什么是ISCSI

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網(wǎng)絡(luò)存儲方式已經(jīng)成為存儲業(yè)界的共識，但網(wǎng)絡(luò)存儲的天平卻一直在SAN和NAS間搖擺。直到去年初，在IBM、Cisco等的推動下，基于IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)iSCSI浮出水面，這一局面才有所松動。而隨著其相關(guān)產(chǎn)品的逐步面市、正式標準的即將出臺（今年9月），iSCSI儼然成為今夏最新最熱的存儲技術(shù)。
    由來
    在存儲領(lǐng)域，SCSI的重要不言而喻，作為成熟的技術(shù)，它滿足了塊級數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨�。雖然現(xiàn)在SAN利用串行光纖通道取代了SCSI的并行傳送機制，但它仍然使用SCSI協(xié)議，保留了SCSI控制器API。
    相比之下，IP的技術(shù)特點決定了它在塊級數(shù)據(jù)傳輸上的劣勢。另外，IP不能保證數(shù)據(jù)包從信源傳送到目的，SCSI要求數(shù)據(jù)包不僅到達目的地，還要以準確的次序到達。作為一個折衷方案，人們自然地想到了用IP封裝塊級數(shù)據(jù)（iSCSI）或者是用IP把FC SAN連接起來（FCIP）。在后面我們還要再介紹一下FCIP。對于iSCSI來說，我們的做法是把SCSI包全部封裝在TCP數(shù)據(jù)包中（其結(jié)構(gòu)圖如下）。iSCSI由IBM下屬的兩大研發(fā)機構(gòu)—加利福尼亞Almaden和以色列Haifa研究中心共同開發(fā)的，是一個供硬件設(shè)備使用的可以在IP協(xié)議的上層運行的SCSI指令集。簡單的說，iSCSI可以實現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)上運行SCSI協(xié)議，使其能夠在諸如高速千兆以太網(wǎng)上進行路由選擇。
Ethernet Header        IP        TCP        iSCSI Encapsulation        SCSI Data
    SCSI數(shù)據(jù)有如第七層的“應(yīng)用數(shù)據(jù)”包，如果想通過IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送SCSI存儲數(shù)據(jù)包，就得想出某種方法滿足SCSI協(xié)議的“確�！卑l(fā)送要求。在這一問題上，路由器/交換機的QoS、優(yōu)先級控制起非常重要的作用。據(jù)Cisco公司承諾，其廣泛應(yīng)用的路由器/交換機已經(jīng)為IP SAN的部署作好了準備。
    最后，這一新技術(shù)的實現(xiàn)要涉及到許多重要部件，這些部件往往要求專門的芯片，或完成協(xié)議的轉(zhuǎn)換，或完成數(shù)據(jù)的卸載。具體產(chǎn)品包括支持iSCSI存儲接口的存儲設(shè)備、iSCSI路由器/交換機、服務(wù)器上的專門網(wǎng)卡或HBA。Cisco、IBM、Intel、Adaptec即是iSCSI小組成員，它們的產(chǎn)品也是組建IP SAN的關(guān)鍵部件。本期專題，我們也對他們進行了專訪。
    競爭
    面對IP傳輸塊級數(shù)據(jù)的需要，IETF委員會接受了基于IP存儲傳輸?shù)囊幌盗刑嶙h技術(shù)。iSCSI只是其中的一種。我們先來了解一下其他技術(shù)。
    FCIP FCIP被提議為通過現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)連接光纖通道SAN“孤島”的一種標準方法。FCIP還可用來克服光纖通道目前存在的距離限制因素，能夠跨越大于光纖通道支持的距離連接SAN孤島。
    iFCP 通過TCP/IP鏈路連接光纖通道設(shè)備的網(wǎng)關(guān)至網(wǎng)關(guān)協(xié)議。目的在于使現(xiàn)有的光纖通道陣列和主機總線適配器可以利用網(wǎng)關(guān)連接至IP網(wǎng)絡(luò)。iFCP用TCP管理擁塞控制、錯誤檢測和恢復(fù)。用于FCIP的同一封裝格式也可用于iFCP。
    mFCP 類似iFCP，因為現(xiàn)有的IP管道被用于連接存儲結(jié)構(gòu)內(nèi)的光纖通道設(shè)備。然而，mFCP使用UDP而不是TCP作為傳輸協(xié)議，并且負責IP管道層的連接可靠性和準確無誤的包排序。
    iSNS iSNS被提議作為面向目前所考慮的所有IP存儲協(xié)議的一項通用的發(fā)現(xiàn)、命名和資源管理服務(wù)。iSNS利用了客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。iSNS客戶機把自己的屬性信息傳送給服務(wù)器，并從服務(wù)器那里收到與結(jié)構(gòu)拓撲相關(guān)的事件的通知。iSNS服務(wù)器會對iSNS協(xié)議查詢/請求作出響應(yīng)，也是狀態(tài)改變的最后仲裁者。
    IP存儲實際上仍處于發(fā)展初期。這里提到的協(xié)議沒有一種被IETF認可為標準。然而，思科加入iSCSI領(lǐng)域的舉動影響深遠。
    這里順便給出一個iSCSI和FCIP的拓撲示意圖，希望有助大家理解。

    FCIP拓撲示意圖
    加速
    早有專家指出，iSCSI的技術(shù)實現(xiàn)關(guān)鍵是如何克服其處理量大的缺點。iSCSI協(xié)議數(shù)據(jù)卸載需要非常大的工作量。實驗中發(fā)現(xiàn)單純基于CPU處理iSCSI，CPU的使用率可達100%。解決這個問題的辦法就需要使用“TCP/IP卸載引擎”(TOE)，它能把部分或全部TCP/IP的處理量從服務(wù)器上卸下來。目前可以采取以下三種基本方案實現(xiàn)iSCSI連接。
    標準NIC　早期實施iSCSI的方案是采用標準的1G NIC，它把處理iSCSI協(xié)議的工作交給了主機CPU。這種方案能夠較快地進入市場，因為它只需集成標準部件。但這種簡單方案不可行，因為它需要大量的CPU資源。因此，雖然這種方案支持以太網(wǎng)的故障替換、負載均衡和鏈路聚合，但幾乎所有用戶都無法接受其低劣性能。
    完全卸載型iSCSI HBA　許多供應(yīng)商正在仿效光纖通道，建立iSCSI主機總線適配器（HBA）。這種新產(chǎn)品使用完全卸載方案來處理iSCSI和TCP/IP協(xié)議。
    完全卸載型適配器卸掉了主機CPU上的整個TCP/IP協(xié)議棧。因而，主機和網(wǎng)絡(luò)就不會把iSCSI適配器視為NIC控制器，而這種卡不是為處理廣義網(wǎng)絡(luò)任務(wù)而設(shè)計的。例如，進行故障轉(zhuǎn)換和鏈路聚合時無法支持標準以太網(wǎng)。
    對iSCSI HBA而言，處理TCP/IP和iSCSI協(xié)議的工作可以在配置標準以太網(wǎng)控制器或?qū)ｉT設(shè)計的專用集成電路（ASIC）的嵌入式處理器上進行。Intel近期宣布的PRO/1000 T IP存儲適配器所用的Intel 80200(XScale)處理器就配置了標準1G以太網(wǎng)控制器，以執(zhí)行TCP/IP和iSCSI處理任務(wù)。Intel聲稱能以37.5Mbps至87.5Mbps的速度通過iSCSI傳送數(shù)據(jù)，而CPU的使用率僅為3%至5%。
    Adaptec正試圖實施ASIC，以自己的存儲協(xié)議加速器（SPA）輔助Intel80200處理器：AIC-7211 ASIC用于ASA-7211 iSCSI適配器。與Intel的插卡一樣，Adaptec iSCSI HBA也用XScale處理器。
    數(shù)據(jù)通路卸載型IS-NIC　“集成存儲網(wǎng)卡”（IS-NIC）是指這樣一種適配器：可以用作網(wǎng)絡(luò)接口傳送以太網(wǎng)文件數(shù)據(jù)、用作存儲接口傳送iSCSI塊數(shù)據(jù)以及同時充當NIC和iSCSI設(shè)備。這種方案同時具有iSCSI HBA和標準NIC的優(yōu)點。
    IS-NIC不是把整個協(xié)議棧搬到適配器上，而是采用了名為數(shù)據(jù)通路卸載的一項技術(shù)：數(shù)據(jù)傳送在定制ASIC內(nèi)進行，而TCP連接和錯誤管理在主機軟件內(nèi)加以處理。雖然主機CPU很少被需要控制數(shù)據(jù)通路，但主機CPU在某些情形下（如錯誤管理）能夠控制數(shù)據(jù)通路，以便進行故障替換、負載均衡及鏈路聚合。
    與光纖通道或iSCSI HBA相比，數(shù)據(jù)通路卸載解決方案提供了毫不遜色的性能和效率。Alacritech最近聲稱，測試中IS-NIC成功實現(xiàn)了219.64Mbps的線速傳輸，而CPU使用率不到8%。這次測試采用Nishan IP存儲交換機進行，它能把iSCSI轉(zhuǎn)換成光纖通道，并把數(shù)據(jù)傳送到日立數(shù)據(jù)系統(tǒng)SAN設(shè)備。
    現(xiàn)在，單純從其相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)布勢頭看，業(yè)界已對iSCSI作出了良好反響。作為一種重要的存儲協(xié)議，iSCSI發(fā)展勢頭正猛。
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    Adaptec: iSCSI重在遠程
    Adaptec作為SCSI和RAID的主流廠商，在iSCSI研究方面也處于主導(dǎo)地位。Adaptec認為，在SAN的領(lǐng)域內(nèi)，iSCSI和FC同樣是不可缺少的兩個部分，許多人認為FC的實現(xiàn)受到成本投資的限制，而iSCSI只是FC真正實施前的過渡，這樣說并不完全正確。設(shè)想一家公司在北京和廣東都有分公司，而且兩地各有自己的基于光纖的存儲網(wǎng)絡(luò)，那么如何將兩個網(wǎng)絡(luò)連接起來，用光纖嗎？那么工程巨大，就是采取租用形式費用也相當高昂。我們知道，iSCSI是基于IP協(xié)議的，他能夠容納所有IP協(xié)議網(wǎng)中的部件，如果將FC轉(zhuǎn)換成IP協(xié)議下的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)就可以通過傳統(tǒng)IP協(xié)議網(wǎng)傳輸，解決了遠程傳輸?shù)膯栴}，而到達另一端的時候再將IP協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換給當?shù)氐幕�于FC的存儲網(wǎng)絡(luò)，這樣通過iSCSI使兩個光纖網(wǎng)絡(luò)能夠在低成本投入的前提下連接起來。
    那么我們看看iSCSI的傳輸效率如何呢？目前多數(shù)iSCSI的網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬為千兆即1Gbit，如果實現(xiàn)全雙工能夠達到2Gbit，第二代產(chǎn)品能夠達到2Gbit帶寬，而Adaptec已經(jīng)研發(fā)出來的第三代達到了10Gbit的帶寬�？梢钥吹綇臄�(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌�，采用iSCSI建設(shè)遠程異地容災(zāi)系統(tǒng)沒有任何問題。所以說iSCSI和FC應(yīng)該是互補的關(guān)系。
    Adaptec所提供的iSCSI設(shè)備應(yīng)該分為三大類，首先是基于芯片級別的。Adaptec的iSCSI芯片實際是一組芯片的集成，其中的每一個芯片都完成其固定的作用。因為要做到iSCSI與FC的轉(zhuǎn)換，或者從SCSI到IP網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換需要大量的計算能力，如果iSCSI卡中沒有提供大量的計算能力，就需要服務(wù)器或者客戶端來完成，這樣占用的資源巨大。所以內(nèi)嵌的各個芯片都承擔著不同的運算能力，分擔著CPU的負擔。Adaptec的SCSI芯片已經(jīng)提供給了IBM、HP和Cisco這樣的OEM廠商。Adaptec也做iSCSI卡，同時還有各種iSCSI的轉(zhuǎn)換卡產(chǎn)品。
    Cisco：單一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支持所有應(yīng)用
    Cisco對iSCSI的支持至關(guān)重要。iSCSI要想成為溝通FC存儲網(wǎng)和IP網(wǎng)的橋梁，必須依賴在傳統(tǒng)IP網(wǎng)中占據(jù)霸主地位的Cisco支持。但同時Cisco也希望借助iSCSI進入企業(yè)的存儲網(wǎng)絡(luò)。更長遠地，正如Cisco亞太區(qū)存儲網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品經(jīng)理陳英仕先生所說，希望“用一個單一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支持所有的應(yīng)用”。目前在FC SAN中占得優(yōu)勢的基礎(chǔ)設(shè)施廠商是美國博科通信公司。
    Cisco認為，每年15億GB的數(shù)據(jù)增長量使得用戶必須投入大量的資金在存儲方面。從功能上說，IP SAN與FC SAN其實都一樣實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的塊級傳輸，但以iSCSI為代表的IP SAN可顯著減低用戶的成本。對于iSCSI的傳輸質(zhì)量問題，Cisco借助IP廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)邊緣的基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)先級管理、QoS等手段來保證。
    陳先生還介紹到，最新的DWDM技術(shù)通過波長的變化能把光纖通道細分為32個10G通道，有利于實現(xiàn)用戶所有應(yīng)用高效地集中到一個單一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。DWDM轉(zhuǎn)換器可架設(shè)在廣域網(wǎng)兩端邊緣，組建環(huán)路網(wǎng)，實現(xiàn)帶寬的分頻共享。
    對于目前iSCSI叫好不叫座的情況，Cisco歸因于iSCSI標準化進程有些拖延了時間，另外，全球經(jīng)濟的增長緩慢也影響了其應(yīng)用。但Cisco對其未來很看好，并投入很大的力量研發(fā)相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品。
    在具體產(chǎn)品方面，去年10月，他們就推出了SN 5420存儲路由器。
    今年5月，Cisco公司又宣布推出了iSCSI/光纖通道存儲路由器——Cisco SN 5428。這一存儲路由器配置兩個千兆以太網(wǎng)端口、八個光纖通道端口和三個管理端口。由于支持IP網(wǎng)絡(luò)上的光纖通道、千兆以太網(wǎng)和iSCSI協(xié)議，中小企業(yè)可方便利用現(xiàn)有設(shè)施建立SAN。
    Intel：快速卸載iSCSI數(shù)據(jù)
    Intel認為，iSCSI協(xié)議關(guān)鍵在于如何解包，有兩種方式可以實現(xiàn)，一種是通過CPU，另一種方式是通過I/O處理器。Intel認為，采用專用的I/O處理器來實現(xiàn)是效率最高的，這樣可以解放主機的CPU來讓它實現(xiàn)更多的任務(wù)處理。
    iSCSI本身并不是一種完全嶄新的、獨立的連接方式，它是由已有的TCP/IP等技術(shù)派生出來的，而在這方面，Intel掌握了局域網(wǎng)連接方面的全部技術(shù)，可以很輕易地將原有的以太網(wǎng)存儲網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）延伸至iSCSI NIC，并且通過在NIC中部署TCP/IP和iSCSI功能，在NIC中加入智能，實現(xiàn)更高效率的數(shù)據(jù)傳輸。Intel把iSCSI研發(fā)作為六大存儲解決方案之一（其余五大解決方案是I/O芯片、存儲控制器、串行ATA技術(shù)、InfiniBand、3GIO）。
    Intel提出了iSCSI發(fā)展的三個階段。第一個階段是在2002年第一季度實現(xiàn)TTM（Time To Market），也就是要大范圍地推動廠商尤其是OEM合作伙伴對iSCSI的接受過程；第二個階段是在2003年第一季度之前，實現(xiàn)高性能和全功能的iSCSI /LAN解決方案，提供iSCSI卸載（offload）或TCP/IP卸載；第三階段，在2004年，通過技術(shù)研發(fā)不斷降低iSCSI成本，提高性能以推動量產(chǎn)，同時，通過硅技術(shù)允許嵌入式的解決方案，把iSCSI技術(shù)濃縮成一個晶片。
    今年2月份，Intel已發(fā)布了Intel PRO/1000T IP存儲適配器，能夠?qū)崿F(xiàn)iSCSI包卸載，并通過基于Intel Xscale微架構(gòu)的板上處理器獲得較低的CPU利用率。
    IBM：網(wǎng)絡(luò)存儲先鋒
    2001年年初，為滿足信息時代網(wǎng)絡(luò)存儲的需要， IBM提出了“IBM零距離存儲”的口號，提供了“全天候”存儲的完全解決方案。其中，iSCSI技術(shù)作為該戰(zhàn)略的核心技術(shù)之一，成為IBM存儲技術(shù)的“閃光點”。
    IBM iSCSI產(chǎn)品以中間市場為定位，一方面可以作為企業(yè)級光纖通道SAN的補充，可以實現(xiàn)不間斷增長集中存儲管理，并且可以和現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行良好的整合；另一方面，隨著網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的發(fā)展，其將會同NAS系統(tǒng)進行全面的整合，成為一個獨立的、與SAN系統(tǒng)并駕齊驅(qū)的發(fā)展領(lǐng)域。
    隨著新技術(shù)標準的制定，IBM iSCSI必將成為存儲領(lǐng)域內(nèi)的核心技術(shù)，其低廉、便捷、開放、安全 、標準的諸多優(yōu)異的品質(zhì)在“未來”必將得到充分的完善與發(fā)展，從而成為一個充滿生機與活力的發(fā)展方向，為廣大的用戶提供最為完善的網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)。
    在今年初，IBM就推出了采用iSCSI技術(shù)的TotalStorage IP Storage 200i，針對用戶是各種中型企業(yè)、部門以及偏遠分支機構(gòu)等。在眾多身價不菲的存儲產(chǎn)品中間，200i型IP存儲器不到2萬美元的價格給客戶提供了低成本的解決方案。它為數(shù)據(jù)庫的塊級I/O訪問進行了優(yōu)化，同時具有108 GB到1.74 TB之間的RAID存儲功能，支持瀏覽器遠程管理。