ОБЗОРЫ

На рынке уже появились первые реализации новой технологии

Протокол IP (Internet Protocol) благодаря повсеместному распространению в мире и способности работать практически в любых подсетях имеет множество преимуществ по сравнению с другими сетевыми протоколами. По существу IP стал стандартом корпоративных сетей. Есть поддерживающие IP магистральные линии, охватывающие весь земной шар, а также целая армия технических специалистов с опытом работы с данным протоколом. Таким широким распространением объясняется огромная и постоянно растущая поддержка IP-сетей фирмами-производителями и разработчиками. Активное использование механизмов, обеспечивающих качество обслуживания (Quality of Service, QoS) и распределение приоритетов подключений, а также применение протоколов безопасности, доступных в IP-сетях, доказывает, что поддержка протокола IP продолжает способствовать дальнейшему развитию технологий. И наконец - данный протокол относительно недорог, ведь он базируется на стандартных, общепринятых технологиях создания подсетей, таких, как Ethernet.

Уровни протокола iSCSI

Концепция IP Storage

Появление технологии IP Storage - логическое следствие возросших требований к сетевым хранилищам данных и повсеместного распространения протокола IP в качестве основного сетевого протокола общего назначения. На рынке уже есть первые реализации этой технологии, которые стандартизируются ассоциацией IETF (Internet Engineering Task Force). Благодаря имеющейся инфраструктуре локальных и глобальных сетей, а также огромной базе знаний перспективы использования протокола IP для сетевого хранения данных выглядят чрезвычайно привлекательно. Идея единой сетевой технологии, как для локальных сетей, так и для SAN, исключительно интересна. Отделам информационных технологий не придется обслуживать и поддерживать оборудование, технический персонал и базу знаний для обеих технологий - IP и Fibre Channel. Кроме того, средние компании, желающие воспользоваться преимуществами сетевого хранения, обычно более склонны реализовать SAN на основе IP, а не Fibre Channel, хотя бы потому, что с IP они уже знакомы. Возможность хранения с доступом на уровне блоков по стандартным IP-сетям также позволит поддерживать доступ к удаленным хранилищам.

Вообще говоря, IP Storage - это совокупность технологий, которые предоставляют доступ на уровне блоков к пересылаемым по IP-сетям данным систем хранения. Основное потенциальное преимущество IP Storage - совместимость и взаимодействие различных сетей, а также возможность создания SAN-сетей на базе единого стандарта и технологий, поддерживающих IP, например Ethernet. Протоколы IP Storage предоставляют средства инкапсуляции запросов на уровне блоков в IP-пакеты для пересылки их по стандартным сетям, поддерживающим другой известный протокол TCP (Transport Control Protocol). Таким образом, осуществляется поддержка SAN-запросов на уровне блоков в обычных IP-сетях. В настоящее время наиболее перспективными считаются три протокола инкапсуляции для IP Storage: iSCSI, FC поверх TCP/IP (FCIP) и Internet FC Protocol (iFCP).

SCSI плюс IP

Протокол SCSI сегодня является основным методом обеспечения доступа к данным на уровне блоков между серверами. Более 100 млн. SCSI-устройств непосредственно подключаются к индивидуальным системам, но не позволяют при этом другим удаленным компьютерам получить доступ к хранимым данным. Технология Fibre Channel дополняет возможности SCSI, повышая производительность и обеспечивая доступ к данным на уровне блоков между многими системам в локальной сети хранения данных. В ответ на необходимость доступа к данным на уровне блоков на больших расстояниях и использования общедоступных сетевых технологий в отрасли был создан iSCSI - стандартный протокол доступа к данным на уровне блоков по действующим IP-сетям. В iSCSI предусматривается инкапсулирование SCSI-команд в TCP-пакеты, которые затем пересылаются стандартными средствами протокола IP. В частности, iSCSI обеспечивает доступ на уровне блоков к данным систем хранения и их транспортировку по имеющимся IP-сетям. Таким образом, стираются физические границы сетей хранения - данные становятся доступными с любого места сети.

Напомним, что IP-протокол разрабатывался для передачи больших объемов информации. Пакеты в нем доставляются получателю не в строгой последовательности, а восстановление их исходного порядка производится в точке получения. Спецификация SCSI, напротив, требует, чтобы пакеты следовали строго один за другим без каких-либо задержек. Достаточно хотя бы одному пакету выбиться из общей последовательности, и будут испорчены все переданные данные или нарушено подключение. Задержка пакетов в технологии iSCSI компенсируется за счет того, что данные размещаются в памяти без учета их последовательности. Правда, новая спецификация требует увеличения размеров заголовка каждого пакета. Включенная в него дополнительная информация значительно ускоряет сборку пакетов на уровне ТСР, снижая тем самым запаздывание данных.

Протокол iSCSI предоставляет доступ на уровне блоков через стандартные сети на основе Ethernet/IP независимо от того, где эти данные располагаются - на непосредственно подключенном SCSI-устройстве или в SAN на базе Fibre Channel. Благодаря iSCSI предприятия и поставщики услуг хранения (Storage Service Provider, SSP) имеют возможность создавать глобальные сети хранения и централизованно управлять ими, используя действующую инфраструктуру IP-сетей.

В случае iSCSI обеспечивается передача данных в интрасети и доступ к системам хранения на больших расстояниях. Данные и команды SCSI по IP-сетям пересылаются следующим образом. Приложение или пользователь инициируют запрос данных, файла или приложения. Операционная система генерирует SCSI-команды и запрос данных. После этого команда и запрос инкапсулируются и к ним добавляется заголовок пакета. Пакеты пересылаются через Ethernet-соединение. На принимающей стороне пакет разбирается и (при условии, что он был зашифрован) расшифровывается и из него выделяются команды и данные SCSI. Далее команды и данные SCSI направляются на SCSI-устройство хранения данных. В таком же порядке средствами протокола iSCSI запрошенные данные возвращаются.

Концепцию iSCSI можно расширить для создания виртуальной сети хранения средствами любого сетевого устройства. iSCSI взаимодействует с операционной системой через интерфейс устройств хранения, позволяя перенести операции ввода-вывода на ведущую шину и разгрузить таким образом центральный процессор на сервере.

Итак, новый протокол призван выполнять необходимые преобразования для использования IP в качестве транспорта команд SCSI - точно так же, как в настоящее время для передачи этих команд применяется Fibre Channel. iSCSI предназначен для поддержки сквозной связи между хранилищем и клиентами, и подобно Fibre Channel в архитектуре SAN этот протокол обеспечивает взаимодействие клиентских компьютеров и массивов хранения данных, поддерживающих iSCSI, через коммутаторы. На рисунке представлена упрощенная схема уровней протоколов iSCSI. Сервер содержит iSCSI-устройство - iSCSI-адаптер основной шины HBA или специальную программу, работающую на узле, оборудованном стандартными сетевыми адаптерами Ethernet. Команды SCSI инкапсулируются в блоки iSCSI PDU (Protocol Data Unit). В соответствии со стандартами IETF в протоколе iSCSI в качестве транспортного уровня применяется TCP для обеспечения надежной доставки с сохранением последовательности пакетов. После добавления заголовка TCP/IP пакеты с командами SCSI обрабатываются, как обычные IP-пакеты, и перенаправляются получателю (на основании его IP-адреса) средствами инфраструктуры IP. Приняв пакет, получатель последовательно удаляет уровни, пока не доберется до команды SCSI-интерфейса. В результате источник и получатель взаимодействуют так, как если бы они находились в одной локальной системе.

Адаптеры основной шины HBA на протяжении многих лет служили для соединения серверов и систем хранения, поскольку они существенно разгружают центральный процессор, самостоятельно обслуживая операции ввода-вывода. Их можно использовать в средах с самыми разнообразными интерфейсами систем хранения - SCSI, Fibre Channel и т. п. Сетевые интерфейсные платы, которые обычно применяются для доступа к IP-сетям, в отличие от HBA не поддерживают операции низкоуровневых протоколов и не разгружают сервер от операций ввода-вывода в высокопроизводительных системах хранения данных.

В iSCSI используются преимущества глобальной адресации протокола IP. Устройства iSCSI обладают идентификаторами двух типов: iSCSI-имя и iSCSI-адрес. Так же как и в глобальном имени (WorldWide Name, WWN) Fibre Channel, все источники и получатели iSCSI получают постоянное имя iSCSI. iSCSI-имя указывает на конкретное устройство, независимо от его местоположения или IP-адреса. Адрес iSCSI указывает на местоположение источника или получателя iSCSI и состоит из IP-адреса, номера порта и имени iSCSI-устройства.

Реализации и перспективы

IBM стала первой крупной фирмой-производителем, решившей предложить рынку устройства с интерфейсом iSCSI. По мнению ее специалистов, технология iSCSI уже достаточно проработана и вполне готова к эффективному применению. В течение ближайших двух-пяти лет у нее есть все шансы на самое широкое распространение. Так, дисковые массивы IBM TotalStorage IP 100i и 200i поддерживают открытые сети SAN, а подключение пользователей к сетям хранения и базам данных должно производиться при помощи технологии iSCSI. В частности, модель TotalStorage IP Storage 200i рассчитана на системы хранения информации нижнего звена. Она базируется на двух процессорах и оснащена одним гигабайтом памяти, который в максимальной конфигурации может быть расширен до двух. Число дисков с возможностями RAID 5 составляет от 6 до 48. Первоначально новинка должна пересылать данные со скоростью до 1 Гбит/с, однако позже, когда скорость обмена по сетям Ethernet возрастет до 10 Гбит/с, пропускная способность дискового массива IBM увеличится до этого значения. Емкость нового устройства, предназначенного для рабочих групп и корпоративных подразделений, составляет от 216 Гб до 1,7 Тб. В качестве ПО поставляются ОС Linux и загружаемые iClients для Windows NT, Windows 2000 и Linux.

Аналитики полагают, что со временем могут появиться полноценные глобальные SAN-сети со сквозными соединениями на основе IP. Протокол iSCSI больше всего подходит для таких структур. SAN на основе IP будут состоять из iSCSI-адаптеров ведущей шины, которые избавят TCP от многих дополнительных операций, и устройств хранения со встроенной поддержкой iSCSI, взаимодействующих при помощи стандартной инфраструктуры IP. В дальнейшем многие из дополнительных функций IP, ранее используемых только в локальных сетях, станут применяться и в SAN-сетях. IP в качестве основного транспорта SAN позволяет создавать самые разнообразные распределенные конфигурации. Например, связать несколько SAN-сетей для организации отказоустойчивой конфигурации или для совместного использования ресурсов либо обеспечить доступ серверов к объединенным пулам данных в удаленных SAN-сетях.

Кроме ускорения соединений для ввода-вывода и более эффективного использования процессоров на серверах поддержка сетей в системах хранения данных, возможно, будет усилена за счет совершенствования процедур управлении сетями хранения. Управление сетями хранения, в том числе безопасностью, QoS, планированием мощностей хранения и производительностью и оптимизацией является ключом к глобальному доступу к сетям хранения данных. По мнению экспертов, Fibre Channel перестает быть синонимом систем распределенного хранения информации. Применение IP открывает перед компаниями широкий спектр возможностей по использованию в этих целях самых разнообразных сетевых транспортов и линий связи.

Версия для печати