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哈尔滨j 二程大学硕十学位论文 两要 随着网络数字信息的爆炸式增长，存储区域网s a n ( s t o r a g ea r e a n e t w o r k ) 作为网络存储的重要解决方案之一，已经进入了实用阶段。传统s a n 主要基于f c ( f i b r ec h a n n e l ) 协议，具有距离短、价格昂贵和构建复杂等 缺点。而目前i p 协议已经发展到了非常成熟的阶段，因此如何利用已有的 i p 协议技术来改进或完全取代f c 防议，成为了当前网络存储技术研究的热 点。基于i s c s i 协议来构建i ps a n 已经成为网络存储的重要解决手段。 本文首先介绍了网络存储的概念，着重阐述了s a n 技术在网络存储中的 优势。进而对s a n 中的i s c s t 协议进行介绍，从体系结构模型、会话管理、 命名与寻址、协议数据单元格式、错误恢复机制、安全机制等方面进行了详 细的分析，并对i s c s i 协议的两种实现方式：软件实现方式和硬件实现方式 进行了介绍与比较。在上述分析基础之上，本文着重研究了采用软件方式实 现基于i s c s i 协议的i ps a n 的过程。详细阐述了i s c s i 启动端和目标端在 a n u x 下的工作原理和实现过程，成功构建了i ps a n ，并介绍了i p g e c 技术 在i ps a n 中的应用。论文的最后使用测试二 具l o m e t e r 对i ps a n 的功能、 性能和安全功能三项指标进行了测试，并对结果进行了分析，提出了系统改 进的一些设想。 关键词：网络存储：i s c s i ；i ps a n ；启动端；目标端 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ee x p l o s i v ei n c r e a s eo fd a t ai nn e t w o r k s a n ( s t o r a g ea r e a n e t w o r k ) h a sc o m ei n t ot h ep h a s eo fa p p l i c a t i o na so n eo ft h ei m p o r t a n ts o l u t i o n s t on e t w o r ks t o r a g e t h et r a d i t i o n a ls a nm a i n l yb a s e so nf c ( f i b r ec h a n n e l ) p r o t o c o l ，a n dh a ss o m ed i s a d v a n t a g e ss u c ha s s h o r td i s t a n c e ，h i g hc o s ta n d c o m p l e xd e s i g n b u tn o w i pp r o t o c o lh a sd e v e l o p e df u l l ya n dr e a c h e dm a t u r i t y t h e r e f o r eh o wt ou t i l i z ei pt e c h n o l o g yt oi m p r o v eo rr e p l a c ef ci sb e c o m i n ga h o ti s s u ei nt h ef i e l do fn e t w o r ks t o r a g e c o n s t r u c t i n gi ps a nw i t hi s c s ih a s b e e nt h ei m p o r t a n ts o l u t i o nt on e t w o r ks t o r a g e f i r s t l y , t h ec o n c e p to fn e t w o r ks t o r a g ei si n t r o d u c e da n dt h ea d v a n t a g e so f s a ni nt h ea r e ao fn e t w o r ka r ea n a l y z e di nt h et h e s i s t h e nt h ei s c s ip r o t o c o l w h i c hw o r k si ns a ni ss t u d i e da n da n a l y z e di ns e v e r a la s p e c t s ，s u c ha st h e a r c h i t e c t u r eo fp r o t o c o ls e s s i o nm a n a g e m e n t ，n a m i n ga n dd i s c o v e r y , p d u ，e r r o r r e c o v e r ya n ds e c u r i t ym e c h a n i s m f u r t h e r m o r e ，t w om a i ni m p l e m e n t a t i o n so ft h e i s c s lp r o t o c o lb ym e a n so fs o f t w a r ea n dh a r d w a r ea r ei n t r o d u c e da n dc o m p a r e d t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ei ps a nb yw a yo fs o f t w a r eb a s e do nt h ei s c s ii s s t u d i e da c c o r d i n gt ot h ea b o v ea n a l y s i s i na d d i t i o n ，t h ep r i n c i p l ea n dt h e i m p l e m e n to fi s c s ii n i t i a t o ra n dt a r g e ti nl i n u xa r ei n t e r p r e t e di nt h et h e s i s t h e i ps a ni sc o n s t r u c t e ds u c c e s s f u l l ya n du s e st h ei p s e ct e c h n o l o g yt oa s s u r et h e s e c u r i t yo ft h es y s t e m a tl a s t ，t h ef u n c t i o n ，p e r f o r m a n c e ，a n dt h es e c u r i t yo fi p s a na r et e s t e db yi o m e t e r , t h er e s u l t sa r ea n a l y z e da n ds o m ei d e a sa r ep r o p o s e d t oi m p r o v et h es y s t e m k e yw o r d s ：n e t w o r ks t o r a g e ，i s c s i ，i ps a n ，i n i t i a t o r , t a r g e t 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：卤盏 日期：口7 年月日 哈尔滨1 = 程大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景 第1 章绪论 随着社会的发展和p c 的普及，产生了越来越多的数字化信息，信息量呈 爆炸性增长，因而引发了以存储技术为中心的新一轮数据技术浪潮。传统的 信息存储方式已不能满足新的需要，存储的网络化成为i t 技术的新亮点“。 网络存储中的存储区域网s a n ( s t o r a g ea r e an e t w o r k ) 技术在服务器集 群、存储合并以及磁带备份等方面都具有重要的应用价值，且得到了广泛应 用。在存储领域，s c s i ( 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 ) 的重要不言而 喻，作为成熟的技术，它满足了块级数据快速传输的需要。相比之下，i p 的 技术特点决定了它在块级数据传输上的劣势，但在其网络开放性上却有强大 的优势。将两者的优势相结合，实现基于i s c s i ( s c s io v e rt c p i p ) 的i ps a n ， 具有广阔的应用前景。那些存储数据高速增长的企业，将会成为i p 存储和 i s c s i 技术的首批受益者。 1 2 网络存储技术概述 开前，网络存储主要存在两种存储模式：附网存储n a s ( n e t w o r k a t t a c h e ds t o r a g e ) 和存储区域网。 1 n a s 方式 附网存储是存储设备直接与网络相连，可以建立客户到存储设备的直接 数据连接。这种访问是通过瘦服务器，一种新型的和存储设备集成的专用服 务器来完成的跏。 n a s 直接附着于t c p i p 网络( l a n 或w a n ) ，通过c i f s 或者n f s 来访问。 这2 个协议都是为文件访问和文件共享专用的。n a s 设备又被称为一个文件 服务器。它通过网络接收n f s 或者c i f s 请求，它内部的处理器将这些请求转 1 哈尔滨t 稃人学硕十学位论文 变为s c s i 块i o 命令来访问只有n a s 自己可见的存储设备。n a s 是部件级的 存储方法。它将存储设备通过标准的网络拓扑连接到一组计算机上，不需要 服务器和通用的操作系统，而用一个面向用户设计的、专门用于数据存储的 简化操作系统就可以直接上网。由于这个系统内置了与网络连接所需的协议， 因此，系统的整体管理与维护显得简单快捷。n a s 是真正的p l u g i n ( 即插即 用) ，物理位置的安放很灵活，可放在工作组以外的其他地点。n a s 适用于网 络文件服务模式，如c a d 、软件开发、电子邮件等。n a s 的特征有：安装的简 易性、高可用性、可扩展性、可联通性、数据可共享、管理简易性、可整体 备份、低费用。图1 1 为n a s 的示意图。 图1 1n a s 存储模式 但是，n a s 系统也具有一些潜在的局限性，如：传输速率慢、受限的数据 库支持、缺乏灵活性、备份与恢复困难、n a s 系统难以满足开放性的要求等。 2 s 州方式 s a n 是一种利用光纤通道、i s c s i 等存储协议连接起来的可以在存储资源 和服务器之间建立直接的数据连接的高速计算机网络“一。它把存储设备从网 络中分离出来，形成一个单独的网路来连接所有的存储设备，有更高的数据 传输速度和更好的硬件性能。存储设备处于特定网络中，s a ni o 请求直接访 问设备，大多数s a n 使用光纤通道介质，在光纤通道中封装了s c s i 协议，实 现了“任一”主机和“任一”存储设备之间的连接。s a n 在较低层次实现了 应用程序( 主机) 和存储设备之间的通信。主机将远程存储介质看作是一个 可以通过长距离传输i o 通道来访闯的设备，它以块为单元来访问，由s a n 哈尔滨工程大学硕士学位论文 进行管理。图1 2 中，s a n 示意图中s e r v e r 可以为各种异种服务器，可以使 用不同的操作系统、数据编码方式、文件系统结构、格式、协议等。 图1 2s a n 存储模式 目前构建s a n 的解决方案中，主要存在以下几种协议：光纤通道协议 ( f c p ) i n f i n i b a n d 和i s c s i 。 f c p 是一种结合传统的通道技术和网络技术的串行互连技术，这使得其 它可以在长距离上实现可靠的数据传输。一方面，它利用通道技术的高可靠 性和速度优势，另一方面，它发挥了网络的分布广泛的优势，能够将多个设 备和服务器接入同一个基于交换结构的网络中，从而可以突破传统通道的限 制，实现存储设备的共享。但是，光纤通道网络最大的闽题就是其昂贵的设 备和管理成本，而且光纤通道的l o k m 传输距离限制也成了一个发展制约，因 此高带宽、低价格的f c 成为主要的研究方向。 i n f i n i b a n d 规范( i b a ) 是采用基于通道的点对点连接l o a d s t o r e 的配 置方式可以将i 0 子系统和内存子系统隔离，通过多线连接实现性能的拓展， i b a 规范支持通过铜缆或光纤连接，可以应用于服务器内部通信、互连，服 务器与存储系统之间互连，存储设备之间互连，以及网络通讯设备互连等多 个领域。i b a 规范1 0 版已予2 o 年i o 月正式发布，目前联盟会员已超过 1 3 0 个，各会员公司纷纷公布其相关产品计划，一些开发环境及测试产品开 始面世。但由于其初期的投入和成本太高，离大规模的应用仍然有一段距离。 哈尔滨一i ：程大学硕士学位论文 i s c s i 即s c s io v e rt c p i p ，架构在s c s i 标准之上。i s c s i 标准中i s c s i 启动端模拟一个s c s ih b a ，i s c s l 目标端模拟一个s c s i 设备。s c s i 命令在 启动端被封装进i s c s ip d u ，再通过t c p i p 网络发往目标端，s c s i 命令的回 应由目标端发回启动端。该协议的应用对网络存储领域的发展起到了巨大的 推动作用，并在各个领域取得了广泛的应用。下文还将对其进行详细介绍。 和传统的网络相比，s a n 有以下特性： ( 1 ) 传输速度高、距离远，可提高资料的使用率。 ( 2 ) 资源与设备共享。 ( 3 ) 可作远程镜像，增强系统的灾难防御能力及重建速度，在安全、容 错和快速恢复等方面非常有效。 ( 4 ) 通过s a n 备份，降低经过l a n 备份的流量负载，减轻企业内部的带 宽压力，提高网络服务质量。 ( 5 ) 集中管理与整合存储设备资源，为企业节约大量管理时间与人力资 源。 1 3 网络存储的研究现状及发展趋势 自2 0 0 1 年网络存储工业协会( s n i a ) 成立i p 存储论坛以来，经2 年多努 力，i s c s i 草案前后经历2 0 余版本，终于在2 0 0 3 年被批准为i e t f 正式标准。 如今i s c s i 已经为大多数存储商所支持。早在2 0 0 1 年上半年，i b m 就推出了 i ps t o r a g e 2 0 0 1 ，这是市场上公认的第一款基于i s c s i 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s a n 环境高成本的中 小型用户来说，具有巨大的吸引力；2 0 0 1 年l o 月，c i s c o 也推出了s n 5 4 2 0 存储路由器，这种路由器基于i p 标准和s a n 标准，可以提供与现有l a n ( l o c a la r e an e t w o r k ，局域网) 、w a n ( w i d ea r e an e t w o r k 广域网) 、光 纤和s a n 设备之间的互操作，率先建立了i p 网络与s a n 之间的桥梁。 现在，有更多的厂商参与到i s c s i 产品的开发中，如i n t e l 已经推出了 存储网卡i ps t o r a g ei s c s ip r o 1 0 0 0t ，将协议转化也就是封装、还原t c p i p 包的步骤转移到网卡上来执行，大大降低了服务器处理器的占用率。同时， 还有芯片、板卡制造商加入到i s c s i 产品的开发中，如a d a p t e r 、q l o g i c 等 4 哈尔滨t 程大学硕七学位论文 等。许多专家也对i s c s i 协议的性能进行了研究。美国克罗拉多州大学的信 息存储中心的s t e p h e na i k e n 等人对i s c s i 协议的存储性能进行了分析与评 价：g a u g e r 等对i s c s i 模型进行了讨论，并给出了实现方案”1 ；f o o n g 等 对多处理器服务器上的纯软件i s c s i 体系进行了研究。国内华中科技大学 存储国家重点实验室和浙江大学计算机系等也对i s c s i 系统的性能、安全防 范、跨平台运用等进行了许多研究工作。 存储信息就是存储未来，在存储市场爆炸性增长的同时，用户更关心网 络存储技术未来的发展趋势。根据预测，5 年后全球网络存储领域i s c s i 技 术所占的比例要高于传统的f cs a n 网络。当然，如果分析网络存储的整个领 域，除了n a s 、s a n 、i s c s i 以外还有很多其他技术，但总的发展趋势包括以 下几个方面嘲： ( 1 ) 融合成为大趋势 用户的应用环境和需求往往是复杂的，他们对网络存储架构的要求也就 不可能那么单一，i p 、s a n 和n a s 各自的优势和局限性决定了它们任何一种 单一架构的解决方案都不能那么令人满意。于是，融合它们各自的优势，推 出更符合用户需求的解决方案成为网络存储的未来发展趋势。 ( 2 ) 提高数据安全等级 数据集中化管理为企业带来了许多好处，但也使突发事件所造成的影响 大大增加。网络的开放性也使系统不断遭受病毒、网络犯罪的威胁。另外， 在电信、银行等关键业务领域里，减少业务中断带来的损失和保证9 9 9 9 9 系统可靠性成为广泛的需求。这一切都使数据安全成为当前和今后的研究热 点。 ( 3 ) 网络存储的互通性 网络存储的互通性是指从局域网、城域网到广域网，无论数据存储在什 么地方，存储在什么架构，数据都能共享，并且在任何时间都能被访问，即 各种存储结构的数据之间能够进行通信。因此，互通性包括网络存储系统如 何提供对数据块和文件级的访问服务。 ( 4 ) 加强存储资源管理 数据存储量的快速增长、存储系统愈加复杂、存储空间利用率低以及存 储管理费用直线上升，使得存储资源管理变得越来越重要。存储资源管理包 5 哈尔滨r ：程犬学硕士学位论文 n 括存储设备和存储网络管理、存储空问及其配置管理、数据传输及其通道管 理、对异构平台应用系统的支持，以及远程数据备份管理等方面。 1 4 主要研究工作及内容安排 本文的组织结构如下： 第1 章绪论。介绍课题的研究背景、着重分析i ps a n 在网络存储的特点 及优势，国内外研究现状以及本文的主要研究工作和内容安排。 第2 章i s c s i 协议简介。介绍i s c s i 网络存储体系结构，从会话管理、 命名与寻址、协议数据单元格式、错误恢复机制等方面对i s c s i 协议进行详 细分析，简要分析了i s c s i 协议的两种实现方式。 第3 章l i n u x 下i ps a n 的实现。对l i n u x 环境下启动端和目标端的实现 进行详细分析，在成功构建i ps a n 的基础上，介绍了i p s e c 技术在该系统上 的具体应用。 第4 章i ps a n 的性能测试分析。利用i o t e t e r 测试工具对i ps a n 系统 进行功能测试、性能测试以及安全功能的钡0 试，并对结果进行详细分析。 在结论中，对本文的内容给出一个总结，并在此基础之上提出以后可能 的研究方向。 6 哈尔滨i ：样大学硕十学付论文 第2 章i s o sl 协议简介 i s c s i 是i n t e r n e ts c s i ，也叫s c s io v e rt c p i p “”。顾名思义，它是 建立在t c p i p 协议上的互联网协议。2 0 0 3 年2 月1 1 日，i e t f 通过了i s c s i 协议标准，并发布了其r f c 草案，该草案于2 0 0 4 年正式通过成为标准。i s c s i 协议标准对i s c s i 的概念、工作机制、数据格式、安全性考虑、实现要点等 进行了详细的说明。i s c s i 是一种端到端的协议，运行在服务器( 被称为 i n i t i a t o r ，即启动端) 、存储设备( 被称为t a r g e t ，即目标端) 和协议传输 网关设备之间。i s c s i 使用标准的以太网交换机的路由器在服务器和存储设 备之问传输数据。在i 0 操作频繁的情况下，i s c s i 的优势尤其明显。i s c s i 技术是构建i ps a n 的基础，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。正是由于i s c s i 技术的出现才使得 s a n 的架构由f cs a n 向1 ps a n 转变，可以说，在i ps a n 中i s c s i 的效率很 大程度上决定了s a n 的效率。 本章首先分析了i s c s i 的协议结构模型，分四个方面详细研究了i s c s i 协议的组成，并总结了i s c s i 技术的优势，最后简要介绍了协议的实现方式。 2 1is c si 协议结构模型及工作流程 i s c s i 协议定义了在t c p i p 网络发送、接收b l o c k ( 数据块) 级的存储数 据的规则和方法。跟s c s i 一样，i s c s i 采用客户端服务器结构，i s c s i 的客 户端( 通常是文件服务器) 和服务器端( 通常是各种i s c s i 存储设备) 也分别称 为启动端和目标端，i s c s i 也使用了请求应答机制“，与s c s i 不同的是 i s c s i 允许阶段重叠，启动端的命令和相关数据可以一起传递给目标端，目 标端的数据和应答可以一起传递给启动端。下面将分别对协议的结构和工作 流程进行介绍。 1 协议结构模型 7 哈尔滨r 程人学硕士学位论文 i s c s i 协议实现了从s c s i 协议到t c p i p 协议的映射“2 ”1 ，其结构模型 如图2 1 所示。 c d b n e t w o r k r p 2 p 呲包：；蔓墼憋。翻包幽；璧塑竺壁。j 9 一。 图2 1i s c s i 协议结构模型 s c s i 层：建立接收和发送接收s c s ic d b ( c o m m a n dd e s c r i p t o rb l o c k s ， 命令描述符块) 及命令执行参数n 来自i s c s i 层。 i s c s i 层：建立接收和发送接收i s c s ip d u ，n 来自一个或多个构成 一个启动端一目标端“会话”的t c p 连接。 t c p 层：i n i t i a t o r 和t a r g e t 的通信可以建立在一个或多个t c p 连接上， t c p 连接用于传输封装在p d u 中的s c s i 命令、任务管理命令、数据、协议参 数和控制消息等。连接i n i t i a t o r 和t a r g e t 的多个t c p 连接构成一个会话( 类 似于一个s c s i 连接) 。会话通过会话i d 来标识，它由i n i t i a t o r 部分和t a r g e t 部分组成，可以把一个t c p 连接加入会话，或者从会话中删除一个t c p 连接。 会话中的连接由连接i d 所标识。在一个会话的所有连接中，一个i n i t i a t o r 看到一个“t a r g e t 映像”所有t a r g e t 标识符，比如l u n ，都是相同的。另外， 在一个会话的所有连接中，一个t a r g e t 看到一个“i n i t i a t o r 映像”所有 i n i t i a t o r 标识符，比如i n i t i a t o r 任务标签，无论从哪个连接接收或发送 数据，都可用来标识同一个实体。 s 哈尔滨翠人学硕七学位论文 i p 层：i p 层分析报头中的地址和决定包跨越各子网的路由。使i s c s i 存储设备扩展到多个网络，甚至是不同类型的网络。 2 协议工作流程 i s c s i 属于端到端的会话层协议，i s c s i 的工作流程是i s c s i 协议在网络 上封包和解包的过程，如图2 2 所示。 启动端 目标端 图2 2i s c s i 的工作流程 当启动端向目标端发出一个存储i o 请求时，根据图2 2 所示的i s c s i 体系结构，启动端操作系统先把该请求转化为s c s i 命令，s c s i 命令经过i s c s i 层时，被封装为i s c s i 协议数据单元p d u ( p r o t o c o ld a t al j n i t ) ，再经过t c p i p 协议栈封装成i p 数据包，就可以在i p 网络上向目标端传输。 目标端收到i p 数据包后，按照相反方向解封装，恢复成封装前的s c s i 命令，再把该命令交给目标存储设备处理。处理结束后，目标端把得到的s c s i 响应和数据沿着相反路线封装成i s c s ip d u ，再传回给启动端；启动端收到 返回的i p 数据包后解封装，把提取出的s c s i 响应和数据交给操作系统处理。 当所有请求都被处理完，由启动端主动断开连接，整个会话结束。 2 2i s c s l 协议的组成 下面将从通信方式、命名寻址、错误处理机制、安全机制四个方面对 i s c s i 协议进行详细介绍。 9 哈尔滨 稃大学硕士学位论文 2 2 1i s c s l 的通信方式 i s c s i 协议应用于广域网而不局限于局域网，出于传输可靠性、安全性 以及简化协议等方面的考虑，i s c s i 使用t c p 协议而不是u d p 协议作为其传 输协议。 在i s c s i 启动端和目标端通信中可以建立一到多个t c p 连接，这些t c p 连 接带有控制信息、s c s i 命令、参数和数据。这些被携带的控制信息、s c s i 命 令、参数和数据是通过i s c s ip d u 来组织的。 本节将对i s c s i 连接、i s c s i 会话以及i s c s ip d u 进行详细说明。 1 i s o s l 连接 启动端和目标端之间的t c p 连接以及i s c s i 协议赋予该t c p 连接的属性 合称为i s c s i 连接。同一会话中相同启动端i p 地址的连接只能有一个。对于 每个连接有一个可接收的最大p d u 的大小，缺省为8 k ，该大小指的是p d u 中 携带数据的大小，不包括b h s 、a h s 以及校验部分。这个大小又称最大接收 p d u 大小。 i s c s i 的连接的主要工作是：接收从对方发送的p d u 并完成必要的校验 工作，如果这个p d u 是登陆请求p d u ，那么首先在i s c s i 连接范围内处理， 最终交会话层；如果是其他p d u ，通常直接交会话层处理。每个i s c s i 连接 维持一个发送p d u 的滑动窗口，这个滑动窗口可以实现p d u 的选择重传。 2 i s o s i 会话 在i s c s i 正常工作的过程中，i s c s i 会话和连接经历两个阶段：登录 ( l o g i n ) 阶段、完全特征( f u l lf e a t u r e ) 阶段。 ( 1 ) 登录阶段 登录阶段的任务是：为i s c s i 会话建立t c p 连接，双方对彼此的身份认 证，会话参数的协商，标记属于会话的t c p 连接。i s c s i 登录阶段通过登录 请求和登录应答来执行。在登录阶段，登录请求和应答具有排他性。在任何 一个连接过程中，登录阶段必须紧跟在t c p 连接建立之后立即执行，而后续 的登录阶段在断开该连接之前不允许发生。除非收到登录请求，若在登录阶 段之前接收到任何p d u ，目标端则将断开该p d u 经由的t c p 连接。一旦登录 1 0 哈尔滨一r ：稃人学硕十学位论文 阶段开始，如果目标端接收到任何非登录请求，它必须发送一个登录拒绝， 并断开连接；假如启动端收到任何非登录应答，它必须立即断开连接。 一旦认证成功且操作参数设置完成。会话则由登录阶段转到完全特征阶 段，启动端可以发送s c s i 命令。 ( 2 ) 完全特征阶段 在完全特征阶段，i s c s i 启动端可以把s c s i 命令和数据封装在i s c s ip d u 中，通过i s c s i 会话连接传输到目标端的不同的逻辑单元( l u s ，l o g i c a l u n i t s ) 。值得注意的是，对于通过某t c p 连接发出的任何i s c s i 请求，只要 该t c p 连接没有断开，那么对应的i s c s i 应答以及其他相关的p d u 必须经由 同一个t c p 连接进行传输。这样做的目的是使得特定的读或写命令的执行不 需要额外的开销来监视多个t c p 连接，以检查对应的请求是否完成。 在事务处理结束后，启动端可以使用注销命令完成本次会话。注销命令 包含结束会话原因的信息。注销命令也可以用来发送信息告知对方出于t c p 连接错误需要中断哪个t c p 连接，以关闭出错的某个t c p 连接。 3 i s c s ip d u 介绍 i s c s i 中每一次交换数据的单位为一个协议数据单元( p d u ) 。i s c s i 协议 标准定义的p d u 由以下部分组成：基本头( b h s ) 、附加头( a h s ) 、头摘要( h e a d d i g e s t ) 、数据段( d a t as e g m e n t ) ，以及数据摘要( d a t ad i g e s t ) “”。除b h s 部分外，其他部分均根据不同的p d u 类型需要而存在。表2 1 描述了i s c s ip d u 的构成。 表2 ii s c s ip d u 的组成 b y t e 0 l 1 l 2 j 3 0b a s i ch e a d e rs e g m e n t ( b h s ) 4 8 a d d i t i o n a lh e a d e rs e g m e m ( a h s ) i ( 可选) a d d i t i o n a lh e a d e rs e g m e n t ( a h s ) 2 ( 可选) a d d i t i o n a lh e a d e rs e g m e n t ( a h s ) n ( 可选) k h e a d e r - d i g e s t ( 可选) l d a t as e g m e n t ( 可选) m d a t a - d i g e s t ( 可选) 哈尔滨i ：程大学硕+ 学位论文 b h s ：对于所有的p d u 而言都必须存在。主要包含p d u 类型：各种序列号， 如c m d s n 、e x p c m d s n 、m a x c m d s n 、s t a t s n 、e x p s t a t s n 、m a x s t a t s n 等；跟随 的a h s 信息；d a t a - s e g m e n t 信息；以及一些其他的与p d u 类型相关的信息。 a h s ：视需要而存在，共有两种类型：e x t e n d e dc d b 和a h sb i d i r e c t i o n a l e x p e c t e dr e a d d a t al e n g t h ，a h sp d u 中可能存在多个a h s 。 h e a d d i g e s t ：视需要而存在，为b h s 部分与a h s 部分的校验码，长度为 4 字节。该部分是否存在不由b h s 指定，而是在登录过程中通过文本协商指 定。 d a t a s e g m e n t ：视需要而存在，通常为s c s i 命令所带的数据，但对于 n o p i n 和n o p - o u t 则可能携带其他类型的数据( 如p i n gd a t a ) 。 d a t a d i g e s t ：视需要而存在，为p d u 中d a t a - s e g m e n t 部分的校验码。 与h e a d d i g e s t 类似，该部分是否存在不由b h s 部分指定，而是在登录过程 中通过文本协商指定。 i s c s i 协议中共定义了1 8 类p d u ，见表2 2 ，以b h s 中的o p c o d e 来标 识。 表2 2 操作码( o p c o d e ) 的定义 i s c s i 启动端i s c s i 目标端 操作码定义操作码定义 o x 0 0n o p o u to x 2 0n o p - i n o x o ls c s ic o m m a n do x 2 1s c s ir e s p o n s e o x 0 2s c s it a s km a n a g e m e n t0 x 2 2s c s it a s km a n a g e m e n t r e q u e s tr e s p o n s e o x 0 3 l o g i nr e q u e s t 0 x 2 3 l o g i nr e s p o n s e o x 0 4t e x tr e q u e s t0 x 2 4t e x tr e s p o n s e o x 0 5s c s id a t a - o u t0 x 2 5s c s id a t a - l n o x 0 6 l o g o u tr e q u e s t 0 x 2 6 l o g o u tr e s p o n s e o x l 0 s n a c kr e q u e s to x 3 1 r e a d yt ot r a n s f e r ( r 2 t ) o x l c o x l ev e n d o rs p e c i f i cc o d e s 0 x 3 2 a s y n c h r o n o u sm e s s a g e o x 3 c - o x 3 ev e n d o rs p e c i f i cc o d e s o x 3 f r e j e c t i s c s i 启动端只能发送类型为启动端操作码的p d d ；而i s c s i 目标端只 能发送类型为目标端操作码的p d u 。i s c s i 启动端使用s c s ic o m m a n dp d u 封 装s c s ic d b ，并使用s c s id a t a - o u t 发送s c s i 数据；i s c s i 目标端则使用 s c s id a t a i n 和s c s ir e s p o n s e 返回s c s i 数据和响应：双方使用其他p d u 协 商和控制i s c s i 层的信息和状态。在第四章系统具体实现中，将对这1 8 类 p d u 作详细介绍。 2 2 2j s c s i 的命名和寻址 为了利用i s c s i 配置网络，i s c s i 必须支持命名机制和发现机制“”，并且 应该具有灵活性，考虑安全。启动端和目标端需要有自己的名字来标识自己 的身份。而且，对i s c s l 资源的命名使得对i s c s i 存储资源的管理不必关心其 i p 地址和物理位置。i s c s i 设备名作为主要对象用于启动端和目标端对彼此的 身份认证。由于可能用于i n t e r n e t ，i s c s i 设备名要求被设计成全球唯一。一 个i s c s l 名字不得超过2 2 3 个字节，而且必须是一个u t f 2 8 编码的统一字符编码 标准字符串。 目前，i s c s i 提供了两种类型命名格式： ( 1 ) i q n i s c s i 资格命名 该命名方式要求i s c s i 设备厂商拥有自己的域名。命名时，需要使用该 i s c s i 设备厂商的域名，以及获得该域名的日期，以保证该i s c s i 设备名在 全球范围永远唯一。 i q n 格式的命名结构是：i q n 年一月域名倒装 ：自定义字符串 a 其中，“ ”内的内容可选，由i s c s i 设备厂商自定义，可用来标识产 品类型、序列号、软件版本号等信息。例如： i q n 1 9 9 8 0 4 c o m e x a m p l e i q m2 0 0 1 - 1 1 。n e t f o r i n s t a n c e ：s t o r a g e d i s k a r r a y 2 s n 2 8 8 8 8 8 ( 2 ) e u i i e e ee u l 2 6 4 格式 i e e e 注册机构( i e e er e g i s t r a t i o na u t h o r i t y ) 提供分配全球唯一标识 符 e u i 的服务。已经向i e e e 注册机构登记的厂商可以使用e u l 2 6 4 格式的全 球唯一名字命名自己的产品。 e u i 格式的命名结构是：e u i 6 进制的e u l 2 6 4 标识符。例如： e u i 0 2 0 0 4 5 6 7 a 4 2 5 6 7 8 d 哈尔滨丁稃人学硕十学位论文 i s c s i 命名有以下优点： ( 1 ) 与地址分离，确保了存储设备有唯一的识别标志而不管它在网络中 的哪个位置。当一个设备移动到不同的网段时，虽然i p 和t c p 端口改变了， 但是名字的唯一性确保了它可以被重新发现。 ( 2 ) 可以使i s c s i 设备利用多个n i c 提供冗余路径。 ( 3 ) 长达2 5 5 字节的i s c s l 名，并不用来路由，相反，当一个节点的i p 地址和t c p 端口建立后，所有的存储处理仅需i p 地址和t c p 端口。 2 2 3i s g $ i 的错误处理机制 1 错误的分类 ( 1 ) 格式错误 格式错误分为两种：p d u 头中的内容非法和p d u 内容不一致。当i n i t i a t o r 或t a r g e t 收到格式错误的p d u 后，需要马上中止会话的所有连接。 ( 2 ) 摘要错误 当i n i t i a t o r 和t a r g e t 收到有头摘要错误的p d u 时，需要丢弃该包以及前 一个包头后的所有数据或者关闭该连接，因为摘要错误意味着头的长度域被 损坏了。 ( 3 ) 序列错误 i n i t i a t o r 或t a r g e t 收到的p d u 中存在乱序的r 2 t s n d a t a s n ，说明发生了 摘要错误。如果是状态s n 乱序，i n i t i a t o r 收到双份r 2 t d a t a s n ，则需要丢弃 副本。 ( 4 ) s c s i 超时 当一个s c s i 命令超过规定的时间不返回时，视为s c s i 超时错误。当发生 s c s i 超时错误时，通常启动端发送a b o r tt a s k 命令中止超时的命令然后继续 下一条命令。 ( 5 ) 协商错误 在l o g i n 阶段，当无法通过身份认证或协商参数无法一致，或有一方无法 理解和处理的参数时出现协商错误。协商错误直接导致l o g i n 失败。在完全特 征阶段通过t e x tr e q u e s tp d u 和t e x tr e s p o n s ep d u 迸行协商时，如果出现无 4 哈尔滨一【：程人学硕+ 学位论文 法协商一致或无法处理协商参数的情况，也被视为协商错误，此时的协商错 误将导致会话关闭。 ( 6 ) 协议错误 所有非法的i s c s ip d u 交换序列会造成协议错误。 ( 7 ) 连接错误 如果i n i t i a t o r 和t a r g e t 发现命令序列号不连续，发送i s c s in o p 失败， 接收返回信息失败或超时等情况时，说明发生了连接错误，此时需要关闭连 接并进行连接恢复或者进行会话恢复。 ( 8 ) 会话错误 如果会话中所有的连接不能重新建立，或者i n i t i a t o r 反复检测到协议错 误，说明发生了一个会话错误，i n i t i a t o r 就可以结束会话并建立一个新的会 话。 2 错误恢复机制 根据实现的难度，i s c s i 协议将其错误恢复分为三级，见图2 3 。 连接恢复 摘要失败恢复 会话失败恢复 图2 3i s c s i 错误恢复等级 第0 级：会话失败恢复。会话恢复需要断开所属的所有t c p 连接，中断所 有正在执行的事务，然后重新建立会话会话恢复依靠i s c s i 的上层来执行。 需要指出的是，具体的i s c s i 容锗操作只能在会话的s c s i 完全特征阶段进行。 第l 级：摘要失败恢复，同时要求具有第0 级的能力。摘要失败恢复包含 命令恢复( 解决p d u 丢失、p d j 校验错以及序列接收超时等问题) 和连接内恢复 ( 解决i s c s i 应答长时间没有得到确认或丢失等问题) 等两种情况。 第2 级：连接恢复，同时具有第1 级的能力。连接恢复解决会话中的一个 或多个t c p 连接失败或丢失的问题。 哈尔滨 ：程人学硕+ 学位论文 会话恢复是最基本的容错机制，所有的i s c s i 错误都可以通过它来解决。 因此，支持会话失败恢复是所有i s c s i 设备和应用的基本要求。 2 2 4i s c s i 的安全机制 本地的