iSCSI与网络化存储

实现IP存储的要素
　　迄今为止，不断增长的存储需要和网络化存储为用户带来的好处都在推动着SAN的部署。这些好处包括：通过整合存储资源提高存储利用率，获得对更大存储容量的管理能力，快速部署新的存储系统、获得更高的可用性，更快地完成备份及重建操作等等。
　　随着近年来对iSCSI 协议和对基于硅晶体的TCP/IP 卸载引擎的开发，建立在IP网络上的SAN已成为现实。IP网络的基础设施包括千兆网络、复杂的带宽分配和网络管理工具，以及IP和以太网无处不及的延伸。以上要素与iSCSI协议结合在一起，构成了全新的IP存储解决方案。

　　最大程度地利用存储和网络的特性

　　iSCSI 建立在来自存储和网络领域的两个应用最广的协议之上。在存储领域，iSCSI 使用SCSI命令集，即所有存储配置使用的核心存储命令。

　　在网络方面， iSCSI使用IP和以太网。这是大多数企业网络的基础，并被越来越多地应用于城域网和广域网。随着近30年的研究、发展和整合，IP网络已经具备了最高的可管理性、互操作性和经济有效性。

　　图 2 显示出SCSI如何通过iSCSI层映射到TCP/IP，使SCSI脱离其并行总线结构。

图 2：利用SCSI和 IP实现网络化存储

图3： iSCSI协议堆栈

　　图 3 显示了一个包含iSCSI 的简单协议堆栈。标准SCSI命令集的使用促进了现有操作系统与它上面的应用之间的互操作性。而标准TCP/IP 网络的使用则提供了通向全球IP设施的途径。

　　IP存储的优势

　　熟悉的网络技术和管理

　　减少培训和员工成本

　　已经验证的传输设施

　　提高了可靠性

　　以太网从1G向10G及更高速过渡

　　通过简单的性能升级保护投资

　　跨长距离扩展能力

　　实现远程数据复制和灾难恢复

　　将以太网的经济性引入存储

　　降低用户总成本

　　IP存储网络的构成

　　IP存储网络是指通过IP连接计算机系统和存储部件，同时也指利用IP基础设施在各个目标之间进行存储数据的传输。图 4 所示为IP存储网络的各种构成。

　　第一个构成部分是设备输入/输出，指具有本地IP接口的计算机系统和存储资源，包括带iSCSI适配器或iSCSI控制器的服务器、磁盘阵列或磁带库。这些设备都采用典型的以太网接口，但加入了协议处理功能，如TCP/IP 卸载引擎，以减少主机设备的处理负担。

　　iSCSI 存储局域网的第二个构成部分是其交换机结构。一个基于IP的结构所拥有的先进特点是用户可以使用标准以太网交换机和路由器来创建SAN并通过SAN传输数据。这个结构还可以包含带iSCSI接口或其它存储接口，如SCSI接口或光纤通道接口的存储路由器和交换机。存储交换机和路由器提供了其它常规IP和以太交换机所不具备的多协议接入能力。它们还为存储提供诸如点对点拷贝命令这样的特殊功能。

IP存储网络的第三个构成部分是SAN间的互联。因为 iSCSI 是一个基于本地IP的协议，实现SAN互联不需要与存储相关的特殊功能，可使用一个共享或专用的IP/以太网络来完成。

　　了解终端系统

　　假设一个iSCSI环境可以利用现有的IP网络，整个解决方案中的一个重要部分当属iSCSI终端系统。图 5 概要表示了传统IP网络接口卡，传统存储适配器和新型IP存储适配器的重要功能。

　　网络接口卡（NIC）

　　传统NIC（即服务器和PC机上的以太网适配器）用于在PC机、服务器和存储设备之间传输文件级别的数据包，比如NAS应用。但NIC传统上不能传输块状数据，这类数据只能通过象光纤通道这样的存储主机总线适配器或并行SCSI来处理。为了使NIC可以处理块状数据，数据在通过IP网络传送出去之前需要先置入TCP/IP包。通过主机或服务器上的iSCSI驱动程序驱动，NIC可以在IP网络上传输块状数据包。在使用NIC时，服务器必须完成块状数据包的创建和所有TCP/IP的处理，这就在很大程度上占用了CPU资源并因此降低了服务器性能。完成TCP/IP处理所产生的瓶颈促使人们在适配卡上开发出TCP/IP卸载引擎（TOE）。TOE将TCP/IP处理卸离主机CPU，转而在主机总线适配器上完成TCP/IP处理和数据包创建。因此，一个带有TCP/IP卸载功能的存储NIC更象是一个存储主机总线适配器，而不是一个标准的NIC。

　　存储主机总线适配器（HBA）

　　与NIC不同，存储HBA被设计用来在存储应用之间传输块状数据。整个数据块的一个参照数从应用端传送到适配器，省却了将数据块细分成更小帧的需要。然而正因为如此，HBA必须处理将数据块分化为细小帧的任务。这些任务通过一系列特殊芯片来完成，使HBA将计算机的CPU资源从这一处理进程中解脱出来。处理任务完成后，HBA对外传送帧信息。

　　iSCSI 适配器

　　iSCSI 适配器结合了NIC和存储HBA的功能。这种适配器以块方式取得数据，利用TCP/IP处理引擎在适配卡上完成数据分化和处理，然后通过IP网络送出IP数据包。这些功能的完成使用户可以在不降低服务器性能的基础上创建一个基于IP的SAN。在推出 iSCSI适配器之前，一些厂商开发过这种适配器的软件版本。这些软件实现的适配器从应用中接收块状数据，但仍需要使用CPU周期来完成TCP/IP处理。这种适配器的优点在于它能够工作在现有的以太网NIC上，而主要缺点则是需要CPU来承接TCP/IP处理的繁重负担。

　　构筑全新的本地iSCSI存储网络
　　建立数据中心的途径
　　对于向网络化存储过渡感兴趣的用户， 建立一个iSCSISAN是其完美的选择。iSCSI与直接连接存储一样，使用处理数据块的SCSI命令集，因此能够与文件系统、数据库和网站服务等用户应用兼容。同样，由于iSCSI运行在无所不及的、熟悉的IP网络上，人们不必掌握一种新的网络结构来获得SAN的好处。为了在数据中心构筑一个iSCSI存储网络，iSCSI 主机总线适配器可以用在服务器上，和iSCSI存储设备以及IP和以太交换机的组合一起工作。如有需要，也可以使用IP存储交换机和路由器 。图6显示了在一个基本的数据中心建立的与远程站点相连的iSCSI存储网络。

将iSCSI存储网络扩展到城际网与广域网
　　IP数据在Internet上得到的迅速采用与蔓延证明了在跨长距离的广域网中使用IP的生存能力。虽然我们刚开始期望通过私网部署iSCSI存储，但通过IP安全设施（例如IPSec 和 SSL提供的认证和加密）的利用也使我们可以在公网上部署广域的iSCSI存储。

图6：数据中心建立的iSCSI存储网络提供了MAN/WAN访问的无缝路径

 

　　本地iSCSI存储网络的应用

　　利用一个本地iSCSI存储网络，用户可以通过以下建立在数据中心的应用获得收益：

　　服务器和存储资源的整合

　　利用一个网络化的存储结构，用户能够将多个存储设备连接到多台服务器，实现更好的资源利用和轻松的存储管理，并简化存储结构扩展的过程。

　　加速备份操作

　　先前局限于传统IP局域网的文件形式的备份操作现在可以在IP存储网络中以数据块的操作方式完成。这种转变实现了更快速度的备份，为用户使用共享或专用的IP网络完成存储操作提供了灵活性。

　　无缝的远程站点访问和外包存储

　　利用基于IP的存储网络，用户可以跨过城际网或广域网轻易地实现对辅助网点的远程访问。远程网点可被用于离线备份，建立集群或镜像/复制。此外，用户还能选择存储服务供应商提供的即需即用的外包存储服务。

　　用iSCSI链接多个SAN

　　因为采用了TCP/IP完成传输，iSCSI协议成为跨城际网和广域网连接多个 SAN的最佳选择。这种连接包括跨过广域网扩展的本地iSCSI SAN和光纤通道SAN。多个iSCSISAN能够跨过广域网以标准的以太网设备相连。当与一个光纤通道SAN进行连接时，需要一台IP存储交换机来将FC协议转变为iSCSI 协议。

　　IP存储路由器能够架接FC和iSCSI，而IP存储交换机不仅能架接FC和iSCSI，还能提供额外的交换机功能。这种 IP存储交换机提供的交换功能可以用于完成FC-FC交换、FC-iSCSI交换、FC-千兆以太网交换和千兆网-千兆网交换。IP存储路由器和交换机均能用于实现FC SAN的扩展，并将FCSAN与iSCSI SAN连接在一起。图 7显示了一个基于IP存储路由器和交换机的简单配置。

图 7：链接 iSCSI SAN和光纤通道SAN

　　IP访问存储/存储整合
　　通过在服务器中使用 iSCSI 适配器，用户现在可以跨过一个IP网络访问光纤通道存储资源。这极大地扩展了存储访问的灵活性，使用户可以不受服务器访问的限制而整合FC存储资源。例如，可以直接跨过IP网络访问服务器获得数据库信息。
　　企业级用户的远程备份
　　企业用户可以结合iSCSI和IP存储路由器或交换机，利用IP网络实现远程备份。远程站点虽然独立运行，但仍能通过企业存储资源获得好处，实现iSCSI服务器到FC存储的备份和恢复。这种应用使数据中心管理员能集中企业数据资源于一地，并为多个远程用户在不同的站点上提供各中复杂的企业存储管理。
　　结论
　　iSCSI以先进的网络化存储为IT管理人员提供了直接连接存储的替代解决方案。IP存储网络利用IT部门现成的IP网络知识和LAN、MAN及 WAN网络管理工具。乘着 IP技术发展的浪潮和10G千兆以太网的引入，iSCSI为企业和服务商提供了一个从逻辑上联合基础设施的发展途径。