底层存储协议介绍

在存储系统中，HDD 磁盘和早期 SSD 磁盘的传输协议一般采用AHCI（高级主机控制器接口，Advanced Host Controller Interface）。AHCI 为单队列模式，主机和 HDD/SSD 之间通过单队列进行数据交互。对于 HDD 这种慢速设备来说，主要瓶颈在存储设备，而非 AHCI协议。不同于 HDD 的顺序读写特点，SSD 可以同时从多个不同位置读取数据，具有高并发性。AHCI 的单队列模式成为限制 SSD 并发性的瓶颈。随着存储介质的演进，SSD 盘的 IO 带宽越来越大，访问延时越来越低。AHCI 协议已经不能满足高性能和低延时 SSD 的需求，因此，存储系统迫切需要更快、更高效的协议和接口，NVMe（NVM Express）协议应运而生。

NVMe 协议旨在提高吞吐量和 IOPS，同时降低延迟。基于 NVMe 的驱动器可实现高达 16Gbps 的吞吐量，且当前供应商正在推动 32Gbps 或更高的吞吐量产品的应用。在 IO 方面，许多基于 NVMe 的驱动器，其 IOPS 可以超过 50 万，部分可提供 150 万、200 万甚至1000 万 IOPS。与此同时，延迟持续下降，许多驱动器的延迟低于 20 微秒，部分低于 10 微秒。

在网络协议层，30 年来，存储网络都是以 SCSI（小型计算机系统接口，Small Computer System Interface）协议为基础框架，前端传输网络层一直以 FC（光纤通道，Fiber Channel）网络为主，后端则以 SAS（串行 SCSI 技术，Serial Attached SCSI）网络为主，这构成了服务器间以 IP 为主要互联手段的 IP 存储网络。

iSCSI（Internet Small Computer System Interface，Internet 小型计算机系统接口)是一种由IBM公司研究开发的IP SAN技术，该技术是将现有SCSI接口与以太网络(Ethernet)技术结合，基于 TCP/IP的协议连接iSCSI服务端（Target）和客户端(Initiator)，使得封装后的SCSI数据包可以在通用互联网传输，最终实现iSCSI服务端映射为一个存储空间（磁盘）提供给已连接认证后的客户端。

存储区域网络 iSCSI SAN 是一个基于 IP 的系统，允许 SAN 连接到常规的千兆以太网交换机和 IP 路由器，一般没有额外的硬件要求。实施iSCSI SAN有以下几个优势：

1.简化与整合：iSCSI SAN 可以将数据整合到一个分层系统中，该系统自动利用网络上的所有存储设备来平衡负载。这极大地简化了存储结构，消除了对日益繁琐的 IT 环境的需求，从而减轻了 IT 人员的负担。

2.更好的性能和可靠性：iSCSI SAN 消除了传统上由服务器磁盘执行的繁重数据存储工作。通过专用于存储数据的 iSCSI 阵列，可以显着减轻网络其余部分的负担。为最终用户提供更强大的吞吐、更好的可靠性和更快的速度。

3.数据保护、备份和恢复：随着数据的增长，传统的备份系统变得越来越复杂并且对网络造成负担。数据越多，备份所需的时间越长，停机时间越长。此外，灾难发生后，恢复数据可能需要数天时间。ISCSI SAN解决方案提供自动化、更快的备份过程，对现有业务运营无中断。灾难发生后，数据可以在短短几分钟内恢复。

4.节约成本：使用iSCSI SAN，组织可以通过多种方式立即降低成本：1) 通过简化网络架构并消除对昂贵存储扩展硬件的持续需求，2) 减轻管理网络的 IT 人员的人力成本，3) 通过性能更高的系统提高整个组织的生产力 4) 通过降低能耗的硬件来降低能源成本。

目前主要的 iSCSI SAN 产品包括 Equallogic、Compellent等。EqualLogic建立在虚拟化对等存储架构之上，为小型到大型组织简化和自动化数据存储。Compellent是基于可扩展 SAN 架构和虚拟化的企业级存储解决方案，使用强大的数据移动引擎，帮助组织更有效地管理数据。

另外，国产创新产品HBlock也是通过 iSCSI 为用户提供服务的。其交付形态是一个zip包，解压即可完成安装，它可以轻松地安装在装有Linux操作系统的任何品牌、配置的服务器、虚拟机或容器实例上。它作为一组用户态进程来运行，不依赖或修改操作系统环境，不垄断整个硬盘驱动器，不干扰任何其他进程的执行，其低廉的价格和强大的适配性尤其适合硬件情况复杂、需求多变的存储场景。