中小企业iSCSI网络存储的实现

一、引言

随着信息化社会的到来，信息的采集与处理成为决定企业生存与发展的关键，如何才能让企业在数据存储方面投入少量的资金而获得更大的存储空间?网络存储是较好的解决方案，目前最常见的网络存储方式是采用FC SAN(Fibre Channel Storage AreaNetworking)，这种存储技术硬件成本较高，需要专业人员进行管理，在大中型企业中应用广泛。而小型企业由于受规模的限制只能望而却步。对于大多数中小企业来说投入巨资利用FC建设SAN系统既不现实，也无必要。iSCSI技术的出现，一下子接近了中小企业与SAN之间的距离。iSCSI存储技术充分利用了现有IP网络的成熟性和普及性等优势，允许用户通过TCP，IP网络来构建存储区域网(SAN)，为众多中小企业对经济合理和便于管理的存储设备提供了直接访问的能力。它的出现使中小型企业也可以组建自己的数据存储系统，在投入少量资金的情况下获得更大的存储空间。

        二、iSCSI存储技术

2.1 iSCSI技术

        iSCSI技术由IBM公司研究开发，是基于IP协议的技术标准，实现了SCSI和TCP/IP协议的连接.对于以局域网为网络环境的中小企业用户，只需少量的投资，就可以方便，快捷地对信息和数据进行交互式传输和管理。iSCSI技术的核心是在TCP，IP网络上传输SCSI协议，是指用TCP/IP报文和iSCSI报文封装SCSI报文，使得SCSI命令和数据可以在普通以太网络上进行传输。iSCSI技术将现有SCSI接口与以太网络(Ethernet)技术结合，使服务器可与使用IP网络的储存装置互换资料。此技术不但价格较业界技术标准Fibre Channel来的低廉，而且系统管理人员可以用相同的设备来管理所有的网络，并不需要增加额外设备。

        2.2 iSCSI技术优势

        存储区域网SAN需要高昂的建设成本，一般企业难于承受。NAS(Network Attaehed Storage网络接入存储)技术虽然成本低廉，但是受带宽消耗的限制，无法完成大容量存储的应用，而且系统开放性差。iSCSI技术在以上两者之间架设了一道桥梁。虽然iSCSI基于IP协议，却拥有SAN大容量集中开放式存储的品质。这一技术对于一边要面对信息爆炸，另一边却身处“数据孤岛”的众多中小企业无疑具有巨大的吸引力。iSCSI技术具有以下几个明显的技术优势。
 
        1) 成本投入小。iSCSl可以往现有的TCP，IP网络下直接安装，并不需要更改企业的网络体系，iSCSI所使用的适配卡、交换机和缆线等硬件产品价格比FC SAN所选用的产品价格要低，这样可节约大量资金投入。

        2) 管理方便，维护成本低。FC SAN需要专埔软件进行管理，管理人员需要专业培训，培训费用较高；iSCSI利用现有网络就可以管理，设置简单，管理人员无需专门培训，更能节约成本。iSCSI的数据传输速度随以太网的速度而变化，10Gbps以太网即将进入市场将促进iSCSI的数据传输速度不断加快。
 
        3) 组建方式灵活，可扩展性高。由于iSCSI存储系统直接借助现有网络系统进行组建，无需改变网络体系，对于需要增加存储空间的中小企业用户来说，只需将存储设备连接到交换机就可满足要求，因此，iSCSI存储系统的可扩展性高。

        2.3 iSCSI存储设备的系统架构

        市场不同型号的iSCSI存储没备，从系统架构七可以分为以下4种。

        1) 控制器系统架构

        控制器架构iSCSI存储设备核心处理单元采用高性能的处理芯片，每个芯片功能单一，处理效率较高。操作系统是嵌入式设计，具有体积小、高稳定件，强实时性、固化代码以及操作方便简单等特点。设备内部采用无线缆的背板结构，所有部件与背板之间通过标准或非标准的捅槽连接在一起，不同于普通PC中多种不同型号和规格的线缆链接，完全消除厂链接上的单点故障。因此。控制器架构的iSCSI存储设备具有较高的安全性和和稳定性。一般用于对稳定性和高可用性具有较高要求的在线存储系统，比如：中小型数据库系统、大型数据库备份系统、远程容灾系统、电力或非线性编辑制作等。控制器架构的iSCSI设备采用硬件较多，销售价格较高。

        2) iSCSI连接桥系统架构

        整个iSCSI存储分为两个部分.一个部分是前端协议转换设备；另一部分是后端存储，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SATA接口或SAS接口，可连接SATA磁盘阵列和SAS存储设备。后端存储一般采用SATA磁盘阵列和SAS存储设备，将SATA磁盘阵列和SAS存储设备的主机接口直接连接到iSCSI桥的磁盘接口上。不过随着iSCSI技术的逐渐成熟，市场上连接桥架构的iSCSI设备越来越少。

        3) PC系统架构

        PC架构就是选择性能优良的、可支持多块磁盘的PC服务器或下控服务器，并安装相对成熟稳定的iSCSI target软件，使普通PC服务器转变成一台iSCSI存储设备，并通过PC服务器的以太网卡对外提供iSCSI数据传输协议。基于PC架构的iSCSI存储设备对PC服务器的CPU和内存的性能要求较高，iSCSI存储设备的性能极易受PC服务器运行状态的影响。由于PC架构的iSCSI存储设备的研发、生产、安装使用相对简单，软、硬件成本较低，因此，市场里常见的PC架构的iSCSI设备的价格都较低，在一些对性能要求较低的系统中具有较大的价格优势。

        4) PC+NIC系统架构

        PC+NIC系统架构是在PC服务器中安装高性能的TOE智能NIC卡，将占用CPU资源较大的iSCSI运算、TCP/IP运算等数据传输操作交由智能卡的硬件芯片来完成，简化网络两端的内存数据交换程序，从而加速数据传输效率，降低PC的CPU占用，提高存储的性能。PC+NIC系统架构是较PC+iSCSI target软件高效的iSCSI方案。

        三、中小企业iSCSI网络存储系统的实现

iSCSI设备的主机接口一般默认都是IP接口，可以直接与以太网络交换机和iSCSI交换机连接，形成一个存储区域网络。对于普通中小企业而言为了节约成本，可以采用以下三种连接方式之一构筑iSCSI网络存储系统。

        1) 以太网卡+Initiator软件方式

        服务器、工作站等主机使用标准的以太网卡通过网线直接与以太网交换机连接，iSCSI存储设备通过网线连接到以太网交换机或直接连接到主机的以太网卡上。在主机上安装Initiator软件。通过Initiator软件可将以太网卡虚拟为iSCSI卡，接收和发送iSCSI数据报文，从而实现主机和iSCSI设备之间的iSCSI协议和TCP/IP协议传输功能。目前新版操作系统都提供免费的Initiator软件，建立最一个存储系统除了存储设备本身外，基本上不需要投入过多的资金，无需额外配置适配器，在低I/O和低带宽性能要求的应用环境中可完全满足数据访问要求，其建设成本是最低的。

        2) TOE网卡+Initiator软件方式

        以太网卡+Initiator软件方式由于进行iSCSI报文和TCP/IP报文的打包和解包全部需要主机CPU来进行运算，数据传输率直接受到主机当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性能。具有TOE(TCP Offload Engine)功能的智能以太网卡可以将网络数据流量的处理工作全部交由网卡上的芯片进行，把主机CPU从忙于协议处理的繁重的内核中断服务中解脱出来，主机只承担TCP/IP控制信息的处理任务。采用TOE卡可以大幅度提高数据的传输速率。TCP/IP协议栈功能由TOE常完成，而iSCSI层的功能仍旧由主机来完成。由于TOE卡也采用TCP/IP协议，相当于一块高性能的以太网卡，所以TOE网卡+Initiator软件方式也可以看做是以太网卡+Initiator软件方式的特殊情况。

        3) iSCSI HBA卡+iSCSI交换机方式

        在主机上安装专业的iSCSI HBA适配卡，从而实现主机与交换机之间、主机与存储设备之间的高效数据交换。数据传输性能最好，价格也最高。我们在市场上看到的iSCSI交换机应该称之为iSCSI协议转换器、或者iSCSI桥接器。iSCSI交换机一般都用作iSCSI存储内的控制器。而不是iSCSI存储与主机之间网络连接设备。

        四、结束语

iSCSI存储技术是一种基于网络的数据存储技术，它具有硬件成本低廉、操作简单、扩充性强、传输速度快等特点。本文提出的基于iSCSI技术的存储系统的实现能借助中小企业现有的网络环境，在不额外增加大量硬件成本和人员专业培训的基础上较好的解决了中小企业对采集和处理数据的要求。该实现方法节约成本、保护投资、较容易实现，有一定应用价值。

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