【原创分享】聊一聊存储协议中的孪生兄弟SCSI和iSCSI
  

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本帖最后由 不懂就问 于 2020-3-11 10:05 编辑


一、前言

说到存储协议,大家脑海里会冒出很多专业名词,SCSI、iSCSI、FC、FCOE等等,本帖将对两个看起来很像的协议做一个介绍,方便大家学习。

二、什么是SCSI
SCSI即小型计算机接口(Small Computer System Interface),指的是一个庞大协议体系,到目前为止经历了SCSI-1/SCSI-2/SCSI-3变迁。
SCSI协议定义了一套不同设备(磁盘,磁带,处理器,光设备,网络设备等)利用该框架进行信息交互的模型和必要指令集。
SCSI协议本质上同传输介质无关,SCSI可以在多种介质上实现,甚至是虚拟介质。例如基于光纤的FCP链路协议,基于SAS的链路协议,基于虚拟IP链路的ISCSI协议。

三、SCSI逻辑拓扑
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逻辑单元(LUN):LUN是SCSI目标器中所描述的名字空间资源,一个目标器可以包括多个LUN,而且每个LUN的属性可以有所区别,比如LUN#0可以是磁盘,LUN#1可以是其他设备。
启动器(Initiator):本质上,SCSI是一个C/S架构,其中客户端成为启动器,负责向SCSI目标器发送请求指令,一般主机系统都充当了启动器的角色。
目标器(Target):处理SCSI指令的服务端称为目标器,它接收来自主机的指令并解析处理,比如磁盘阵列的角色就是目标器。
SCSI的Initiator与Target共同构成了一个典型的C/S模型,每个指令都是“请求/应答”这样的模型来实现。
Initiator主要任务:发出SCSI请求。
Target主要任务:回答SCSI请求,通过LUN提供业务,并通过任务管理器提供任务管理功能。

四、SCSI启动器模型
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主机的SCSI系统一般工作中“启动器”模式下面,由于SCSI的体系结构来说,分为了“架构层(中间层)”,“设备层”,“传输层”,故此一般的操作系统,都将SCSI分为三个层次,包括Windows, Linux, AIX, Solaris ,BSD。
Windows下的启动器架构:Windows将SCSI启动器分为三个逻辑层次,其中ScsiPort负责实现SCSI的基本框架性处理流程,比如设备发现,名字空间扫描等。若需要了解Windows驱动的详细细节可以参考DDK的文档或者WDM相关资料。
Linux下的启动器架构:Linux将SCSI启动器分为三个逻辑层次,其中scsi_mod中间层复杂处理SCSI设备无关和适配器无关的流程处理,比如一些异常,名字空间维护等。HBA驱动提供SCSI指令的打包解包传输等链路实现细节,设备驱动实现特定的SCSI设备驱动,比如著名的sd(SCSI磁盘)驱动,st(SCSI磁带)驱动,sr(SCSI光盘设备)驱动等。
Solaris下的启动器架构:Solaris的结构和Linux/Windows很类似,这里不再多说。
AIX下的启动器架构:AIX的结构也是分为三层,即:SCSI设备驱动,SCSI中间层,SCSI适配驱动。

五、SCSI目标器模型
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Target一般依据SCSI体系结构,分为三个层次,分别是链路端口层(Port Layer),中间层( Middle Layer),目标设备层(Device Layer)。其中最重要的是中间层,在中间层中将以SAM/SPC为规范,对LUN命名空间,链路端口,目标设备,任务,任务集,会话等进行管理维护。端口层的驱动都以注册的形式动态载入,设备层的驱动也是动态载入。
目标器中PORT模型:PORT驱动将动态载入,PORT主要完成的任务是对链路上携带的SCSI指令的解包和封包,比如将指令打包为FPC或者ISCSI或者SAS等,或者将指令从FCP/ISCSI/SAS中解开。iSCSI/FCP/SAS等硬件的目标器模式驱动都属于PORT范畴,PORT需要提供的方法函数可能包括,传输报文(xmit_response),准备好接受数据(xfer_data),管理指令处理完毕回调(mgmt_task_done),任务处理结束(cmd_done),端口控制(复位等control)等。
目标器中间层:中间层维护了“LUN空间”,“任务集”,“任务(命令)”等模型,对于LUN空间维护有两种截然不同的实现方法,一种是所有的PORT都看见的是一个全局的LUN,并外一种是为每个PORT维护一个LUN空间,其中第一种方法实现较为简单,这里的讨论以第一种展开。
目标器中的Device模型:本质上Device是一个SCSI指令“分析器”,通过处理INQUIRY告诉Initiator当前LUN是什么设备,通过READ/WRITE处理IO。

六、SCSI协议寻址
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为了对连接在SCSI总线上的设备寻址,SCSI协议引入了SCSI设备ID和逻辑单元号LUN(Logical Unit Number)。在SCSI总线上的每个设备都必须有一个唯一的设备ID,当然服务器中的主机总线适配器也拥有自己的设备ID,固定为7。每条总线,包括总线适配器,最多允许有8个或者16个设备ID。设备ID一方面用以寻址,另一个作用是标识该设备在总线使用上的优先级。此外,在同一条总线上连接的不同的设备的设备ID必须不同,否则就会引起寻址和优先级的冲突。
每一个存储设备可能包括若干个子设备,如虚拟磁盘、磁带驱动器等。 因此SCSI协议引入了逻辑单元号LUN ID,以便于对存储设备中的子设备进行寻址。
传统的SCSI控制器连接单条总线,相应的只具有一个总线号。企业级的一个服务器则可能配置了多个SCSI控制器,从而就可能有多条SCSI总线。在引入存储网络之后,每个FC HBA(Host Bus Adapter)或iSCSI(Internet SCSI)网卡也都各连接着一条总线,因此必须对每一条总线分配一个总线号,在他们之间依靠不同的总线号加以区分。我们可以使用一个三元描述标识一个SCSI目标:总线号/目标设备ID/逻辑单元号LUN ID。

七、iSCSI的诞生与定义
scsi的弊端:允许连接设备数量较少、连接设备距离非常有限;
因此,基于IP网络的scsi:iscsi,诞生了。

iSCSI协议最早由IBM、CISCO、HP发起,2004年起作为正式的IETF标准,现有的iSCSI协议依据SAM2(SCSI Architecture Model-2)。
iSCSI (Internet SCSI)把SCSI命令和块状数据封装在TCP中在IP网络中传输。
iSCSI作为SCSI的传输层协议,基本出发点是利用成熟的IP网络技术来实现和延伸SAN。
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iSCSI是互联网小型计算机系统接口(Internet Small Computer System Interface)的简称,是一种在TCP/IP上进行数据块传输的标准,可以理解为SCSI over IP。
iSCSI可构成基于IP的SAN,为用户提供高速、低价、长距离的存储解决方案。
iSCSI将SCSI命令封装到TCP/IP数据包中,使I/O数据块可通过IP网络传输。
iSCSI (Internet SCSI)把SCSI命令和块状数据封装在TC。P中在IP网络中传输。iSCSI作为SCSI的传输层协议,基本出发点是利用成熟的IP网络技术来实现和延伸SAN。
iSCSI协议是SCSI远程过程调用模型到TCP/IP协议的映射。SCSI协议层负责生成CDB,并将其送到iSCSI协议层,然后由 iSCSI协议层进一步封装成PDU,经IP网络进行传送。

八、iSCSI启动器-目标器模型
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发起端(Initiator):
SCSI层负责生成CDB(命令描述符块),将CDB传给iSCSI。
iSCSI层负责生成iSCSI  PDU(协议数据单元),并通过IP网络将PDU发给target。
目标器(Target):
iSCSI层收到PDU,将CDB传给SCSI层。
SCSI层负责解释CDB的意义,必要时发送响应。

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iSCSI节点将SCSI指令和数据封装成iSCSI包,然后该数据封装被传送给TCP/IP层,再由TCP/IP协议将iSCSI包封装成IP协议数据以适合在网络中传输。











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12人已打赏

一个无趣的人 发表于 2020-2-1 21:52
  
干货满满,感谢楼主的分享!
Sangfor_闪电回_朱丽 发表于 2020-2-8 22:08
  
您好,感谢您参与社区原创分享计划6,您的文章已被收录到计划中,交由专家评审小组评审,文章标签在专家评审后设置,分享奖励将在活动结束后统一安排发放!分享越多,奖励越多,期待您更多的精彩分享哦!
关于技术文章的管理流程,请参考:https://bbs.sangfor.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=90279
心灵鸡汤 发表于 2020-2-11 15:53
  
不错,学习一下
flying 发表于 2020-2-13 08:49
  
谢谢分享,认真学习了
陈璨 发表于 2020-2-14 20:41
  
通读全文,发现没看懂
厌児 发表于 2020-2-15 15:00
  
厉害了,又学到了新技能!向楼主学习!
YangZheng 发表于 2020-2-15 23:36
  
学习学习!
新手031815 发表于 2020-2-16 13:31
  
不错,学习一下
司马缸砸了光 发表于 2020-2-16 13:41
  
我也来凑下热闹
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