一、iSCSI远程块存储技术概述

iSCSI（Internet Small Computer System Interface）是一种基于IP网络的块级存储协议，它通过TCP/IP协议栈将SCSI命令封装在IP数据包中，实现主机与存储设备之间的远程块级数据传输。与传统的文件级共享协议（如NFS、CIFS）不同，iSCSI直接操作存储设备的逻辑块地址（LBA），提供接近本地磁盘的性能，同时支持跨网络的高效数据共享。

1.1 工作原理

iSCSI的核心架构由发起端（Initiator）和目标端（Target）组成：

• Initiator：运行在主机上的软件或硬件模块，负责将SCSI命令封装为iSCSI协议数据单元（PDU），并通过网络发送至Target。
• Target：存储设备或虚拟存储资源，接收iSCSI PDU后解封装为SCSI命令，执行读写操作并返回结果。

通信流程示例（伪代码）：

# Initiator端发送READ命令
iscsi_pdu = {
    "opcode": "SCSI_READ",
    "lun": 0,          # 逻辑单元号
    "lba": 1024,       # 起始逻辑块地址
    "length": 512      # 读取块数
}
send_over_tcp(iscsi_pdu, target_ip="192.168.1.100", port=3260)
# Target端处理并返回数据
response_pdu = {
    "status": "SUCCESS",
    "data": b"\x00"*512  # 模拟返回的512字节数据
}
send_response(response_pdu, initiator_ip="192.168.1.1")

1.2 核心优势

• 高性能：块级访问避免文件系统开销，延迟接近本地磁盘。
• 兼容性：支持标准SCSI命令集，无缝兼容现有应用和操作系统。
• 灵活性：可基于现有IP网络部署，无需专用存储网络（如FC）。
• 可扩展性：通过多路径I/O（MPIO）和负载均衡实现高可用与扩展。

二、iSCSI远程块存储的典型应用场景

2.1 企业级数据存储与共享

场景描述：跨部门或分支机构共享集中式存储资源，例如财务系统、ERP数据库等。

实施建议：

• 使用支持MPIO的iSCSI Initiator（如Linux iscsiadm + multipath-tools）实现故障转移。
• 配置Target端LUN映射策略，限制不同业务部门的访问权限。
• 示例配置（Linux）：

  # 发现Target
  iscsiadm -m discovery -t st -p 192.168.1.100
  # 登录Target
  iscsiadm -m node --login -T iqn.2023-01.com.example:storage.target01
  # 配置多路径
  echo "policies=round-robin 0" >> /etc/multipath.conf

2.2 虚拟化环境存储后端

场景描述：为VMware、KVM等虚拟化平台提供共享存储，支持虚拟机动态迁移（vMotion/Live Migration）。

关键配置：

• 在VMware ESXi中启用iSCSI软件适配器，配置CHAP认证增强安全性。
• 在KVM中通过virtio-scsi驱动挂载iSCSI LUN，示例：

  <disk type='network' device='disk'>
    <driver name='qemu' type='raw' cache='none'/>
    <source protocol='iscsi' name='iqn.2023-01.com.example:storage.vm-disk'>
      <host name='192.168.1.100' port='3260'/>
    </source>
    <target dev='sda' bus='scsi'/>
  </disk>

2.3 灾难恢复与备份

场景描述：通过iSCSI将备份数据传输至远程存储节点，构建异地容灾方案。

优化策略：

• 使用dd或rsync结合iSCSI进行全量/增量备份。
• 示例备份命令：

  # 将本地磁盘备份至iSCSI LUN
  dd if=/dev/sda bs=4M | ssh user@backup-server "dd of=/dev/sdb"
  # 或直接挂载iSCSI LUN后操作
  mount /dev/sdb1 /mnt/backup
  tar -czf /mnt/backup/full-backup-$(date).tar.gz /data

三、性能优化与故障排查

3.1 网络层优化

• MTU设置：建议使用9000字节的Jumbo Frame减少分片。

  # Linux下配置Jumbo Frame
  ifconfig eth0 mtu 9000

• QoS策略：在交换机上为iSCSI流量分配专用带宽。

3.2 常见故障与解决

现象	可能原因	解决方案
连接超时	网络中断/Target未启动	检查ping和iscsiadm -m session
I/O延迟高	路径拥塞/磁盘性能不足	启用iostat -x 1监控磁盘I/O，调整多路径策略
数据损坏	传输错误/Target故障	启用iSCSI头校验（HeaderDigest）

四、安全实践

4.1 认证与加密

• CHAP认证：双向认证防止未授权访问。

  # 配置CHAP（Initiator端）
  iscsiadm -m node -T iqn.2023-01.com.example:storage.target01 \
    --op=update -n node.session.auth.authmethod -v CHAP \
    --op=update -n node.session.auth.username -v user1 \
    --op=update -n node.session.auth.password -v pass123

• IPSec隧道：对敏感数据传输启用AES加密。

4.2 访问控制

• 在Target端配置ACL，限制源IP和LUN访问权限。
• 示例（Linux targetcli）：

  targetcli /backstores/block create mylun /dev/sdb
  targetcli /iscsi create iqn.2023-01.com.example:storage.target01
  targetcli /iscsi/iqn.2023-01.com.example:storage.target01/tpg1/acls create 192.168.1.0/24

五、未来趋势

随着25G/100G以太网的普及，iSCSI将进一步融合NVMe-oF协议，实现更低延迟和更高吞吐量。同时，软件定义存储（SDS）与iSCSI的结合将推动超融合基础设施（HCI）的发展。

结语：iSCSI远程块存储以其高性能、低成本和易部署的特点，成为企业网络磁盘共享的核心方案。通过合理配置与优化，可满足从数据库到虚拟化的多样化需求，为数字化转型提供坚实的存储基础。