探究ISCSI协议吞吐量性能
- 作者:admin 来源:网络 日期:2009-3-8 21:56:33
- 摘要：该文主要介绍ISCSI协议体系结构和功能实现流程，并对ISCSI协议进行仿真，在对仿真结果分析的基础上，得出结论：ISCSI适合在高带宽网络环境下传输大量块数据，且网络带宽对ISCSI协议性能的影响会随着带宽的增加而减小。
关键字：存储区域网络；IP网络；ISCSI;SCSI;OPNET
1前言
小型计算机系统接口SCSI（SmallComputerSystemInterface）是连接存储设备与服务器的最通用的方法。SCSI产生于1979年，是支持一到两个磁盘的8-bit的并行总线接口。这一协议不断发展，直至成为其他存储相关技术的基础。高性能的数据块级存储访问一般是通过直接附加SCSI连接、或通过专用光纤通道FC（FiberChannel）架构存储区域网络SAN(StorageAreaNetwork)来实现的。
SCSI使主机系统能够对大量的存储设备进行块数据的输入输出操作。目标设备主要包括：磁盘和磁带设备、光存储设备、打印机和扫描仪。主机系统和外围存储设备之间的传统SCSI连接是基于并行电缆的，并行SCSI电缆本身存在距离和支持设备局限。从存储应用角度看，这些局限推动了诸如光纤通道FC和吉比特以太网这样的基于网络框架的新技术的发展。基于串行吉比特传输的存储区域网络SAN克服了并行SCSI电缆的距离、可扩展性和可用性的局限。http://www.dxlww.net代写论文网
基于光纤通道技术构建的存储区域网络FCSAN，具有高可靠性、高性能和高扩展性的显著优点，在大型存储系统中应用广泛。但是FCSAN使用专用的网络拓扑结构，不能直接使用通用的IP网络连接各个SAN存储网络，这样各个SAN网络形成了一个个“数据孤岛”，无法实现数据的广泛共享，而且SAN构建复杂，价格昂贵，同时SAN采用的数据集中管理方法不适应分散式和远程管理的要求，因此限制了SAN在中小企业中的推广和使用。与之相对应，NAS（NetworkAttachedStorage）技术虽然成本低廉，但是受到带宽的限制，无法完成大容量存储的应用。鉴于以上原因，建立新的基于通用的IP网络的数据存储协议成为必然，因此iSCSI协议被提出。
因特网小型计算机系统接口ISCSI（InternetSmallComputerSystemInterface）基于IP协议的技术标准，是一种供硬件设备使用的、可以在IP协议上层运行的SCSI指令集协议。这种指令集合可以实现在IP网络上来运行SCSI协议，使其能够在诸如高速千兆以太网上进行路由选择。ISCSI把SCSI命令封装到TCP包中在TCP/IP网络上传输，是存储技术和网络技术的融合，实现了小型计算机系统接口SCSI（SmallComputerSystemsInterface）和TCP/IP协议的连接，该技术允许用户通过TCP/IP来构建存储网络。和FCSAN类似，它传输的是数据块，而不是像NAS那样进行文件级的数据传输。
ISCSI技术最重要的贡献在于其对传统技术的继承和发展上：第一，SCSI技术是被磁盘、磁带等设备广泛采用的存储标准，从诞生起到现在仍然保持着良好的发展势头：第二，沿用TCP/IP协议，TCP/IP在网络方面是最通用、最成熟的协议，而且IP网络的基础建设非常完善。这两点为ISCSI的无限扩展提供了坚实的基础。对于以局域网为网络环境的用户，只需要不多的投资，就可以方便、快捷地对信息和数据进行交互式传输及管理。总之，相对于以往的存储解决方案，ISCSI的出现更好地解决了开放性、容量、传输速度、兼容性、安全性和成本等问题。
2ISCSI协议体系结构分析
SCSI是一种广泛应用于存储设备的工业标准。利用SCSI协议，磁盘的控制命令和数据可以被发送给存储设备驱动器，同时响应和状态信息以及从存储设备读取的数据也通过SCSI控制器进行传输。整个传输处理过程中，SCSI的命令和数据都是以命令描述块CDB（CommandDescriptionBlock）的协议数据单元来完成的。SCSI协议标准中规定：发出命令的一端称为初始器端，响应命令的一端称为目标器端。
ISCSI是由IETF开发的一种基于存储网络的Internet协议，它继承了SCSI协议的稳定性和可靠性，能够在TCP／IP网络上传送标准的SCSI命令，使主机系统和不同的外部设备块数据进行I／O操作，并且可以实现远程存储管理。可以说，ISCSI是集成了SCSI协议和TCP／IP协议的新的协议。ISCSl只是将数据的存储变得更加灵活，因为它是在SCSI基础上扩展了网络功能，也就是可以让SCSI命令通过网络传送到远程的SCSI设备上，而SCSI协议只能访问本地的SCSI设备。
ISCSI协议是SCSI远程过程唤醒模型在TCP协议上的映射。初始器向目标器发送请求，操作系统把此请求转换成一条或多条SCSI命令，接着ISCSI层接收SCSI命令后，并将其封装在带有ISCSI头部标识的数据包中，TCP层，IP层和Link层依次将数据包进行各自层相应的封装，并发送到网络中，而目标器这边则进行与上述相反的操作，从而完成了初始器到目标器之间的远程唤醒，全部过程对于用户来说是透明的。整个过程如图1所示。
标准的TCP协议不是为了大量数据传输用的块级I/O接口而设计的。因此，通常处理大量存储数据的IP存储必须将传输层上内置的传输功能予以加强，以适应低时延应用（如，数据镜像），使得数据的传输效率更高。这可通过生成类似于TCP的新传输层加以实现，即同步导向层，此层主要保证块数据的同步和按序传输，使得ISCSI协议可以在多个连接和一个连接上多个命令的复杂条件下，及时纠正连接和命令等错误，并顺利完成数据传输。
3ISCSI协议仿真及结果分析
3.1仿真软件OPNET简介
目前网络仿真方兴未艾。网络仿真在网络管理、协议设计、性能预测以及故障诊断等方面的都发挥着非常重要的作用。OPNET作为当前业界著名的网络仿真软件，几乎可以完成现有各种通信系统的仿真，在国内教学和工程中应用越来越广泛。此软件使用对象主要是从事通信网络协议研究或者开发、网络规划、网络性能优化与协议性能评估的工程技术人员，还包括高校相关专业的研究生和教师。
对于OPNET，可以从三个层次进行概括和描述：
1）三层建模机制，OPNET提供了网络层、节点层和进程层的三层建模机制，使得建模更加有条理，大大加快了研发速度。
2）事件驱动的仿真，对于离散事件仿真软件来说，事件驱动是一个很重要的概念，仿真时间的推进是靠事件来推驱动的，有事件的时候则进行处理，没有事件的时候则推进仿真时间线。
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