iSCSI存储协议详解

iSCSI 存储协议详解

（注意：正确缩写为 iSCSI，全称为 Internet Small Computer System Interface，是一种基于 IP 网络的存储协议。）

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1. 什么是 iSCSI？

iSCSI 是一种将 SCSI 命令 封装在 TCP/IP 协议 中的技术，允许通过标准以太网传输块级存储数据。

• 核心功能：将远程存储设备（如磁盘阵列）模拟成本地硬盘，实现跨网络的块级存储访问。
• 替代方案：相比传统的光纤通道（FC-SAN），iSCSI 基于廉价的以太网，成本更低，但性能略低。

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2. 核心组件

• iSCSI Initiator（发起端）：客户端设备（如服务器），通过软件或硬件发起存储请求。
  • 软件 Initiator：如 Linux 的 open-iscsi、Windows 的 iSCSI Initiator。
  • 硬件 Initiator：专用 HBA 卡（支持 TCP Offload 以降低 CPU 负载）。
• iSCSI Target（目标端）：存储设备（如 NAS/SAN），提供存储资源。
  • 常用软件：targetcli（Linux）、StarWind（Windows）、专用存储阵列。

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3. 核心功能与作用

功能	作用
块级存储访问	直接读写磁盘块，适合数据库、虚拟机等高性能场景。
IP 网络传输	利用现有以太网，无需专用光纤网络，降低成本。
跨平台兼容性	支持 Windows、Linux、VMware 等操作系统。
集中存储管理	统一管理存储资源，提高利用率。
远程存储映射	将远程存储挂载为本地磁盘，实现异地数据访问。
数据加密与认证	支持 CHAP 认证、IPsec 加密，保障传输安全。

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4. 应用场景

(1) 企业级存储网络（SAN）

• 场景：需要高性能、低延迟的存储环境（如数据库、ERP 系统）。
• 优势：通过 10Gb/25Gb 以太网，提供接近光纤通道（FC）的性能，但成本更低。

(2) 虚拟化与云计算

• 场景：VMware/Hyper-V 虚拟机的共享存储。
• 优势：支持 VMware vSphere 的 VMFS 集群文件系统，实现虚拟机热迁移（vMotion）。

(3) 远程备份与灾备

• 场景：异地数据中心的数据同步与备份。
• 优势：通过广域网（WAN）传输，结合去重与压缩技术，降低带宽占用。

(4) 中小型企业存储

• 场景：预算有限的中小企业，使用普通服务器搭建 iSCSI 存储。
• 优势：无需专用硬件，利用现有以太网交换机即可部署。

(5) 开发与测试环境

• 场景：快速部署测试用的存储资源。
• 优势：通过软件定义存储（如 FreeNAS）灵活分配存储空间。

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5. 典型架构示例

+---------------+
| 应用服务器     |
| (iSCSI Initiator)|---[以太网]---+
+---------------+                |
                                  |
+---------------+                |    +-------------------+
| 虚拟机集群     |                +----| iSCSI Target       |
| (VMware ESXi) |---------------------| (存储阵列/NAS)    |
+---------------+                |    +-------------------+
                                  |
+---------------+                |
| 数据库服务器   |                |
| (Oracle DB)   |----------------+
+---------------+

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6. 优缺点对比

优点	缺点
低成本（基于以太网）	性能受网络延迟和带宽影响
部署简单，无需专用硬件	高负载时 CPU 占用较高（软件方案）
支持标准网络设备（交换机/路由器）	安全性需额外配置（如 IPsec）
跨平台兼容性强	巨型帧（Jumbo Frame）依赖网络支持

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7. 配置示例（Linux 环境）

(1) 安装工具

# Ubuntu/Debian
sudo apt-get install open-iscsi targetcli

# CentOS/RHEL
sudo yum install iscsi-initiator-utils targetcli

(2) 配置 Target 端

sudo targetcli
# 创建存储后端
/backstores/block create name=disk1 dev=/dev/sdb

# 创建 iSCSI Target
/iscsi create iqn.2023-10.com.example:storage.disk1

# 绑定存储
/iscsi/iqn.2023-10.com.example:storage.disk1/tpg1/luns create /backstores/block/disk1

# 设置访问控制
/iscsi/iqn.2023-10.com.example:storage.disk1/tpg1/acls create iqn.2023-10.com.example:server.initiator1

# 保存配置
saveconfig
exit

(3) 配置 Initiator 端

# 发现 Target
sudo iscsiadm -m discovery -t st -p 192.168.1.100

# 登录 Target
sudo iscsiadm -m node -T iqn.2023-10.com.example:storage.disk1 -p 192.168.1.100 --login

# 查看挂载的磁盘
lsblk

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8. 性能优化

• 网络优化：使用 10Gb/25Gb 以太网、专用 VLAN、启用巨型帧（MTU=9000）。
• 硬件加速：使用支持 TCP Offload Engine（TOE）的网卡。
• 多路径 I/O：配置多路径（MPIO）提高冗余和带宽。

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9. 总结

iSCSI 是 IP 时代存储网络的核心技术之一，尤其适合以下场景：

• 需要低成本 SAN 的企业。
• 虚拟化环境中的共享存储。
• 跨地域数据同步与灾备。
  
  通过合理配置和优化，iSCSI 可提供接近光纤通道的性能，同时大幅降低 TCO（总拥有成本）。