、Storage Vaulting等等
• 无盘刀片式服务器
• 按需/效率计算的存储架构

    结论     iSCSI技术的应用，将本身协议完全不同的IP SAN和FC SAN加以整合，促进了存储资源利用率的增长，并具有创新意义。随着iSCSI技术的完善，数据块级的存储应用将变得更为普遍，存储资源的通用性、数据共享能力都将大大增强，并且更加易于治理。随着千兆以太网的成熟以及万兆以太网络的开发，IP存储必然会以其性价比、通用性、无地理限制等优势飞速发展，iSCSI技术将联合SCSI、TCP/IP，共同开创网络存储的新局面！     总的来说，iSCSI就是在低成本的以太网上提供网络存储。iSCSI提供简单而又低成本的网络存储解决方案。在无盘服务器、工作站、刀片式服务器以及按需/效率计算上方便的应用。作为杠杆，为传统的网络和存储公司提供机会。iSCSI和IP存储的时代已经到来，将会改变人们对计算的熟悉。iSCSI将成为存储治理是通往成功的钥匙。