iSCSI十大解惑

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iscsi到底是什么？它是如何工作的？与FC相比，有哪些优势与局限性？这些大家关心的问题会一个一个地被解答。

1、iSCSI的概念

SCSI是一种广泛使用的连接硬盘和计算机的技术标准，iSCSI则是将该技术扩展到网络连接上。iSCSI是基于IP协议的技术标准，是一种允许网络在TCP/IP协议上传输SCSI命令的新协议，实现了SCSI和TCP/IP协议的连接，能够在诸如高速千兆以太网上进行路由选择，允许用户通过TCP/IP网络来构建存储区域网（SAN）。iSCSI标准把存储设备和服务器与互联网结合在了一起，而不是使用速度更快但是价格更昂贵、更复杂的光纤通道技术。它是由Cisco和IBM两家发起的，并且得到了IP存储技术拥护者的大力支持。

对于中小企业的存储网络而言，iSCSI技术的性价比要高于基于光纤的产品。而在iSCSI技术出现之前，构建存储区域网的唯一技术是利用光纤通道（FC），该标准制定于20世纪90年代初期，但是其架构需要高昂的建设成本，远非一般企业所能够承受。iSCSI技术的出现对于以局域网为网络环境的用户来说，只需要不多的投资，就可以方便、快捷地对信息和数据进行交互式传输和管理。相对于以往的网络接入存储，iSCSI的出现解决了开放性、容量、传输速度、兼容性、安全性等问题，其优越的性能使其自之日始便受到市场的关注与青睐。

2、iSCSI标准

建立符合行业标准的通过IP网络传输存储信息的需求和机会同时存在，但问题是如何建立这个标准并且使之成为行业的统一标准。

Bechtolsheim及其小组和IBM建立了合作伙伴关系，共同为新协议起草了一个标准，称为iSCSI，该标准允许在TCP/IP协议上传输SCSI命令。2000年2月，该小组将此草案作为互联网标准草案提交给互联网工程任务组（IETF）。同年3月，IETF会议对该草案进行了讨论，并决定成立一个IETF工作组，负责制订通过IP传输存储信息的技术。截至2000年8月，IETF小组的成员已增加到500人，代表着200家公司或组织，几乎包括了所有的存储器、网络部件及系统供应商。

目前，关于iSCSI的标准制订已经进入最后阶段。IETF日前宣布，它已完成了iSCSI协议的工作，现在将为它分配征求意见编号。这项规范规定了软件在内联网上传送SCSI包和在长距离上管理存储时，如何处理SCSI数据包以及如何在TCP/IP命令中封装它们。

3、iSCSI产品与标准的关系

iSCSI是由Cisco和IBM两家发起的，它们和其他供应商正在供应iSCSI的路由器和存储设备。去年IBM了IP Storage 200I型存储设备。

在传统IP网中占据霸主地位的Cisco先推出了SN 5420存储路由器，接着又宣布推出了iSCSI/光纤通道存储路由器――Cisco SN 5428。

另外，美国Adaptec和美国Emulex等开发了配备面向iSCSI的卸载引擎的以太网适配器。

英特尔面向iSCSI推出配备专用处理器的千兆位以太网用适配器“PRO/1000 T IP Storage Adapter”。

尽管iSCSI的相关产品已经上市，但iSCSI规范还没有得到IETF的批准，在规范批准之前，还要进行相关的修改，因此不可能保证上市产品完全遵从标准。然而，如果厂商正在开发的iSCSI卡能保证兼容，不管最后的规范如何，还是可以安全使用的。有理由相信，随着新技术标准的制定，iSCSI必将成为存储领域内的核心技术，其低廉、便捷、开放、安全、标准等众多优异品质在未来必将得到充分的完善与发展，从而成为一个充满生机与活力的发展方向，为广大的用户提供最为完善的网络存储服务。

4、iSCSI的工作流程

简单来说，iSCSI协议就是一个在网络上封包和解包的过程。在网络的一端，数据包被封装成包括TCP/IP头、iSCSI识别包和SCSI数据三部分内容，传输到网络另一端时，这三部分内容分别被顺序地解开。

iSCSI系统由一块SCSI卡发出一个SCSI命令，命令被封装到第四层的信息包中并发送。接收方从信息包中抽取SCSI命令并执行，然后把返回的SCSI命令和数据封装到IP信息包中，并将它们发回到发送方。系统抽取数据或命令，并把它们传回SCSI子系统。所有这一切动作都无需用户干预，而且对终端用户是完全透明的。

为了保证安全，iSCSI有自己的上网登录操作顺序。在它们首次运行的时候，启动器（initiator）设备将登录到目标设备中。任何一个目标设备接收到没有执行登录过程的启动器的iSCSI PDU（iSCSI Protocol Data Units，iSCSI协议数据单元）时，都将生成一个协议错误，发送回一个被驳回的iSCSI PDU，并且关闭连接。这种安全性是基本的，因为它只保护了通信的启动，却没有在每个信息包的基础上提供安全性。还有其他的安全方法，包括利用IPsec。在控制和数据两种信息包中，IPsec可以提供整体性，实施再次保护和确认证明，它也为各个信息包提供加密。

5、iSCSI与FC的比较

网络存储主要由三大部分组成：服务器（作为主机）、交换和存储设备（作为目标）。网络存储的交换方式有两种，一种是FC（光纤通道），另外一种就是iSCSI。

从数据传输的角度来看，光纤通道和iSCSI有很大的不同：光纤通道的传输采用其FCP(Fibre Channel Protocol)协议，而iSCSI采用Internet上现有的TCP协议。FCP协议最初是按照光纤通道网络的高级协议设计的，它紧密地与低级网络功能集成在一起。而iSCSI在开发时采用现有的由TCP所提供的受保护的传输机制。所以，由于采用不同的机制，iSCSI和光纤通道之间是不可能兼容的。

与光纤通道相比，iSCSI有其自身的诸多优势，主要表现在iSCSI更加经济，主要体现在以下几个方面：

（1）在一般的数据和SAN网络之间已存在的公用技术、以太网已大量的安装基础等都可使其价格降低。

（2）iSCSI可利用现有的、容易理解的TCP/IP基础设施来构筑SAN，随着QoS和安全方面的进步，在存储与现有的基础设施之间的共享表明，在硬件、培训、实施等几个方面都有机会实现可观的成本节约。

(3)随着千兆以太网的实现，用户将可得到传输速率为1Gbps的存储网络，而不需改变现有的基础设施。

FC的安装基础很少，理解其技术的人也不多，而且很昂贵。FC在同等速度下可提供稍好一些的性能，但是这一点并不能弥补其在实现时所需的高额费用和额外的培训费用所构成的高成本。近期，在以太网的速度超过FC以前，FC可以暂时保持其在SAN技术领域的优势地位，但这也仅限于在iSCSI成气候之前的一段时间内。

6、iSCSI会替代FC吗？

iSCSI在三到五年内不会取代FC。首先，TCP/IP网络虽说有许多值得称道的地方，但它在传输数据块时的致命问题至今在技术上还没有突破性进展。虽然FC在标准、远距离连接、成本等方面有待进一步改进和提高，但它在区域性SAN领域已经取得了显著成效，其产品和技术正逐步成熟。所以，就目前来看，如果用户需要大容量、高速块级数据存取，FC还是唯一的选择。但随着iSCSI的成熟，它将为FC分担存储市场。加之，Brocade、Intel、Cisco等各领域厂商的努力，也必将促进FC和iSCSI技术的融合，取长补短，共同发展。

7、iSCSI的优势

iSCSI技术具有如下优势：

（1）iSCSI的基础是传统的以太网和Internet，近20年来，网络技术的迅猛发展使传统网络无处不在，iSCSI有很好的基础，同时能大大减少总体拥有成本。

（2）随着技术的进步，IP网络的带宽发展相当迅速，1Gbps以太网早已大量占据市场，10Gbps以太网也已整装待发。而且，该协议有包括IBM、Cisco、Intel、Brocade、Adaptec等业界巨头的支持，同时，一批新型厂商也竞相参与，如Nishan System、SAN Valley、CNT、Pirus、3Ware等。

（3）在技术实施方面，iSCSI以稳健、有效的IP及以太网架构为骨干，应用方便性大大增加。另外，简单的管理和部署也是iSCSI让业界心动的一个原因，因为传统网络厂商已经培养了很多的专业网络人才，不需要投入培训，就可以轻松拥有专业的iSCSI人才。

（4）iSCSI是基于IP协议的技术标准，它实现了SCSI和TCP/IP协议的连接，对于以局域网为网络环境的用户，只需要不多的投资，就可以方便、快捷地对信息和数据进行交互式传输及管理。

（5）完全解决数据远程复制（Data Replication）及灾难恢复（Disaster Recovery）的难题。安全性方面，以往的FC-SAN及DAS大都是在管制的环境内，安全要求相对较低。iSCSI却将这种概念颠倒过来，把存储的数据在互联网内流通，令用户感到需要提升安全要求。所以，iSCSI已内建支持IPsec的机制，并且在芯片层面执行有关指令，确保安全性。

8、iSCSI的局限性

但是，在畅谈iSCSI前景的时候，也需要实事求是地分析目前的形势和发展方向。实际上，到目前为止，还没有iSCSI，还没有大面积商业化应用。而存储网络面临的诸多问题，iSCSI并非都能迎刃而解，如距离和带宽之间的矛盾。虽然，iSCSI满足了长距离连接的需求，方便了广域存储的连接，但是，IP的带宽仍然是其无法解决的问题。

虽然IP网络发展迅速，1Gbps的网络逐渐普及，但从广域网来说，带宽仍然相当昂贵。即便可以利用1Gbps的带宽进行iSCSI数据传输，速度仍不理想。而且，IP网络的效率和延迟都是存储数据传输的巨大障碍。

9、iSCSI技术的应用

当多数企业由于FC 的高成本而对SAN敬而远之时，iSCSI技术的出现，一下子拉近了企业与SAN之间的距离。目前，大多数中小企业都以TCP/IP协议为基础建立了网络环境。投入巨资利用FC建设SAN系统既不现实，也无必要。但在信息时代，信息的采集与处理是企业生存与发展的关键，面对海量数据，许多企业已感到力不从心。iSCSI的实现可以在IP网络上应用SCSI的功能，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。

除此之外，iSCSI技术主要用于解决远程存储问题，具体如下：

（1）实现异地间的数据交换

许多公司利用光纤交换技术实施了自己的本地存储区域网（SAN），但如果企业有异地存储要求，那么如何完成异地间的数据交换则成为一个问题。设想一下，一家公司在相隔很远的地方有分公司，而且两地各有自己的基于光纤的存储网络，那么，如何将两个网络连接起来？用光纤，工程巨大。采取租用形式，费用也相当高昂。我们知道，iSCSI是基于IP协议的，它能容纳所有IP协议网中的部件，如果将FC转换成IP协议下的数据，这些数据就可以通过传统IP协议网传输，解决了远程传输的问题，而到达另一端时再将IP协议的数据转换到当地的基于FC的存储网络，这样通过iSCSI使两个光纤网络能够在低成本投入的前提下连接起来，实现异地间的数据交换。

（2）实现异地间的数据备份及容灾

通过iSCSI，用户可以穿越标准的以太网线缆在任何地方创建实际的SAN网络，而不需要在服务器和存储设备之间配备专门的光纤通道传送数据。iSCSI让远程镜像和备份成为可能，因为没有了光纤通道的距离限制，使用标准的TCP/IP协议，数据可以在以太网上进行传输。而从数据传输的角度看，目前多数iSCSI的网络传输带宽为千兆级1Gb/s，如果实现全双工能够达到2Gb/s，第二代产品能够达到2Gb/s带宽，在未来第三代通用iSCSI标准中，带宽将达到10Gb/s，也就是说，采用iSCSI构建远程异地容灾系统已不存在任何问题。

10、iSCSI对存储市场的影响

目前，各存储设备厂商都纷纷推出iSCSI存储设备和各种操作系统的iSCSI启动器软件。随着千兆以太网的成熟以及万兆以太网络的开发，iSCSI必然凭借其性价比、通用性、无地理限制等优势更加凸现， iSCSI技术的应用将更加普遍，存储业界必然会发生一些变化。主要包括：

一是逐渐替换文件服务器方式的存储，如（NAS）。 随着iSCSI技术的完善，数据块级的存储应用将变得更为普遍，存储资源的通用性、数据共享能力都将大大增强，并且更易于管理。这样一来，以往使用NAS的地方，会更多地被替换为iSCSI块级存储设备。

二是备份镜像中大量使用iSCSI设备。因为iSCSI本身的无地理限制的特性以及完善的互联网，必将导致在数据备份镜像中大量使用iSCSI设备。

三是改变企业存储设施的布局。IP网本身所具有的特点，决定了企业在进行存储设备布局时，会把不同的iSCSI存储设备分散放置到不同的地方，而不是目前FC-SAN所使用的比较集中的布局方式。

四是IP-SAN和FC-SAN将逐渐融合。通过IP-SAN和FC-SAN路由器，把IP-SAN和FC-SAN融合起来，让IP-SAN和FC-SAN在各自完成不同功能的同时，又能够相互进行数据共享、备份镜像。