（通信与信息系统专业论文）基于uml和system+c的iscsi协议分析和iscsi+hba系统设计.pdf

摘要 摘要 现代社会对信息技术的日益增加的依赖性使得随时随地存取大量数据成为了 用户的广泛需求，这就对存储在各种介质中的数据在完整性、安全性、易用性等 方面提出了更高的要求。在传统的d a s ( d i r e c t a t t a c h e ds t o r a g e ) 存储方式不能满 足上述要求的情况下，出现了n a s ( n e t w o r k a t t a c h e ds t o r a g e ) 和s a n ( s t o r a g e a r e a n e t w o r k ) 两种基于网络技术的存储技术。 存储区域网络通过专用的网络设备将服务器和存储设备连接成一个独立的高 速网络，从而提高了数据的共享性、网络的健壮性和可扩展性，并能够支持复杂 的应用，如远程备份。根据存储区域网络中网络设备所运行的通信协议的不同， 可以将存储网络分为两类：基于f c 协议的存储区域网络和基于i p 协议的存储区 域网络。 i s c s i ( i n t e r n e ts c s ip r o t o c 0 1 ) 协议是由i e t f 所制定的一种用于组建基于i p 协议的存储区域网络的标准，该协议定义了在t c p i p 网络发送接收块( b l o c k ) 级数据的规则和方法。由i e t f 所制定r f c 3 7 2 0 标准所描述的i s c s i 协议主要实现 了对s c s i 协议的支持，本文通过自定义i s c s i 协议数据单元的方式对i s c s i 协议 进行了扩展，使得它可以为块级数据传输的应用需求提供通用的支持。 u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 是一种图形化的建模语言，是面向对象分 析与设计的一种标准表示。u m l 语言被用来为系统建模，所应用的范围非常广泛。 本文尝试利用u m l 模型对扩展后的i s c s l 协议进行描述，并初步总结了一套利用 u m l 语言描述复杂通信协议的方法。 s y s t e mc 语言是一种建立在c + + 之上的可以在行为级描述系统功能的仿真建 模语言。本文基于u m l 和c + + 均属于面向对象设计领域这一考虑，采用了s y s t e m c 语言来对所建立的u m l 模型进行功能仿真。 本文采用u m l 语言对所扩展的i s c s i 协议进行了完整的描述，在此基础上设 计了一个具备完整功能的i s c s ih b a 系统和一个具备简单块级数据传输功能的 i s c s ih b a 原型系统，并采用s y s t e mc 语言对所设计的原型系统进行了功能仿真 和测试，最后提出了下一步研究工作的一些设想。 关键词：存储区域网i s c s i 协议u m l s y s t e mc a b s l r a c r a b s t r a c t i th a sb e e nac o m m o nr e q u i r e m e n tt oa c c e s sl a r g ea m o u n t so fd a t ae v e r y w h e r ea n d a ta n ym o m e n tb e c a u s et h a tm o d e ms o c i e t yh a sb e e nm o r ea n dm o r ed e p e n d e n to n i n f o r m a t i o nt e c h n i q u et h a ne v e r a n di tm a k e sah i g h e rr e q u i r e m e n tt ot h ed a t ao f v a r i o u sm e d i ao ni n t e g r a l i t y , s e c u r i t y , a n da c c e s s i b i l i t y s i n c et h et r a d i t i o n a ld a s c a n n o tm e e tt h er e q u i r e m e n t so fs t o r a g e ，p e o p l ed e v e l o p e dn a sa n ds a n ，b o t ha r e b a s e do nt h en e t w o r kt e c h n i q u e t h es a ni sai n d e p e n d e n tn e t w o r kw i t hb r o a d b a n d i ti sm a d eu po fs e r v e r sa n d s t o r a g ef a c i l i t i e s ，a n ds p e c i a ln e t w o r ke q u i p m e n t sw h i c hc o n n e c ta l lt h ee q u i p m e n t s t o g e t h e r s a ni ss t r o n ga n de x t e n s i b l e ，i th a sag r e a ta b i l i t yt os u p p o r tt h es h a r i n ga n d b a c k u po fd a t a ，a n tm a n yo t h e rc o m p l i c a t e da p p l i c a t i o n s t h e r ea r et w ok i n d so fs a n ， t h ef c s a ni sb a s e do nt h ef i b r ec h a n n e lp r o t o c o l ，t h ei p s a ni sb a s e do nt h ei p p r o t o c 0 1 t h ei s c s ip r o t o c o l ，w h i c hc a nb eu s e dt oc o n s t r u c tai p - s a n ，d e f i n e das e to f m e t h o d st os e n d r e c e i v ed a t ab l o c ku s i n gt c p i p i s c s ii sc r e a t e da n dm a i n t a i n e db y i e t er f c 3 7 2 0i st h el a t e s te d i t i o no fi s c s i ，i td e f i n e s1 8k i n d so fi s c s ip d ut o s u p p o f ts c s i nt h i sa r t i c l e ，w ee x t e n d e di s c s ib yd e f i n en e wi s c s ip d u s t h e e x t e n d e di s c s ip r o t o c o lc a nt r a n s m i td a t ab l o c k sf o ra l lk i n d so fa p p l i c a t i o n s t h eu m li sak i n do fg r a p h i c a lm o d e l i n gl a n g u a g e ，s u p p o r t i n go o aa n do o d u m lc a nb eu s e dt om o d e lm o s tk i n d so fs y s t e m i nt h i sa r t i c l e ，w eu s e du m lt o a n a l y z ea n dm o d e l t h ee x t e n d e di s c s i p r o t o c o l ，a n dc o n c l u d e ds e v e r a lp a t t e r n si nu s i n g u m lt om o d e lc o m p l i c a t e dc o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 s y s t e mcl a n g u a g ei sb a s e do nc + + l a n g u a g e w i t hs y s t e mc w ec a nd e s c r i b et h e b e h a v i o r so fas y s t e ma n dr e a l i z eas y s t e ms i m u l a t i o n c o n s i d e r i n gt h a tu m la n dc + + a r eb o t ho b j e c t o r i e n t e d ，w es e l e c ts y s t e mca st h el a n g u a g et oi m p l e m e n tt h eu m l m o d e l i nt h i sa r t i c l e ，w eu s eu m lt od e s c r i b et h ee x t e n d e di s c s ip r o t o c o l ，a n dd e s i g n e d ai s c s ih b a s y s t e mw i t hc o m p l e xf u n c t i o na n dai s c s ih b ap r o t o t y p es y s t e mw i t h s i m p l ef u n c t i o n ，t h e nw eu s es y s t e mc t oi m p l e m e n tt h ei s c s ih b a p r o t o t y p es y s t e m t t a b s l r a c t a n dt e s t e di t f i n a l l yw em a d es o m ep r o j e c t so nt h ef u t u r ew o r k k e y w o r d ：s a ni s c s i p r o t o c o l u m l s y s t e mc i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：壑垂日期：2 口。6 年岁月z 占日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：彭祀导师签名：薹渔业 日期：2 0 0 6 年5 月2 e 1 第一章引言 1 1 存储区域网络概述 第一章引言 1 1 1 存储区域网络的产生背景及其应用前景 存储区域网络是随着信息存储技术和通信网络技术的发展而出现的，它利用 一个高速的专用网络将各种存储资源整合成一个系统，从而为用户提供高带宽、 大容量数据传输服务，并使得对存储资源进行集中的后台管理( 例如远程备份、 灾难恢复等) 成为可能。 存储资源的配置方式经历了直接连接存储( d i r e c ta t t a c h e ds t o r a g e ：d a s ) 、 网络连接存储( n e t w o r ka t t a c h e ds t o r a g e ：n a s ) 和存储区域网络( s t o r a g ea r e a n e t w o r k ：s a n ) 。d a s 方式的网络拓扑结构如图卜1 所示，它以服务器为中心， 存储设备与服务器直接相连接，服务器与存储设备之间一般通过小型计算机接口 ( s m a l lc o m p u t e rs y s t e mi n t e r f a c e ：s c s i ) 进行数据传输；用户通过局域网与服 务器相连接，并通过服务器间接迂回地访问存储设备。存储资源的d a s 配置方式 的优点是易于实现，缺点也很多，主要有：在给网络服务器带来额外负担的同时 也导致网络性能的降低和用户等待延迟时间的明显增加；没有独立的存储操作系 统，不能提供跨平台的文件共享功能；数据存储模式是分散的，各系统下的文件需 分别存储，没有自身的管理软件，数据管理需第三方软件支持；数据只能异地备份， 且安全性较弱；由于s c s i 设备是为并行电缆设计的，其最大作用距离只有1 2 m ， 所以存储设备必须放置在靠近服务器的位置，存储距离受限，伸缩性差；前期投入 低，后续成本大，总体拥有成本( t c o ) 高。 斤n 螽盍墨o 。 凰弋以 脯鹏卜 妞l 瑁槲潞 ，一二 螽茜圈b 图卜1d a s 存储方式的网络拓扑结构 电子科技大学硕士论文 n a s 方式的网络拓扑结构如图卜2 所示，它以数据为中心，是一种基于文件 的存储结构。n a s 存储设备可以直接与l a n 相连接，服务器以文件系统( 如网络 文件系统( n e t w o r kf i l es y s t e m ：n f s ) 和通用i n t e r n e t 文件系统( c o m m o ni n t e r n e t f i l es y s t e m ：c i f s ) ) 的方式对各n a s 存储设备进行管理。存储资源的n a s 配置 方式的优点是克服了“以服务器为中心”的不足，不仅提高了文件服务器的速度， 减轻了网络主机负担，而且可以在不间断网络运行的情况下增加或设置存储，降低 了设备投资和维护成本。缺点主要有伸缩性不强；由于采用的是文件协议，而不是 数据库协议，因此受限于数据库的支持：由于局域网同时担负着存储数据和正常的 数据访问，当存储数据非常大时，局域网的性能就会受到影响；存储数据需要经过 一层n f s 封装，增加了额外的开销；n a s 装置中存在大量数据，进行数据备份和 恢复需要耗费很长时间，并占有相当的网络资源。 存储设各 图卜2n a s 存储方式的网络拓扑结构 s a n 方式的网络拓扑结构如图卜3 所示，它以一个专用的高速网络( 后端网， 即存储区域网络) 为中心，存储设备不再附属于某个服务器，而是直接与存储区 域网络相连接。存储区域网络通过多个服务器与前端网相连接，并对外界用户提 供透明的服务。相比于d a s 方式和n a s 方式，存储资源的s a n 配置方式有相当 突出的优势，它具有高带宽、模块化的可伸缩性，高可用性、容错及故障恢复，存 储合并，方便的集中管理，支持异构服务器，u n i x 、n t 、n e t w a r e 可同时连接， 扩展灵活，总体拥有成本( t c o ) 低等优点；它提高了数据的共享能力，实现了良 好的可扩展性，支持远程备份和恢复，并能够保证系统的长时间可靠运行。 由于存储区域网络这一存储资源的配置方式相比于直接连接存储和网络连接 存储的上述优势，它将被广泛地应用于图形密集的数据处理、大数据块的快速网 络备份、数据仓库和决策支持等。 第一章引言 图卜3 s a n 存储方式的网络拓扑结构 1 1 2 存储区域网络所采用的组网技术概述 存储区域网络主要由五部分组成：最终用户平台、服务器、存储设备、存储 子系统、互连设备。最终用户平台通过服务器对存储资源实现透明访问；存储子 系统对存储设备及其上的数据进行管理，保证存储资源的可靠性、可用性、可管 理性和可扩展性；互连设备是组成存储区域网络( 后端网) 的主要设备，用于实 现各个存储设备和各个服务器之间的互连。根据互连设备上运行的通信网络协议 的不同，可以把存储区域网络分为两种：基于光纤通道( f i b r ec h a n n e l ：f c ) 协 议的存储区域网络和基于i p 协议的存储区域网络。其中，基于i p 协议的存储区域 网络可以采用的通信网络协议有三种，分别是f c i p ( f i b r ec h a n n e lo v e ri p ) 、i f c p ( j _ n t e r n e tf i b r ec h a n n e lp r o t o c 0 1 ) 和i s c s i ( i n t e m e ts c s p r o t o c 0 1 ) 。f c 、f c i p 、 i f c p 和i s c s i 四种通信网络协议的层次模型如图卜4 所示。 i p i 、s c n i 、i i p p i 、i p 辞 高层梆议映射 公共服务 成帧协议、流控制、仲裁环功能 犏码、译码与传送怫设 物理接口与介质 f c i p 协议的层次模型i f c p 协议的层旋模型i s c s i 协议的层次模型 图1 4f c 、f c i p 、i f c p 和i s c s i 四种通信网络协议的层次结构模型 专门为存储区域网络而设计是光纤通道技术的最大特点。光纤通道与存储技 术( 例如i d e 和s c s i ) 的重叠极大( 例如对于文件系统或上层设备，光纤通道会 表现出几乎与s c s i 相同，s c s i 命令集通过光纤通路链路传送，就像它通过s c s i 荨 电子科技大学硕士论文 总线一样) 。但是为了符合存储网络的要求，光纤通道技术被设计成了组网和i o 数据通路的统一，按其基本定义可提供的带宽大于1 0 0 m b i t s ，允许的最大布线长度 超过1 0 k m ，支持光纤介质和铜介质，同时支持面向连接的传输和无连接的传输， 并能够提供灵活的拓扑结构( 点到点，共享介质环拓扑，分组交换网拓扑) 。自存 储区域网络诞生至今，采用光纤通道技术组建存储区域网络的解决方案最为成熟， 性能也优于其它的存储资源配置方式( 包括d a s ，n a s ，以及基于i p 协议的s a n ) 。 采用光纤通道技术组建存储区域网络的解决方案的缺点主要是其高昂的成本和过 于专业的技术。基于光纤通道协议的存储区域网络的拓扑结构如图卜5 所示。 光纤通道磁盘库 光纤通道磁盘阵列 图卜5 采用f c 协议构建的s a n 拓扑结构 基于i p 协议的存储网络的共同特点是它们都是利用了现有t c p i p 网络技术成 熟、普及率高、价格低廉的优势，将存储区域网络搭建在现有t c p i p 网络之上， 虽然一定程度上牺牲了存储区域网络的带宽和速率，但是却使得组建一个存储区 域网络变得更加容易( 相对于成本高昂、专业性强的光纤通道技术而言) 。f c i p 协议是将光纤通道帧封装在i p 数据包中以在i p 网络上传输的一种技术，它克服了 光纤通道技术的1 0 k m 传输距离限制，目前主要用于对基于光纤通道技术的存储区 域网络进行远程异步备份。i f c p 协议将光纤通道协议的下层替换成了t c p i p 协议， 从而实现了光纤通道设备基于坤网络的数据交换。i s c s i 协议通过将s c s i 命令和 数据映射至t c p 口层来实现基于i p 网络的大容量块级数据的传输 ”。一种基于 i s c s i 协议的存储区域网络的拓扑结构如图卜6 所示。 1 2 i s c s i 协议的研究及应用现状 1 2 1 i s c s i 协议的产生、标准化情况及应用前景 d 、夕 毡跚 漆 壅 胂 巳一 胪 第一章引言 基于i s c s i 协议的存储区域网络的最大优势在于充分利用现有的十分成熟的 且仍在不断进步的t c p i p 网络技术，因而具有在性能上逐步逼近基于f c 技术的 存储存储区域网络的趋势。i s c s i 技术的主要优点有：成本低；可充分利用t c p i p 的已有成熟技术；无距离限制；实现方式灵活，既可以作为企业级光纤通道s a n 的补充，实现不间断增长集中存储管理，并与现有的i p 网络技术进行良好的整合； 又可以将其同n a s 系统进行全面整合，成为一个独立的与s a n 系统并驾齐驱的 发展领域。i s c s i 技术的主要缺点：一是为实现s c s i 命令集到i p 网络的映射，将 会产生一定的时延( 解决这个问题需要采用专门的i s c s i 协议卸载芯片) ；二是采 用i s c s i 协议的存储网络的性能受制于作为其基础的t c p i p 网络的性能。 图1 6 一种采用i s c s i 协议构建的s a n 拓扑结构 i s c s i 协议是由m m 下属的两大研发机构加利福尼亚a l m a d e n 和以色列 h a i f a 研究中心共同开发的，是一个供硬件设备使用的可以在i p 协议的上层运行的 s c s i 指令集【2 1 。简单地说，i s c s i 可以实现在i p 网络上运行s c s i 协议，使其能够 在诸如高速千兆以太网上进行路由选择。能够通过标准互联网协议( i p ) 传输数据 和信息。这种标准是专为存储区域网络( s a n ) 的用户而设计，它们包括各企业、 部门以及其偏远分支机构等。2 0 0 0 年2 月，i s c s i 标准的草案被作为互联网标准草 案提交给互联网工程任务组( m y f ) 。2 0 0 0 年3 月，i e t f 会议对该草案进行了讨 论，并决定成立一个m t f 工作组，即i ps t o r a g ew o r k i n gg r o u p ，负责研究通过i p 传输存储信息的技术。到2 0 0 0 年8 月，i e t f 小组的成员己增加到5 0 0 人，代表着 电子科技大学硕士论文 2 0 0 家公司或组织，几乎包括了所有的存储器、网络部件及系统供应商。2 0 0 3 年2 月，该工作组的第2 0 个i s c s i 标准草案被i e t f 批准 3 】o 附录1 列出了i s c s i 技术 所涉及到的国际标准。 基于i s c s i 协议的应用将具有广泛的市场前景。g a r t n e r 公司预测，到2 0 0 6 年， i s c s i 标准将把1 5 0 万台服务器连接到存储区域网上( s a n s ) ，超过诸如光纤通道 这类目前流行的对手技术。国际数据公司( i d c ) 预测，i s c s i 阵列市场2 0 0 7 年将 接近5 0 亿美元。 1 2 2 关于i s c s i 协议实现的研究现状概述 在t c p f l p 网络上实现i s c s i 协议通信就是在发端把s c s i 命令和s c s i 数据封 装在i s c s i 协议数据单元( i s c s i p r o t o c o l d a t a u n i t ：i s c s ip d u ) 中，然后再将i s c s i p d u 依次经过t c p 封装、i p 封装和数据链路层封装，最后发送到i p 网络上进行 传输；在收端执行相反的操作。 当采用i s c s i 协议连接的两个s c s i 实体进行通信时，下层的i s c s i 协议操作 对它们是透明的，s c s i 设备只需将它要发送的数据及目的地址告知其下的i s c s i 层( 称之为一个i s c s i 结点) 即可。获得这个地址后，i s c s i 结点需要先与目的地 的i s c s i 结点建立一个i s c s i 会话( 注意每个i s c s i 结点都有一个全球唯一的名字， 称为i s c s l 名字，但其在i p 网络中的地址则是可变动的) ，建立会话的步骤包括建 立t c p 连接、通信双方身份认证、通信参数协商。当会话成功建立后，两个对应 的i s c s i 结点之间的通信就将通过该i s c s i 会话来进行。当通信完毕，对应的两个 i s c s i 结点会通过一系列的注销操作来结束该i s c s i 会话。通信过程中如果发生网 络拥塞等阻碍通信继续进行的情况时，i s c s i 将启动它的故障处理及恢复机制，共 有4 个故障级别，按由低到高的顺序分别是：命令内部的故障处理及恢复、连接 内部的故障处理及恢复、连接的恢复、会话的恢复。从建立会话、进行通信、故 障处理与恢复到结束会话的所有i s c s i 协议层的操作都是通过在两个对应的i s c s i 结点之间交换i s c s i 协议数据单元来完成的。i s c s ip d u 包括一个基本报头，0 n 个附加报头，o 1 个报头校验，o 1 个数据段，o 1 个数据校验。其中，数据校 验的存在以数据段的存在为前提。r f c 3 7 2 0 标准共定义了1 8 种不同类型的i s c s i 协议数据单元。 目前i s c s i 协议的实现有三种方式，分述如下： 1 、纯软件的实现方式其设计思想是，用普通网卡作为网络连接设备，由 弟一覃引舌 主机c p u 和软件完成从普通网卡接收到的数据链路层数据中提取i s c s ip d u 中所 封装的s c s i 数据和命令的操作，相反过程的操作也由主机c p u 和软件实现。通 常的做法是在l i n u x 操作系统下，利用l i n u x 操作系统的源代码开放性，用一个 i s c s i 驱动模块替换其中的部分s c s i 代码。软件模块结构如图卜7 所示。 图1 - 7 在l i u n x 系统下用纯软件方式实现i s c s i 协议的软件模型 2 、具有t c p i p 卸载引擎( t c p f l po f f i o a d e n g i n e ：t o e ) 的网卡实现方式在 一般的t c p i p 网络中，主机处理器需要耗费大量资源进行多层网络协议的数据包 处理工作，这些协议包括传输控制协议( t c p ) 、用户数据报协议( u d p ) 、互联网 协议( i p ) 以及互联网控制消息协议( i c m p ) 等。t o e 技术使用硬件承担了上述 协议处理工作中的绝大部分，将主机c p u 从繁重的网络协议处理工作中解放了出 来，同时也大大提高了处理的效率。采用具有t o e 的网卡实现i s c s i 协议，主机 c p u 和软件部分就只需要完成i s c s i 协议数据单元的封装、解封装，下层的处理 工作由网卡完成。 3 、i s c s i 主机适配器( i s c s i h o s t b u s a d a p t e r ：i s c s i h b a ) 的实现方式 使 用该种方式的i s c s i 通信过程中，i s c s i 协议、t c p 协议、i p 协议以及链路层、物 理层的处理任务都由i s c s i 主机适配器完成，主机c p u 和驱动程序软件只需承担 少量的管理任务。 三种实现方式中，纯软件的实现方式需要占用大量的主机c p u 资源，故其实 用性差，只适用于小规模的、轻任务的应用：具有t o e 的网卡并非专为i s c s i 协 议而设计；采用i s c s i 主机适配器实现i s c s i 协议通信应是未来的i s c s i 协议通信 的主要实现方式。 电子科技大学硕士论文 目前关于i s c s i 协议的应用研究中，其上层使用者无一例外的都是s c s i 协议 这样的存储协议。 1 2 - 3目前关于i s c s i 协议的几个研究热点概述 国际上关于i s c s i 协议的研究目前主要集中在以下几个领域： 1 、研究i s c s ih b a 的实现。包括其硬件体系结构、i s c s i 协议完全卸载、 t c p i p 卸载引擎等关键技术。 2 、研究如何应用i s c s i 协议组建中小型存储区域网络。 3 、研究i s c s i 协议技术在n a s 中的应用。 4 、进行i s c s i 、f c 、f c i p 、i f c p 应用于大容量数据传输时的性能分析研究并 加以比较。 5 、研究i s c s i 协议在i n f i n i b a n d 、i p v 6 和存储网格中的应用。 1 3 本文要解决的主要课题及其现实意义 1 3 1 对i s c s i 协议进行扩展的应用意义 由于i s c s i 协议直接工作于t c p i p 协议之上，因此理论上i s c s i 协议可以作 为t c p i p 协议与所有上层应用之间的接口，从而为所有通过使用t c p i p 协议提 供的服务来完成数据传输的应用提供块级数据的传输服务；而不应局限于仅仅为 存储类应用如s c s i 接口提供网络服务。目前i s c s i 协议标准中提供了1 8 种为s c s i 协议应用而量身定做的i s c s i 协议数据单元，还提供了3 种允许用户自定义的的 i s c s i 协议数据单元。本文在对这3 种用户自定义i s c s i 协议数据单元进行设计的 基础上，提出了一种应用i s c s i 协议为上层应用提供通用块级数据网络传输服务的 方法，并利用u m l 语言对扩展后的i s c s i 协议进行了完整的分析和建模，最后用 s y s t e mc 语言根据扩展后的i s c s i 协议的u m l 模型实现了一个简化后的原型系 统。 1 3 2i s c s ih b a 系统设计的复杂性及其现实意义 i s c s ih b a 是i s c s i 协议获得广泛应用的主要瓶颈。国内目前还没有研制出 可以商用的i s c s ih b a ，国际上目前可以商用的i s c s ih b a 产品有a d a p t e c 公司 的a d a p t e ci s c s i7 2 1 1 c ( 铜介质) 和a d a p t e ci s c s i7 2 1 1 f ( 光纤介质) ，q l o g i c 公司的q l a 4 0 1 0 、q l a 4 0 1 0 c 、q l a 4 0 4 0 、q l a 4 0 4 0 c ，a l a c r i t e c h 公司的s e s 2 1 0 0 、 s e s 2 0 0 0 、s e s l 0 0 1 ，i n t e l 公司的i n t e lp r o 系列( 己停产) 。 图1 8 是i s c s i 协议的通信模型。i s c s ih b a 其实就是图卜8 中的i s c s i 层 和t c p i p 层的功能的硬件实现，它应该达到两点要求，一是快速完成协议处理工 作，这就需要对适配卡内的逻辑结构和硬件电路进行优化设计，包括为适应存储 的需要而对t c p 口卸载引擎的适当改进；二是尽量少占用系统资源，这就需要适 配卡在工作的过程中尽量减少与c p u 的通信以及对总线的占用。这两点正是设计 i s c s i 适配器的指导思想。 图1 8i s c s i 协议的通信模型 一块标准的i s c s i 主机适配卡，通常应完成i s c s i 协议、t c p i p 协议和标准 以太网协议的处理工作，其基本结构如图卜9 所示。 图卜9i s c s i 主机适配卡的基本结构 寻 二 多芝 电子科技大学硕士论文 1 3 3 u m l 语言和s y s t e mc 语言在本文研究工作中的应用 1 3 3 1 u m l 语言简介 u m l 是一种面向对象的建模语言。在软件开发领域，面向对象技术自2 0 世 纪8 0 年代末期开始流行并取得成功，随之而来的是出现了众多的支持面向对象软 件开发方法的建模语言。方法，也称为方法学，是一种构建想法和行为的显示方 式。它由一个过程、一个标准的词汇表，以及一套规则和指南组成。方法可以告 诉用户做什么、如何做、何时做，以及为什么做。方法定义了一套将会实现项目 目标的活动集，其中包括了每一个特定活动的目的，以及该活动将产生的结果。 建模语言是由符号在各种模型中使用的记号和一套指示如何使用这些符 号的规则( 语法规则、语义规则和实用规则) 组成。在这5 0 多种方法和建模语言 中，只有少数几种语言和方法取得了显著的成就，这几种语言和方法是o o s e ( o b j e c t o r i e n t e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，面向对象的软件工程) 、o m t - 2 ( o b j e c t m o d e l i n gt e c h n i q u e ，对象建模技术) 、b o o c h 9 3 、c o a d y o u r d o n ( o o a o o d ， 面向对象分析和设计) 和f u s i o n 方法。这些方法都有各自的符号( 指用于绘制面 向对象模型的符号) 、过程( 它规定了在系统开发的不同部分中执行的种种活动) 和工具。方法之战妨碍了人们对通用符号的开发，也阻止了人们对支持可视化建 模的通用工具的开发，使得人们发现越来越需要找到一种单一的语言以满足各种 人员和项目的需求。1 9 9 4 年1 0 月，r a t i o n a l 软件公司的g r a d yb o o c h 和j i m r u m b a u g h 开始着手统一b o o c h 和o m t 方法的工作，后来o b j e c t o r y 公司的r i c h a r d s o l e y 也加入了这一工作，并在对象管理组织( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ，o m g ) 的支持下为在方法市场上实现一种独立的、开放的标准而工作。后来这三人认识 到他们的工作更适合创建一种标准的建模语言而不是一种方法，于是就开始了统 一建模语言( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 的工作。1 9 9 7 年1 月发布了u m l1 0 版本，1 9 9 7 年1 1 月，对象管理组织( o m g ) 批准u m l1 1 版本作为软件分析和 设计的标准语言h j ，本文采用的u m l 版本是u m l1 3 版。 1 3 3 2 s y s t e mc 语言简介 s y s t e mc 是为了缩短电子设计领域设计流程而诞生的一种可以快速进行广义 上的系统功能验证的建模仿真语言。既是系统级描述语言又是硬件描述语言，是 s y s t e mc 的主要特点，即它是可以对硬件和软件系统进行建模的一种语言。s y s t e m c 的标准由开放式s y s t e mc 联盟( o p e ns y s t e m ci n i t i a t i v e ，o s c i ) 发布和维护【5 j ， 弟一阜j i 本文采用的是2 0 0 1 年1 0 月发行的s y s t e mc2 0 版本。 1 3 3 3 u m l 语言和s y s t e mc 语言应用于本文研究工作中的理由 虽然u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 是软件工程领域中对软件系统进行 可视化、详述、构造和文档化的工业标准机制，是一种用于现代软件系统的面向 对象的图形建模语言，但是由于u m l 的设计目标是提供一种独立于任何软件开发 过程的、能够捕获与业务和软件相关的所有处理及结构的建模语言，因此我们可 以利用u m l 为所有既有静态结构又有动态行为的结构进行通用建模【6 7 1 【8 1 9 】。 s y s t e mc 语言建立在c + + 语言基础之上，同样支持面向对象的特点使得可以 很容易地使用s y s t e mc 来实现u m l 模型。s y s t e mc 所定义的模块与u m l 所定 义的类在结构上十分相似，s y s t e mc 模块中的进程概念与u m l 类中操作的定义 在本质上是相同的；s y s t e mc 模块中的端口和信号用于模块之间、进程之间或模 块与进程之间的通信，因此可以利用端口和信号来描述u m l 类之间的关联以及 u m l 类操作之间的相互调用。s y s t e mc 提供了丰富的数据类型集，可以用来描述 u m l 类中所定义的各种属性。 1 3 3 4 本文研究工作中所使用的主要研究工具简介 本文在研究工作中使用的u m l 建模工具是由美国r a t i o n a l 软件公司开发的 r a t i o n a lr o s e2 0 0 3e n t e r p r i s ee d i t i o n 1 0 l 。r a t i o n a lr o s e2 0 0 3 支持基于构建的开 发和受控的迭代式开发，是一款用来分析和设计面向对象系统的强大工具。r a t i o n a l r o s e 从1 9 9 6 年的版本4 0 起开始了对u m l 语言的支持，r a t i o n a lr o s e2 0 0 3 e n t e r p r i s ee d i t i o n 已经能够全面支持u m l1 3 版本，包括u m l 的8 种模型图， 用例图、类图、顺序图、协作图、状态图、活动图、构件图和部署图。使用r a t i o n a l r o s e 进行可视化建模可以使系统分析、设计和迭代构造过程更加容易，降低开发 风险、提高系统构件的重用性、提高系统的可扩展性、提高开发过程的灵活性并 降低开发成本【1 1 】。 s y s t e mc 软件可以在站点h ! ! e ；z 塑6 型：y ! 堡! q ! g 获得，结合m i c r o s o f t 软 件公司的v c + + 6 0 软件即可建立起一个s y s t e mc 工作平台。 1 1 电子科技大学硕士论文 第二章应用传统图文分析的方法对i s c s i 协议工作机制的研究 i s c s i 协议涉及到众多的国际标准，如附录1 中所示。其中最主要的i s c s i 协 议规范是1 e t f 发布的r f c 3 7 2 0 标准。本文将在这一章中对r f c 3 7 2 0 标准所规范 的i s c s i 协议进行全面详尽的分析，主要包括i s c s i 协议所定义的概念、术语，i s c s i 协议的基本工作机制，以及i s c s i 协议工作机制中的6 个关键过程。 2 1i s c s i 协议所定义的概念和术语 为了便于查阅，我们把i s c s i 协议所涉及到的基本概念及基本术语按英文字母 的顺序分别解释如下： l c o m m a n dc o n n e c t i o na l l e g i a n c e ( 命令与其响应依附于同一连接) i 通俗的说，就是一个来自“i s c s ii n i t i a t o r ”的“r e q u e s t ”类型的“i s c s ip d u ” 同“i s c s it a r g e t ”对该p d u 作出的“r e s p o n s e ”类型的“i s c s ip d u ”必须在 同一t c p 连接上传输。只要t c p 连接处于正常工作状态，该原则就应当遵行。 l c o n n e c t i o n ( 连接) l 即指t c p 连接。 l c i d ：c o n n e c t i o ni d ( 连接标识号) i 由i s c s i 启动器产生，在一个会话( s e s s i o n ) 内唯一标识该会话内的连接。 m e d i a t ed a t a 瞻同s c s i 命令封装在同一i s c s ip d u 中的数据； i n i t i a t o rt a s kt a g 指i n i t i a t o r 为某一i s c s i 任务设置的标记； i s c s id e v i c e ( i s c s i 设备) 性位于i s c s i 协议上层的s c s i 协议看来，i s c s i 设备 是为s c s i 命令及其响应提供传输服务的系统。 晦c s if u l l f e a t u r ep h a s e ( i s c s i 正常工作阶段) l 指通信双方“i s c s ii n i t i a t o r ”与“i s c s it a r 譬e t ”之间正常交换数据时所处的 阶段。“i s c s il o g i np h a s e ”成功完成后即进入“i s c s if u l l f e a t u r ep h a s e ”。“i s c s i f u l l f e a t u r ep h a s e ”有两种情况，一是“i s c s ic o n n e c t i o n ”的“i s c s if u l l f e a t u r e p h a s e ”，另一是“i s c s is e s s i o n ”的“i s c s if u l l f e a t u r ep h a s e ”。 当一个“i s c s is e s s i o n ”的第一个“i s c s ic o n n e c t i o n ”成功完成“i s c s i l o g i n p h a s e ”时，该“i s c s is e s s i o n ”即进入“i s c s if u l l f e a t u r ep h a s e ”： 一个“i s c s ic o n n e c t i o n ”处于“i s c s if u l l f e a t u r ep h a s e ”的条件是该连接已 第二