中小企業ｉＳＣＳＩ網絡存儲的實現

摘要：現代企業都普遍建立了自己的網絡系統，面對大量數據的采集和處理有許多網絡存儲的實現方法。受企業規模和成本效益的限制，許多中小企業選擇網絡存儲的空間并不大。該文將圍繞iSCSI技術的特點和系統架構，提出了面對中小企業的實現數據存儲的方法。

關鍵詞：中小企業；iSCSI；網絡存儲

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：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

隨著信息化社會的到來，信息的采集與處理成為決定企業生存與發展的關鍵，如何才能讓企業在數據存儲方面投入少量的資金而獲得更大的存儲空間？網絡存儲是較好的解決方案，目前最常見的網絡存儲方式是采用FC SAN（Fibre Channel Storage Area Networking），這種存儲技術硬件成本較高，需要專業人員進行管理，在大中型企業中應用廣泛，而小型企業由于受規模的限制只能望而卻步。對于大多數中小企業來說投入巨資利用FC建設SAN系統既不現實，也無必要。iSCSI技術的出現，一下子拉近了中小企業與SAN之間的距離。iSCSI存儲技術充分利用了現有IP網絡的成熟性和普及性等優勢，允許用戶通過TCP/IP網絡來構建存儲區域網（SAN），為眾多中小企業對經濟合理和便于管理的存儲設備提供了直接訪問的能力。它的出現使中小型企業也可以組建自己的數據存儲系統，在投入少量資金的情況下獲得更大的存儲空間。

2 iSCSI存儲技術

2.1 iSCSI技術

iSCSI技術由IBM公司研究開發，是基于IP協議的技術標準，實現了SCSI和TCP／IP協議的連接，對于以局域網為網絡環境的中小企業用戶，只需少量的投資，就可以方便、快捷地對信息和數據進行交互式傳輸和管理。iSCSI技術的核心是在TCP/IP網絡上傳輸SCSI協議，是指用TCP/IP報文和iSCSI報文封裝SCSI報文，使得SCSI命令和數據可以在普通以太網絡上進行傳輸(如圖1所示)。iSCSI技術將現有SCSI接口與以太網絡(Ethernet)技術結合，使服務器可與使用IP網絡的儲存裝置互換資料。此技術不但價格較業界技術標準Fibre Channel來的低廉，而且系統管理人員可以用相同的設備來管理所有的網絡，并不需要增加額外設備。

2.2 iSCSI技術優勢

存儲區域網SAN需要高昂的建設成本，一般企業難于承受。NAS(Network Attached Storage網絡接入存儲)技術雖然成本低廉，但是受帶寬消耗的限制，無法完成大容量存儲的應用，而且系統開放性差。iSCSI技術在以上兩者之間架設了一道橋梁。雖然iSCSI基于IP協議，卻擁有SAN大容量集中開放式存儲的品質。這一技術對于一邊要面對信息爆炸，另一邊卻身處“數據孤島”的眾多中小企業無疑具有巨大的吸引力。iSCSI技術具有以下幾個明顯的技術優勢。

1) 成本投入小。iSCSI可以在現有的TCP/IP網絡上直接安裝，并不需要更改企業的網絡體系，iSCSI所使用的適配卡、交換機和纜線等硬件產品價格比FC SAN所選用的產品價格要低，這樣可節約大量資金投入。

2) 管理方便，維護成本低。FC SAN需要專用軟件進行管理，管理人員需要專業培訓，培訓費用較高；iSCSI利用現有網絡就可以管理，設置簡單，管理人員無需專門培訓，更能節約成本。iSCSI的數據傳輸速度隨以太網的速度而變化，10Gbps以太網即將進入市場將促進iSCSI的數據傳輸速度不斷加快。

3) 組建方式靈活，可擴展性高。由于iSCSI存儲系統直接借助現有網絡系統進行組建，無需改變網絡體系，對于需要增加存儲空間的中小企業用戶來說，只需將存儲設備連接到交換機就可滿足要求，因此，iSCSI存儲系統的可擴展性高。

2.3 iSCSI存儲設備的系統架構

市場不同型號的iSCSI存儲設備，從系統架構上可以分為以下4種。

1) 控制器系統架構

控制器架構iSCSI存儲設備核心處理單元采用高性能的處理芯片，每個芯片功能單一，處理效率較高。操作系統是嵌入式設計，具有體積小、高穩定性、強實時性、固化代碼以及操作方便簡單等特點。設備內部采用無線纜的背板結構，所有部件與背板之間通過標準或非標準的插槽連接在一起，不同于普通PC中多種不同型號和規格的線纜鏈接，完全消除了鏈接上的單點故障。因此，控制器架構的iSCSI存儲設備具有較高的安全性和和穩定性。一般用于對穩定性和高可用性具有較高要求的在線存儲系統，比如：中小型數據庫系統、大型數據庫備份系統、遠程容災系統、電力或非線性編輯制作等。控制器架構的iSCSI設備采用硬件較多，銷售價格較高。

2) iSCSI連接橋系統架構

整個iSCSI存儲分為兩個部分，一個部分是前端協議轉換設備；另一部分是后端存儲。前端協議轉換部分一般為硬件設備，主機接口為千兆以太網接口，磁盤接口一般為SCSI接口或FC接口，可連接SCSI磁盤陣列和FC存儲設備。后端存儲一般采用SCSI磁盤陣列和FC存儲設備，將SCSI磁盤陣列和FC存儲設備的主機接口直接連接到iSCSI橋的磁盤接口上。不過隨著iSCSI技術的逐漸成熟，市場上連接橋架構的iSCSI設備越來越少。

3) PC系統架構

PC架構就是選擇性能優良的、可支持多塊磁盤的PC服務器或工控服務器，并安裝相對成熟穩定的iSCSI target軟件，使普通PC服務器轉變成一臺iSCSI存儲設備，并通過PC服務器的以太網卡對外提供iSCSI數據傳輸協議。基于PC架構的iSCSI存儲設備對PC服務器的CPU和內存的性能要求較高，iSCSI存儲設備的性能極易受PC服務器運行狀態的影響。由于PC架構的iSCSI存儲設備的研發、生產、安裝使用相對簡單，軟、硬件成本較低，因此，市場上常見的PC架構的iSCSI設備的價格都較低，在一些對性能要求較低的系統中具有較大的價格優勢。

4) PC+NIC系統架構

PC+NIC系統架構是在PC服務器中安裝高性能的TOE智能NIC卡，將占用CPU資源較大的iSCSI運算、TCP/IP運算等數據傳輸操作交由智能卡的硬件芯片來完成，簡化網絡兩端的內存數據交換程序，從而加速數據傳輸效率，降低PC的CPU占用，提高存儲的性能。PC+NIC系統架構是較PC+iSCSI target高效的iSCSI方案。

3 中小企業iSCSI網絡存儲系統的實現

iSCSI設備的主機接口一般默認都是IP接口，可以直接與以太網絡交換機和iSCSI交換機連接，形成一個存儲區域網絡。對于普通中小企業而言為了節約成本，可以采用以下三種連接方式之一構筑iSCSI網絡存儲系統。

1) 以太網卡+Initiator軟件方式

服務器、工作站等主機使用標準的以太網卡，通過網線直接與以太網交換機連接，iSCSI存儲設備通過網線連接到以太網交換機或直接連接到主機的以太網卡上。在主機上安裝Initiator軟件。通過Initiator軟件可將以太網卡虛擬為iSCSI卡，接收和發送iSCSI數據報文，從而實現主機和iSCSI設備之間的iSCSI協議和TCP/IP協議傳輸功能。目前新版操作系統都提供免費的Initiator軟件，建立一個存儲系統除了存儲設備本身外，基本上不需要投入過多的資金，無需額外配置適配器，在低I/O和低帶寬性能要求的應用環境中可完全滿足數據訪問要求，其建設成本是最低的。

2) TOE網卡+Initiator軟件方式

以太網卡+Initiator軟件方式由于進行iSCSI報文和TCP/IP報文的打包和解包全部需要主機CPU來進行運算，數據傳輸率直接受到主機當前運行狀態和可用資源的影響和限制，因此一般無法提供高帶寬和高性能。具有TOE（TCP Offload Engine）功能的智能以太網卡可以將網絡數據流量的處理工作全部交由網卡上的芯片進行，把主機CPU從忙于協議處理的繁重的內核中斷服務中解脫出來，主機只承擔TCP/IP控制信息的處理任務。采用TOE卡可以大幅度提高數據的傳輸速率。TCP/IP協議棧功能由TOE卡完成，而iSCSI層的功能仍舊由主機來完成。由于TOE卡也采用TCP/IP協議，相當于一塊高性能的以太網卡，所以TOE網卡+Initiator軟件方式也可以看做是以太網卡+Initiator軟件方式的特殊情況。

3) iSCSI HBA卡+iSCSI交換機方式

在主機上安裝專業的iSCSI HBA適配卡，從而實現主機與交換機之間、主機與存儲設備之間的高效數據交換。數據傳輸性能最好，價格也最高。我們在市場上看到的iSCSI交換機應該稱之為iSCSI協議轉換器、或者iSCSI橋接器。iSCSI交換機一般都用作iSCSI存儲內的控制器，而不是iSCSI存儲與主機之間網絡連接設備。

4 結束語

iSCSI存儲技術是一種基于網絡的數據存儲技術，它具有硬件成本低廉，操作簡單，擴充性強，傳輸速度快等特點。本文提出的基于iSCSI技術的存儲系統的實現能借助中小企業現有的網絡環境，在不額外增加大量硬件成本和人員專業培訓的基礎上較好的解決了中小企業對采集和處理數據的要求。該實現方法節約成本、保護投資、較容易實現，有一定應用價值。

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