Internet Small Computer Systems Interface, kurz iSCSI, ist ein Transportprotokoll für Storage Area Networks, mit dem Clientgeräte über ein Ethernet-Netzwerk auf Speichergeräte auf Blockebene zugreifen können. Wie Fibre Channel kann iSCSI für Storage Area Networks (SANs) eingesetzt werden und funktioniert sowohl in gemeinsam genutzten als auch in dedizierten Speichernetzwerken. Lösungen für den Dateizugriff wie Network Attached Storage (NAS) oder Objektspeicher unterstützt es jedoch nicht, da diese andere Transportprotokolle verwenden. Dieser Artikel erläutert die Funktionsweise des iSCSI-Protokolls sowie die Vorteile und Einschränkungen seines Einsatzes.
Wie funktioniert iSCSI?
In einem Storage Area Network, kurz SAN – einem unabhängigen Hochgeschwindigkeitsnetzwerk aus miteinander verbundenen Switches, Hosts und Speichergeräten – wird das iSCSI-Protokoll verwendet, um Daten über das Ethernet-Netzwerk zu übertragen, das Benutzer mit den Speichergeräten verbindet. iSCSI arbeitet auf der Transportschicht. Dadurch können vernetzte Geräte für Benutzer wie lokal angeschlossene Geräte erscheinen.
Ein Datenpaket, also eine für die Übertragung über ein Netzwerk gebündelte Dateneinheit, besteht aus der Nutzlast und einem Header, der Informationen über das Paket speichert, darunter die IP-Adressen von Ziel und Quelle. Es wird auch als Datagramm bezeichnet. Eine Dateneinheit auf der TCP-Transportschicht wird Segment genannt, eine Dateneinheit auf der Sicherungsschicht Frame.
Wenn eine Endbenutzeranwendung eine Anfrage an das Betriebssystem sendet, werden ein entsprechender SCSI-Befehl und eine Datenanforderung erzeugt. Der Anfrage wird ein Paket-Header hinzugefügt, und sie wird als Protokolldateneinheit (PDU) gekapselt, die SCSI-Daten innerhalb des TCP-Headers als Teil eines Ethernet-Frames enthält. Der vollständige Frame wird anschließend über das Ethernet-Netzwerk übertragen.
Wenn der Ethernet-Frame sein endgültiges Ziel erreicht, entfernt die Ziel-Sicherungsschicht die Frame-Kapselung und sendet die Ergebnisse an das Netzwerk. Das iSCSI-Protokoll zerlegt die Pakete und trennt die SCSI-Befehle, sodass das Betriebssystem das Speichergerät als lokal angeschlossenes SCSI-Gerät erkennt.
Die SCSI-Befehle werden an einen SCSI-Controller gesendet, der sie an das SCSI-Speichergerät weiterleitet. Das iSCSI-Protokoll ist bidirektional und kann als Antwort auf die ursprüngliche Anfrage auch Daten zurücksenden.
Das iSCSI-Protokoll verwendet iSCSI-Initiatoren und iSCSI-Ziele. Die in Abbildung 1 dargestellte PDU dient der Kommunikation zwischen Initiator und Ziel. Die Informationen in der PDU helfen dabei, eine Sitzung einzurichten, iSCSI-Befehle zu übertragen, Daten zu verschieben und Informationen zur Knotenerkennung bereitzustellen.
Der Initiator befindet sich auf dem Clientcomputer. Er kann durch Software oder Hardware initiiert werden, wobei die softwarebasierte Initiierung deutlich häufiger vorkommt. Server sind die iSCSI-Ziele und können Initiatoranfragen über eine oder mehrere TCP/IP-Verbindungen empfangen.
iSCSI-Leistung
Da das iSCSI-Netzwerk und -Protokoll Daten über lokale Netzwerke, Weitverkehrsnetzwerke und das Internet übertragen können, variiert die Leistung eines iSCSI-Netzwerks stark in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, darunter der Geschwindigkeit des Netzwerks und des Speichercontrollers sowie der Controllerkonfiguration.
Ethernet-Switches und -Medien können mit Geschwindigkeiten von 1 GB, 10 GB, 40 GB und 100 GB betrieben werden. Die Geschwindigkeit von iSCSI-Netzwerken wird bei Infrastrukturnetzwerken in der Regel auf 10 GB/s konfiguriert.
iSCSI vs. Fibre Channel: Methoden zur Übertragung von Speicherdaten
iSCSI und Fibre Channel (FC) sind beide effektive und beliebte Verfahren zur Übertragung großer Datenmengen. Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Unterschiede zwischen iSCSI und FC.
| iSCSI | Fibre Channel | |
|---|---|---|
| Infrastruktur | Dieselbe Infrastruktur wird im Benutzer- und Servernetzwerk eingesetzt | Dedizierte Infrastruktur, die Benutzer- und Servernetzwerk voneinander trennt |
| CPU-Auslastung | Höher als bei Fibre Channel | Niedriger als bei iSCSI |
| Unterstützte Entfernung | Die Entfernung ist nicht begrenzt | Begrenzte Entfernung |
| Bereitstellung | Einfach zu verwalten und unkompliziert | Arbeitsintensiv und komplex |
| Latenz | Höher als bei Fibre Channel | Niedriger als bei iSCSI |
| Kosten | Kostengünstiger | Teurer |
| Einsatzmöglichkeiten | Gut geeignet für Anwendungen mit geringer Ein-/Ausgabe | Gut geeignet für Anwendungen mit hoher Ein-/Ausgabe |
Wann iSCSI Fibre Channel vorzuziehen ist
Ein Fibre-Channel-SAN eignet sich hervorragend für Unternehmen mit ausreichendem Budget und Know-how, um ein dediziertes Fibre-Channel-Netzwerk zu implementieren und zu verwalten. iSCSI-SANs laufen über Ethernet-Netzwerke und benötigen nicht immer dedizierte Netzwerkhardware. iSCSI-SANs sind eine gute Wahl für Unternehmen, die leistungsintensive Workloads benötigen, ohne dedizierte Netzwerkhardware einzusetzen.
Vorteile von iSCSI
iSCSI bietet Unternehmen, die es als Teil eines SAN einsetzen, zahlreiche Vorteile. Zu den häufigsten zählen:
- Integrierte TOE-Technologie. Um die zusätzliche Verarbeitungslast für die Host-CPU zu beseitigen, verfügen Netzwerkkarten (NICs) über eine integrierte TCP-Offload-Engine-(TOE-)Technologie, die die Verarbeitung des TCP/IP-Stacks an einen Netzwerkcontroller auslagert.
- Geringe Anfangsinvestition. Unternehmen können ihre Gesamtbetriebskosten (TCO) niedrig halten, indem sie über ein iSCSI-Protokoll auf Speichergeräte zugreifen. Zusätzlich zu den niedrigen TCO ermöglicht iSCSI die Einrichtung eines SAN, das einfach zu installieren ist und nur minimale Wartung erfordert.
- Keine zusätzliche Hardware erforderlich. iSCSI nutzt die IP-basierte Technologie sowie die Interoperabilität von TCP/IP und Ethernet ohne zusätzliche Hardware.
- Zusätzliche Sicherheit. iSCSI bietet Speichernetzwerken eine zusätzliche Sicherheitsebene.
- Geringe Schulungs- und Wartungskosten. Für Netzwerkmitarbeiter ist keine zusätzliche Schulung zur Nutzung des iSCSI-Protokolls erforderlich. Die höhere Speichernutzung ohne umfangreiche Überwachung und Verwaltung senkt die Betriebskosten.
- Hohe Kompatibilität. Da IP eine universelle, nicht proprietäre und weltweit eingesetzte Technologie ist, arbeiten verschiedene Netzwerkspeichergeräte nahtlos zusammen.
- Flexible Skalierbarkeit. iSCSI-SAN-Umgebungen lassen sich mithilfe vorhandener Netzwerkhardware und anderer Geräte einfach bereitstellen. Dadurch können Unternehmen ihre Speicherkapazität erweitern und mit ihrem Wachstum skalieren.
- Geringer Energieverbrauch und niedrige Kosten. Niedrigere Infrastrukturkosten durch weniger aktive Switches im Netzwerk reduzieren die Kosten für Infrastruktur, Energieverbrauch und Kühlung.
Welche Einschränkungen hat iSCSI?
Obwohl iSCSI viele Vorteile bietet, hat die Technologie wie die meisten anderen auch Einschränkungen. Hier sind die häufigsten:
- Bedingte Leistung. Wenn iSCSI in einem gemischten Netzwerk verwendet wird, das sowohl Geschäftsdaten als auch iSCSI-Informationen verarbeitet, führt dies zu höherer Latenz und Leistungsproblemen.
- Nicht mit SSDs kompatibel. iSCSI verwendet serielle Technologie und eignet sich daher nicht für Solid-State-Speichergeräte (SSDs).
- Begrenzte Kapazität. Die maximale LUN-Kapazität eines Festplattenlaufwerks beträgt 250 TB, die maximale Kapazität für NAS beträgt 144 TB.
- Begrenzte Anzahl von Snapshots. Pro iSCSI-Anwendung sind maximal 512 Snapshots, also virtuelle Kopien gespeicherter Daten, zulässig, bei File-Share-Volumes sind es 64. Wenn die Snapshot-Funktion ausfällt, sind die Daten nicht wiederherstellbar und die iSCSI-Leistung wird beeinträchtigt.
- Begrenzte Anzahl von Verbindungen. iSCSI unterstützt außerdem maximal 255 Verbindungen pro Sitzung. Überschreitet die Sitzung 255 Verbindungen, weist das Ziel weitere gleichzeitige Verbindungsversuche zurück.
Fazit: iSCSI für Unternehmenslösungen
Der Bedarf an schnellen Datenübertragungen und hochkapazitivem Datenspeicher ist für die Datenverarbeitung in Unternehmen unverzichtbar geworden. Storage Area Networks sind eine praktikable Lösung für beide Anforderungen. SANs, die das iSCSI-Protokoll verwenden, laufen über Ethernet-Netzwerke. Damit sind sie eine gute Wahl für Unternehmen mit vorhandenen Netzwerken, die leistungsintensive Workloads benötigen, aber keine dedizierte Netzwerkhardware anschaffen und installieren möchten.
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