Бесспорно, соединенный с сетью накопитель используется эффективнее, чем при непосредственном подключении к устройству. iSCSI расширяет клиент-серверную концепцию SCSI и во многих случаях способен заменить внешние накопители DAS.

Благодаря SCSI сетевые хранилища, по мнению многих экспертов, обретают новое измерение. iSCSI позволяет передавать блочные данные по сетям с коммутацией пакетов. В принципе, идея достаточно проста, но ее влияние на дальнейшее развитие структур хранения и их возможностей, несомненно, окажется внушительным.

Если выделенные сети хранения данных до сих пор являлись прерогативой вычислительных центров, то iSCSI открывает путь к их использованию в мире сетей IP. Соответствующий протокол, ратифицированный IETF в феврале 2003 г., объединяет две классические информационные технологии — SCSI и IP — и таким образом образует мост между коммуникацией компьютеров с компонентами и передачей данных по локальным, региональным и глобальным сетям.

Архитектура SCSI базируется на модели клиент-сервер. Хост-система инициирует запросы к серверу на чтение и запись информации, адресованные, например, дисковому массиву или ленточной библиотеке. Клиент и сервер соединены друг с другом напрямую, однако на расстояние между ними налагаются значительные ограничения. Данные передаются параллельно порциями по 8 или 16 бит и сохраняются в блочном формате. В соответствии с принятой в области систем хранения терминологией клиент называется инициатором, а сервер — целью. Цель может состоять из одного или нескольких логических объектов, обрабатывающих соответствующие команды инициатора. SCSI использует стандартизированный набор команд, облегчающий взаимодействие с операционными системами и приложениями.

МАСТЕР УПАКОВКИ

Сам по себе протокол SCSI не обеспечивает сетевых возможностей. Для передачи блочных данных по маршрутизируемым сетям TCP/IP нужен мост, каковым и является iSCSI. По причине некоторых особенностей SCSI и TCP/IP при реализации пришлось преодолеть определенные препятствия. Если SCSI полагается на стабильную коммуникацию между компьютером и накопителем, то сети IP, напротив, предлагают потенциально ненадежную среду: пакеты при перегрузках или в узких местах порой теряются, а доступная пропускная способность меняется во времени. Неудивительно, что в протоколе наряду с прочими техническими особенностями (адресация, назначение имен, управление сеансами, обработка ошибок и вопросы безопасности) не последнее место заняли подтверждение обмена данными и командами, а также поведение при потере данных.

iSCSI функционирует как посредник между SCSI и TCP и упаковывает данные в пакеты для последовательной сетевой коммуникации в соответствии с требованиями IP. Таким образом, блочные данные надежно передаются между инициатором и целью посредством TCPIP. Сходство с Fibre Channel очевидно: и в том и другом случае речь идет о терминологии и данных SCSI, которые для транспорта по Fibre Channel также должны быть упакованы. Однако чаще всего iSCSI применяется в конфигурациях с непосредственным соединением между инициатором и целью.

iSCSI открывает дорогу сетевым накопителям с поддержкой IP. Решение iSCSI состоит из целей и инициаторов iSCSI на хост-системах, подключение которых осуществляется через инфраструктуру Ethernet. В качестве целей iSCSI выступают специализированные устройства хранения iSCSI: к примеру, массивы дисков, серверы NAS или ленточные библиотеки. Если речь идет об унифицированном хранилище, как в случае с продуктовыми семействами FAS900, FAS200 и F800 от NetApp, то, с одной стороны, запросы выполняются путем доступа к блокам по Fibre Channel, а с другой — в виде доступа к файлам по сети IP. Формат данных в пределах одного логического устройства (Logical Unit Number, LUN) при соединении по Fibre Channel и SCSI идентичен. LUN означает определенный набор виртуальных жестких дисков, предоставленных серверу. Поэтому в этих системах возможна смена протокола без необходимости миграции данных.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЛИ АППАРАТНОЕ?

Переход на iSCSI может быть осуществлен программным или аппаратным образом. Выбор зависит от многих факторов — бюджет, потребность в производительности и нагрузка на сервер. Инициаторы в виде программных драйверов — самое недорогое решение iSCSI. Полностью программный инициатор iSCSI работает со стандартным сетевым адаптером Ethernet и берет на себя упаковку блочного формата в пакеты IP. Однако вычислительная мощность обеспечивается исключительно процессором хоста. Для второго поколения серверов с тактовой частотой 2 ГГц обслуживание протокола iSCSI при умеренной или средней нагрузке не является непосильной задачей. При наличии сервера с сетевым адаптером Gigabit Ethernet осуществить проверку не составит труда: программные инициаторы iSCSI от производителей наиболее популярных операционных систем доступны бесплатно. Механизмы разгрузки TCP/IP (TCP/ IP Off-Load Engine, TOE) позволяют повысить производительность решения на базе сетевого адаптера и программного инициатора, поскольку освобождают процессор сервера от обработки сообщений ТСР/IP.

Заметный интерес к iSCSI проявляет Microsoft. Компания планирует снабжать логотипом Designed for Windows аппаратное обеспечение iSCSI от Adaptec, Cisco, Intel и Network Appliance, наличие которого будет свидетельствовать прежде всего о полной совместимости со всеми вариантами ее операционных систем Windows. Наряду с бесплатными драйверами устройств для Windows XP 2000, а также Windows Server 2003, Microsoft разработала собственную систему управления iSCSI в виде подключаемого интерфейса. Это должно обеспечить согласованный, простой в обслуживании, стандартизированный программный интерфейс как составную часть операционных систем Microsoft, для приобретения которого не потребуется дополнительных затрат.

Возвращаясь к аппаратному варианту, заметим, что в случае устаревших процессоров и сильно загруженных серверов администратор может воспользоваться аппаратной реализацией инициатора iSCSI. В эту категорию попадают адаптеры главной шины (Host Bus Adapter, HBA) для обработки iSCSI и TCP/IP. По сравнению с HBA для Fibre Channel они возлагают меньшую нагрузку на процессор.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДАННЫХ

iSCSI позволяет создать сети хранения данных на базе Gigabit Ethernet и, таким образом, служит альтернативой классическим SAN на базе Fibre Channel (см. Рисунок 1). Эта концепция, по мнению ее сторонников, позволит консолидировать системы хранения без серьезной нагрузки на бюджет ИТ. Наряду с блочными форматами SAN на базе Fibre Channel сети хранения Gigabit Ethernet предлагают еще и преимущества архитектур NAS, как, например, использование Ethernet, простое управление, совместную работу с файлами в гетерогенных сетях и умеренные размеры инвестиций. Благодаря iSCSI данные некоторых корпоративных приложений, способных работать лишь с блочным форматом, могут доставляться не только по Fibre Channel, но и по Ethernet.

Особый интерес iSCSI представляет для сред с непосредственно подключаемыми устройствами хранения, консолидация которых на базе Fibre Channel невозможна по причинам высокой стоимости или из-за технических особенностей. К этой категории относятся системы хранения отделов или рабочих групп, распределенных и удаленных приложений, небольших серверов под управлением Windows, Linux и NetWare, а также системы хранения модульных серверов.

Быстрый рост числа серверов ведет к тому, что управление хранением на многочисленных распределенных предприятиях становится сложнее и дороже. Прежде всего это касается приложений, чьи массивы данных растут быстрыми темпами, к примеру Microsoft Exchange. iSCSI позволяет предоставить централизованные сетевые накопители серверам под управлением Windows (см. Рисунок 2). В результате кроме достижения заметной экономии повышается доступность данных и способность к резервному хранению.

«ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ФЕРМЫ» ПОД УПРАВЛЕНИЕМ LINUX

Для многих предприятий «вычислительные фермы», состоящие из десятков установленных в стойки серверов под управлением Linux, являются просто методом снижения стоимости эксплуатации аналитических или требующих больших объемов вычислений приложений. В таком случае подключенный непосредственно накопитель усложняет управление данными. Если «традиционные» сети хранения данных для этих целей слишком дороги, то SAN на базе iSCSI в комбинации с iSCSI-совместимым корпоративным хранилищем дает решение за приемлемую цену (см. Рисунок 3).

Кроме того, iSCSI подходит для предприятий с региональными вычислительными центрами, на эксплуатации которых они хотели бы сэкономить, в частности, за счет сокращения обслуживающего персонала. Требования серверов к управлению данными очень часто не позволяют добиться этого. iSCSI решает проблему благодаря использованию простых в обслуживании специализированных устройств хранения вместе с существующей сетевой инфраструктурой Ethernet для подключения сервера к накопителю, чем устраняется сложность управления данными.

Интересную комбинацию представляют собой структуры хранения iSCSI и модульные серверы. Оба отвечают идее консолидации: с одной стороны, в сети хранения объединяются многочисленные напрямую подключаемые накопители, с другой — традиционные серверы обретают компактный формат. Стандартные компоненты, в частности охлаждение или электропитание, используются совместно несколькими модулями в пределах одной стойки. Отсюда уже недалеко и до разделяемых хранилищ. Модульные серверы пригодны как для поддержки электронной почты или коллективной работы, так и для терминальных приложений или отдельных программных модулей SAP R/3 и mySAP. Соответствующие данные находятся либо в DAS, либо в сети хранения. При отказе от DAS речь, в принципе, может идти только о последней.

Таким образом, серверные среды приобретают различные преимущества. IP поверх Ethernet в состоянии поддерживать многие файловые протоколы: CIFS для Windows, NFS для UNIX и Linux, а также блочный iSCSI (см. Рисунок 4). Кроме того, IP легко покрывает большие расстояния и даже при 1/10 Gigabit Ethernet имеет более чем достаточную производительность для очень многих приложений. При помощи так называемой архитектуры виртуального интерфейса (Virtual Interface Architecture, VIA) или удаленного прямого доступа к памяти (Remote Direct Memory Access, RDMA) iSCSI позволяет реализовать непосредственный обмен между жесткими дисками и памятью сервера. Тем самым возможно дальнейшее повышение производительности приложений.

В заключение можно сказать, что выгоду от хранилищ IP и iSCSI получат в первую очередь те компании, у которых имеются вычислительные центры для отделов и рабочих групп. Чем большей производительностью будет обладать эта технология, тем быстрее хранилища iSCSI станут вытеснять непосредственно подключенные накопители из вычислительных центров и централизованных приложений предприятия. Обобщение преимуществ представлено во врезке «Аргументы в пользу iSCSI». Администратору не стоит упускать из виду тот факт, что iSCSI не заменяет Fibre Channel. Гораздо большие перспективы сулит использование iSCSI в качестве опции для замены непосредственно подключаемых систем хранения на сетевые.

Неудивительно, что оптимальная область применения на данный момент очерчена довольно четко.

Хайке Штаутнер — независимый автор. С ней можно связаться по адресу: jos@lanline.awi.de.

? AWi Verlag

Аргументы в пользу iSCSI

Применение iSCSI дает следующие преимущества:

  • использование компонентов на базе стабильных утвержденных стандартов;
  • возможность создавать недорогие сети хранения данных благодаря умеренной стоимости инсталляции и обслуживания;
  • высокая степень совместимости, вследствие уменьшения числа распределенных сетей и издержек на кабель, а также способность функционировать по обычной структуре Ethernet вместо специальной дорогой Fibre Channel;
  • отсутствие ограничений на расстояние между компонентами, поскольку пакеты IP при должной организации сети доходят куда угодно, что, несомненно, свидетельствует об удобстве применения технологии в удаленных офисах.