構(gòu)建高效穩(wěn)定的校園網(wǎng)存儲架構(gòu)

熊 偉 張國棟

摘要:本文介紹了網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)原理,分析了校園網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)的需求及當(dāng)前存儲技術(shù)選擇方案。提出基于SAN與NAS一體化以及分級存儲的校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)存儲解決方案,以適應(yīng)校園網(wǎng)所面對的數(shù)據(jù)安全、可靠存儲及有效利用的挑戰(zhàn)和需要。

關(guān)鍵詞:存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò) FC SANSAN/NAS混合架構(gòu) 存儲趨勢

中圖分類號:TP393 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1673-8454(2009)23-0057-03

華北電力大學(xué)信息化建設(shè)從無到有,經(jīng)歷了迅速建立與逐步改善的過程。在隊伍建設(shè)、信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)完善等方面取得了顯著成績,擁有了扎實的發(fā)展基礎(chǔ),涵蓋了相關(guān)硬件平臺、應(yīng)用支撐平臺、應(yīng)用系統(tǒng)、服務(wù)體系等主要業(yè)務(wù)系統(tǒng),公共資源、公共應(yīng)用、公共服務(wù)等主要數(shù)據(jù)系統(tǒng)。如何解決數(shù)量龐大的各應(yīng)用系統(tǒng)資源存儲,如何安全、穩(wěn)定、快捷地利用信息資源為教學(xué)、科研、管理服務(wù),是校園信息化建設(shè)的重點之一,只有“集中”和“虛擬化”才是發(fā)展方向:存儲集中、服務(wù)器虛擬化、服務(wù)器管理集中、備份集中。

一、現(xiàn)狀分析及建設(shè)目標(biāo)

1.現(xiàn)狀

華北電力大學(xué)現(xiàn)有各類應(yīng)用服務(wù)器30余套,按照應(yīng)用劃分為:綜合教務(wù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)、教學(xué)視頻系統(tǒng)、郵件系統(tǒng)、各類信息服務(wù)系統(tǒng)等,對系統(tǒng)的高可用性要求高?，F(xiàn)有的信息應(yīng)用系統(tǒng)大部分沒有采取備份措施,少部分采用傳統(tǒng)的存儲備份管理模式,只用簡單的磁帶機備份,其不足之處是顯而易見的。此外,規(guī)劃并即將實施的數(shù)字化校園建設(shè)以及一卡通系統(tǒng)不僅要求數(shù)據(jù)的絕對準(zhǔn)確和安全,對穩(wěn)定性、可靠性、并行處理能力和網(wǎng)絡(luò)性能都要求很高?？偟膩碚f,校園網(wǎng)絡(luò)存儲訪問要求高的應(yīng)用對存儲的性能有較高的要求。而目前網(wǎng)絡(luò)中心的存儲資源是各自分立的,主要以RAID (獨立冗余磁盤陣列技術(shù))和以服務(wù)器自動備份作為數(shù)據(jù)存儲的手段?？傮w上看,存儲方法和手段安全性低,管理繁瑣且費時,可靠性低。數(shù)據(jù)損壞后,恢復(fù)時間長。有些備份操作也使應(yīng)用服務(wù)器性能下降,不能很好地對外服務(wù),現(xiàn)階段的存儲方式已經(jīng)不能很好地滿足現(xiàn)有尤其是將來信息增長的需求,需要建立一個高效的網(wǎng)絡(luò)存儲平臺。

2.建設(shè)目標(biāo)

根據(jù)對現(xiàn)存問題的分析,擬采用集中存儲陣列,并部署SAN(Storage Area Network)存儲交換機,構(gòu)成新一代的SAN存儲架構(gòu),滿足日益增長的存儲需求。將原有的掛接硬盤的存儲方式改造成一個全新的、能夠滿足校園網(wǎng)用戶需求的系統(tǒng),此系統(tǒng)不僅提供高的存儲容量、高的擴展性、還提供出色的性能和安全保障。同時,對綜合教務(wù)系統(tǒng),使用1臺SUNV890作為Oracle數(shù)據(jù)庫服務(wù)器;1臺SUNV880作為應(yīng)用訪問服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)等進行高可用構(gòu)建,將原先單一的環(huán)境,通過部署共享磁盤陣列、SAN交換機、高可用群集軟件以及必要的HBA(Host Bus Adapter,主機總線適配器)卡和網(wǎng)卡,升級成為一套高可用的HA(雙機集群)系統(tǒng)。最終建立數(shù)據(jù)信息存儲集中管理中心,對所有重要應(yīng)用系統(tǒng)實行統(tǒng)一的自動備份、恢復(fù)管理。構(gòu)建存儲局域網(wǎng)絡(luò)FC SAN以及IP SAN,部署存儲備份及資源管理軟件;實現(xiàn)系統(tǒng)級備份與恢復(fù)和數(shù)據(jù)級備份與恢復(fù)。

二、存儲系統(tǒng)的選擇

存儲系統(tǒng)經(jīng)歷了從直連存儲(DAS)到附網(wǎng)存儲(NAS),最后到現(xiàn)在的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)的發(fā)展過程。

1.直連存儲(DAS)

以前我校的存儲采用的是直連存儲(DAS)方式,即服務(wù)器直接和存儲連接。這種存儲方式在備份、恢復(fù)、擴展和容災(zāi)等方面的問題變得日益突出。

2.附網(wǎng)存儲(NAS)

附網(wǎng)存儲(NAS)是以數(shù)據(jù)為中心的存儲模式,將存儲設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接到一組計算機上,適用于網(wǎng)絡(luò)文件服務(wù)模式的數(shù)據(jù)訪問。NAS存儲技術(shù)在使用中也暴露出一些問題,如:數(shù)據(jù)的傳輸速度慢,數(shù)據(jù)備份時性能較低,只能對單個NAS 進行管理等。

3.存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)

SAN是一個高性能的網(wǎng)絡(luò),其設(shè)計的目的是使存儲設(shè)備與計算機系統(tǒng)或存儲設(shè)備與存儲設(shè)備之間進行通信。無論是光纖FC SAN,還是iSCSI SAN,都可滿足塊級數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?這比DAS和NAS存儲基于文件的傳輸進步了很多。但究竟是選擇IP SAN還是FC SAN存儲系統(tǒng)或者是二者融合是爭論的焦點。

FC SAN與IP SAN各有自己的優(yōu)缺點,至少在短期內(nèi)兩者無法相互替代。不能籠統(tǒng)地說哪個更好,關(guān)鍵是要結(jié)合具體的需求。IP SAN成本低,部署靈活,容災(zāi)方便;FC SAN構(gòu)建的存儲系統(tǒng)在安全性、流量控制、I/O端的速度限制等方面都有優(yōu)勢,這在長期應(yīng)用過程中已經(jīng)得到了證實。

根據(jù)前面提到我校的應(yīng)用需求以及多方論證,我校決定采用SAN結(jié)合NAS功能構(gòu)建校園網(wǎng)絡(luò)存儲架構(gòu),并依據(jù)應(yīng)用級別綜合部署FC SAN和IP SAN。

三、存儲方案設(shè)計

1.總體架構(gòu)

數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的建設(shè)是一個循序漸進的過程,不能一蹴而就,需要根據(jù)具體應(yīng)用需求來制定科學(xué)的規(guī)劃。我們擬通過兩階段實現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo):第一步對數(shù)據(jù)整合存儲,擴展數(shù)據(jù)存儲空間,同時提高數(shù)據(jù)的安全性和可管理性;第二步建設(shè)數(shù)據(jù)容災(zāi)備份系統(tǒng),提高數(shù)據(jù)安全。

根據(jù)對表1應(yīng)用的分析,采用FC SAN存儲產(chǎn)品作為數(shù)據(jù)集中存儲滿足教務(wù)系統(tǒng)、教學(xué)系統(tǒng)等對帶寬、響應(yīng)、可靠性等的較高要求,在每臺服務(wù)器中安裝光纖通道卡,通過光纖接到光纖交換機中或直接接入存儲設(shè)備。對于其他應(yīng)用采用IP SAN的接入方式。此外,在校園網(wǎng)應(yīng)用中存在大量資源文件,為了便于文件共享和管理,應(yīng)用存儲設(shè)備的NAS功能從SAN存儲空間中劃出容量,由NAS進行管理。其中部分空間用于學(xué)校終端用戶的存儲分配,另有部分空間用于學(xué)校文件級數(shù)據(jù)的存儲,以及跨平臺數(shù)據(jù)共享應(yīng)用。

在滿足應(yīng)用的前提下考慮到投資成本問題,實施方案采用了FC SAN和IP SAN融合的SAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),同時提供NAS文件訪問功能。作為完整的存儲架構(gòu),虛擬帶庫以及異地容災(zāi)是必須考慮的。由于我校北京保定兩地辦學(xué),為遠(yuǎn)程異地容災(zāi)提供了條件,所以方案中選擇的IP SAN存儲亦滿足了這方面的擴展需求。

2.系統(tǒng)應(yīng)用以及數(shù)據(jù)的管理

搭建存儲架構(gòu),為系統(tǒng)應(yīng)用以及數(shù)據(jù)的備份恢復(fù)和高可用性的實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)平臺,在此基礎(chǔ)上,我們對系統(tǒng)及應(yīng)用進行分級,依據(jù)不同級別做相應(yīng)的部署。

(1)利用跨存儲平臺鏡像技術(shù),將FC存儲設(shè)備上的重要應(yīng)用鏡像到IP存儲設(shè)備上,既保證重要數(shù)據(jù)安全性,又可保證FC存儲上的重要應(yīng)用(教務(wù)、教學(xué)等)不會因故障而中斷。備份服務(wù)器連接現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)、FC SAN和IP SAN,可以方便靈活地備份相關(guān)數(shù)據(jù)庫及各類數(shù)據(jù)。學(xué)校信息查詢、招生、就業(yè)等重要應(yīng)用均架設(shè)在基于Windows操作系統(tǒng)的服務(wù)器上,保證其安全穩(wěn)定運行,并在軟硬件故障出現(xiàn)時能夠及時準(zhǔn)確恢復(fù)。同樣利用備份服務(wù)器將重要資源備份至IP存儲設(shè)備上,實現(xiàn)高級別的快速恢復(fù)。

(2)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示,教務(wù)1服務(wù)器和教務(wù)2服務(wù)器構(gòu)建高可用性,兩臺服務(wù)器各自承擔(dān)相應(yīng)工作(數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用訪問),一旦某臺服務(wù)器出現(xiàn)故障,則另一臺服務(wù)器自動接管對方的服務(wù)功能,由該臺服務(wù)器承擔(dān)全部工作直至故障消除。

(3)視頻點播服務(wù)器利用集群管理方式,將視頻內(nèi)容依據(jù)訪問頻率、重要性等因素分別置于兩臺存儲設(shè)備上,形成本地、FC SAN、IP SAN三級存放。

(4)我校在中國教育和科研計算機網(wǎng)、公網(wǎng)出口均架設(shè)了精品課程展示、評審系統(tǒng)服務(wù)器,為保證兩臺服務(wù)器展示內(nèi)容一致,管理靈活方便,利用NAS功能,實現(xiàn)共享空間管理;伴隨著數(shù)字化、信息化教育教學(xué)發(fā)展,教師、學(xué)生間經(jīng)常需要大文件的交互及共享,NAS功能同樣可以滿足這一方面的需求。

數(shù)據(jù)備份解決方案是一個完全模塊化的體系,備份與恢復(fù)機制是基于網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計的數(shù)據(jù)保護方案的核心部分,而不僅僅是一個簡單的備份軟件。實施方案采用了磁盤備份方式,通過磁盤備份,可大大提高備份和恢復(fù)的速度。因為磁盤讀寫速度快,也不像磁帶庫需要有磁帶加載的時間。磁盤設(shè)備的快速I/O特性及即時特性保證了關(guān)鍵數(shù)據(jù)的快速備份,大大減少磁帶設(shè)備上的磁道搜索時間,提高了備份的效率。

四、結(jié)束語

本方案簡單有效地解決了現(xiàn)在這種分散的服務(wù)器系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存放的安全隱患和管理備份的復(fù)雜性。將用戶的數(shù)據(jù)存放在專業(yè)的磁盤陣列中,保證了數(shù)據(jù)的安全性;通過兩個交換機將服務(wù)器和存儲陣列連接起來,保證了數(shù)據(jù)讀寫的可持續(xù)性?？梢愿鶕?jù)自己應(yīng)用的需求,靈活地增加服務(wù)器主機,保護用戶現(xiàn)有的存儲投資。NAS能夠真正為用戶提供一個完全共享和跨平臺的存儲空間,對于各種Mail、Web、Serve-U及辦公OA等數(shù)據(jù)實現(xiàn)集中存儲共享管理,而SAN可以提供給大數(shù)據(jù)庫使用,實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫文件的共享。對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行備份,一旦數(shù)據(jù)丟失或誤刪除時可以通過備份軟件進行恢復(fù),提高了數(shù)據(jù)安全性。支持?jǐn)?shù)據(jù)容災(zāi),為今后的數(shù)據(jù)保護提供了良好的解決方案。?筅

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(編輯:楊馥紅)