iSCSI存储技术全面解析

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iSCSI存储技术全攻略

公布:2023-12-03|分类：精髓推荐，网络存储|阅读4414

|标签:i株iator,ISCSI,SAN,Storage,协议,控制器，产品简

介

什么是iSCSI

iSCSI(iSCSI=internetSmallComputerSystemInterface)

是由IEETF开发日勺网络存储原则，目口勺是为了用IP协议将存

储设备连接在一起。通过在IP网上传送SCSI命令和数据，

ISCSI推进了数据在网际之间日勺传递，同步也增进了数据日勺远

距离管理。由于其杰出日勺数据传播能力，ISCSI协议被认为是

增进存储区域网(SAN)市场迅速发展日勺关键原因之一。由

于IP网络日勺广泛应用，ISCSI可以在LAN、WAN甚至internet

上进行数据传送，使得数据日勺存储不再受地区的目前。

ISCSI技术日勺关键是在TCP/IP网络上传播SCSI协议，是指用

TCP/IP报文、和ISCSI报文封装SCSI报文,使得SCSI命令

和数据可以在一般以太网络上进行传播，如下图：

iSCSI协议定义了在TCP/IP网络发送、接受block(数据块)

级日勺存储数据日勺规则和方法。发送端将SCSI命令和数据封

装到TCP/IP包中再通过网络转发，接受端收到TCP/IP包

之后，将其还原为SCSI命令和数据并执行，完毕之后将返回

日勺SCSI命令和数据再封装到TCP/IP包中再传送回发送端。

而整个过程在顾客看来，使用远端日勺存储设备就象访问当地

日勺SCSI设备同样简朴。

早在2023年上六个月，IBM就推出了IPStorage200i,是

市场上公认日勺第一款基于iSCSI协议日勺产品，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

高成本日勺中小型顾客来说，具有巨大日勺吸引力；2023年10

月，Cisco也推出了SN5420存储路由器，基于IP原则和SAN

原则，可以提供与既有LAN、WAN、光纤和SAN设备之间

的互操作，率先建立了IP网络与SAN之间日勺桥梁。目前，

有更多B勺厂商参与到iSCSI产品日勺开发中，如Intel已经推出

了存储网卡IPStorageiSCSIPRO/1000T,将协议转化也就

是封装、还原TCP/IP包日勺环节转移到网卡上来执行，大大

减少了服务器处理器日勺占用率。同步，尚有芯片、板卡制造

商加入到iSCSI产品日勺开发中，如Adaptec、Qlogic等等。

iSCSI可以实目前IP网络上运行SCSI协议，使其可以在诸如

高速千兆以太网上进行路由选择。顾客可使用原则日勺千兆级

以太网传播协议，通过Cat5线缆和任意日勺互换机产品，将

服务器与磁盘阵列连接在一起，并且可以提供靠近FCSAN

日勺性能。

iSCSI集SCSI、以太网和TCP/IP等技术于一身，支持iSCSI

技术日勺服务器和存储设备可以直接连接到既有时IP互换机

和路由器上，具有低廉、开放、大容量、传播速度高、安全

等诸多长处，最适合需要在网络上存储和传播大量数据的应

用环境，例如广电视频制作和媒资系统，视频监控系统，IPTV

系统，数据备份系统，以及许多日勺对QPS和带宽性能规定

不是还很高日勺数据库存储系统、大容量文献存储系统。

iSCSI存储系统架构

目前市场有诸多不一样型号日勺iSCSI存储设备，设备日勺型号

和参数有诸多不一样，厂商在做市场宣传时候也常常采用不

一样日勺口号或噱头，标榜自己日勺产品有多种各样不一样日勺功

能和优势。

实际上当我们对iSCSI设备日勺构造进行深入的研究时就会发

现iSCSI从架构上可以分为4种类型口勺架构。

一、控制器架构

iSCSI曰勺关键处理单元采用与FC光纤存储设备相似日勺构造。

即采用专用日勺数据传播芯片、专用日勺RAID数据校验芯片、

专用日勺高性能cache缓存和专用日勺嵌入式系统平台。打开设

备机箱时可以看到iSCSI设备内部采用无线缆日勺背板构造，

所有部件与背板之间通过原则或非原则日勺插槽链接在一起，

而不是一般PC中日勺多种不一样型号和规格的线缆链接。

这种类型日勺iSCSI存储设备关键处理单元采用高性能日勺硬件

处理芯片，每个芯片功能单一，因此处理效率较高。操作系

统是嵌入式设计，与其他类型的操作系统相比，嵌入式操作

系统具有体积小、高稳定性、强实时性、固化代码以及操作

以便简朴等特点。因此控制器架构日勺iSCSI存储设备具有较

高日勺安全性和和稳定性。

控制器架构iSCSI存储内部基于无线缆的背板链接方式，完

全消除了链接上的单点故障，因此系统更安全，性能更稳定。

一般可用于对性能日勺稳定性和高可用性具有较高规定日勺在

线存储系统，例如：中小型数据库系统，大型数据的库备份

系统，远程容灾系统，网站、电力或非线性编辑制作网等。

控制器架构B勺iSCSI设备由于关键处理器所有采用硬件，制

导致本较高，因此一般销售价格较高。

目前市场还可以见到一种特殊日勺基于控制器架构日勺iSCSI存

储设备。该类存储设备是在既有FC-SAN存储设备日勺基础上

增长iSCSI协议转换模块，使得FC-SAN存储设备可以同步

支持FC数据传播协议和iSCSI传播协议，如EMC

150i/300i/500i,HDSAMS1000/500/200等。

常见控制器架构iSCSI产品：

LEqulogicPS300E系列

2、InfortrendEonStorA16E

3、UITBS2023e/3000e

辨别一种设备与否是控制器架构，可从如下几种方面去考

虑：

1、与否双控：除了某些初期型号或低端型号外，高性能日勺

iSCSI存储一般都会采用active-active日勺双控制器工作方式。

控制器为模块化设计，并安装在同一种机箱内，非两个独立

机箱日勺控制器。

2、缓存：有双控制器缓存镜像、缓存断电保护功能。

3、数据校验：采用专用硬件校验和数据传播芯片，非依托

一般CPU日勺软件校验，或一般RAID卡。

4、内部构造：打开控制器架构日勺设备，内部所有为无线缆

日勺背板式连接方式，各硬件模块连接在背板的各个插槽上。

二、iSCSI连接桥架构

整个iSCSI存储分为两个部分，一种部分是前端协议转换设

备，另一部分是后端存储。构造上类似NAS网关及其后端存

储设备。

前端协议转换部分一般为硬件设备，主机接口为千兆以太网

接口，磁盘接口一般为SCSI接口或FC接口，可连接SCSI

磁盘阵列和FC存储设备。通过千兆以太网主机接口对外提

供ISCSI数据传播协议。

后端存储一般采用SCSI磁盘阵列和FC存储设备，将SCSI

磁盘阵列和FC存储设备日勺主机接口直接连接到iSCSI桥日勺磁

盘接口上。

iSCSI连接桥设备自身只有协议转换功能，没有RAID校验和

快照、卷复制等功能。创立RAID组、创立WN等操作必须

在存储设备上完毕，存储设备有什么功能，整个iSCSI设备

就具有什么样日勺功能。

SANRAD日勺V-Switch系列，ATTOTechnology日勺iPBridge

系列日勺iSCSI桥接器,提供iSCSI-to-SCSI与iSCSI-to-FCB勺

桥接，可将直连的磁盘阵列柜(DiskArray,JBOD、DAS)或磁

带设备(Autoloader、TapeLibrary)转变成iSCSI存储设备。

不过伴随iSCSI技术日勺逐渐成熟，连接桥架构日勺iSCSI设备越

来越少，目前日勺市场上基本已看不到这样日勺产品了。

三、PC架构

那么何谓PC架构？按字面日勺意思可以理解为存储设备建立

在PC服务器日勺基础上。即就是选择一种一般日勺、性能优良

日勺、可支持多块磁盘日勺PC(一般为PC服务器和工控服务器)，

选择一款相对成熟稳定日勺iSCSItarget软件，将iSCSITarget

软件安装在PC服务器上，使一般的PC服务器转变成一台

iSCSI存储设备，并通过PC服务器日勺以太网卡对外提供iSCSI

数据传播协议。

目前常见日勺iSCSITarget软件多半由商业软件厂商提供，如

DataCoreSoftware日勺SANmelody,FalconStorSoftware的

iSCSIServerforWindows,和StringBeanSoftware时

WinTarget等。这软件都只能运行在Windows操作系统平台

上。

在PC架构日勺iSCSI存储设备上，所有日勺RAID组校验、逻辑

卷管理、iSCSI运算、TCP/IP运算等都是以纯软件方式实现,

因此对PC日勺CPU和内存日勺性能规定较高。此外iSCSI存储

设备日勺性能极轻易收PC服务器运行状态日勺影响。

当由于PC架构iSCSI存储设备日勺研发、生产、安装使用相对

简朴，硬件和软件成本相对较低，因此市场上常见日勺基于PC

架构日勺iSCSI设备日勺价格都比较低，在某些对性能稳定性规

定较低日勺系统中具有较大的价格优势。

常见PC架构iSCSI存储设备：

1、INTELSSR212CCiSCSI产品图片：

2、H3CEX1000iSCSI产品图片：

3、HPMSA1510iiSCSI产品图片：

四、PC+NIC架构

PC+iSCSITarget软件方式是一种低价低效比日勺处理方案，此

外尚有一种基于PC+NIC日勺高阶高效性iSCSI方案。

假如只是将高速Ethernet用于存储网络化过于可惜，因此众

多厂商发起了iWARP,不仅可实现存储网络化，也能实现I/O

日勺网络化。通过RDMA(RemoteDirectMemoryAccess)机制

简化网络两端日勺内存数据互换程序，从而加速数据传播效

率。

目前Broadcom提出所谓日勺C-NIC(ConvergedNIC)聚合型网

卡理念，即是在一颗NetXtremeII系列日勺GbE控制芯片内同

步具有以太网络、存储网络化、I/O网络化等功能。老式以

太网部分具有TOE运算，存储网络化则具有iSCSI运算、I/O

网化则具有RDMA运算，大幅卸除CPU日勺辅助运算，使CPU

占用率降至20%如下。

Broadcom目前的代表性芯片为BCM5706(PCI/PCI-X接口)

与BCM5708s(PCIe接口)，其中BCM5706为第一代，

BCM5708S为第二代，第二代传播率从lGbps提高至

第三代传播率从提高至

2.5Gbpso2.5Gbps10Gbpso

iSCSI存储连接方式

我们分析了iSCSI存储日勺系统构造，下面来看iSCSI是怎样与

服务器、工作站等主机设备来连接时，也就是我们怎样建立

一种iSCSI网络存储系统。

iSCSI设备日勺主机接口一般默认都是IP接口，可以直接与以

太网络互换机和iSCSI互换机连接，形成一种存储区域网络。

根据主机端HBA卡、网络互换机日勺不一样，iSCSI设备与主

机之间有三种连接方式。

第一种：以太网卡+initiator软件方式。

服务器、工作站等主机使用原则的以太网卡，通过以太网线

直接与以太网互换机连接，iSCSI存储也通过以太网线连接到

以太网互换机上，或直接连接到主机日勺以太网卡上。在主机

上安装Initiator软件。

安装Initiator软件后，Initiator软件可以将以太网卡虚拟为

iSCSI卡，接受和发送iSCSI数据报文，从而实现主机和iSCSI

设备之间日勺iSCSI协议和TCP/IP协议传播功能。

这种方式由于采用一般日勺原则以太网卡和以太网互换机，无

需额外配置适配器，因此硬件成本最低。缺陷是进行ISCSI

包文和TCP/IP包文转换要点主机端日勺一部分资源。不过在低

I/O和低带宽性能规定日勺应用环境中和完全满足数据访问规

定。

目前诸多最新版本日勺常用操作系统都提供免费日勺Initiator软

件，建立一种存储系统除了存储设备自身外，基本上不需要

投入更多日勺资金来，因此在三种系统连接方式中其建设成本

是最低日勺。

第二种：硬件TOE网卡+initiator软件方式。

第一种方式由于采用一般以太网卡和以太网互换机，无需额

外配置适配器，或专用日勺网络设备，因此硬件成本最低。但

由于进行ISCSI包文和TCP/IP包文日勺打包和解包所有需要主

机主处理器CPU来进行运算，数据传播率直接受到主机目前

运行状态和可用资源的影响和限制，因此一般无法提供高带

宽和高IOPS性能。

具有TOE(TCPOffloadEngine)功能日勺智能以太网卡可以将

网络数据流量B勺处理工作所有转到网卡上B勺集成硬件中进

行，把系统主处理器CPU从忙于协议处理日勺繁重的内核中断

服务中解脱出来，主机只承担TCP/IP控制信息日勺处理任务。

与第一种方式相比，采用TOE卡可以大幅度提高数据日勺传播

速率。TCP/IP协议栈功能由TOE卡完毕，而iSCSI层日勺功能

仍旧由主机来完毕。

由于TOE卡也采用TCP/IP协议，相称于一块高性能日勺以太

网卡，因此第二种方式也可以看做是第一种连接方式日勺特殊

状况。

第三种：iSCSIHBA卡连接方式。

在主机上安装专业的iSCSIHBA适配卡，从而实现主机与互

换机之间、主机与存储之间日勺高效数据互换。

与前两种方式相比，第三种连接方式中采用了iSCSIHBA卡,

因此数据传播性能最佳，价格也最高。

后两种方式都需要在主机上安装专门日勺硬件板卡，由于目前

TOE网卡和iSCSIHBA日勺市场价格都比较贵。假如网络中主

机数量比较多，那么网络总资金投入不见得会比FC-SAN存

储系统低诸多，网络日勺带宽和性能却相比FC-SAN存储系统

差了诸多。

有日勺读者也许会问，为何这三种方式中都没有采用iSCSI互

换机？

实际上，我们能在市场上看到日勺iSCSI互换机都不是真正意

义上互换机，所谓日勺iSCSI互换机应当称之为iSCSI协议转换

器、或者iSCSI桥接器。一部分端口用来连接主机日勺iSCSIHBA

卡，另一部分端口用来连接FC存储或SCSI存储，只能实现

存储设备与主机之间日勺FJiSCSI(或SCSI-iSCSI)协议连接,

不能实现iSCSI-iSCSI协议连接，其工作方式完全不一样于以

太网互换机或FC互换机那样，实现某一种协议内日勺互联互

通。

因此iSCSI互换机一般都用作iSCSI存储内日勺控制器，而不是

iSCSI存储与主机之间网络连接设备。

iSCSI存储使用模式：

IsDAS使用方式

ISCSI存储设备和SCSI存储和FC存储同样,可以直接通过连

接线缆与主机上的HBA连接，作为主机的DAS直接连接存

储来使用，如下图：

ISCSI存储设备日勺卷由服务器或NAS网关来管理和使用，其

他日勺工作站通过服务器和NAS网关来访问iSCSI存储上数

据。整个系统安装调试简朴以便，服务器和NAS网关很轻易

实现数据日勺网络化共享访问。但服务器和NAS网关直接影响

整体存储网络系统日勺性能，低配置日勺服务器和NAS网关及有

也许成为整个系统日勺性能瓶颈C

2、SAN使用方式

ISCSI和FC存储同样具有良好日勺网络扩展性，可通过网络互

换设备与多台主机连接。通过网络互换设备连接时，iSCSI

存储上日勺LUN对于主机来讲相称于裸设备，因而需要注意文

献系统日勺管理问题。

A、存储设备层共享

ISCSI设备上创立多种LUN,不一样日勺LUN制定给不一样日勺

主机。各主机分别管理和访问自己日勺WN。相称于将多种主

机日勺当地磁盘集中放置在一种网络化日勺设备中，各主机之间

仅实现硬件设备层时共享。如下图：

B、集群共享

系统中有多种数据库系统和WEB集群系统，每两台服务器

之间需要管理和使用相似日勺LUN,主机之间通过MSCS或RAC

等软件实现集群共享功能。如下图：

每一种卷仅在两台主机之间共享，两台主机通过集群软件共

同对同一种文献系统进行管理。

C、网络存储共享

在许多大型的高性能计算系统、广电非线性编辑制作系统、

IPTV公布系统中，应用需要多台主机能同步访问同一种文献

系统（同一种卷）中日勺数据，也许会是同一种数据。如下图：

为了保证同一种文献系统可以同步被多台主机访问，且不会

由于并发访问而引起文献系统管理冲突，常规日勺做法是在所

有需要文献系统共享日勺主机上安装SAN网络存储共享管理

软件，并设置一台或多台主机为管理软件日勺服务器端。该服

务器负责管理主机之间曰勺元数据互换，因此被成为MDC,即

MetadataController。

有关SAN网络存储共享管理软件的功能简介请参看SAN网

络存储共享管理软件全攻略。

iSCSI存储常见技术参数：

目前市场日勺iSCSI产品数量繁多，顾客在选择iSCSI产品日勺时

候往往被多种各样的参数和指标搞得