网络存储(二)之ISCSI原理
组成
一个简单ISCSI系统大致由以下部分构成
- ISCSI Initiator 或者 ISCSI HBA
- ISCSI Target
- 以太网交换机
- 一台或者多台服务器
结构图如下:
- iscsi服务器用来安装ISCSI驱动程序,即安装ISCSI Initiator。
- IP网络就是以太网。
- Storage Route可以是以太网交换机或者路由器。
- ISCSI存储设备可以是ISCSI磁盘阵列,可以是具有存储功能的PC或者服务器。
iscsi Initiator
这是安装在计算机上的软件或者硬件设备,它负责与ISCSI存储设备进行通信。这里有2种通信方式:
- 软件形式
即ISCSI initiator软件。在iscsi服务器上安装initiator后,Initiator软件可以将以太网虚拟成ISCSI卡,进而接受和发送ISCSI服务器上,从而实现主机和ISCSI存储设备之间的ISCSI协议和TCP/IP协议传输功能。这种方式只需要以太网卡和以太网交换机,无需其他的设备,因此成本最低。但是ISCSI报文和TCP/IP报文转换需要消耗服务器的CPU资源,只有在低I/O和低带宽性能要求的应用环境中才能使用这种方式。 - 硬件形式
使用ISCSI HBA(Host Bus Adapter),即iSCSI Initiator硬件。这种方式需要先购买ISCSI HBA卡。然后将其安装在ISCSI服务器上,从而实现ISCSI服务器与交换机之间、iSCSI服务器与存储设备之间的高效数据传输。与第一种方式比较,硬件ISCSI HBA卡方式不需要消耗ISCSI服务器的CPU资源,同时硬件设备专用的。所以基于硬件的ISCSI Initiator可以提供更好的数据传输和存储性能,但是ISCSI HBA卡毕竟昂贵,需要使用者自己在性能和成本之间权衡。
so far,iSCSI Initiator软件一般都是免费的,CentOs和Rhel都能够很好的支持。现在发行的linux系统都默认自带了iscsi initiator
ISCSI Target
一个可以用于存储数据的ISCSI磁盘阵列或者具有ISCSI功能的设备都可以被成为“ISCSI Target”,因为大多数操作系统都可以利用一些软件将系统转为一个ISCSI Target。linux下的开源ISCSI Target软件---ISCSI Enterprise Target。
利用ISCSI Target软件,可以将服务器存储空间分配给客户机使用,客户机可以像使用本地硬盘一样使用ISCSI磁盘。包括对齐分区,格式化以及读写等。而且每个客户端可以向ISCSI磁盘写数据,互不干扰,并且不会破坏存储到服务器中的数据。同时,ISCSI target软件对用户的权限控制非常灵活,支持配置文件。
我们知道,ISCSI是使用TCP/IP协议进行通信的,因此ISCSI两端连接起来,仅仅需要一个以太网络就行了,所以,以太网络的速度很大程度上绝对了ISCSI的性能,所以我们需要配置一个最好是万兆交换机,再差劲也不能低于千兆交换机,且要做好交换机冗余,避免交换机宕机造成存储无法使用。
ISCSI原理
在先了解ISCSI的工作原理之前,就必须知道ISCSI的层次结构,根据OSI模型,ISCSI的协议从上往下一共可以分为三层。如下所示:
- SCSI层 根据客户端发出的请求建立SCSI CDB(命令描述块),并且传给ISCSI层。同事接收来自ISCSI层的CDB,并向应用返回数据。
- ISCSI 对SCSI CDB进行封装,以便能够在基于TCP/IP协议的网络上进行传输,完成SCSI到TCP/IP的协议映射。这一层是ISCSI协议的核心层。
- TCP/IP层 对IP报文进行路由和转发,并且提供端到端的透明可靠传输。
传输过程详解
iSCSI协议定义了在TCP/IP网络发送,接受数据块存储数据的规则和方式。发送端将SCSI命令和数据封装到TCP/IP包中,然后通过IP网络转发,接收端收到TCP/IP包之后,将其还原为SCSI命令和数据并执行,执行完成之后,将返回SCSI命令和数据再封装到TCP/IP包中,之后再传回发送端。这样完成这个传输过程。
ISCSI的整个数据传输过程在用户来看都是透明的,用户使用远端的存储设备就像使用本地的硬盘设备一样。实际上,ISCSI的数据传输速率并不能完全达到本地硬盘的数据传输率,但这差别并不明显,而这中网络存储模式还有一个有点就是安全性高,这对于数据集中存储的ISCSI来说非常重要。
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