Протокол iscsi что это
Протокол iscsi что это
Если вы когда-нибудь управляли серверами или корпоративной компьютерной сетью, то наверняка сталкивались с проблемой прозрачного увеличения ёмкости существующей инфраструктуры. И хотя подобные решения, в принципе, существуют, они обычно отличаются большой ценой и низкой гибкостью.
19″ системы обычно не обладают достаточным пространством, чтобы вместить дополнительные жёсткие диски. В результате появляется единственная альтернатива: подключение к серверу отдельных 19″ хранилищ по интерфейсу SCSI или Fiber Channel. Однако при этом мы всё равно смешиваем серверные задачи и функции хранения данных.
И большие серверные корпуса с дополнительными отсеками для жёстких дисков тоже не назовёшь идеальным выходом — опять же, получаем смесь задач.
Согласитесь, что идеальное хранилище должно быть очень гибким. Таким, чтобы его можно было легко развернуть, использовать из многих участков сети, из разных операционных систем и, конечно, можно было легко расширять. Да и производительность не стоит упускать из внимания. Ответом на все поставленные вопросы можно назвать iSCSI — Internet SCSI. Это решение «упаковывает» протокол SCSI в пакеты TCP/IP, в результате чего вы получаете универсальный интерфейс хранилища для всей сетевой инфрастуктуры. Кроме того, iSCSI позволяет консолидировать текущие системы хранения.
Как работает iSCSI?
На диаграмме показан принцип работы iSCSI. Подсистемы хранения должны использовать существующую сетевую инфрастуктуру, независимо от серверов. Консолидация систем хранения, которую мы упоминали выше, означает лишь то, что хранилище должно быть доступно с любого сервера, обеспечивая минимизацию затрат на управление. Кроме того, можно добавлять дополнительную ёмкость и к существующим системам.
Преимуществ у такого подхода много, и они довольно очевидны. Во многих корпорациях уже развёрнута эффективная сетевая инфраструктура, часто использующая проверенные временем технологии типа Ethernet. Никаких новых технологий для использования iSCSI или других систем типа SAN (Storage Area Networks) внедрять и тестировать не нужно. Конечно, здесь можно сэкономить и на дорогих специалистах по внедрению.
В целом, управлять клиентами и серверам iSCSI после небольшого обучения сможет любой сетевой администратор. Ведь iSCSI развёртывается на существующей инфраструктуре. Кроме того, iSCSI отличается высокой доступностью, так как серверы iSCSI можно подключать к нескольким коммутаторам или сетевым сегментам. Наконец, архитектура изначально отличается высокой масштабируемостью благодаря технологиям коммутации Ethernet.
В принципе, сервер iSCSI может быть реализован как программно, так и аппаратно. Но из-за высокой нагрузки программного решения на процессор лучше всё же придерживаться последнего варианта. Основная нагрузка на сервер iSCSI заключается в инкапсуляции пакетов SCSI в пакеты TCP/IP, причём всё должно выполняться в реальном времени. Понятно, что в программном сервере все эти задачи будет выполнять центральный процессор, а в аппаратном решении — специальные движки TCP/IP и SCSI.
Благодаря клиенту iSCSI, ресурсы хранилища iSCSI-сервера могут быть интегрированы в клиентскую систему в виде устройства, которое по смыслу близко к локальному жёсткому диску. Здесь большим преимуществом по сравнению с привычными общими сетевыми папками (share) будет высокая безопасность. Ведь iSCSI особо подчёркивает правильную аутентификацию пакетов iSCSI, а по сети они передаются в шифрованном виде.
Конечно, вы получите производительность несколько меньше, чем у локальных систем SCSI — ведь сеть вносит свои задержки. Впрочем, современные сети с пропускной способностью до 1 Гбит/с (128 Мбайт/с) уже обеспечивают достаточную скорость, но большая часть её так и не используется.
Каждому узлу iSCSI присваивается своё имя (длиной, максимум, до 255 байт) и псевдоним (короткое имя), которые не зависят от IP-адреса. Таким образом, доступ к хранилищу будет обеспечен даже после его переноса в другую подсеть.
iSCSI в деле
Конечно, не считая сеть, основным требованием для внедрения iSCSI является организация iSCSI-сервера. Мы протестировали несколько решений как программных так и аппаратных.
Оба типа решений удовлетворяют всем требованиям iSCSI, обеспечивая доступ к хранилищу клиентским компьютерам. Клиентская система может быть оснащена адаптером iSCSI, который уменьшит нагрузку на центральный процессор (очень удобно для рабочих станций).
В принципе, iSCSI можно использовать и на 100-Мбит/с сети, но тогда, по сравнению с локальными приводами, вы получите существенное замедление. Естественно, гигабитный Ethernet является куда более эффективным решением — вряд ли пропуская способность станет «узким местом» даже при использовании нескольких массивов RAID 5. В то же время, это нельзя сказать про массивы RAID 0, но подобное хранилище редко подключается по сети.
Если обратиться к клиенту, то здесь необходим инициатор iSCSI. Они выпущены практически для всех операционных систем. Поиск в Google комбинации слов «Microsoft», «iSCSI» и «Initiator» является наглядным тому примером.
Затем в программе-инициаторе нужно настроить подключение к серверу. Подключённые приводы сервера появятся на компьютере в виде жёстких дисков, и их можно использовать как самые обычные приводы.
Протокол iSCSI обеспечивает шифрование пакетов на основе IPsec, хотя оно не является обязательным. К примеру, внутри сети корпорации не всегда имеет смысл шифровать пакеты. Подобная опция будет наиболее интересна для WAN.
iSCSI также является прекрасным средством резервирования данных, ведь информацию можно легко скопировать на другой жёсткий диск. В том числе, даже в онлайне, используя функцию теневого копирования Windows. iSCSI можно даже подключать по DSL-соединению, но здесь ограничивающим фактором уже будет скорость линии. Впрочем, всё зависит от характера применения.
Большим преимуществом iSCSI можно считать то, что классическое резервирование больше не ограничено одним местоположением — и не стоит это недооценивать. К примеру, устройства типа кассетных стримеров теперь можно устанавливать в любом месте сети. Даже если случится самое худшее, данные по iSCSI можно будет восстановить за минимальное время.
Нагрузка iSCSI
Если решение iSCSI реализовано программно, то сетевому адаптеру придётся передавать немалые данные. Поскольку обычные сетевые адаптеры не всегда используют различные технологии аппаратного ускорения, часть нагрузки может перелагаться на центральный процессор. SCSI — это блочный протокол, а Ethernet — пакетный. То есть немало нагрузки будет относиться к инкапсулированию и извлечению информации SCSI из пакетов TCP/IP. Подобная задача способна «под завязку» загрузить даже современный процессор.
Для решения проблемы были разработаны специальные движки TOE (TCP/IP Offload Engines), которые берут на себя все сложные операции iSCSI сразу же после сетевого адаптера. В результате снижается нагрузка на системный процессор, и пользователи и система могут продолжать нормально работать.
Надеюсь теперь стало чуть более понятно что такое сетевые хранилища на iSCSI и как они устроены.
Uncategorized | artv | 30.05.2009
iSCSI, SAN
Технология iSCSI
Протокол iSCSI впервые был предложен компанией Cisco в 2001 г. В 2004 году протокол был стандартизован IETF в RFC 3720.
iSCSI создан для переноса протокола SCSI (Small Computer Systems Interface), который работал на сети Fibre Channel (FC), в сеть TCP/IP. То есть, iSCSI – это транспортный протокол SCSI для отображения блочного хранилища через сеть TCP/IP.
Методы организации сетевых распределенных хранилищ
Существует три основных метода организации сетевых распределенных хранилищ:
FC SAN очень популярен из-за своей высокой производительности, высокой дальности передачи, возможности работать с данными на уровне блоков, широкого диапазона масштабирования. Недостатки FC SCSI SAN: сложность, высокая стоимость оборудования и обслуживания.
NAS позволяет подключать накопители непосредственно к существующей сети Ethernet. NAS проще и дешевле, но медленнее FC SAN. Транспорт данных в NAS работает на файловом уровне, а не блочном, как в SAN, что существенно замедляет работу таких приложений, как серверы баз данных. По мере увеличения устройств хранения в NAS начинают возникать проблемы масштабирования и управления.
Сравнение методов организации распределенного хранения: FC SAN, NAS и iSCSI SAN (источник: SNIA)
iSCSI дает возможность получать универсальный доступ к накопителям и сетям SAN через Ethernet-сеть с протоколом TCP/IP. Эта сеть может быть как выделенной, так и с работающими на ней другими приложениями. Кроме того, могут быть также добавлены маршрутизаторы и/или коммутаторы сети WAN (wide-area LAN network, не путать с WLAN), чтобы расширить IP-сеть хранения данных для глобальной сети (wide area network) для таких приложений, как удаленное резервирование данных (синхронное или асинхронное) или архивирование на ленточные библиотеки.
Для переноса файлов по IP-сети используется файловая система NFS для распределенных систем хранения. Это дает возможность общего доступа к файлам по многим системам.
В сетях WAN протокол TCP обеспечивает надежность хранения данных, позволяет регулировать перегрузку каналов сети, а также использовать возможности TCP по повторной передачи пакетов, в случае потери пакетов или их задержке на больших дальностях передачи по сети WAN.
Преимущества iSCSI
iSCSI может обеспечить хорошие параметры работы блочного хранилища при низких затратах. Этот протокол поддерживается большинством операционных систем и гипервизоров и может работать через стандартные сетевые адаптеры или через специализированные адаптеры HBA (Host Bus Adapters). Кроме того, iSCSI поддерживается большинством корпоративных СХД, где работают приложения второго уровня (Tier 2), которые требуют хорошего, но не превосходного качества работы блочных СХД, а также в СХД, которые используют много хостов одновременно.
iSCSI также популярен среди крупных облачных провайдеров, там часто используются блочные хранилища, которые работают поверх Ethernet.
Стек протоколов iSCSI
Соединения в iSCSI
Для традиционного SCSI, работающего по сети Fibre Channel, существует сервис простых доменных имен (Simple Name Server), работающий с сотнями и тысячами устройств. Однако в сетях IP, устройств может быть гораздо больше.
В IP используется два механизма обнаружения устройств iSCSI.
Сессия iSCSI
iSCSI сессия состоит из фаз:
Фаза аутентификации используется для подтверждения права доступа и согласования параметров между iSCSI-инициатором и iSCSI- получателем. Если фаза аутентификации iSCSI завершается успешно, получатель (target) подтверждает доступ инициатору, в противном случае, TCP-соединение прерывается.
После подтверждения доступа iSCSI сессия переходит к фазе обмена. Если было установлено несколько TCP-линков, протокол iSCSI требует, чтобы каждая пара «команда/ответ» проходила через одно и то же TCP-соединение, а не так, чтобы команда проходит через одно ТСР, а ответ – через другое. Такая процедура гарантирует, что каждая отдельная команда считывания или записи будет осуществляться без необходимости дополнительно отслеживать каждый запрос на предмет его прохождения по разным потокам. Однако, в рамках одной сессии несколько транзакций могут одновременно передаваться через несколько ТСР-линков.
Сессии и соединения в iSCSI (источник: SNIA)
Когда транзакция завершается, происходит последний обмен между инициатором и получателем, который подтверждает успешность передачи. Сессия закрывается командой iSCSI logout, передаваемой в конце фазы обмена. Эта команда также передает информацию о причинах завершения сессии. Она также может содержать информацию о том, какой ТСР-линк следует закрыть в случае возникновения ошибки.
Обработка ошибок
Поскольку при передаче по IP-сети (в особенности, WAN) возможны ошибки при передаче, протокол iSCSI содержит много средств по обработке ошибок.
Как инициатор, так и получатель (target) iSCSI должны иметь буфер команд, чтобы получать подтверждения их выполнения, а также они должны иметь возможность восстановления утраченного или испорченного блока данных IP-пакета (PDU) для восстановления сеанса передачи данных.
Средства обработки ошибок и восстановление в iSCSI включают:
Особенности iSCSI
При создании iSCSI SAN в той же сети TCP/IP, по которой передаются данные между серверами и рабочими станциями пользователей, могут возникнуть задержки и зависания приложений. Поэтому сети СХД, в общем, должны быть логически изолированы от других систем в рамках LAN или WAN, или даже созданы в виде отдельной коммутируемой сети. Но если пользователей в сети iSCSI немного (небольшая рабочая группа, например), то этим правилом можно пренебречь.
Следует также учесть, что, в случае использования обычных сетевых адаптеров, iSCSI создает нагрузку на процессор сервера, поскольку предусматривает упаковку команд и данных SCSI в пакеты TCP/IP, а также распаковку этих пакетов. Чтобы снизить нагрузку на сервер, можно использовать плату TCP Off-load Engine (TOE) или хост-адаптер iSCSI. В отличие от обычных сетевых плат, эти устройства сами обрабатывают протокол TCP/IP-вычисления на своем процессоре.
Так Fibre Channel или iSCSI?
Подводя итог, можно провести сравнение двух наиболее популярных технологий для сетей хранения: FC или iSCSI.
Fibre Channel, благодаря высокой производительности и надежности, долгое время рассматривался как стандартная технология для корпоративных SAN. Но FC SAN довольно дороги и сложны в развертывании и управлении.
iSCSI SAN стали набирать популярность, поскольку производительность IP-сетей выросла, и стала достаточной для компаний с ограниченным бюджетом. Более того, iSCSI SAN позволяет переиспользовать традиционные сетевые компоненты Ethernet для коннективности между хостами и устройствами хранения, что значительно снижает стоимость развертывания.
Поэтому выбор между двумя этих технологиями зависит от требований компании. FC SAN дают выигрыш в производительности, задержках и IOPS, а iSCSI SAN – проще и дешевле.
Пособие для начинающих об iSCSI
По прошествии пяти лет работы с сетями хранения данных Fibre Channel (SAN), я был сильно озадачен появлением iSCSI: тем, что делает этот протокол и, что более важно, как он работает и как можно использовать iSCSI для решения реальных проблем пользователей. Итак, после нескольких напряженных месяцев общения со многими специалистами по этой теме, я представляю в этой статье несколько собственных взглядов на iSCSI.
Что же такое, на самом деле, iSCSI?
Каким образом устройства iSCSI находят друг друга?
Как можно использовать iSCSI?
По моим предположениям подобные события произойдут и на рынке NAS, на самом деле они уже происходят. Поскольку NAS устройства уже подключают диски к IP-сетям, разделяя сервисы через сетевую файловую систему (NFS) и/или общий протокол доступа к файлам интернет (CIFS), то для NAS достаточно просто передавать данные на уровне блока через те же порты с помощью iSCSI, что опять позволяет вам использовать существующие решения хранения данных по-новому.
Кто будет использовать iSCSI?
Как эксперт, проработавший несколько лет в области Fibre Channel, я, к сожалению, должен указать миру Fibre Channel, что iSCSI может работать на скорости физического соединения (wire speed) и определенно может работать так же быстро, как и любой нормальный сервер, выполняющий задачи любого нормального приложения. Для IP сообщества необходимо отметить значительную распространенность Fibre Channel, особенно сравнивая их количество с количеством 1 Гб сетевых портов, нежели с количеством остальных сетевых портов. Сообществу Fibre Channel необходимо отметить, что, несмотря на то, что множество хранилищ и даже значительное количество мощных серверов подключены к Fibre Channel, существует некоторое количество неподключенных Unix серверов и огромное количество Intel серверов, не работающих с Fibre Channel.
Итак, iSCSI может работать на каждого, но, возможно, наиболее большой потенциальный рынок представляют собой серверы Intel, а также высокоплотные и сверхтонкие серверы (Intel или иные). Кроме того, iSCSI иногда может быть использован для высокопроизводительных серверов, в случае удаленых офисов для обращения к центральному центру данных через SAN и в иных случаях, где пока еще рано использовать Fibre Channel, в конце концов, существует еще много неподключенных к сети серверов и хранилищ данных.
NIC, TOE и HBA: В каких случаях их нужно использовать?
Ключевой момент здесь состоит в том, что в отличие от Fibre Channel адаптеров, ценовые рамки iSCSI варьируются от низкой (бесплатно) до высокой производительности (акселераторы) и таким образом могут быть подобраны в соответствие с требованиями приложений. Также нагрузочная способность по выходу (fan-out или oversubscription) позволяет использовать более экономичные порты Ethernet (как быстрые, так и GE) вместо портов специализированных FC коммутаторов, что еще более снижает издержки. С картами iSCSI TOE, стоимостью 300 долларов или меньше, издержки присоединения к хосту значительно ниже, чем с FC, даже для производительности TOE.
Поскольку FC может работать на 2Gbps, использование Fibre Channel более предпочтительно для высокопроизводительных серверов (2 Гб Ethernet не существует), хотя, честно говоря, не много существует серверов, использующих такую пропускную способность, даже на Fibre Channel. Безусловно, с точки зрения хранилищ использование 2Gbps более вероятно до тех пор, пока мы не увидели 10 Гб FC или даже 10 Гб Ethernet/iSCSI портов. iSCSI открывает двери для сотен и тысяч серверов, особенно систем Intel, многие из которых могут быть менее требовательными, и огромное количество которых еще только будет приносить выгоды от использования сетевого хранения.
iSCSI и другие
Вступление
С появлением Fibre Channel и SAN, построенных на нем, мир storage сделал ставку на сетевой доступ к системам хранения. Практически все в один голос заявили, что за сетями хранения данных — будущее. На протяжении нескольких лет FC интерфейс оставался безальтернативным стандартом для их построения, но уже сегодня многие понимают, что наступает время перемен. В SAN на основе FC есть пара серьёзных недостатков — это цена и проблемы доступа к географически (на расстоянии больше сотен км) отдаленным устройствам. В последнее время возник ряд инициатив, которые находятся на этапе стандартизации и призваны решить или же обойти указанные проблемы. Интереснейшая из них — iSCSI.
Буквосочетание iSCSI все чаще попадает на страницы газет и проспекты ведущих производителей систем хранение данных. Загляните на ресурсы, посвященные storage, и вы обязательно его увидите. Но, просмотрев статьи и новости, вы скорее всего найдете массу абсолютно противоположных утверждений: одни преподносят iSCSI как неопровержимого лидера для сетей хранения данных уже в недалеком будущем, другие поставили на нем крест еще до его рождения.
Sun стала в оппозицию к ІP Storage
Sun стала в оппозицию к IP Storage. Sun Microsystems не будет выпускать систем хранения данных с доступом по IP. Марк Канепа, вице-президент Sun, ответственный за производство всех систем хранения данных, заявил на днях, что IP Storage был всего лишь «мечтой», сообщает Byte and Switch.
Канепа сказал, что «непрактично применять TCP/IP для организации SAN из-за большей задержки в таких сетях. Даже если у сетей хранения на основе IP есть будущее, то наступит оно через три-пять лет, а возможно, не наступит никогда. Поток от систем хранения данных не может работать поверх стека протоколов общего назначения, у него есть особые потребности. Технологические трудности внедрения TCP/IP намного более велики, чем многие думают. Именно поэтому мы в Sun делаем ставку на Fibre Channel», сказал он. До сих пор никто из производителей систем хранения данных не занимал столь четкой позиции против IP Storage. Конкуренты Sun, компании Hewlett-Packard и IBM, более или менее активно поддерживают эти технологии.
HP обещает поддержку iSCSI
«Окончательная версия новой технологии должна появиться в первом квартале 2002 года, — сообщил руководитель подразделения систем сетевого хранения HP Марк Томпсон. Корпорация намеревается представить широкий спектр продуктов, которые поддерживают стандарт, іSCSI, предназначенный для объединения систем хранения в ІP-сетях…»
В HP признают, что пользователи систем Fibre Channel чувствуют себя достаточно комфортно и большее тяготеют к модернизованной технологии FCIP, чем к іSCSI. Но, в то же время, в HP верят, что опыт работы с решениями, основанными на протоколе ІP, и в особенности с Ethernet, сделает продукты іSCSI привлекательными для многих заказчиков.
IBM выпускает продукт на базе iSCSI
IBM TotalStorage IP Storage 200i обеспечивает прямое подключение накопителей Ethernet LAN. Эта высокоскоростная система хранения данных поддерживает новый промышленный стандарт iSCSI, что обеспечивает передачу SCSI протокола поверх IP.
Ну что ж, столь противоречивые сообщения не оставляют нам другого выбора кроме как разобраться самим и самостоятельно взвесить все «ЗА» или «ПРОТИВ».
iSCSI
«iSCSI (Internet Small Computer System Interface) — это протокол, который базируется на TCP/IP и разработан для установления взаимодействия и управления системами хранения данных, серверами и клиентами».
Сразу возникает негодование, хочется все разложить по отдельным кучкам. Как говорил один мой преподаватель: «Котлеты отдельно, мухи отдельно». Дело в том, что правила доставки пакетов в IP и SCSI абсолютно противоположные. В IP пакеты доставляются получателю без соблюдения строгой последовательности, он же и восстанавливает данные, на что затрачиваются определенные ресурсы. В то же время, по спецификации SCSI, как канального интерфейса, все пакеты должны передаваться один за другим без задержки, а нарушение этого порядка приводит к потере данных. Несмотря на то, что, по мнению некоторых специалистов, эта проблема вносит неоднозначность в практическое использование технологии iSCSI, на сегодня уже реализован ряд устройств, которые подтверждают ее жизнеспособность. Инженеры, которые работали над iSCSI, смогли определенным образом решить эту проблему. Спецификация iSCSI требует увеличения размеров заголовка пакета. В заголовок включается дополнительная информация, которая значительно ускоряет сборку пакетов.
По мнению одного из болельщиков iSCSI, Хеймора, старшего системного инженера университета штата Юта, основным препятствием для распространения Ethernet как базовой технологии построения сетей хранения данных является относительно большое время задержки (близкое к 75 микросекундам), которое возникает из-за особенностей стека TCP/ІР. В High-End системах при одновременном обращении к тысячам файлов это может стать серьезной проблемой.
Специалисты, которые работают над iSCSI, осознают значение проблемы задержки. И несмотря на то, что разрабатывается масса средств для уменьшения влияния параметров, которые служат причиной задержки при обработке IP пакетов, технология iSCSI позиционируется для построения систем среднего уровня.
iSCSI развивается очень быстро. Потребность в новом стандарте ощущалась так сильно, что буквально за 14 месяцев с момента предложения по созданию iSCSI, с которым в феврале 2000 года выступила IETF, появилось достаточно много устройств, чтобы продемонстрировать возможности по их взаимодействию. В июле 2000-го был опубликован Draft 0 по iSCSI, который стал началом работ по реализации технологии. В январе 2001 года в рамках SNIA (Storage Networking Industry Association) был создан IP Storage форум, который через полгода уже насчитывал 50 членов, а в апреле этого же года был представлен продукт, который в скором времени выиграл награду «Enterprise Networking Product».
Что же такого замечательного в iSCSI, что он находит поддержку среди грандов компьютерной индустрии, не считаясь с существующими внутри стандартам противоречиями.
Некоторые из важнейших прикладных задач и функций, реализуемые с использованием систем хранения данных, это:
Задачи, которые эффективно реализуются современными методами:
- · Консолидация систем хранения данных · Резервирование данных · Кластеризация серверов · Репликация (дублирование) · Восстановление в аварийных ситуациях
Новые возможности, которые эффективно реализуются с использованием IP Storage:
- · Географическое распределение SAN · QoS · Безопасность
Вместе с этим, новые системы хранения данных, для которых iSCSI будет родным протоколом, сформируют еще массу преимуществ:
- · Обеспечивается единая технология для подсоединения систем хранения, серверов и клиентов в рамках LAN, WAN, SAN · Наличие значительного опыта индустрии в Ethernet и SCSI технологиях · Возможность значительного географического отдаления систем хранения · Возможность использовать средства управления TCP/IP сетями
Причем, для передачи данных на storage с интерфейсом iSCSI можно использовать не только носители, коммутаторы и маршрутизаторы существующих сетей LAN/WAN, но и обычные сетевые карточки на стороне клиента. Правда, при этом возникают значительные накладные расходы процессорной мощности на стороне клиента, который использует такую карточку. По утверждению разработчиков, программная реализация iSCSI может достичь скоростей среды передачи данных Gigabit Ethernet при значительной, до 100% загрузке современных CPU. В связи с чем, рекомендуется использование специальных сетевых карточек, которые будут поддерживать механизмы разгрузки CPU от обработки стека TCP. На момент написания статьи (Июнь 2002 года), такие карточки производила компания Intel.
Intel PRO/1000T IP Storage Adapter предлагается компанией Intel по цене 700USD за штуку. Это устройство содержит мощный процессор Xscale, 32M памяти и осуществляет передачу вычислений, связанных с протоколами iSCSI и TCP/IP, а также расчет контрольных сумм кадров TCP, IP на интегрированный процессор. Его быстродействие, согласно внутренним тестам компании, может достигать 500Mbit/s при 3-5% загрузке CPU host системы.
Давайте рассмотрим iSCSI повнимательней
В примере, изображенном на рисунке 1, каждый сервер, рабочая станция и накопитель поддерживают Ethernet интерфейс и стек протокола iSCSI. Для организации сетевых соединений используются IP маршрутизаторы и Ethernet коммутаторы.
С внедрением SAN мы получили возможность использовать SCSI протокол в сетевых инфраструктурах, обеспечивая высокоскоростную передачу данных на уровне блоков между множественными элементами сети хранения данных.
Internet Small Computer System Interface тоже обеспечивает блочный доступ к данным, но не самостоятельно, а поверх сетей TCP/IP.
Архитектура обычного SCSI базируется на «клиент»/«серверной» модели. «Клиент», например сервер, или рабочая станция, инициирует запросы на считывание или запись данных с исполнителя — «сервера», например системы хранения данных. Команды, которые выдает «клиент» и обрабатывает «сервер» помещаются в Command Descriptor Block (CDB). «Сервер» выполняет команду, а окончание ее выполнения обозначается специальным сигналом. Инкапсуляция и надежная доставка CDB транзакций между инициаторами и исполнителями через TCP/IP сеть и есть главная задача iSCSI, причем ее приходится осуществлять в нетрадиционной для SCSI, потенциально ненадежной среде IP сетей.
Перед вами модель уровней протокола iSCSI, которая дает возможность понять порядок инкапсуляции SCSI команд для передачи их через физический носитель.
Рисунок 2. Модель нижних уровней протокола iSCSI
iSCSI протокол осуществляет контроль передачи блоков данных и обеспечивает подтверждение достоверности завершения операции ввода/вывода. Что, в свою очередь, обеспечивается через одно или несколько TCP соединений.
Управление именами и адресами
Так как iSCSI устройства являются участниками IP сети, они имеют индивидуальные Сетевые Сущности (Network Entity). Сетевая Сущность может содержать одних или несколько iSCSI Узлов.
Рисунок 3. Модель сетевых сущностей
iSCSI узел является идентификатором SCSI устройств (в Сетевой Сущности), доступных через сеть. Каждый iSCSI узел имеет уникальное iSCSI имя (длиной до 255 байт), которое формируется по правилам, принятым для обозначения узлов в Internet. Например: «fqn.com.ustar.storage.itdepartment.161». Такое название имеет удобную для восприятия человеком форму и может обрабатываться Сервером Доменных Имен (DNS). Таким образом, iSCSI имя обеспечивает корректную идентификацию iSCSI устройства вне зависимости от его физического местонахождения. В то же время, в процессе контроля и передачи данных между устройствами удобнее пользоваться комбинацией IP адреса и TCP порта, которые обеспечиваются Сетевым порталом (Network Portal). iSCSI протокол дополнительно к iSCSI именам обеспечивает поддержку псевдонимов, которые, как правило, отображаются в системах администрирования для удобства идентификации и управления администраторами системы.
Управление сеансом
iSCSI сессия состоит из фаз аутентификации (Login Phase) и фазы обмена (Full Feature Phase), которая звершается специальной командой.
Фаза аутентификации iSCSI аналогична процессу Fibre Channel Port Login (PLOGI). Она используется для того, чтобы согласовать разнообразные параметры между двумя Сетевыми Сущностями и подтвердить право доступа инициатора. Если фаза аутентификации iSCSI завершается успешно, исполнитель подтверждает login инициатору, иначе логин не подтверждается, а TCP соединение закрывается.
Как только login подтвердится, iSCSI сессия переходит к фазе обмена. Если было установлено более одного соединения TCP, iSCSI требует, чтобы каждая пара команда/ответ проходила через одно TCP соединение. Такая процедура гарантирует, что каждая отдельная команда считывания или записи будет осуществляться без необходимости дополнительно отслеживать каждый запрос по поводу его прохождения по разным потокам. Однако разные транзакции могут одновременно передаваться через разные TCP соединения в рамках одной сессии.
Рисунок 4. Пример iSCSI Write
В завершение транзакции инициатор передает/принимает последние данные, а исполнитель отправляет ответ, который подтверждает успешную передачу данных.
В случае необходимости закрыть сессию, используется команда iSCSI logout, которая передает информацию о причинах завершения сессии. Она также может передать информацию о том, какое соединение следует закрыть в случае возникновения ошибки соединения, чтобы закрыть проблемные TCP связи.
Обработка ошибок
В связи с высокой вероятностью возникновения ошибок при передаче данных в некоторых типах IP сетей, в особенности WAN реализациях, в которых может функционировать iSCSI, протокол предусматривает массу мероприятий по обработке ошибок.
Для того, чтобы обработка ошибок и восстановление после сбоев функционировали корректно, как инициатор, так и исполнитель должны иметь возможность буферизации команд до момента их подтверждения. Каждое конечное устройство должно иметь возможность выборочно восстановить утраченный или испорченный PDU в рамках транзакции для восстановления передачи данных.
Безопасность
В связи с использованием iSCSI в сетях, где возможен несанкционированный доступ к данным, спецификация предусматривает возможность использования разнообразных методов для повышения безопасности. Такие средства шифрования, как IPSec, которые используют нижние уровни, не требуют дополнительного согласования, так как являются прозрачными для верхних уровней, в том числе для iSCSI. Для аутентификации могут использоваться разнообразные решения, например такие, как Kerberos, или обмен Частными Ключами, в качестве репозитария ключей может использоваться iSNS сервер.
Другие (iFCP, FCIP)
А также, как уже отмечалось, в январе 2001 в рамках SNIA (Storage Networking Industry Association) был организован IP Storage форум. Сегодня форум включает три подгруппы: FCIP, iFCP, iSCSI. Каждая из которых представляет протокол, который находится под протекцией IETF.
FCIP — созданный на базе TCP/IP туннельный протокол, функцией которого является соединение географически отдаленных FC SAN без какого-либо влияния на FC и IP протоколы.
iFCP — созданный на базе TCP/IP протокол для соединения FC систем хранения данных FC сетей хранение данных, используя IP инфраструктуру совместно или вместо FC коммутационных и маршрутизирующих элементов.
iSCSI — рассматривается выше…
Для лучшего понимания позиционирования этих трёх протоколов приведем структурную схему сетей, построенных с их использованием.
Рисунок 5. Блок-схема IP Storage сетей
Fibre Channel over IP
Наименее революционным из трех названых выше является протокол Fibre Channel over IP. Он не вносит практически никаких изменений в структуру SAN и в организацию самых систем хранения данных. Главная идея этого протокола — реализация возможности объединения географически отдаленных сетей хранения данных.
Вот так выглядит стек протокола FCIP:
Рисунок 6. Нижние уровни протокола FCIP
FCIP помогает эффективно решить задачу территориального распределения, и объединения SAN на больших расстояниях. Его основными преимуществами является то, что этот протокол полностью прозрачен для существующих FC SAN сетей и ориентирован на использование инфраструктуры современных MAN/WAN сетей. Таким образом, для обеспечения новой функциональности пользователям, которые ищут возможности связать между собою географически отдаленные FC SAN, будет нужен всего лишь FCIP шлюз и подключение к MAN/WAN сети. Географически распределенная SAN, построенная с помощью FCIP, воспринимается SAN устройствами как обычная FC сеть, а для MAN/WAN сети, к которой она подключенная, она представляет обычный IP трафик.
Среди прикладных задач, которые можно качественно решить с использованием FCIP протокола: удаленное резервирование, восстановление данных и общий доступ к данным. При использовании высокоскоростных MAN/WAN коммуникаций можно также с успехом применять: синхронное дублирование данных и общий распределенный доступ к системам хранения данных.
Internet Fibre Channel Protocol — это протокол, который обеспечивает передачу FC трафика поверх TCP/IP транспорта между шлюзами iFCP. В этом протоколе, транспортный уровень FC замещается транспортом IP сети, трафик между FC устройствами маршрутизируется и коммутируется средствами TCP/IP. Протокол iFCP предоставляет возможность подключать существующие FC системы хранения данных к IP сети с поддержкой сетевых сервисов, которые нужны этим устройствам.
Стек протокола iFCP имеет такой вид:
Рисунок 7. Нижние уровни протокола iFCP
Важной особенностью iFCP является то, что этот протокол обеспечивает FC device-to-device связь (связь между устройствами) через IP сеть, которая является значительно более гибкой схемой, если сравнивать ее со связью SAN-to-SAN. Так, например, если iFCP имеет TCP связь между парами портов N_Port двух FC устройств, такая связь может иметь свой собственный уровень QoS, который будет отличаться от уровня QoS другой пары FC устройств.
Заключение
Подводя итоги, хочется выразить свою твёрдую уверенность в том, что Fibre Channel в ближайшее время никуда не исчезнет, рынок FC SAN будет расти и развиваться. В то же время, IP Storage протоколы предоставят возможность эффективно использовать сети хранения данных в тех прикладных задачах, для которых FC не может обеспечить эффективной реализации. Используя протоколы FCIP и iFCP, сети хранения данных станут географически распределенными. А внедрение iSCSI в свою очередь, даст возможность использования преимуществ SAN в сферах, которые до сих пор остаются нереализованными, или реализуются неэффективно в рамках распространенных сегодня технологий.
Бурное развитие сетей хранения данных стало основой формирования концепции World Wide Strorage Area Network. WWSAN — всемирная сеть хранения данных и предусматривает создание инфраструктуры, которая обеспечит высокоскоростной доступ и хранение данных, распределенных по всему миру. Концепция очень близкая к существующей сегодня WWW, но имеет в своей основе другие сервисы. Одним из оригинальных примеров является обслуживание «менеджера», который ездит по всему миру с презентациями. WWWSAN предусматривает прозрачное перемещение «мобильных» данных вслед за персональным перемещением их собственника по всему миру. Таким образом, где бы ни находился «менеджер», он всегда будет иметь возможность получить высокоскоростной доступ к нужным ему данным, работа с которыми не будет требовать сложной, временами очень неэффективной синхронизации через WWW.
Можно с уверенностью утверждать, что концепция построения всемирной сети хранения данных идеально вписывается в развитие современных технологий IP Storage.