Комитет Internet Engineering Task Force (IETF) недавно утвердил стандарт Internet SCSI (iSCSI). Данная статья посвящена обсуждению значения этого стандарта на базе протокола IP для пользователей и сетей Windows.
В области технологий хранения на базе Windows произошел заметный сдвиг от локально подключаемых устройств (Direct Attached Storage, DAS), предполагающих использование хоста, в сторону хранилищ с подключением к сети (Network Attached Storage NAS) и сетей хранения (Storage Area Network, SAN). Можно с уверенностью ожидать дальнейшего продвижения в этом направлении, и важную роль здесь должен сыграть стандарт iSCSI. В частности, iSCSI является решающим фактором сближения двух существующих концепций сетевого хранения с формированием в результате единой технологии на базе сети. Новая технология отличается и от NAS, и от SAN. Основное значение приобретает не сама базовая технология (например, SCSI или Fibre Channel), а способ подключения клиентов и серверов. Появятся два стандарта подсоединения к сетевому хранилищу — iSCSI и Internet Fibre Channel Protocol (iFCP).
Основы iSCSI
Идея разработки iSCSI ясна, учитывая стремление к снижению затрат при одновременном росте потребности в емкости запоминающих устройств, увеличении их производительности и расширении функциональных возможностей. По сути, iSCSI представляет собой набор протоколов (т. е. слой соответствий между IP и SCSI), построенных на базе TCP/IP. Протоколы устанавливают и осуществляют соединения в режиме блочной передачи между хранилищем на базе IP, хостом и клиентом. iSCSI предполагает использование стандартных сетей Ethernet TCP/IP, что позволяет организациям компоновать сети хранения, затраты на которые составляют лишь долю стоимости альтернативных технологий. По некоторым оценкам, сети iSCSI обеспечивают снижение затрат на 75% по сравнению с решениями, использующими оптоволоконное сообщение (Fibre Channel). Кроме того, iSCSI может служить средой передачи при решении многих других прикладных задач, например для резервирования или восстановления данных. Другие протоколы на базе IP, такие как Fibre Channel по IP (FCIP) и iFCP, обеспечивают связь между Fibre Channel и IP для сообщения с хранилищем. Однако эти решения пока не привлекли к себе пристального внимания в масштабах отрасли, которого удостоилась концепция iSCSI.
Протоколы iSCSI для подключения клиентов и серверов к сетевым устройствам используют принцип «инициатор — целевой объект». Обеспечение возможности встраивания хранилища класса SAN в сетевую инфраструктуру хранения iSCSI требует от производителя лишь разработки и реализации функциональных возможностей iSCSI применительно к конкретному решению. Для клиентов, серверов и других объектов системы хранения в IP-сети производитель использует соответствующее программное обеспечение, позволяющее встраивать данный продукт в сетевую инфраструктуру хранения iSCSI. Применение протокола Internet Storage Name Server (iSNS) позволяет продукту в дальнейшем выявлять и задействовать целевые объекты iSCSI по всей IP-сети.
Использование iSCSI для сетевого хранения может стать альтернативой для администраторов Windows, которые из-за ограничения в средствах не могут строить SAN c сообщением по каналу Fibre Channel ввиду значительной стоимости за порт. Преимущества iSCSI позволяют значительно снизить затраты на единичный порт подключения сервера к хранилищу или к другой платформе хранения. В традиционной реализации SAN затраты на внутреннее обслуживание хранения остаются на том же уровне, однако стоимость соответствующей инфраструктуры Fibre Channel (шинные адаптеры Fibre Channel (НВА), оптоволоконные кабельные соединения, коммутаторы Fibre Channel) существенно повышает общую стоимость. По оценкам отраслевых аналитиков, замена инфраструктуры Fibre Channel инфраструктурой iSCSI (например, сетью Ethernet 100 Мбайт или 1 Гбайт) позволяет снизить затраты на 50%.
ISCSI не всегда является оптимальным решением. При работе с приложениями, требующими высокопроизводительного сообщения с хранилищем (например, Microsoft Exchange Server, Microsoft SQL Server), iSCSI может быть не лучшим вариантом. Хотя в случае утверждения стандарта iSCSI поддержка указанных приложений будет обеспечена, они не будут работать с максимальной производительностью. Ситуация, однако, может измениться. По мере роста популярности iSCSI и совершенствования технологии можно ожидать, что многие крупные серверы Exchange или SQL Server будут использовать iSCSI для доступа к хранилищу. Кроме того, iSCSI открывает большое поле деятельности в различных областях, включая поддержку загрузки, обнаружение ресурсов (протокол iSNS мог бы решить эту проблему) и вопросы безопасности (сегодняшний диапазон решений ограничивается технологией IP Security — IPSec).
Теперь, когда стандарт iSCSI получил одобрение со стороны IETF, официальные представители комитета уверены, что компании возьмут этот протокол на вооружение. Когда процесс освоения технологии начнет набирать темп, возможно, будут реализованы различные творческие решения, например мосты между iSCSI и SCSI, позволяющие обнаруживать и использовать существующие дисковые массивы SCSI как часть сетевой инфраструктуры хранения iSCSI. Эти разработки в свою очередь ускорят освоение технологии iSCSI ввиду заинтересованности ИТ-подразделений в подсоединении действующих систем хранения к новым сетям хранения. Кроме того, iSCSI может обеспечить дальнейшее снижение затрат по мере того, как производители начнут консолидировать подходы к решению вопроса сообщения с хранилищем и склоняться в сторону использования iSCSI для своих продуктов. iSCSI несет в себе преимущества не только для создателей средств хранения, но и для производителей сетевых технологий, таких как 3Com, Cisco Systems, Emulex, Intel, IBM и т. д. Это обогатит iSCSI компонентами, необходимыми клиентам при построении сетей хранения. Трудно предвидеть все возможные пути развития технологии, однако сама перспектива роста сомнений не вызывает.
Как обстоят дела с iSCSI у Microsoft?
Администраторы Windows могут согласиться, что новая технология выглядит многообещающе, однако при этом заметить, что ее потенциал будет иметь значение, только когда стандарт затронет серверы и клиенты Windows. До последнего времени существовала некоторая неопределенность относительно позиции Microsoft в отношении стандарта. Однако, после того как в феврале 2003 г. планы Microsoft были одобрены IETF, она приняла более позитивные и конкретные очертания. Компания намерена установить iSCSI в качестве ключевого дополнительного механизма блочной передачи данных для серверов и клиентов Windows. Это намерение указывает на то, что iSCSI рассматривается как важное дополнение к Fibre Channel и заполняет единственную нишу между Fibre Channel и NAS. Некоторые могут вполне обоснованно возразить, что iSCSI не обеспечивает той производительности, которой обладают хранилища с сообщением по каналу Fibre Channel, так как технология iSCSI предполагает использование инфраструктуры Ethernet, не предназначенной специально для обеспечения взаимодействия между хранилищами. По этой причине Microsoft и другие компании рассматривают средство хранения с соединением по Fibre Channel как вариант высшего класса (и также самый дорогостоящий), а iSCSI и NAS — как решение среднего уровня. При этом iSCSI как нельзя лучше подходит для доступа с блочной организацией хранения данных, используемого единичной системой, а NAS — для совместного доступа к данным с файловой организацией.
В июне 2003 г. Microsoft выпустила первый элемент поддержки Windows iSCSI — инициатор Windows iSCSI Software Initiator для Windows Server 2003, Windows XP Service Pack 1 (SP1) и Windows 2000 SP3 (клиент и сервер). Эти версии Windows используют инициатор для подключения к целевым объектам, поддерживающим стандарт iSCSI. Пакет iSCSI Software Initiator включает три элемента — инструментарий и интерфейсы API для управления в режиме пользователя, службу iSCSI Software Initiator в режиме пользователя и один или несколько драйверов инициатора в режиме ядра. Интерфейсы управления и интерфейсы драйверов инициатора в режиме ядра полностью определены, так что производители аппаратного и программного обеспечения смогут задействовать их для создания дополнительных элементов. В пакет также входит программный драйвер инициатора iSCSI, использующий стек Windows TCP/IP и сетевые адаптеры, поддерживаемые Windows. Производители могут разрабатывать специализированное аппаратное обеспечение iSCSI (адаптеры iSCSI HBA) и создавать мини-портовые драйверы SCSI или Windows 2003 Storport для использования службой iSCSI Software Initiator. Для этой цели Microsoft предоставляет набор Device Driver Kit (DDK).
Так как служба iSCSI Software Initiator координирует управление iSCSI в среде Windows, производители приложений по управлению системами хранения могут включить в свои продукты поддержку iSCSI, осуществляя запись непосредственно в среде управляющих интерфейсов Windows iSCSI. Приложение может использовать единый подход как в управлении аппаратной частью, так и в управлении драйверами инициатора программного обеспечения в среде Windows. Вторым элементом поддержки iSCSI является сервер Microsoft iSNS Server, используемый клиентами и серверами Windows как шлюз для обнаружения и регистрации устройств iSCSI и Fibre Channel в сети. Как утверждают представители Microsoft, iSNS Server обладает повышенной масштабируемостью и поддержкой IPSec для управления хранилищами и обеспечения безопасности данных. Перечисленные элементы iSCSI компания Microsoft предоставляет бесплатно в форме отдельных пакетов для загрузки. В состав Windows эти элементы не включены.
В своем внимании в сторону iSCSI, технологии пока не опробованной, компания Microsoft опережает своих конкурентов. На пути iSCSI встают проблемы, с которыми приходится сталкиваться любой новой технологии, связанные с поддержкой производителей, вопросами безопасности и возможностью взаимодействия. Упреждающая поддержка со стороны Microsoft послужит залогом того, что компания не будет застигнута врасплох, как это произошло при появлении технологий NAS и SAN, для которых не была вовремя предусмотрена поддержка. Microsoft разрабатывает строгие нормативы и аттестационные документы для продуктов iSCSI. В частности, к продуктам будет применяться аттестация по программе Designed for Windows, которую должны будут проходить все производители, заинтересованные в поддержке своих разработок со стороны компании. Microsoft уже провела тестирование приложений, таких как Exchange и SQL Server, и будет поддерживать разработки независимых производителей, сертифицированные с использованием этой программы.
В ближайшие несколько лет, благодаря экономической эффективности, iSCSI, возможно, станет широко используемой технологией сетевого хранения. Когда это произойдет, администраторы Windows смогут развертывать решения iSCSI с большей степенью уверенности и при поддержке со стороны Microsoft, которой им не хватало при работе с NAS и SAN.
Джерри Кохран — автор выпусков Administrator и еженедельной редакторской колонки в выпусках новостей Exchange Administrator UPDATE (http://www.win2000mag.net/email/). Старший консультант по вопросам технологий в группе Applied Microsoft Technologies Group в Compaq Global Services. С ним можно связаться по адресу: jerry.cochran@compaq.com