SCSI/iSCSI及SAS、NAS、SAN的基本介紹

SCSI（Small Computer System Interface）小型計算機系統接口，一種用於計算機和智能設備之間（硬盤、軟驅、光驅、打印機、掃描儀等）系統級接口的獨立處理器標準。 SCSI是一種智能的通用接口標準。

SCSI是一種計算機系統接口的標準

SCSI是一種I/O技術

SCSI規範了一種並行的I/O總線和相關的協議

SCSI的數據傳輸方式是以塊的方式進行的

能夠看到主機帶有一個SCSI控制器與SCSI設備相連，咱們把控制SCSI進行數據存儲的一端叫Initiator,而把SCSI設備（存儲數據的）叫作Target

主機經過控制器與Target相連，而Target也能夠經過SCSI總線與其餘的SCSI設備相連，但最後通常都會鏈接一個終結器

SCSI的總線分爲寬帶和窄帶兩種，寬帶有16個接口，除了一個鏈接initiator外，最多能夠鏈接15個Target，而窄帶有8個接口，最多連接7個Target。

系統中的每一個SCSI設備都必須有本身惟一的SCSI ID（即target ID），SCSI ID實際上就是這些設備的地址，而每一個target上能夠鏈接多個邏輯單元（一個邏輯單元對應一個SCSI設備），用LUN（Logical Unit number）邏輯單元號區別不一樣的邏輯單元，每一個SCSI ID上最多有32 個LUN（寬帶的），一個LUN對應一個邏輯設備（SCSI設備）

CSI具備：設備無關性，多設備能夠並行使用，高帶寬，低系統資源開銷的等特色

這是一個電腦的主板佈局圖：

能夠看到北橋通常接有CPU，DRAM（內存），AGP（顯示芯片）等重要組件，而南橋則接有USB，hardisk(硬盤），CD等；而在南北橋之間經過PCI總線相連，相比與南橋鏈接的ISA總線，PCI總線更快；將不屬於CPU和RAM的全部總線稱爲外圍總線，而外圍總線爲了鏈接外部設備通常須要各類控制器，而且要進行I/O操做就必須進過存儲總線來讀取數據而通常的存儲總線常見的有（IDE，SCSI，SATA）等。

SCSI自己具備一個HBA（Host Bus Adapter）主機總線適配器，即SCSI的adaptor，是一個在服務器和存儲裝置間提供輸入/輸出(I/O)處理和物理鏈接的電路板或集成電路適配器。HBA是一個處理芯片，能夠本身進行數據的存儲和檢索

減輕了CPU在數據存儲和檢索任務的負擔即下降了由於存儲數據而消耗的CPU時鐘週期，因此SCSI具備優秀的存儲性能。

常見的服務器和存儲設備之間的數據通信協議是IDE，SCSI和FC。爲了實現服務器和存儲設備之間的通信，通信的兩端都須要實現一樣的通信協議。存儲設備上一般都有控制器，控制器實現了一種或幾種通信協議，它能夠實現IDE，SCSI或光纖通道等存儲協議到物理存儲設備的操做協議之間的轉換。而服務器的通信協議是由擴展卡或主板上的集成電路實現的，它負責實現服務器內總線協議和IDE，SCSI等存儲協議的轉換。例如PC機中，通常主板上都有IDE協議的功能，IDE磁盤控制器上有IDE協議的功能。所以IDE磁盤能夠鏈接到PC機的IDE鏈接線上。若是磁盤只支持SCSI協議，那麼這種磁盤就不能直接與PC機鏈接。這時就須要在PC機擴展槽上插入一塊SCSI卡，SCSI磁盤能夠與卡鏈接。SCSI卡實現了PC總線到SCSI的轉換。這種SCSI卡實現的功能就是主機總線適配卡的功能。若是磁盤只支持光纖通道協議，那麼服務器上就須要支持光纖通道協議，由於光纖通道的高速特性通常服務器主板都不支持，須要專門的主機總線適配卡。服務器插入主機總線適配卡後，就能夠與支持光纖通道的磁盤經過光纖通道鏈接了。

主機總線適配卡內部有一個小的中央處理器，一些內存做爲數據緩存以及鏈接光纖通道和總線的鏈接器件等。這個小的中央處理器負責PCI和光纖通道兩種協議的轉換。它還有其餘的一些功能，初始化與光纖通道網絡鏈接的服務器端口，支持上層協議例如TCP/IP，SCSI等，8B/10B的編碼解碼等。

目前的SCSI-3有不少型號，最快的有640MBps

Ultra wide 的傳輸頻率20MHz，數據頻寬16位，傳輸率40MBps

Ultra 2 的傳輸頻率80MHz，數據頻寬16位，傳輸率80MBps

Ultra 160 的傳輸頻率80MHz，數據頻寬16位，傳輸率160MBps

Ultra 320 的傳輸頻率80MHz，數據頻寬16位，傳輸率320MBps

Ultra 640 的傳輸頻率160MHz，數據頻寬16位，傳輸率640MBps

SCSI與IDE 相比

1.IDE的工做方式須要CPU的全程參與，CPU讀寫數據的時候不能再進行其餘操做，而SCSI接口，則徹底經過獨立的高速的SCSI卡來控制數據的讀寫操做，CPU就沒必要浪費時間進行等待，顯然能夠提升系統的總體性能。

2.SCSI的擴充性比IDE大，通常每一個IDE系統可有2個IDE通道，總共連4個IDE設備，而SCSI接口可鏈接7—15個設備，比IDE要多不少，並且鏈接的電纜也遠長於IDE。

3.雖然SCSI設備價格高些，與IDE相比,SCSI的性能更穩定、耐用，可靠性也更好。

SCSI與SAS

如上圖能夠看出SCSI和SAS相比最大的不一樣就是SCSI是並行的而SAS是串行的，峯值帶寬達5Gbps，即SAS能夠達到將近1GMBps

SAS（Serial Attached SCSI），串行鏈接SCSI接口，串行鏈接小型計算機系統接口。

SAS是新一代的SCSI技術，和如今流行的Serial ATA(SATA)硬盤相同，都是採用串行技術以得到更高的傳輸速度，並經過縮短連結線改善內部空間等。SAS是並行SCSI接口以後開發出的全新接口。此接口的設計是爲了改善存儲系統的效能、可用性和擴充性，提供與串行ATA (Serial ATA，縮寫爲SATA)硬盤的兼容性。

SAS的接口看起來和SATA相似，並且能夠向下兼容SATA標準

SCSI與SAS相比

一、更好的性能：點到點的技術減小了地址衝突以及菊花鏈連結的減速所以除了提升性能以外，每一個設備鏈接到指定的數據通路上提升了帶寬；全雙工方式下的數據操做保證最有效的數據吞吐量；

二、簡便的線纜連結：更細的電纜搭配更小的鏈接器；

三、更好的擴展性：能夠同時連結更多的磁盤設備。

4 硬盤價格太貴

5 只有希捷、邁拓以及富士通等爲數很少的硬盤廠商推出了SAS接口硬盤，可選擇性少

SCSI 結構基於客戶/服務器模式，設備與SCSI設備要經過SCSI總線鏈接，因此距離受限，一般距離很近，而要想進行遠距離的數據存儲就要選擇FC（Fabre Channel）光纖通道，傳輸速度超快並且距離不受限制，可是光纖通道的代價很是的高昂，因此IBM公司就開發了基於tcp/ip報文封裝SCSI類型的數據，進而進行遠距離存儲SCSI數據的iSCSI，與FC相比iSCSI更加便宜，符合許多中小公司需求

iSCSI與FC相好比圖：

能夠看到iSCSI要先封裝SCSI的報文，在封裝iSCSI的報文，最後還要加上TCP/IP封裝，才能經過網絡驅動在以太網進行SCSI數據的遠距離傳輸

iSCSI：Internet 小型計算機系統接口 （iSCSI：Internet Small Computer System Interface）,是

由IBM公司研究開發的，是一個可讓硬件設備在IP協議的上層運行的SCSI指令集存儲技術，能夠實如今IP網絡上運行SCSI協議，使其可以在諸如高速千兆以太網上進行路由選擇。

iSCSI技術是一種新儲存技術，該技術是將現有SCSI接口與以太網絡(Ethernet)技術結合，使服務器可經過IP網絡進行遠距離SCSI類型的數據存儲

設備由 SCSI 總線鏈接。iSCSI 的主要功能是在 TCP/IP 網絡上的主機系統（啓動器 initiator）和存儲設備（目標器 target）之間進行大量數據的封裝和可靠傳輸過程。此外，iSCSI 提供了在 IP 網絡封裝 SCSI 命令，且以TCP/IP協議傳輸

以下圖能夠看到從initiator端到target端，數據要進過封裝-->IP網絡傳輸-->解封裝

如圖是iSCSI的封裝：最上層爲二層以太網幀，中間爲三層TCP/IP封裝，最下面爲iSCSI的封裝

 

 

iSCSI protocal的封裝格式

目前的存儲協議除了iSCSI，FC外，還有FCoE（FC on Ethernet）經過以太網而不是光網傳輸的FC及SAS（串行的SCSI）

下面介紹三種常見的存儲類型

DAS（Direct-Attached Storage）直接附加存儲，存儲設備通常經過scsi/ide總線直接鏈接到主機上，傳輸速度快，但距離受總線長度限制，且支持的併發主機數量少

NAS（Network Attached Storage）網絡附加存儲，將存儲設備與服務器完全分離，集中管理數據，從而釋放帶寬、提升性能、下降總擁有成本、保護投資。其成本遠遠低於使用服務器存儲，而效率卻遠遠高於後者

SAN（Storage Area Network）存儲區域網絡，採用FC（Fibre Channel）光纖通道或者Ethernet進行遠距離傳輸，區別於Fiber Channel光纖通道技術，經過FC交換機鏈接存儲陣列和服務器主機，創建專用於數據存儲的區域網絡。

DAS與SAN都是快級別的存儲，而NAS是文件系統級的存儲，所以NAS的存儲速度不如前面二者（由於文件系統級別要進行數據的加封裝解封裝，處理數據報頭等操做，而塊級別是直接從磁盤進行數據的存取）

SAN（Storage Area Network）至關於模擬了遠距離傳輸的DAS，特色是速度快。支持的併發服務主機數量多

iSCSI的initiator有三種：

1：HBA卡，採用內鍵的SCSI指令及TOE引擎的ASIC芯片的適配卡價格最貴，性能最好，消耗CPU不多

如圖：

2：內鍵的TOE引擎的ASIC芯片適配卡，因爲SCSI指令任然以軟件方式運行，因此任然會消耗必定的CPU資源，但價格相對便宜

如圖

3：徹底由軟件驅動的initiator，會消耗大量的CPU資源，性能差

  iSCSI的server（target）端：iSCSI監聽在TCP/IP的3206端口，有一個極其簡單的OS，只能提供SCSI服務，命令等，而server端的本地存儲頗有多是一個或多個Raid組成的陣列，而Raid設備有多是SATA，SAS，SCSI......可是server（提供SCSI存儲）端與client（服務器）端之間數據交換要經過TCP/IP網絡傳輸封裝好的SCSI數據報文

如圖爲一個SAN架構圖：

能夠看到Server端（存儲端）使用的是3個Raid磁盤陣列，分別爲Raid5，Raid5,Raid10；中間能夠是 FC光纖通道，Ethernet以太網線，鏈接有不一樣的Client主機，包括Unix、Linux、Windows、Tape Library（磁帶庫）