iscsi的工作原理与优化（2）

2.1 iSCSI协议模型，iscsi【会话层协议，即应用协议】

iSCSI使用TCP/IP协议在不稳定网络上进行可靠的数据传输。iSCSI层和标准SCSI集在协议栈中的位置如图1所示。iSCSI层包括了已封装的SCSI命令、数据和状态。就是说若Initiator端的操作系统或应用程序需要进行数据写操作，SCSI的CDB(Command Description Block命令描述块)必须被封装以便能够在串行千兆位链接上传输到Target端。iSCSI属于端到端的会话层协议，它定义的是SCSI到TCP/IP的映射，即Initiator将SCSI指令和数据封装成iSCSI协议数据单元，向下提交给TCP层，最后封装成IP数据包在IP网络上传输，到达Target后通过解封装还原成SCSI指令和数据，再由存储控制器发送到指定的驱动器，从而实现SCSI命令和数据在IP网络上的透明传输。它整合了现有的存储协议SCSI和网络协议TCP/IP，实现了存储与TCP/IP网络的无缝融合。

iscsi的网络应用类型：

SAN网络：Storage Area Network 存储区域网络，多采用高速光纤通道，对速率、冗余性要求高。使用iscsi存储协议，块级传输。

NAS网络：Network Attachment Storage，网络附件存储，采用普通以太网，对速率、冗余无特别要求，使用NFS、CIFS共享协议，文件级传输。

SAN和NAS的区别：1.SAN一般特指存储网络的构建方式，NAS一般特指产品。

2.SAN有单独的存储网络，NAS使用现有网络

家庭网络存储设备：FREENAS，用的是FREEBSD系统

iscsi的优点能快速提高网络环境，能节约企业30-40%的成本主要包括；

硬件成本低：构建iSCSI存储网络，除了存储设备外，交换机、线缆、接口卡都是标准的以太网配件，价格相对来说比较低廉。

同时，iSCSI还可以在现有的网络上直接安装，并不需要更改企业的网络体系，这样可以最大程度地节约投入。

操作简单，维护方便：对iSCSI存储网络的管理，实际上就是对以太网设备的管理，只需花费少量的资金去培训iSCSI存储网络管理员。

当iSCSI存储网络出现故障时，问题定位及解决也会因为以太网的普及而变得容易。

扩充性强：对于已经构建的iSCSI存储网络来说，增加iSCSI存储设备和服务器都将变得简单且无需改变网络的体系结构。

带宽和性能：iSCSI存储网络的访问带宽依赖以太网带宽。随着千兆以太网的普及和万兆以太网的应用，iSCSI存储网络会达到甚至超过FC

（FiberChannel，光纤通道）存储网络的带宽和性能。

突破距离限制：iSCSI存储网络使用的是以太网，因而在服务器和存储设备的空间布局上的限制就会少了很多，甚至可以跨越地区和国家。

iSCSI 在安全方面相关设定,iSCSI 在安全管理方面有着不错优势,可以使用"主机"和"使用者"来完成允许或拒绝存取的设定。
安装完会默认生成底下列出例子为“只允许 172.16.7.120 这台 Initiator”并“拒绝全部”设定
iscsi的安全配置

/etc/initiators.allow 内容，最后一行允许 172.16.7.120（其他三行被＃注解）

# Some exmaples
#iqn.-.com.example:storage.disk1.sys1.xyz 192.168.22.2, 192.168.3.8
#iqn.-.com.example:storage.disk1.sys4.xyz [3ffe:::::43ff:fe31:5ae2], [3ffe:::::]/
iqn.-.com.example:storage.disk2.sys1.xyz 172.16.7.120

/etc/initiators.deny 内容，最后一行拒绝全部（其他四行被＃注解）

# Some exmaples
#iqn.-.com.example:storage.disk1.sys1.xyz ALL
#iqn.-.com.example:storage.disk1.sys2.xyz 192.168.12.2, 192.168.3.0/, 192.167.1.16/
#iqn.-.com.example:storage.disk1.sys4.xyz [3ffe:::::43ff:fe31:5ae2], [3ffe:::::]/
iqn.-.com.example:storage.disk2.sys1.xyz ALL

注意到 iqn 需与 /etc/ietd.conf 内的 iqn 相同。

iSCSI性能瓶颈

iSCSI协议建立在传统的TCP/IP协议之上，在进行实际数据传输时，其传输系统性能受限于TCP/IP协议栈负载及以太网最大带宽，另外iSCSI协议层也会额外增加一些负载开销，在实际应用中，iSCSI数据传输性能仍然存在瓶颈。以发送端的写操作为例，一次完整的iSCSI协议数据传输包括数据封装、数据拷贝、数据传输.

优化：

1．优化网络传输

iSCSI协议利用通用的TCP/IP协议进行海量存储数据传输，传统的TCP/IP协议用于在不可靠的数据链路上实现可靠的数据传输，其性能必然受限于TCP/IP本身的传输性能，基于通用TCP/IP协议的网络存储面临的一个很重要的性能问题就是TCP/IP协议栈开销。目前已经出现了一些新的网络技术用于改善TCP/IP协议栈开销。

1)有些新型网卡可以分担过去由主机CPU完成的CRC校验和计算功能，利用这些网卡，可进一步释放主机CPU资源，进而降低CPU利用率。
    2)一些新型网卡可以实现过去由主机TCP/IP软件协议栈完成的TCP包拆分功能，这样也可缓解主机CPU的压力。
    3) iSCSI SAN网络绝不能与一般的以太网用户混合。如果混合不仅会削弱SAN的性能，还会使LAN的存储数据受到影响。正确的做法是将iSCSI SAN网络与日常的用户网络分开。最常见的分离方法是采用虚拟局域网( VLAN)，限制iSCSI网络通向虚拟局域网，保持正常的网络通道。

 2．避免数据挎贝

iSCSI协议层建立在传统的TCP/IP协议层之上，其PDU数据包必须通过内存拷贝的方式传递给TCP/IP协议栈的缓冲区进行网络传输。而内存拷贝要进行内存读写操作各一次，内存数据拷贝又必须依赖于CPU执行指令来完成，因此会消耗CPU资源并降低内存性能，最终影响iSCSI系统性能。为了避免数据拷贝操作，目前主要的方法是采用TOE硬件方案：TOE方案是将过去由操作系统完成的TCP/IP协议栈直接转移到TOE网卡上由硬件实现。这个方案有效她避免了TCP/IP协议栈对系统CPU资源的占用，优化了iSCSI系统性能。TOE卡可以从一些供应商处获得，如Alacritech、LeWiz Communications、
QLogic等。

3．数据校验的优化

CRC校验数据的生成或检测均是计算密集型操作，会消耗大量的CPU资源，因此如何优化数据校验性能成为优化iSCSI性能的关键。目前常用的优化方案有下面几种。

(l) iSCSI HBA硬件方案

为了进一步消除CRC校验运算对系统CPU资源的影响，工业界将iSCSI协议及TCP/IP协议全部集成到网卡上构成iSCSI的HBA适配卡，这种方式中的iSCSI HBA适配卡对主机来说就是一块SCSI卡，既不存在数据拷贝问题，也不存在数据校验问题。采用硬件方案虽然能进一步释放CPU资源，但iSCSI HBA硬件处理能力有限制，无法分享CPU日益提升的性能。

(2)优化数据校验

通过优化CRC校验算法来加快校验过程也是提高iSCSI性能的一个途径。