iSCSI为主的网络储存解决方案实测

　　任何一个在企业中参与服务器及网络管理的从业人员，都会将如何从既有的基础架构中，有效增加储存容量列为一项要务。虽然大多数的解决方案得以完成这些需求，可惜其不是所费不赀，就是缺少实用上的弹性。

　　大部分19吋机架式系统鲜少有足够的空间来装置额外扩充硬盘，这恰好让一个使用SCSI或光纤信道连接服务器的储存模块得以有用武之地，不过，即使连简单到只是储存数据用途，有时候都不见得都适合用已经自顾不暇的档案服务器来混用。

　　大的直立式计算机也许可以用来放置扩充的硬盘及储存控制器系统，但是，这种混搭应用于服务器及储存装置的系统容易发生如前所述情形，而且安装的工作也不轻松。

　　对大多数公司而言，一个理想的储存系统需要具备最大的弹性，它必须是容易运作，可以在不同地点和不同系统连接使用，也就是要有好的扩充性(scalable)，当然在效能上是不能打折扣的，而能够符合这些要求并成为储存装置的个中翘楚就是这个名为iSCSI(Internet SCSI)技术，这是一个将SCSI的通讯协议整合到TCP/IP封包中的解决方案，便于让绝大部分企业用途的储存界面植入到现有的网络架构中，而且还可以变成一个稳固的储存子系统。

　　iSCSI如何运作

　　上图呈现出iSCSI运作的工作细节，储存系统应该是能够独立使用网络架构而不需要其它服务器的帮忙，这个先前已经讨论过的储存子系统可以是一个用最简单的管理，就可以随时被数个服务器所存取的系统，或者，透过iSCSI连接的方式，也可以提供给既有的系统一个额外储存空间之用。

　　非常明显的，这个方式可谓好处多多，大多数企业的商用环境都已经建构成很有效率的网络架构，包含了诸如以太网络(Ethernet)等的成熟及稳定技术，因此，你不需要为了要和iSCSI或其它如网络储存系统SANs(Storage Area Networks)系统相连，而耗费时间去导入、测试和验证新技术，而且，不需要雇用昂贵的专家来做系统布建。

　　这意味着网管人员不需要太多的训练就可管理iSCSI用户和服务器，因为只要全都仰赖现有的系统及基础牢固的网络技术即可，透过iSCSI服务器可以直接连接到数个交换器(switch)或不同的网络区段的特性，所以其也可以成为高可用性的解决方案，借着以太网络交换的技术，整个架构可以设计成容易扩充。

　　基本上，一个iSCSI服务器(target)可以认定为是一个软件或硬件，但是考虑软件会造成CPU负荷太重的问题，所以最好是专属的硬设备，iSCSI服务器主要的工作负担在于将SCSI指令封包植入到TCP/IP封包里，如前所述，这必须实时(real time)完成，对软件而言就要仰赖CPU的配合，但是硬件解决方案大可靠一个额外的TCP/IP模块和一个SCSI加速(offload)模块就完成。

　　透过iSCSI 客户端(client)或发讯器(initiator)可以将位于iSCSI服务器上的储存资源整合到客户端，成为一个好像是本机储存硬盘的装置，这和传统的网络共享储存区最大的差别就是安全性的优点，iSCSI非常强调在iSCSI封包中由网络加密传递的保密认证。

　　当然。以可达成效能来看，因为网络速度延迟率较高的关系，是会比普通的SCSI系统慢一点，纵使今天网络频宽已经到1Gbit/s(=128MB/s)的地步，大部分频宽还是无法被充分使用到。

　　每一个iSCSI节点都有一个255位的长度，放置属于自己的名字及别名，而且每一个名字地址只用一个独立IP，所以在网络上的储存数组即使被放到不同的子网络区段时，仍可以被找到。

　　iSCSI实际应用

　　除了网络之外，布署一个iSCSI的基本要件就是iSCSI服务器，我们测试了两个系统，软硬件各一，软件解决方案叫做SANMelody，是由DataCore公司制作，该软件可以上网下载21天试用版，而硬件部分，我们采用Adaptec的Storage Array iSA 1500机型，其算是一个完整的网络储存应用解决方案。

　　此二者都可做到完整的iSCSI需求，由iSCSI界面在主系统上提供储存空间给所有用户，客户端系统可以使用Adaptec适配卡来降低CPU的负载。

　　基本上，iSCSI可以使用100M位网络，但是和本机硬盘机比起来会显得慢，Gigabit以太网络是一个比较好的选择，即使用到了多磁盘RAID 5数组，网络速度也不会成为瓶颈所在，而使用RAID 0储存数组时，频宽会是问题，不过，一个需要高速的储存区一般很少会透过网络来做存取的动作。

　　在客户端，iSCSI发讯器是必须要的，几乎所有的操作系统都适用，在Google搜寻诸如Microsoft、initiator的关键词可以找到许多相关的结果。

　　下一步就是在发讯器软件上登入服务器的网络位置，这可以放在操作系统中的开机自动启动，让服务器所释放出的网络储存区，就像是你的实体本机硬盘一样，设定好一个逻辑磁盘分割代码，你可以在窗口浏览器和我的计算机中找到。

　　iSCSI通讯协议允许使用IPsec规格作封包加密，虽然这不是必要的，例如在公司内部网络上，这不见得是一定要的，安全性的议题在外部网络上还是比较重要的。

　　可能的应用

　　iSCSI也可以用在备份的工作，数据可以容易复制到另一个磁盘中，即使实际的目标磁盘近至临栋大楼或远到异地分公司，透过宽频网络都可连接;例如，窗口软件中的磁盘映像复制(volume shadow copy)功能就可以使用这个应用，iSCSI甚至可以在DSL宽频上使用，不过，频宽上的限制需要视不同的应用而定。

　　对传统备份系统而言，使用iSCSI最大的好处是凸破地理上的限制，这是一个不可被低估的优点，举例来说，虽然磁带柜可以安装在公司内部网络任何地方，但是只要最糟的情况发生时，用iSCSI做备份系统仍可在最短的时间将备份数据复制完成。

　　iSCSI的工作承载

　　如果iSCSI解决方案是采用软件方式，网络卡势必会遭受到大量数据流通的冲击，这个重担会转移到以CPU运作为主的网络卡驱动程序，因为一般网络卡并没有加速的功能，而SCSI是一个以搬运数据区为主的通讯协议(block-oriented protocol)，由于大量数据会在Gigabit以太网络上迁移，即使你只使用慢速的调制解调器，在TCP/IP封包上编码及解译的工作仍会耗掉CPU大部分的处理时间。

　　要让情况好转，特殊的TCP/IP加速引擎(TCP/IP Offload Engines;TOE)应运而生，做为在iSCSI网络卡上处理这些复杂的动作的利器，CPU可以因此降低负荷而专注于使用者和服务器系统的正常运作。

　　任何人想要建立一个高效能的iSCSI环境，要不就让软件保持净空，否则就是要有一个干净的系统环境，Adaptec提供一个可能的组合，用ASA-7211C网络卡和储存数组iSA 1500系统，详见以下说明：

　　Adaptec iSA 1500储存数组

　　这个储存数组有24英吋(60公分)长，而且需要一个够深的机架式机箱。

　　Adaptec的iSA 1500储存数组是一个1U高度的机架式系统，里面配置四个Serial ATA(SATA)硬盘，使用iSCSI接口可以连接到内部网络或网络储存系统，选择Maxtor为长时间运作而设计的MaXLine-II硬盘做为SATA硬盘是有道理的，如果选用传统的SCSI零组件，则只会增加系统的成本而得不到实质的最大价值，通常SCSI的硬件之所以划得来除了做为长时期运作外，而且在持续满载下可以发挥最大效能;在iSCSI上则有些太过了。

　　这个系统使用两个英特尔(Intel)82546EB的Gigabit网络端口连接网络，由TCP/IP封包运作所产生的负担，由一片配置英特尔Xeon处理器的Supermicro X5DPR-IG2+主机板所肩负，这片主机板是使用英特尔的E7501服务器芯片组，及1GB的ECC内存做为标准配备。

　　系统是由接在UltraATA/100插槽上的闪存中的Linux操作系统所启动，而固定IP位置可以借着Linux控制台来设定，一旦做完了设定，从此就可以在远程透过其第三个网络连接端口(使用英特尔的Pro/1000网络卡)及Adaptec Storage Manager软件来管理与设定，需要特别注意的是Adaptec区分出作为设定之用的网络端口及另外两个作为传输数据的网络端口。

　　这个1U模块是Xeon处理器系统，位于上端的网络接孔用来做远程设定，而右下端的两个网络端口用作数据传输。

　　Adaptec iSA 1500 储存数组(续)

　　可惜的是冷却风扇声音相当大，电源供给器风扇声音都被盖过去了。

　　四个3.5吋的SATA硬盘的导入式系统非常坚固而且好用。

　　四个硬盘是由Adaptec AHA-2410SA适配卡所控制，和我们测试配备所不同的是英特尔的RISC精简指令处理器式跑100MHz，而不是66MHz。

　　设定储存区间的必需品

　　第一步是先建立Adaptec iSCSI装置运作端，称为代理(agent)。

　　在主机系统的IP位置和名称之下可以被认识的装置。

　　在Adaptec的定义中，storage pools是指可以使用与设定的储存区间，例如RAID 5储存数组。

　　自行设定的步骤会顺序设定，只要有设定RAID控制器的经验，应该不会有困难的。

　　在这里，每一个储存区间(storage pool)所使用的硬盘会做选择，我们的测试系统限于 iSA 1500的放置硬盘空间， Adaptec控制器无法指定超过四个硬盘(必须和实际储存数组一致)，但是控制器本身是没有限制的。

　　做好了!RAID 5数组要先做初使化(initialization)动作，在状态显示时，Adaptec无法区分出初使化和重置(rebuild)的空间。

　　目标储存区间设定

　　只有iSCSI目标储存区(Target)才可以被发讯器所存取，所以我们先做一个。

　　目标储存区可以在网络上用别名，即使其已经被移到另一个子网络上。

　　目标储存区可以大到和整个储存空间一样大，我们选用100GB的空间。

　　设定我们的目标储存区不需要一分钟。

　　目标储存区间设定(续)

　　状态与讯息窗口可以回答大多数问题。

　　非常好!目标储存区的大小可以随时更动，而且不会花太多设定时间。

　　支持储存区快照(snapshots)，还包含可以回复功能，可以由一个储存区快照来加以还原原本数据，但是这需要足够储存数组来保留快照区间。

　　做好了!快照区间会和我们目标储存区间一模一样。

　　Adaptec ASA-7211C

　　7211C是一个可以具备TCP/IP和iSCSI加速引擎的PCI-X适配卡，Marvell芯片负责网络实体连接，速度可以高到1GBit/s，这片网络卡使用64位界面，工作在66MHz时脉，远超出其所需要的速度。

　　当你仔细研究这片卡，映入眼帘是许多记忆模块，SDRAM内存芯片甚至可以在卡的背面找到，这些内存都用来作为个别加速功能的缓冲存储器，重点在于大幅度的加速之用。

　　iSCSI Configuration Manager

　　发讯器是网络卡起始的功能，所以要先设定，当然DHCP服务器可以被使用。

　　为了可以连接iSCSI目标储存区，IP位只需要先知道，Port 3260是预设的连接埠。

　　目标储存区信息显示所有有用的选项，点选Edit/Logon键，开启一个连接。

　　这里，我们建立与目标储存区的一个连接，我们也可以设定每次开机时就重新建立一个连接。

　　帅!完成!

　　由纯软件做的iSCSI

　　在安装完SANMelody程序后，在管理控制台中Drives选项会启动一个SANMelody Plugin模块，空下来的分割扇区可以转换成虚拟磁盘。

　　DataCore公司，设立于1998年，并以内存管理、虚拟化及数据复制技术为主要业务，约一年前，他们发表SANMelody软件包作为网络储存系统的软件解决方案，其可以将硬盘中的分割扇区整合到窗口系统中，变成iSCSI目标储存区(Target)，虽然SANMelody报价至少要1,200美元，但是可以适用于任何拥有至少512MB的RAM内存的现有计算机系统，另外一个优点是DataCore产品不需要使用窗口服务器操作系统，也就是用Windows XP就可以，不过，需要先安装微软的.NET framework环境。

　　分割磁盘的产生需要在Disk Manager下找一个完全空白的区间，也就是不可以被格式化，也不能设定任何逻辑扇区的空间，在SANMelody的设定模块(configuration plug-in)会将这些空间转成虚拟磁盘(virtual volumes)，然后指定给一个应用服务器，让这个应用服务器可以自由存取这个磁盘。

　　DataCore随着价格与功能的不同，提供四个基本的套件，最基本的版本只能支持单颗处理器、八个硬盘及两个网络卡，而其它高阶版本可以支持320硬盘、16网络卡及四颗处理器，而且还有IP复制(replication)、储存区快照(snapshot)功能而自动容错转移(auto-failover)则做为一个追加选项，除了阳春版本外，所有的版本都支持光纤信道连接。

　　其余供能细节可以参考DataCore网站。

　　不同SANMelody系统可以透过「Storage Server」选单来管理，同时也可以看到所有虚拟磁盘的清单。

　　这里我们设定一个可以存取虚拟磁盘的应用服务器。

　　接着选择我们要的网络界面(信道)。

　　最后，虚拟磁盘需要指定到一个通道。

　　设定微软的iSCSI发讯器

　　首先定义Target Portal或iSCSI发讯器。

　　接着在 iSCSI服务器选择一个目标储存区，然后登入。

　　像Adaptec一样，微软提供一个每次开机启动时可以再建立一次连接的选项。

　　好了，iSCSI连接启动。

　　果如预期，一个新的磁盘已经透过iSCSI整合到我们的测试环境中。

　　检测系统

　　Adaptec iSA 1500的客户端

　　DataCore SANMelody服务器

　　检测结果

　　检测结果(续)

　　结论：iSCSI的大好前程在望

　　基本的iSCSI功能主要在于使用现成技术来组成一个便宜的网络储存系统，在我们测试中，无论是DataCore的软件iSCSI服务器或Adaptec硬件的iSA 1500储存数组不但效能好，而且容易管理。

　　DataCore的目标是借着一系列SANMelody套装系统，提供给希望将现有系统进行改装成iSCSI的应用，或可以花最少代价进入iSCSI世界的使用者，其价格结构是根据功能差异而定，让小公司可以用得起的弹性iSCSI储存方案，在你购买前可以先试用其21天试用版，而价格只有美金199元的SANMelody Lite版本，也可以缩短你做决定的时间。

　　另一方面，不令人意外的，而且如其一开始就推动及支持iSCSI 技术的Adaptec公司，则选择硬件的方案，iSCSI-to-PCI-X网络卡AHA-7211C用来连接到网络储存系统或储存端到服务器的连接，这片卡支持TCP/IP与iSCSI加速引擎(offload engine)，可以让整个系统得以降低负担，比直接连接到低复杂度的储存系统如DAS(Direct Attached Storage)所承载的还要低，报价600美元的7211C并不便宜，但却是目前少数的优良设计的SCSI适配卡之一。

　　而Adaptec的iSA 1500储存数组，一台小巧而功能强大的1U机架式服务器，配备工作导向操作系统在网络储存系统中肩负起iSCSI服务器的重任，两个Gigabit网络连接端口可以确保高速传输，而第三个网络连接端口承担专属的管理与远程设定的功能，服务器上采用四个3.5吋Serial ATA硬盘，自从所有的主要硬盘制造商开始供应可以持续运转的所谓「近线」(near-line)环境的硬盘机后，不但可以帮助降低成本，而且目前每个硬盘机可以提供最大400GB容量，使得这个1U高度的机箱能够有最大到1.6Terabyte的储存容量;但是成本高达数千美金的储存系统可不是一般大众考虑对象，对一个中型的公司，尤其是大型硬盘机开始充斥于市面，储存容量的增加可以信手拈来时，这将会是一个很保险的投资。