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1、IP SAN 技术白皮书前言 iSCSI 技术发展及未来展望企业存储技术发展日新月异，早期大型服务器的 DAS 技术（Direct Attached Storage，直接附加存储，又称直连存储），后来为了提高存储空间的利用及管理安装上的效率，因而有了 SAN（Storage Area Network，存储局域网络）技术的诞生，SAN 可说是 DAS 网络化发展趋势下的产物。早先的 SAN 采用的是光纤通道（FC，Fiber Channel）技术，所以在 iSCSI 出现以前，SAN 多半单指 FC 而言。一直到 iSCSI 问世，为了方便区别，业界才分别以 FC-SAN 及 iSCSI-SAN
2、 的称呼加以分辨。紧接着，为了能在多用户网络环境中，做好档案集中化分享管理的工作，采用全然不同于以往的文件协议（File Protocol）数据存取方式的 NAS（Network Attached Storage；网络附加存储）方案也应运而生。它的出现，为以太网络的成熟及重要，做了最佳脚注。日益发展及成熟的因特网，更进一步成为了 IP 存储方案成长壮大的最佳腹地及平台，现成的架构、协议、标准、基础设施及管理工具，莫不吸引着寻求最佳存储方案者的目光。此背景，加上 FC-SAN 高不可攀的成本及管理门坎的障碍，另一存储成员iSCSI（InternetSCSI）也来报到了。iSCSI 的出现，标志着
3、低价化 SAN 方案的问世。从 IP SAN 到 iSCSI SAN所谓 iSCSI 亦即通过 IP 网络，将 SCSI 区块数据转换成网络封包的一种传输标准，它和 NAS 一样通过 IP 网络来传输数据，但在数据存取方式上，则采用与 NAS 不同的，而与 FC-SAN 相同的 Block Protocol 协议。iSCSI 最早是由 IBM 和 Cisco 于 2001 年制定的。事实上，为了解决 FC-SAN 在价格及管理上的诸多门坎，各家早有不同协议的 IP SAN的研究开发。这些 IP SAN 的架构，其实与 iSCSI 大同小异，只不过并非走标准化的协议（事实上，在 iSCSI 标准
4、化之前，也没有什么标准不标准的问题），而是各家自行研发的协议，所以基本上各家 IP SAN 是不兼容的。iSCSI 技术背景介绍2003 年 2 月 11 日，IETF（Internet Engineering Task Force，互联网工程任务组）通过了 iSCSI（Internet SCSI）标准，这项由 IBM、Cisco 共同发起的技术标准，经过三年 20 个版本的不断完善，终于得到了 IETF 认可。这吸引了很多的厂商参与到相关产品的开发中来，也推动了更多的用户采用 iSCSI 的解决方案。作为早已被广泛传播的网络存储技术，很多读者都对这项技术耳熟能详。而 iSCSI 技术最重要的
5、贡献在于其对传统技术的继承和发展上：其一，SCSI（Small Computer Systems Interface，小型计算机系统接口）技术是被磁盘、磁带等设备广泛采用的存储标准，从 1986 年诞生起到现在仍然保持着良好的发展势头；其二，沿用 TCP/IP 协议，TCP/IP 在网络方面是最通用、最成熟的协议，且 IP 网络的基础建设非常完善。这两点为 iSCSI 的无限扩展提供了夯实的基础。iSCSI 协议定义了在 TCP/IP 网络发送、接收 block（数据块）级的存储数据的规则和方法。发送端将 SCSI 命令和数据封装到 TCP/IP 包中再通过网络转发，接收端收到TCP/IP 包
6、之后，将其还原为 SCSI 命令和数据并执行，完成之后将返回的 SCSI 命令和数据再封装到 TCP/IP 包中再传送回发送端。而整个过程在用户看来，使用远端的存储设备就象访问本地的 SCSI 设备一样简单。支持 iSCSI 技术的服务器和存储设备能够直接连接到现有的 IP 交换机和路由器上，因此 iSCSI 技术具有易于安装、成本低廉、不受地理限制、良好的互操作性、管理方便等优势。早在 2001 年上半年，IBM 就推出了 IP Storage 200i，是市场上公认的第一款基于 iSCSI 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 SAN 环境高成本的中小型用户来
7、说，具有巨大的吸引力；2001 年 10 月，Cisco 也推出了 SN5420 存储路由器，基于 IP 标准和 SAN（Storage Area Network，存储区域网络）标准，可以提供与现有 LAN（Local Area Network，局域网）、WAN（Wide Area Network，广域网）、光纤和 SAN 设备之间的互操作，率先建立了 IP 网络与 SAN 之间的桥梁。现在，有更多的厂商参与到 iSCSI 产品的开发中，如 Intel 已经推出了存储网卡 IP Storage iSCSI PRO/1000 T，将协议转化也就是封装、还原 TCP/IP 包的步骤转移到网卡上来执
8、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 iSCSI 产品的开发中，如 Adaptec、Qlogic 等等。 ISCSI 在 IP SAN 和 FC 领域的应用很多用户对 iSCSI 的技术和优势比较了解，但是如何将 iSCSI 技术应用到实际中来，大多数还不是很清楚，因此本白皮书将在下面的文章中着重阐述 iSCSI 技术的应用，希望能够促进读者对 iSCSI 的理解，并能够帮助用户在面对 IP 与 FC（Fibre Channel，光纤通道）的选择时，更多一份把握。在这里，我们先介绍一个概念，即 IP Storage（IP 存储）。在 iSCSI 技术不断完善的过
9、程中，这个概念也早已被推向市场。简单的说，IP 存储就是基于 IP 网络来实现数据块级存储的方式。由于 iSCSI 技术的固有优势，IP 存储更是让很多用户翘首以待，希望能够出现一种大而统的方式，真正将存储规范化。A 基于 iSCSI 技术的 IP SAN 应用：图一为比较简单的 IP SAN 结构图。例子中使用千兆以太网交换机搭建网络环境，由iSCSIinitiator 如文件服务器、iSCSI target 如磁盘阵列及磁带库组成。在这里引入两个概念：initiator 和 target。Initiator 即典型的主机系统，发出读、写数据请求；target 即磁盘阵列之类的存储资源，响应
10、客户端的请求。这两个概念也就是上文提到的发送端及接受端。图中使用 iSCSI HBA（Host Bus Adapter，主机总线适配卡）连接服务器和交换机，iSCSI HBA 包括网卡的功能，还需要支持 OSI 网络协议堆栈以实现协议转换的功能。在 IP SAN 中还可以将基于 iSCSI 技术的磁带库直接连接到交换机上，通过存储管理软件实现简单、快速的数据备份。由图一可以看出，基于 iSCSI 技术，利用现有的 IP 网络搭建 IP SAN 是极其简单的，且无须对管理人员进行深入培训即可掌握存储网络的管理。基于 1Gb 的 IP 网络搭建 IP SAN，单通道数据传输速率可以达到 160MB
11、/s 左右，因此 iSCSI 技术为用户提供了更高的性价比。B 基于 iSCSI 路由器整合 FC 和 IP 应用：如图二，为基于 iSCSI 路由器整合光纤通道网络和 IP 网络的结构图，将光纤通道存储网络和 iSCSI 网络整合，提供现有局域网（LAN）、广域网（WAN）、FC SAN 设备之间的互操作性，特点如下：通过 iSCSI、光纤两种方式都可以访问 IP 网络中通用的存储设备；通过 IP 网络访问 FC SAN 中的存储设备；改善存储资源的可管理性及可用性；这种简单的配置可以在保证成本的前提下，满足用户的高可用性及高性能需求。在服务器、存储端，都可以通过高可用集群的方式实现高可用性
12、，同时可以体现出光纤通道在处理关键数据时的高性能。在数据安全性方面，此类路由器如 CISCO 的 SN 542X 系列，提供在光纤通道交换机中普遍使用的逻辑单元号（LUN）映射功能，可以控制对特殊 LUN 的 target 的访问，因此，可以定位 target 中的重要数据，保证具有特殊权限的用户访问。如果用户对扩展性及高可用性有需要，存储路由器还可以通过堆叠的方式连接几台路由器，以满足用户要求。iSCSI 技术在 IP SAN 远程备份中的应用基于 iSCSI 技术实现 IP SAN，同时通过 IP 广域网络实现远程备份。由于传统光纤通道 SAN 的操作距离在 10-20km 之间，因此要实
13、现真正的远程备份、异地容灾还是具备一定的地理局限性。在这个例子中使用通用的 IP 网络合并、扩展 SAN，具备极高的性价比配置，可以实现远程备份、数据容灾和镜像等功能，同时还可以对远程存储进行实时操作并能够通过 IP 网络访问其他 IP 存储。此配置的特点为：IP SAN 通过 IP 广域网实现与远程存储设备的连接；iSCSI 服务器（initiators）和存储（targets）通过高性能 iSCSI HBA 连接到 IP 网络；IP 交换机互联 iSCSI 系统通过 IP 存储交换机互联光纤、iSCSI 设备，构建完全整合的高性能存储网络。相比于图三中的配置，此类 SAN 配置的整合度更高
14、。设备中使用光纤或 iSCSI HBA 连接到交换机，存储交换机通过堆叠的方式以连接更多的设备。通过 IP 广域网，SAN 能够访问远程数据中心中所有的服务器和存储设备，这就实现了远程备份及灾难恢复。此类 SAN 的典型特征如下：基于 IP 网络，IP 存储交换机堆叠构建 SAN 组织的核心；服务器和存储设备可以使用 iSCSI 或光纤，具有极高的可扩展性；可以使用现有的光纤存储设备，以保护用户的前期投资；基于 IP 网络，提供各种途径下的无缝整合，如果需要，可以转化成如图三中完全基于的 iSCSI 的 IP 存储网络；在这两个例子中，用户可能会关心到 QoS（Quality of Servi
15、ce，服务质量）甚至安全方面的问题，通过公用网络传输极其重要的数据资源可能会出现问题。这个问题也是客观存在的，iSCSI 协议中通过多种安全方式将这方面的隐患减到最低。第一，TCP/IP 网络连接本身提供的高级服务及安全特性可以直接应用到 iSCSI 事物处理过程中，就 QoS 来说，IP 网络提供了广泛的解决方案如事物处理优先级、DiffServ（服务区分） 、MPLS（Multi-ProtocolLabel Switching，多协议分类转换） 、RSVP（Resource Reservation Protocol，资源预约协议）等，就安全性而言，IP 协议提供 ACLs（Access C
16、ontrol Lists） 、VLANs（Virtual LANs） 、IPSec 及高级数据编码规则等方案。第二，iSCSI 协议本身也提供了 QoS 及安全特性，首先就是登录操作顺序，可以限制 initiator 仅向 target 列表中的目标发登录请求，再由 target 确认并返回响应，之后才允许通信；其次就是通过 IPSec 将数据包加密之后传输，包括数据完整性、确定性及机密性检测等。第三，也是极为特殊的方式，即用户可以使用专有的网络以保证与其他事物处理分开，通过物理方式将数据传输完全隔离于公用网络之外，且可以保证不会引起网络阻塞导致性能瓶颈。 iSCSI 技术的综合应用主要数据中心通过 IP 存储交换机将独立的 iSCSI 存储网络、光纤存储网络、NAS 设备和 IP 网络系统都整合到通用的 IP 网络平台中的大型应用，成为高度集成的IP 数据 SAN。IP 存储交换机可以使用冗余或堆叠方式，通过 IP 网络提供 iSCSI SAN 和FC SAN 的高可用性及高扩展性的互联。IP 存储交换机同时提供主要数据中心对 IP 广域网络中
