iSCSI-Protokoll: Funktionsweise, Einsatzbereiche und Einrichtung

iSCSI (Internet Small Computer System Interface) ist ein Daten­speicher­protokoll, das es ermöglicht, SCSI-Befehle über ein Netzwerk – in der Regel über Ethernet – auszuführen. In diesem Artikel erläutern wir, wie iSCSI funktioniert, welche Eigenschaften und Vorteile es bietet und wie man das iSCSI-Protokoll konfiguriert.

Funktionsweise von iSCSI

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Um das iSCSI-Prinzip zu verstehen, sehen wir uns zunächst den Aufbau an. Die Hauptkomponenten sind Initiatoren und Targets:

• Initiatoren sind Hosts, die eine iSCSI-Verbindung initiieren.
• Targets sind Hosts, die diese Verbindungen akzeptieren.

Speichergeräte fungieren also als Targets, mit denen sich Initiatoren verbinden.
Die Verbindung wird über TCP/IP hergestellt. iSCSI kümmert sich dabei um die Übertragung der SCSI-Befehle, deren Organisation und die Verpackung in Datenpakete. Diese Pakete werden Punkt-zu-Punkt zwischen lokalem und entferntem Host übertragen. Auf der Gegenseite verarbeitet iSCSI die empfangenen Pakete, trennt die SCSI-Kommandos und präsentiert dem Betriebssystem den entfernten Speicher wie ein lokales Laufwerk, das wie gewohnt formatiert und verwaltet werden kann.

Authentifizierung und Datenübertragung

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Initiatoren und Targets werden über eindeutige Namen identifiziert: IQN (iSCSI Qualified Name) oder EUI (Extended Unique Identifier), letzterer insbesondere bei IPv6.

1. Beispiel eines IQN: 

• • 2003-02 gibt das Registrierungsdatum der Domain an.

  • Die Domain erscheint rückwärts: site.com → com.site.

  • name23 ist der eindeutige Name des iSCSI-Hosts.

1. Example of EUI: 

eui.fe9947fff075cee0 Diese hexadezimale IEEE-Darstellung besteht aus:

• • 24 oberen Bits, die ein Netzwerk oder Unternehmen kennzeichnen (z. B. Provider),

  • 40 unteren Bits, die den Host eindeutig identifizieren.

Jede Sitzung besteht aus zwei Phasen:

1. Authentifizierung über TCP.
2. Datenübertragung zwischen Initiator und Speichergerät.

Alle Daten laufen über eine einzige Verbindung; parallele Request-Nachverfolgung ist nicht erforderlich. Nach Abschluss der Übertragung wird die Sitzung über den Befehl iSCSI Logout beendet.

Error Handling and Security

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Zur Vermeidung von Datenverlust implementiert iSCSI verschiedene Recovery Mechanismen:

1. Wiederholung verlorener PDUs (Protocol Data Units)
2. Verbindungs- und Sitzungswiederherstellung
3. Abbruch nicht verarbeiteter Befehle

Die Sicherheit der Datenübertragung wird durch den CHAP-Authentifizierungs­mechanismus gewährleistet, bei dem keine Passwörter im Klartext übertragen werden. Zusätzlich kann IPsec-Verschlüsselung genutzt werden, um Pakete zu verschlüsseln und ihre Integrität zu prüfen.

Arten von iSCSI-Implementierungen

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Es gibt drei Haupttypen von iSCSI-Implementierungen:

1. Host-CPU-Verarbeitung: Alle Operationen werden von der CPU des Initiators ausgeführt.
2. TCP/IP-Offload mit geteiltem Aufwand: Die meisten Pakete werden vom Speichergerät verarbeitet, der Host übernimmt Sonderfälle.
3. Vollständiges TCP/IP-Offload: Sämtliche Verarbeitung erfolgt auf dem Speichergerät.

Zusätzlich existiert eine Erweiterung namens iSER (iSCSI Extension for RDMA), die Remote Direct Memory Access ermöglicht. Dabei kann auf den Arbeitsspeicher des Zielsystems direkt zugegriffen werden, ohne die CPU der Netzwerkknoten zu belasten. Das Ergebnis: höhere Geschwindigkeit und geringere Latenz, da keine Zwischenkopien von Daten notwendig sind.

Vorteile von iSCSI

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iSCSI bietet nicht nur Kosten­effizienz und Leistungs­steigerung, sondern auch folgende Vorteile:

• Vereinfachte Speicher­netzwerke: Da iSCSI über Gigabit-Ethernet arbeitet, lassen sich Netzwerkspeicher leicht einrichten und verwalten.

• Einfache Verwaltung: iSCSI basiert auf denselben TCP/IP-Prinzipien, die Administratoren bereits kennen.

• Hohe Kompatibilität: Fast jede Netzwerk­hardware kann in einer iSCSI-Umgebung verwendet werden.

Unterschiede zwischen iSCSI SAN und FC SAN

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Bei Vergleichen werden iSCSI SAN (Storage Area Network) und FC SAN (Fibre Channel SAN) oft als Alternativen betrachtet. 

Die wichtigsten Unterschiede:

iSCSI SAN ist eine kostengünstige Lösung, die auf vorhandener Netzwerk­infrastruktur läuft. FC SAN hingegen erfordert spezielle Hardware (Switches, Host Bus Adapter), bietet dafür aber geringere Latenz und höhere Stabilität.

Fazit

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Wie die Vergleichstabelle zeigt, hat jedes Protokoll seine Stärken. Die Wahl hängt von den Anforderungen der Speicher­umgebung ab: 

• iSCSI eignet sich ideal, wenn Kostenersparnis, einfache Einrichtung und geringere Komplexität im Vordergrund stehen.
• Fibre Channel hingegen überzeugt durch niedrige Latenz, bessere Skalierbarkeit und höhere Ausfallsicherheit in komplexen SAN-Architekturen.