基于iscsi的ip網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)研究

1、1基于基于iSCSIiSCSI的IPIP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)研究網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)研究余以勝（廣東女子職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)系，廣東廣州511450）摘要：要：IP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)是存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)中的重要支撐技術(shù)之一。詳細(xì)論述了IP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、iSCSI協(xié)議機(jī)制、iSCSI存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)等內(nèi)容。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：IP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)；iSCSI協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)一、引言一、引言近年來(lái)，隨著Inter的廣泛應(yīng)用，企業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和復(fù)雜性迅速增加。對(duì)存儲(chǔ)系

2、統(tǒng)提出越來(lái)越高的要求，如海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)復(fù)制、遠(yuǎn)程備份和恢復(fù)等。按照與主機(jī)的耦合方式，存儲(chǔ)系統(tǒng)可以分為直接存儲(chǔ)DAS（directattachedstage）、網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)NAS（wkattachedstage）和存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)SAN（stageareawk）等3種，DAS是傳統(tǒng)的主機(jī)存儲(chǔ)模式，其系統(tǒng)可用性、可伸縮性和可擴(kuò)展性等都存在很多缺陷。NAS和SAN都是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，其中NAS是基于文件傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)。比較適合

3、用作網(wǎng)絡(luò)文件服務(wù)器。SAN是以數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傳送和存儲(chǔ)的，對(duì)高檔數(shù)據(jù)庫(kù)的支持能力強(qiáng)，比較適合用作網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的后端存儲(chǔ)器。目前，SAN主要采用光纖通道FC（fiberchannel）技術(shù)和IP技術(shù)來(lái)構(gòu)架。雖然FC技術(shù)仍占主導(dǎo)地位，但在產(chǎn)品價(jià)格和兼容性上存在一些問(wèn)題，使SAN應(yīng)用受到一定的限制?；贗P的SAN技術(shù)主要采用千兆位以太網(wǎng)和iSCSI（InterSCSI）技術(shù)來(lái)構(gòu)架，在產(chǎn)品價(jià)格和兼容性上具有一定的優(yōu)勢(shì)，有利于SAN技術(shù)的推廣應(yīng)用，代

4、表了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展方向。二、二、IP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)近幾年，在IP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)的研究上取得很大進(jìn)展，相繼提出了一些IP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，典型的有FCIP（fiberchanneloverIP）、iFCP（Interfiberchannelprotocol）和iSCSI（InterSCSI）等協(xié)議，它們可以分成兩大類(lèi)：FCIP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和SCSIIP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。（一）FCIP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)在FCIP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)

5、結(jié)構(gòu)中，本地SAN采用FC技術(shù)來(lái)構(gòu)架，本地SAN與遠(yuǎn)程SAN之間采用IP網(wǎng)絡(luò)連接。FC命令和數(shù)據(jù)被封裝在IP數(shù)據(jù)包中進(jìn)行傳輸，形成一個(gè)FC傳輸通道。其目的是利用已有的IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)SAN的遠(yuǎn)程傳輸，有利于降低通信系統(tǒng)費(fèi)用。而FC技術(shù)只能提供最長(zhǎng)10km的傳輸距離，并且需要附設(shè)專(zhuān)用的光纖，系統(tǒng)造價(jià)很高。FCIP和iFCP協(xié)議都是基于這種網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，只是在實(shí)現(xiàn)技術(shù)上有所不同。（二）SCSIIP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)在SCSIIP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

6、中，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備采用SCSI接口來(lái)驅(qū)動(dòng)磁盤(pán)，并通過(guò)3起方名字、目標(biāo)名字、連接標(biāo)識(shí)符以及最大連接數(shù)等。（二）數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)發(fā)起器方與目標(biāo)方完成了上述協(xié)商后，它們之間便建立起iSCSI會(huì)話。iSCSI會(huì)話分為兩個(gè)階段：登錄階段和工作階段。在登錄階段，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間要協(xié)商各種參數(shù)，并確認(rèn)啟動(dòng)器的訪問(wèn)權(quán)限。如果登錄成功，則進(jìn)入iSCSI會(huì)話的工作階段，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間可以利用這iSCSI會(huì)話進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果一個(gè)iSCSI會(huì)話建立了多個(gè)TCP連接

7、，每個(gè)命令響應(yīng)則對(duì)應(yīng)一個(gè)TCP連接，不同的數(shù)據(jù)傳輸可以使用一個(gè)會(huì)話的不同的TCP連接。iSCSI數(shù)據(jù)傳輸是一個(gè)基于TCPIP協(xié)議的封包和解包過(guò)程。在網(wǎng)絡(luò)的一端，SCSI數(shù)據(jù)被封裝上iSCSI頭、TCP頭和IP頭等協(xié)議頭，然后經(jīng)過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)的另一端，接收方順序?qū)?shù)據(jù)包解開(kāi)，得到SCSI數(shù)據(jù)，并執(zhí)行規(guī)定的任務(wù)。（三）斷開(kāi)連接如果發(fā)起方與目標(biāo)方完成了所有的通信任務(wù)后，則要關(guān)閉會(huì)話，斷開(kāi)連接。在這種情況下，發(fā)起方使用退出命令請(qǐng)求從一次會(huì)

8、話中斷開(kāi)一個(gè)連接，或關(guān)閉整個(gè)會(huì)話。當(dāng)目標(biāo)方收到這種命令請(qǐng)求后，必須終止所有未決的命令，并發(fā)送退出請(qǐng)求應(yīng)答，關(guān)閉TCP連接。為了確保在IP網(wǎng)絡(luò)上安全和可靠地傳輸數(shù)據(jù)，iSCSI協(xié)議規(guī)定了如下的協(xié)議機(jī)制：1.尋址與命名機(jī)制。每一個(gè)iSCSI節(jié)點(diǎn)都是獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，必須使用一個(gè)唯一的名字來(lái)標(biāo)識(shí)。iSCSI名字的最大長(zhǎng)度為255B，并按Inter節(jié)點(diǎn)的命名規(guī)則來(lái)組織，可由DNS系統(tǒng)處理，iSCSI名字提供了iSCSI設(shè)備物理位置的唯一標(biāo)識(shí)，可以

9、方便地進(jìn)行IP地址和TCP端口的綁定，同時(shí)可以處理設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。iSCSI協(xié)議還允許使用別名，以便于系統(tǒng)管理員更好地管理iSCSI設(shè)備。2.差錯(cuò)處理機(jī)制。在IP網(wǎng)絡(luò)，特別是在WAN中，數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)是難免的。iSCSI利用TCP協(xié)議的差錯(cuò)機(jī)制來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，同時(shí)iSCSI提供命令緩沖功能，在發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)時(shí)能夠及時(shí)恢復(fù)原來(lái)的數(shù)據(jù)。3.安全機(jī)制。在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，比如數(shù)據(jù)非法竊取或篡改、身份欺詐攻擊

10、等。iSCSI協(xié)議提供了身份認(rèn)證和登錄確認(rèn)功能，能夠防止在建立iSCSI會(huì)話時(shí)的身份攻擊。但iSCSI協(xié)議本身沒(méi)有提供數(shù)據(jù)機(jī)密性和完整性保護(hù)機(jī)制，而是建議采用IPSec協(xié)議來(lái)解決。四、四、iSCSI存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)在基于iSCSI的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)（SAN）對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能、安全性、可伸縮性以及可管理性等方面的要求比較高，這也是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。（一）網(wǎng)絡(luò)性能問(wèn)題與普通的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)相比，SAN對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的要求更高。影響S

11、AN性能的主要因素是網(wǎng)絡(luò)帶寬和節(jié)點(diǎn)吞吐能力。網(wǎng)絡(luò)帶寬主要和SAN的鏈路傳輸能力有關(guān)。對(duì)于基于IP的SAN，鏈路最好采用高速的交換式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如千兆位以太網(wǎng)一方面通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為數(shù)據(jù)傳輸提供足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬另一方面通過(guò)交換技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)延遲減少到最低程度。節(jié)點(diǎn)吞吐能力主要和SAN節(jié)點(diǎn)構(gòu)成方式有關(guān)。在每個(gè)SAN節(jié)點(diǎn)上，需要花費(fèi)大量的CPU時(shí)間去處理TCPIP和iSCSI協(xié)議任務(wù)，如數(shù)據(jù)緩沖區(qū)管理、流量與擁塞控制、計(jì)數(shù)器管理、數(shù)據(jù)包校驗(yàn)以及數(shù)據(jù)封裝