中小企業(yè)ｉＳＣＳＩ網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)

摘要：現(xiàn)代企業(yè)都普遍建立了自己的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，面對(duì)大量數(shù)據(jù)的采集和處理有許多網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)方法。受企業(yè)規(guī)模和成本效益的限制，許多中小企業(yè)選擇網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的空間并不大。該文將圍繞iSCSI技術(shù)的特點(diǎn)和系統(tǒng)架構(gòu)，提出了面對(duì)中小企業(yè)的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方法。

關(guān)鍵詞：中小企業(yè)；iSCSI；網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044(2009)05-1114-02

The Realization of Network Storage Systems in the SMEs Based on the iSCSI Technology

TAN Zhuo-qun，WANG Chang-gang

(Shanxi BCTV Network Intemediary co.， Ltd Xianyang Branch， Xianyang 712000，China)

Abstract: Modern enterprises generally set up their own network systems and have many network storage methods in the face of large amounts of data acquisition and processing. Restricted by firm size and cost-effectiveness， the room that many SMEs choose the network storage is not large. The methods to achieve data storage for the SMEs are put forward according to the characteristics of iSCSI technology and system structure in this article.

Key words: SMEs;iSCSI;network storage

1 引言

隨著信息化社會(huì)的到來(lái)，信息的采集與處理成為決定企業(yè)生存與發(fā)展的關(guān)鍵，如何才能讓企業(yè)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面投入少量的資金而獲得更大的存儲(chǔ)空間？網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)是較好的解決方案，目前最常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方式是采用FC SAN（Fibre Channel Storage Area Networking），這種存儲(chǔ)技術(shù)硬件成本較高，需要專業(yè)人員進(jìn)行管理，在大中型企業(yè)中應(yīng)用廣泛，而小型企業(yè)由于受規(guī)模的限制只能望而卻步。對(duì)于大多數(shù)中小企業(yè)來(lái)說(shuō)投入巨資利用FC建設(shè)SAN系統(tǒng)既不現(xiàn)實(shí)，也無(wú)必要。iSCSI技術(shù)的出現(xiàn)，一下子拉近了中小企業(yè)與SAN之間的距離。iSCSI存儲(chǔ)技術(shù)充分利用了現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)的成熟性和普及性等優(yōu)勢(shì)，允許用戶通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)建存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)（SAN），為眾多中小企業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)合理和便于管理的存儲(chǔ)設(shè)備提供了直接訪問(wèn)的能力。它的出現(xiàn)使中小型企業(yè)也可以組建自己的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，在投入少量資金的情況下獲得更大的存儲(chǔ)空間。

2 iSCSI存儲(chǔ)技術(shù)

2.1 iSCSI技術(shù)

iSCSI技術(shù)由IBM公司研究開發(fā)，是基于IP協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了SCSI和TCP／IP協(xié)議的連接，對(duì)于以局域網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的中小企業(yè)用戶，只需少量的投資，就可以方便、快捷地對(duì)信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行交互式傳輸和管理。iSCSI技術(shù)的核心是在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸SCSI協(xié)議，是指用TCP/IP報(bào)文和iSCSI報(bào)文封裝SCSI報(bào)文，使得SCSI命令和數(shù)據(jù)可以在普通以太網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸(如圖1所示)。iSCSI技術(shù)將現(xiàn)有SCSI接口與以太網(wǎng)絡(luò)(Ethernet)技術(shù)結(jié)合，使服務(wù)器可與使用IP網(wǎng)絡(luò)的儲(chǔ)存裝置互換資料。此技術(shù)不但價(jià)格較業(yè)界技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)Fibre Channel來(lái)的低廉，而且系統(tǒng)管理人員可以用相同的設(shè)備來(lái)管理所有的網(wǎng)絡(luò)，并不需要增加額外設(shè)備。

2.2 iSCSI技術(shù)優(yōu)勢(shì)

存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)SAN需要高昂的建設(shè)成本，一般企業(yè)難于承受。NAS(Network Attached Storage網(wǎng)絡(luò)接入存儲(chǔ))技術(shù)雖然成本低廉，但是受帶寬消耗的限制，無(wú)法完成大容量存儲(chǔ)的應(yīng)用，而且系統(tǒng)開放性差。iSCSI技術(shù)在以上兩者之間架設(shè)了一道橋梁。雖然iSCSI基于IP協(xié)議，卻擁有SAN大容量集中開放式存儲(chǔ)的品質(zhì)。這一技術(shù)對(duì)于一邊要面對(duì)信息爆炸，另一邊卻身處“數(shù)據(jù)孤島”的眾多中小企業(yè)無(wú)疑具有巨大的吸引力。iSCSI技術(shù)具有以下幾個(gè)明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1) 成本投入小。iSCSI可以在現(xiàn)有的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上直接安裝，并不需要更改企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)體系，iSCSI所使用的適配卡、交換機(jī)和纜線等硬件產(chǎn)品價(jià)格比FC SAN所選用的產(chǎn)品價(jià)格要低，這樣可節(jié)約大量資金投入。

2) 管理方便，維護(hù)成本低。FC SAN需要專用軟件進(jìn)行管理，管理人員需要專業(yè)培訓(xùn)，培訓(xùn)費(fèi)用較高；iSCSI利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)就可以管理，設(shè)置簡(jiǎn)單，管理人員無(wú)需專門培訓(xùn)，更能節(jié)約成本。iSCSI的數(shù)據(jù)傳輸速度隨以太網(wǎng)的速度而變化，10Gbps以太網(wǎng)即將進(jìn)入市場(chǎng)將促進(jìn)iSCSI的數(shù)據(jù)傳輸速度不斷加快。

3) 組建方式靈活，可擴(kuò)展性高。由于iSCSI存儲(chǔ)系統(tǒng)直接借助現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行組建，無(wú)需改變網(wǎng)絡(luò)體系，對(duì)于需要增加存儲(chǔ)空間的中小企業(yè)用戶來(lái)說(shuō)，只需將存儲(chǔ)設(shè)備連接到交換機(jī)就可滿足要求，因此，iSCSI存儲(chǔ)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性高。

2.3 iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備的系統(tǒng)架構(gòu)

市場(chǎng)不同型號(hào)的iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備，從系統(tǒng)架構(gòu)上可以分為以下4種。

1) 控制器系統(tǒng)架構(gòu)

控制器架構(gòu)iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備核心處理單元采用高性能的處理芯片，每個(gè)芯片功能單一，處理效率較高。操作系統(tǒng)是嵌入式設(shè)計(jì)，具有體積小、高穩(wěn)定性、強(qiáng)實(shí)時(shí)性、固化代碼以及操作方便簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。設(shè)備內(nèi)部采用無(wú)線纜的背板結(jié)構(gòu)，所有部件與背板之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的插槽連接在一起，不同于普通PC中多種不同型號(hào)和規(guī)格的線纜鏈接，完全消除了鏈接上的單點(diǎn)故障。因此，控制器架構(gòu)的iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備具有較高的安全性和和穩(wěn)定性。一般用于對(duì)穩(wěn)定性和高可用性具有較高要求的在線存儲(chǔ)系統(tǒng)，比如：中小型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)備份系統(tǒng)、遠(yuǎn)程容災(zāi)系統(tǒng)、電力或非線性編輯制作等?？刂破骷軜?gòu)的iSCSI設(shè)備采用硬件較多，銷售價(jià)格較高。

2) iSCSI連接橋系統(tǒng)架構(gòu)

整個(gè)iSCSI存儲(chǔ)分為兩個(gè)部分，一個(gè)部分是前端協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備；另一部分是后端存儲(chǔ)。前端協(xié)議轉(zhuǎn)換部分一般為硬件設(shè)備，主機(jī)接口為千兆以太網(wǎng)接口，磁盤接口一般為SCSI接口或FC接口，可連接SCSI磁盤陣列和FC存儲(chǔ)設(shè)備。后端存儲(chǔ)一般采用SCSI磁盤陣列和FC存儲(chǔ)設(shè)備，將SCSI磁盤陣列和FC存儲(chǔ)設(shè)備的主機(jī)接口直接連接到iSCSI橋的磁盤接口上。不過(guò)隨著iSCSI技術(shù)的逐漸成熟，市場(chǎng)上連接橋架構(gòu)的iSCSI設(shè)備越來(lái)越少。

3) PC系統(tǒng)架構(gòu)

PC架構(gòu)就是選擇性能優(yōu)良的、可支持多塊磁盤的PC服務(wù)器或工控服務(wù)器，并安裝相對(duì)成熟穩(wěn)定的iSCSI target軟件，使普通PC服務(wù)器轉(zhuǎn)變成一臺(tái)iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備，并通過(guò)PC服務(wù)器的以太網(wǎng)卡對(duì)外提供iSCSI數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議?；赑C架構(gòu)的iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)PC服務(wù)器的CPU和內(nèi)存的性能要求較高，iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備的性能極易受PC服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)的影響。由于PC架構(gòu)的iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)、安裝使用相對(duì)簡(jiǎn)單，軟、硬件成本較低，因此，市場(chǎng)上常見(jiàn)的PC架構(gòu)的iSCSI設(shè)備的價(jià)格都較低，在一些對(duì)性能要求較低的系統(tǒng)中具有較大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

4) PC+NIC系統(tǒng)架構(gòu)

PC+NIC系統(tǒng)架構(gòu)是在PC服務(wù)器中安裝高性能的TOE智能NIC卡，將占用CPU資源較大的iSCSI運(yùn)算、TCP/IP運(yùn)算等數(shù)據(jù)傳輸操作交由智能卡的硬件芯片來(lái)完成，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)兩端的內(nèi)存數(shù)據(jù)交換程序，從而加速數(shù)據(jù)傳輸效率，降低PC的CPU占用，提高存儲(chǔ)的性能。PC+NIC系統(tǒng)架構(gòu)是較PC+iSCSI target高效的iSCSI方案。

3 中小企業(yè)iSCSI網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

iSCSI設(shè)備的主機(jī)接口一般默認(rèn)都是IP接口，可以直接與以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和iSCSI交換機(jī)連接，形成一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于普通中小企業(yè)而言為了節(jié)約成本，可以采用以下三種連接方式之一構(gòu)筑iSCSI網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)。

1) 以太網(wǎng)卡+Initiator軟件方式

服務(wù)器、工作站等主機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)卡，通過(guò)網(wǎng)線直接與以太網(wǎng)交換機(jī)連接，iSCSI存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)網(wǎng)線連接到以太網(wǎng)交換機(jī)或直接連接到主機(jī)的以太網(wǎng)卡上。在主機(jī)上安裝Initiator軟件。通過(guò)Initiator軟件可將以太網(wǎng)卡虛擬為iSCSI卡，接收和發(fā)送iSCSI數(shù)據(jù)報(bào)文，從而實(shí)現(xiàn)主機(jī)和iSCSI設(shè)備之間的iSCSI協(xié)議和TCP/IP協(xié)議傳輸功能。目前新版操作系統(tǒng)都提供免費(fèi)的Initiator軟件，建立一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)除了存儲(chǔ)設(shè)備本身外，基本上不需要投入過(guò)多的資金，無(wú)需額外配置適配器，在低I/O和低帶寬性能要求的應(yīng)用環(huán)境中可完全滿足數(shù)據(jù)訪問(wèn)要求，其建設(shè)成本是最低的。

2) TOE網(wǎng)卡+Initiator軟件方式

以太網(wǎng)卡+Initiator軟件方式由于進(jìn)行iSCSI報(bào)文和TCP/IP報(bào)文的打包和解包全部需要主機(jī)CPU來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳輸率直接受到主機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)和可用資源的影響和限制，因此一般無(wú)法提供高帶寬和高性能。具有TOE（TCP Offload Engine）功能的智能以太網(wǎng)卡可以將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的處理工作全部交由網(wǎng)卡上的芯片進(jìn)行，把主機(jī)CPU從忙于協(xié)議處理的繁重的內(nèi)核中斷服務(wù)中解脫出來(lái)，主機(jī)只承擔(dān)TCP/IP控制信息的處理任務(wù)。采用TOE卡可以大幅度提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。TCP/IP協(xié)議棧功能由TOE卡完成，而iSCSI層的功能仍舊由主機(jī)來(lái)完成。由于TOE卡也采用TCP/IP協(xié)議，相當(dāng)于一塊高性能的以太網(wǎng)卡，所以TOE網(wǎng)卡+Initiator軟件方式也可以看做是以太網(wǎng)卡+Initiator軟件方式的特殊情況。

3) iSCSI HBA卡+iSCSI交換機(jī)方式

在主機(jī)上安裝專業(yè)的iSCSI HBA適配卡，從而實(shí)現(xiàn)主機(jī)與交換機(jī)之間、主機(jī)與存儲(chǔ)設(shè)備之間的高效數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)傳輸性能最好，價(jià)格也最高。我們?cè)谑袌?chǎng)上看到的iSCSI交換機(jī)應(yīng)該稱之為iSCSI協(xié)議轉(zhuǎn)換器、或者iSCSI橋接器。iSCSI交換機(jī)一般都用作iSCSI存儲(chǔ)內(nèi)的控制器，而不是iSCSI存儲(chǔ)與主機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。

4 結(jié)束語(yǔ)

iSCSI存儲(chǔ)技術(shù)是一種基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，它具有硬件成本低廉，操作簡(jiǎn)單，擴(kuò)充性強(qiáng)，傳輸速度快等特點(diǎn)。本文提出的基于iSCSI技術(shù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)能借助中小企業(yè)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在不額外增加大量硬件成本和人員專業(yè)培訓(xùn)的基礎(chǔ)上較好的解決了中小企業(yè)對(duì)采集和處理數(shù)據(jù)的要求。該實(shí)現(xiàn)方法節(jié)約成本、保護(hù)投資、較容易實(shí)現(xiàn)，有一定應(yīng)用價(jià)值。

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