iSCSI - sieciowe pamięci masowe oparte na IPI

W przyszłości iSCSI ma być ekonomicznym środkiem transportu danych pamięci masowej za pośrednictwem protokołu TCP/IP. W ten sposób stanie się bezpośrednim konkurentem zoptymalizowanej pod tym kątem technologii Fibre Channel.

W przyszłości iSCSI ma być ekonomicznym środkiem transportu danych pamięci masowej za pośrednictwem protokołu TCP/IP. W ten sposób stanie się bezpośrednim konkurentem zoptymalizowanej pod tym kątem technologii Fibre Channel.

Dane składowane są na nośnikach pamięci zawsze w postaci bloków. Dotyczy to także sieciowych pamięci masowych. Tam właśnie pliki dzielone są na bloki dopiero "za" serwerem (NAS Filer), ale "przed" urządzeniem pamięci. Dlatego przesyłanie danych w postaci bloków, tak jak są zapisywane, jest szczególnie efektywne. W środowisku profesjonalnym i biurowym SCSI jest praktycznie jedynym używanym w tym celu protokołem. Będzie stosowany w (równoległej) magistrali SCSI, w Fibre Channel (Fibre Channel Protocol) i we wszystkich połączeniach IP, a więc w przyszłości także w iSCSI.

1. Warunki

SCSI jest praktycznie jedynym protokołem do zapisywania danych w profesjonalnych urządzeniach. Rodzina protokołów internetowych IP jest stosowana wyłącznie w sieciach lokalnych i rozległych - LAN i WAN.

Uwolnienie - sieć pamięci masowej oddziela urządzenia pamięci masowej od serwerów. Do tej pory sieci pamięci masowej były realizowane wyłącznie na bazie połączeń Fibre Channel. W przyszłości ma to być możliwe, przy zachowaniu identycznej topologii, również z wykorzystaniem połączeń ethernetowych i protokołu i SCSI.

Uwolnienie - sieć pamięci masowej oddziela urządzenia pamięci masowej od serwerów. Do tej pory sieci pamięci masowej były realizowane wyłącznie na bazie połączeń Fibre Channel. W przyszłości ma to być możliwe, przy zachowaniu identycznej topologii, również z wykorzystaniem połączeń ethernetowych i protokołu i SCSI.

Ethernet ma już około 30 lat, opracowanie protokołów internetowych rozpoczęło się ponad 40 lat temu. Normowanie Fibre Channel rozpoczęło się około 12 lat temu, a działające urządzenia dostępne są od 5 lub 6 lat. FCP (Fibre Channel Protocol), czyli szeregowy SCSI, stosowany jest w sieciach pamięci masowych (SAN - Storage Area Network) w połączeniu z Fibre Channel (FC).

Portów ethernetowych z TCP/IP jest o kilka rzędów wielkości więcej niż portów FC z protokołem Fibre Channel. Każdy administrator może dzisiaj zbudować bez problemu sieć LAN opartą na IP. Może przy tym wybierać z szerokiej oferty tanich i kompatybilnych elementów infrastruktury. Ethernet gigabitowy, nie wspominając już o 10-gigabitowym, czyli nowoczesne sieci LAN/WAN oferują więcej niż dostateczną szerokość pasma do sieciowych pamięci masowych.

Dlaczego zatem nie użyć do przesyłania danych pamięci masowych w sieci Ethernet protokółu TCP/IP? Czy można zastosować w sieciach pamięci masowej iSCSI-SAN sprawdzone komponenty i dobrze znaną topologię, zamiast zupełnie nowej, bardzo złożonej i obarczonej ciągłymi problemami z kompatybilnością technologii Fibre Channel?

Zaletą iSCSI jest również to, że zamiast drogich podzespołów infrastruktury FC można stosować dużo bardziej rozpowszechnione, a w wypadku przyszłej produkcji w dużych ilościach również dużo tańsze, gigabitowe lub 10-gigabitowe przełączniki ethernetowe. W dodatku mamy tu do czynienia z powszechnie znaną technologią LAN, więc nie jest potrzebny specjalnie wyszkolony personel. Każdy administrator sieci LAN może się zająć eksploatacją i konserwacją sieci iSCSI-SAN. Wydaje się zatem, że koszty eksploatacji sieciowej pamięci masowej iSCSI powinny być znacznie niższe niż sieci FC-SAN.

2. Stan obecny

Karta iSCSI. Adaptec oferuje gigabitową kartę iSCSI, ASA-7211, z TCP-offload w formie wyspecjalizowanego układu scalonego.

Karta iSCSI. Adaptec oferuje gigabitową kartę iSCSI, ASA-7211, z TCP-offload w formie wyspecjalizowanego układu scalonego.

Wielcy producenci, na przykład Dell, EMC, HDS, HP, IBM czy Sun, albo jeszcze w ogóle nie rozpoczęli prac nad iSCSI, albo podejmują symboliczne działania symulujące, że coś się dzieje. Sun, autor sloganu "Sieć to komputer", nie chce mieć do czynienia z iSCSI. IBM jako pierwszy z producentów, o rok wcześniej niż inni - na początku 2001 roku - wprowadził do sprzedaży system iSCSI (IP Storage 2001). Aktywna promocja tego rozwiązania została zakończona przed kilkoma miesiącami. Jedno z amerykańskich czasopism branżowych sądzi, że zna powód - do sierpnia 2002 IBM nie zdobył w Stanach Zjednoczonych ani jednego liczącego się klienta. Obecnie nad produktami do IP storage pracuje tylko Adaptec, kilku producentów adapterów do magistrali hosta i kilkanaście firm, które dopiero raczkują w tej dziedzinie (adaptery do magistrali hosta, karty sieciowe, przełączniki i TOEs (TCP/IP Offload Engines).

Czy zatem iSCSI jest rozwiązaniem bez przyszłości? Wymienione powyżej zalety są w zasadzie bezdyskusyjne. W gruncie rzeczy o tym, czy iSCSI jest rozwiązaniem przydatnym i ekonomicznym, decyduje w każdym wypadku konkretne zastosowanie. W dalszej części przedstawimy kryteria techniczne przemawiające za lub przeciw zastosowaniu iSCSI.

3. TCP/IP

Po kawałku czy w całości - porównanie metody przesyłu danych SCSI, Fibre Channel i iSCSI.

Po kawałku czy w całości - porównanie metody przesyłu danych SCSI, Fibre Channel i iSCSI.

TCP/IP działa na zasadzie przesyłania pakietów i stosuje do tego środek transportu, którego niezawodność może budzić obawy. Pakiety danych wysyłane są bez uprzedniego nawiązania nieprzerwanego połączenia z miejscem przeznaczenia, z założeniem, że kiedyś (możliwie różnymi drogami) dotrą do celu. Dopiero tam zostaną uporządkowane we właściwej kolejności i połączone z powrotem w plik. W wypadku przeciążenia sieci lub błędów transmisji TCP może po prostu porzucić poszczególne pakiety (czyli nie przesłać ich). Muszą one być później ponownie przesłane.

Jeszcze kilka lat temu sieci Ethernet LAN realizowano najczęściej jako sprzężone koncentratorami z dzieloną szerokością pasma. W takiej topologii typowa dla Ethernetu procedura odwołań (CSMA/CD) powoduje liczne kolizje pakietów, a za-tem i opóźnienia przesyłania. Ten rodzaj transmisji z zasady nie nadaje się do przesyłania danych na odcinku komputer - pamięć masowa.

Nowoczesne sieci, dzielone przełącznikami na mikrosegmenty, udostępniają wszystkim uczestnikom pełną szerokość pasma i w dużej mierze eliminują kolizje. W dodatku nowe techniki LAN, takie jak VLAN (IEEE 802.1q) i QoS (IEEE802.1p), zapewniają logiczny rozdział sieci i określenie priorytetów, a więc w razie potrzeby sieć Ethernet-SAN może działać nawet na dotychczasowym okablowaniu sieci LAN. Wiadomo jednak z doświadczenia, że sieci lokalne mają tendencje do zapychania się w wyniku transmisji grupowych (multicast) i rozgłoszeniowych (broadcast). Dlatego ze względu na wydajność sieć pamięci masowej powinna korzystać z własnego fizycznego okablowania.

4. LAN czy SAN?

LAN i SAN służą do zupełnie odmiennych celów i pod kątem jak najsprawniejszej ich realizacji są zoptymalizowane. Sieci LAN TCP/IP przesyłają do miejsca przeznaczenia małe pakiety danych przez dowolne, niezajęte w danej chwili segmenty sieci, w dowolnej kolejności i dowolnym czasie. W wypadku przeciążenia odcinka sieci pakiety są porzucane, ponowne kompletowanie i korekcja błędów następują niemal wyłącznie przez TCP w miejscu przeznaczenia. Przesyłane są głównie pliki w postaci ciągu bajtów, a całym ruchem steruje oprogramowanie.

Sieć SAN przesyła dane do miejsca przeznaczenia najkrótszą drogą i w pierwotnej kolejności. Ewentualna korekcja błędów odbywa się tam, gdzie wystąpią - po drodze. Pakiety danych są wysyłane tylko wtedy, gdy odbiornik może je przyjąć. Transmisja ma zwykle postać bloków danych lub plików podzielonych na serie bloków. Za sterowanie ruchem danych odpowiada sprzęt. Technika ta doskonale nadaje się do przesyłania dużych ilości danych, szczególnie w aplikacjach bazodanowych i strumieniowych.


Zobacz również