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iSCSI的基本架构及操作简介

存储
2022-10-05
1315
更新：2022-10-09 22:10:52

iSCSI是由IBM发明的基于以太网的存储协议，该协议与SUN的NFS协议都是为了解决存储资源共享问题的解决方案。两者意图一致，只不过两者是不同的实现方式，前者在客户机上呈现的是一个块设备，而后者则是一个目录树。关于两者的区别，可以参考本号之前的文章，本文不再赘述。

本文今天主要介绍一下iSCSI的整体架构，以及在Linux平台上启动器端（可以理解为客户端，后续介绍该概念）如何实现对存储设备（系统）的配置和访问。

# 整体架构概述
概括的说，iSCSI是一种存储设备远程映射技术，它可以将一个远程服务器上的存储设备映射到本地，并呈现为一个块设备（大白话就是磁盘）。从普通用户的角度，映射过来的磁盘与本地安装的磁盘毫无差异。
![](https://ngdcn.com/zb_users/upload/2022/10/202210052043372000932.png)

这种映射方式基于是基于SCSI协议的，SCSI协议是计算机与外围设备（例如硬盘、光盘等）通信的协议。而iSCSI则是通过TCP协议对SCSI进行封装的一种协议，也就是通过以太网传输SCSI协议的内容。
![](https://ngdcn.com/zb_users/upload/2022/10/202210052043556639708.png)

从上图可以看出来，iSCSI其实也是一种典型的客户端服务器架构（CS架构），其中访问存储系统的计算机成为客户端，其中负责连接的软件成为启动器。而提供存储服务的计算机成为服务端，其中的软件成为目标器。

由于iSCSI是基于TCP协议的，因此启动器和目标器可以是纯软件实现，也可以基于硬件实现。如果是硬件实现，硬件实现主要是对SCSI命令封装和解析等，这样可以释放CPU资源。目前在Linux下面，启动器和目标器都有纯软件的实现，比如启动器的实现Open-iSCSI，目标器的实现LIO、SCST和TGT等。

# 基本概念介绍
本节介绍关于iSCSI的一些基本概念，理解这些概念便于我们理解iSCSI的原理及后续阅读iSCSI的开源代码。

**Network Portal**: 网络端口。网络实体的一个组成部分，它有一个 TCP/IP 地址。 网络端口在 initiator 用 IP 地址标识， 在 target 用 IP 地址＋侦听的 TCP 端口标识。

**Session**: 连接 initiator 和 target 的一组 TCP 连接构成一个 session(可以简单理解为 I_T nexus)。可以向 session 添加 TCP 连接，也可以把 TCP 连接从 session 删除。 也就是说一个session中是可以有多个连接的。通过一个 session 的所有连接，initiator 只看到同一个 target。

**Connection** : 一个 TCP 连接。Initiator 和 target 之间使用一或者多个 TCP 连接通信。

**CID(Connection ID)**: 一个 session 里的每个 connection 用 CID 进行标识，该标识在 session 范围内是唯一。CID 由 initiator 产生，在 login 请求和使用 logout 关闭 连接时传递给 target。

**SSID（Session ID**）：一个 iSCSI Initiator 与 iSCSI Target 之间的会话（Session）由会话ID（SSID）定义，该会话ID是一个由发起方部分（ISID）和目标部分（Target Portal Group Tag）组成的元组。 ISID 在会话建立时由发起者明确指定。 Target Portal Group Tag 由发起者在连接建立时选择的 TCP端口来隐式指定。 当给定 TargetName 时，TargetPortalGroupTag 也必须由目标在连接建立期间作为确认返回。

**Portal Groups**: 网络端口组。iSCSI session 支持多连接，一些实现能把通过多个端口建立的多个连接捆绑到一个 session。 一个 iSCSI 网络实体的多个网络端口被定义为一个网络端口组，把该组和一个 session 联系起来，该 session 就可以捆绑通过该组内多个端口建立的多个连接，再使它们一起协同工作以达到捆绑的目的。每一个该组的 session 并不需要包括该组的所有网络端口。一个 iSCSI 节点可能有一或者多个网络端口组，但是每一个 iSCSI 使用的网络端口只能属于 iSCSI 节点的一个组。

**Target Portal Group Tag**: 网络端口组标识。使用 16 比特的数标识一个网络端口组。在 一个 iSCSI 节点里，所有具有同样组标志的端口构成一个网络端口组。

**iSCSI Task**: 一个 iSCSI 任务是指一个需要响应的 iSCSI 请求。

**I_T nexus**: I_T nexus 是指一个 SCSI initiator 的端口和一个 SCSI target 端口之间 的关系。 对于 iSCSI， 这个关系对应一个 session， 它指 session 的 initiator 端和 iSCSI target 网络端口组之间的关系。I_T nexus 的标识是一对端口名称(iSCSI initiator 名称＋i＋ISID，iSCSI target 名称＋t＋网络端口组标识)。 PDU (Protocol Data Unit): initiator 和 target 之间通信时把信息分割为消息。这些 消息称为 iSCSI PDU。 SSID (Session ID): iSCSI initiator 和 iSCSI target 之间的 session 用 SSID 进行标识， 该标识由 initiator 部分的 ISID 和 target 部分的 TPGT 构成。

**ISID（The initiator part of the Session Identifier）**：发起方会话标识，由 initiator 在 session 建立的时候明确给出，

**TSIH (Target Session Identifying Handle)**: Target 分配给与特定名称 initiator 建立的 session 的标识。 但是 0 值被保留着用于 initiator 告知 target 这是一个新 session。 在为一个 session 添加一个 connect 时，TSIH 已经隐含指明。

# 启动器端配置
Linux的启动器包含内核态的启动器、用户态的守护进程和命令行工具3部分内容，整体架构还是比较复杂的。但是如果不想理解其原理，只是一般使用的话，还是比较简单方便的。下面我们介绍一下其操作步骤（这里假设已经有一个存储设备），关于更详细的原理我们后续再进行详细的介绍。

## 启动iscsi守护进程

在启动器端是有一个守护进程的，首先要保证该守护进程是处于正常运行状态。如果没有运行的情况下需要启动该服务。

```bash
#service iscsi start
```
默认情况下，系统启动后此进程会自动运行的。如果没有自动运行可以通过下面命令进行控制和查看。
```bash
# chkconfig iscsi on
# chkconfig iscsi --list （查看ISCSI启动状态）
```
## 发现目标

默认情况下，iscsi发起方和目标方之间通过端口3260连接。假设已知iscsi的目标方IP是192.168.1.1，运行下列命令：
```bash
# iscsiadm -m discovery -t sendtargets -p 192.168.1.1:3260
```
如果一切正常，过此时找到并拥有了一个目标（target）：
```bash
192.168.1.1:3260,1 iqn.1997-05.com.test:itworld123
```
## 登入节点

以上面被发现的目标为例：
```bash
# iscsiadm -m node –T iqn.1997-05.com.test:itworld123 -p 192.168.1.1：3260 -l
```
其中iqn.1997-05.com.test:itworld123是目标名。

## 查看磁盘信息

正常来说，如果登录成功后在客户端操作系统中就可以看到新增的硬盘了。可以通过下面命令查看。
```bash
# fdisk –l
```
## 格式化设备

iSCSI设备的使用与普通硬盘没有任何差异，比如我们想把该设备格式化为ext4文件系统，运行：
```bash
# mkfs.ext4 /dev/sdb
```
具体使用我们这里就不再解释，使用方法与本地磁盘完全一致。

## 登出节点

有些情况下我们可能需要登出节点，此时将端口启动器和目标器之间的连接，磁盘也会消失。登出之前需要先停止对磁盘的使用。
```bash
# umount /mnt/iscsi_itworld123
```
执行如下命令可以登出：
```bash
# iscsiadm -m node –T iqn.1997-05.com.test:raid -p 192.168.1.1:3260 –u
```
## 登入需验证码的节点

为了保证存储设备的安全，可以对存储设备设置权限认证，这样只有合法用户才能访问存储设备。下面是具有认证的存储的登录方法。

**1）开启认证**
```bash
iscsiadm -m node -T [装置] -o update --name node.session.auth.authmethod --value=CHAP *.使用-o同--op
```
**2）添加用户**
```bash
iscsiadm -m node -T [装置] --op update --name node.session.auth.username --value=[用户名]
```
**3）添加密码**
```bash
iscsiadm –m node –T [装置] –op update –name node.session.auth.password –value=[密码]
```
好了，今天先到这。我们今天主要介绍iSCSI的基本架构以及启动器端的使用。这个主要是让大家有个感性的认识，为后面介绍启动器的实现打下基础。后续我们将介绍启动器用户态管理程序的架构和实现，以及内核态启动器的实现。

# 作者
[itworld123](https://www.zhihu.com/people/zhang-shu-zhu-69 "itworld123")

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