漱?iSCSI是Internet Small Computer System Interface的縮寫，為網際網路工程工作特別小組 (Internet Engineer Task Force，IETF）制定的儲存網路通訊標準，用以連結網路中的各項資料儲存設備。

iSCSI基本概念

iSCSI可以在區域網路、廣域網路或網際網路中，進行遠距離的資料儲存作業。簡單來說，iSCSI使用IP封包傳送SCSI指令，如(圖一)所示，伺服器之類的需求發起者（iSCSI Intiator）透過IP協定，將SCSI指令傳送給硬碟櫃、磁帶機等儲存設備（iSCSI Target）。

《圖一　行動寬頻通訊技術所能夠應用的範圍》

當使用者或應用程式需要儲存設備中的資料時，用戶端的作業系統會產生適當的SCSI命令和資料要求（Request）指令，經過編碼加密的程序後，於資料封包的前端加上一段表頭（Header）訊息，將資料封裝成為標準的IP資料封包，再透過標準的TCP／IP網路傳送至儲存設備。

《圖二　iSCSI協定模型》

當網路儲存設備收到iSCSI的資料封包時，會先將封包進行編碼解密的動作，然後根據表頭資料的標示，將封包拆散成為SCSI命令與資料的要求指令，再將SCSI命令傳送給SCSI控制器，以控制SCSI的儲存設備。

iSCSI與其它區域儲存網路協定的比較

目前透過IP網路傳送儲存設備資料的通訊協定主要有三種，除了本文主旨的iSCSI協定外，還有被稱為Fibre Channel Over IP（FCIP）的IP光纖通道的通訊協定。FCIP與iSCSI的原理相似，也是將光纖通道的控制碼，與儲存資料包裹在IP封包中，透過以「光纖通道」為主的儲存區域網路SAN，溝通用戶端與儲存設備。另一種被稱為iFCP的通訊協定，也是將Fibre Channel Protocol（FCP）包裝在IP封包中，提供在光纖通道網路環境中的IP路由能力。

相較於FCIP與iFCP只能適用於光纖通道的環境中，iSCSI的基本理念就可運作於現有的乙太網路（Ethernet）的環境裡。它是以延伸儲存區域網路範圍，來降低儲存網路的建置成本。傳統的儲存區域網路需要使用特定的光纖網路架構來連結主機與儲存設備，這樣一來，大部分的建置成本都將花費在光纖通道網路上。若系統需提供IP網路程式方面的應用，則必須額外架構另一個IP網路來符合應用層次的需求，更提高了網路建置成本與維護的困難度。

雖然光纖通道產品，已經出現在市場上許久，但iSCSI在部署上的便利性與價格上的優勢，逐漸蠶食掉光纖通道儲存網路的市場，目前已有包括Cisco、IBM等廠商，推出支援iSCSI協定的乙太網路交換器和路由器等相關產品。

iSCSI技術的優點

iSCSI使用IP網路連結伺服器與儲存設備，由於是使用目前的網路架構，所以能提供高度的安全性、擴充性、相容性，及管理上的便利性。以下列舉出一些iSCSI儲存網路的優點：

藉由iSCSI的協定，許多中、低階的伺服器易於整合到儲存區域網路之中，並能有效的分享與管理儲存區域網路的資源。目前大部分的中低階伺服器多採用直接連結的儲存設備（Direct Attach Storage，DAS），雖然DAS的價位較低，但卻有容量擴充上的先天限制，也無法有效的利用各伺服器的儲存資源。

舉例來說，伺服器A與伺服器B同樣具有100 GB的DAS儲存裝置，但伺服器A只使用了儲存容量的30%，而伺服器B卻使用了90%；以目前DAS的架構，當伺服器B要使用伺服器A的剩餘容量時，是非常的困難，但SAN架構可以有效的解決上述的問題。因為透過儲存資源的分享，能夠更加有效的利用網路中的儲存資源。

對於中、低階伺服器而言，儲存資料的吞吐量要求不高，大多介於5 MBps – 30MBps之間，若採用高性能2 GBps的光纖通道來架構SAN，每個點的成本將會非常的高，並不符合中、低階伺服器的需求。此時若採iSCSI協定，使用現有的Ethernet網路架構儲存區域網路，藉由伺服器中的10／100 MBps或1 GBps網路介面卡，再加上iSCSI驅動程式來連接SAN，就能夠使伺服器降低儲存區域網路的成本了。

iSCSI的效能

iSCSI因其在IP堆疊中加入了一些表頭資訊與加密的動作，使客戶端系統的CPU在傳送、接收iSCSI封包與維持iSCSI通訊階段的時候，需要消耗額外的運算能力來處理封包的資訊，因此iSCSI會增加系統中CPU的整體使用率。許多廠商為此開發出TCP卸載引擎卡（TCP Offload Engine，TOE），負起TCP/IP堆疊運算處理的工作，以減低系統CPU的負擔，使CPU專注於系統資料運算的工作上。

大部分的TOE廠商會針對自己生產的TOE卡和不同的作業系統，提供專屬的iSCSI驅動程式。而就TOE設計上的差異而言，有些廠商會提供從主機CPU到完整的iSCSI堆疊卸載能力，有些則只提供簡單的TCP堆疊卸載功能。

以下是使用IOmeter測試工具，來對IP儲存交換器的iSCSI與光纖通道介面進行一系列的效能測試。本測試的主要目的，在於突顯出iSCSI在各種不同的輸出入資料格式下，對IP儲存交換模組所造成的效能差異，以及系統CPU在各種情況下對資料讀取與寫入的整體使用率。本次測試環境如(圖三)所示：

《圖三　iSCSI效能測試環境》

伺服器可由三條不同的路徑，來對磁碟陣列作資料存取；第一是光纖通道，第二為伺服器內建的乙太網路卡與iSCSI驅動程式，第三為TOE卡與專屬iSCSI驅動程式。本次測試的目的是，找出這三種不同介面之間的效能差異。

首先做的測試為每秒鐘資料輸出入數量數據，輸出入測試時所採用的資料區塊大小分為：4KB、16KB、64KB、128KB與512KB。(圖三)中顏色較黑的線條標示為FC，是指光纖通道的數據，顏色最淺的線條為乙太網路。而顏色深淺介於中間並標示為TOE的線條，即為TCP卸載引擎的數據。

《圖四　讀取資料時，每秒的I／O數據》

(圖四)為100%資料讀取的測試。當資料區塊增大時，光纖通道與iSCSI的效能差別就越不明顯，因為iSCSI會佔用系統處理器的運算能力。不過當資料區塊越小的時候，其消耗的系統資源越大。特別是在資料區塊為4KB時，光纖通道與iSCSI輸出入的數據就會產生極大差異。

《圖五　寫入資料時，每秒的I／O數據》

(圖五)為100%資料寫入的測試。三種介面間的效能差異並不會很大，不過由於磁碟陣列中的磁碟數量不足，進而導致磁碟陣列的效能低於控制卡所能提供的效能。

《圖六　讀取資料時，資料吞吐量數據》

(圖六)為100%資料讀取的吞吐量測試。iSCSI與光纖通道在資料區塊大時，吞吐量的差異並不會很大。而在資料區塊4KB時，則因iSCSI對CPU的高使用率，使效能明顯降低許多。

《圖七　讀取資料時，資料吞吐量數據》

(圖七)為100%資料寫入的吞吐量測試。iSCSI與光纖通道的效能幾乎相同，但在資料區塊4 KB時，則因磁碟陣列的資料吞吐量瓶頸，使得測試數據降低許多。若於磁碟陣列中增加硬碟的數量，將可提高其數據表現。

《圖八　讀取資料時，CPU的整體使用率》

《圖九　寫入資料時，CPU的整體使用率》

(圖八)與(圖九)顯示出iSCSI在存取資料時，對CPU所造成的額外運算負擔。因為在採用TOE卡時，將可大幅降低CPU的整體使用率，所以這次測試所採用的TOE卡，也只對TCP來做卸載的工作。若使用者採用更高階具備完整iSCSI卸載功能的TOE卡，將可更進一步降低CPU的整體使用率，使其效能逼近於光纖通道。

由測試的結果來看，因為iSCSI網路受限於兩個瓶頸：一是由於目前受到乙太網路1 Gbps的限制，在10 Gbps乙太網路普及之前，iSCSI在效能上是無法超越光纖通道網路2 Gbps的上限。

二是伺服器端的CPU在處理iSCSI協定會時會造成額外的負荷，中、低階伺服器可採用TOE卡來降低CPU的負擔，大幅提升iSCSI效能。不過從儲存設備端來看，一般小型的磁碟陣列所能承受的資料傳輸速率，已低於iSCSI網路卡的傳輸速率，因此中、低階伺服器採用iSCSI來架構儲存網路，是降低成本的一個不錯的選擇。

結論

iSCSI與成本相近的NA S來作個比較，NAS所提供的是屬於檔案層次儲存裝置，而iSCSI則是提供以設備為主的資料區塊層次存取能力。像是講求資料存取效能的資料庫與微軟的Exchange系統，都偏向採用類似iSCSI的資料區塊層次存取方式，因此iSCSI較能提供多方面的系統應用。

若伺服器對儲存裝置的存取性能沒有非常高的要求時，iSCSI天生的網路適應能力，可以讓企業於現有的IP網路架構中，建置部署SAN儲存設備區域網路。而中、低階的伺服器則可延用原有的網路介面卡或搭配TOE卡，即可存取SAN中的儲存設備，使儲存資源可有效的管理與運用。

＜作者為台灣思科系統企業事業群資深技術經理＞

延 伸 閱 讀	iSCSI和SATA為當前流行的兩種儲存技術，這兩種技術可能會在伺服器的選擇和基礎設施設計方面引發新一輪的模組化設計以及成本降低。從儲存的角度來說，iSCSI和ATA（包括SATA）這兩種技術已在企業應用中佔有重要地位。相關介紹請見「iSCSI和SATA越來越有企業架勢」一文。 iSCSI讓業者能建立各種IP型的SAN系統。傳統的SCSI指令與資料的傳輸動作由TCP/IP通訊協定堆疊上方的一個功能層負責，而iSCSI的資料區塊則可透過乙太網路通訊協定進行傳輸。你可在「乙太網路的轉變趨勢」一文中得到進一步的介紹。 SAN已經成為標準企業儲存技術，所以越來越多企業把伺服器轉移到SAN。讓伺服器轉移SAN的軟體技術不斷的增加，所以幾乎每個伺服器轉移SAN的需求可以透過不同的方法來解決。在「eRexi：企業、SAN技術和需求分析的重要性」一文為你做了相關的評析。

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