构建高效稳定的校园网存储架构
熊 伟 张国栋
摘要:本文介绍了网络存储技术原理,分析了校园网络存储系统的需求及当前存储技术选择方案。提出基于SAN与NAS一体化以及分级存储的校园网网络存储解决方案,以适应校园网所面对的数据安全、可靠存储及有效利用的挑战和需要。
关键词:存储区域网络 FC SANSAN/NAS混合架构 存储趋势
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1673-8454(2009)23-0057-03
华北电力大学信息化建设从无到有,经历了迅速建立与逐步改善的过程。在队伍建设、信息技术基础设施建设、应用系统的开发完善等方面取得了显著成绩,拥有了扎实的发展基础,涵盖了相关硬件平台、应用支撑平台、应用系统、服务体系等主要业务系统,公共资源、公共应用、公共服务等主要数据系统。如何解决数量庞大的各应用系统资源存储,如何安全、稳定、快捷地利用信息资源为教学、科研、管理服务,是校园信息化建设的重点之一,只有“集中”和“虚拟化”才是发展方向:存储集中、服务器虚拟化、服务器管理集中、备份集中。
一、现状分析及建设目标
1.现状
华北电力大学现有各类应用服务器30余套,按照应用划分为:综合教务系统、网络教学系统、教学视频系统、邮件系统、各类信息服务系统等,对系统的高可用性要求高。现有的信息应用系统大部分没有采取备份措施,少部分采用传统的存储备份管理模式,只用简单的磁带机备份,其不足之处是显而易见的。此外,规划并即将实施的数字化校园建设以及一卡通系统不仅要求数据的绝对准确和安全,对稳定性、可靠性、并行处理能力和网络性能都要求很高。总的来说,校园网络存储访问要求高的应用对存储的性能有较高的要求。而目前网络中心的存储资源是各自分立的,主要以RAID (独立冗余磁盘阵列技术)和以服务器自动备份作为数据存储的手段。总体上看,存储方法和手段安全性低,管理繁琐且费时,可靠性低。数据损坏后,恢复时间长。有些备份操作也使应用服务器性能下降,不能很好地对外服务,现阶段的存储方式已经不能很好地满足现有尤其是将来信息增长的需求,需要建立一个高效的网络存储平台。
2.建设目标
根据对现存问题的分析,拟采用集中存储阵列,并部署SAN(Storage Area Network)存储交换机,构成新一代的SAN存储架构,满足日益增长的存储需求。将原有的挂接硬盘的存储方式改造成一个全新的、能够满足校园网用户需求的系统,此系统不仅提供高的存储容量、高的扩展性、还提供出色的性能和安全保障。同时,对综合教务系统,使用1台SUNV890作为Oracle数据库服务器;1台SUNV880作为应用访问服务器。网络教学系统等进行高可用构建,将原先单一的环境,通过部署共享磁盘阵列、SAN交换机、高可用群集软件以及必要的HBA(Host Bus Adapter,主机总线适配器)卡和网卡,升级成为一套高可用的HA(双机集群)系统。最终建立数据信息存储集中管理中心,对所有重要应用系统实行统一的自动备份、恢复管理。构建存储局域网络FC SAN以及IP SAN,部署存储备份及资源管理软件;实现系统级备份与恢复和数据级备份与恢复。
二、存储系统的选择
存储系统经历了从直连存储(DAS)到附网存储(NAS),最后到现在的存储区域网络(SAN)的发展过程。
1.直连存储(DAS)
以前我校的存储采用的是直连存储(DAS)方式,即服务器直接和存储连接。这种存储方式在备份、恢复、扩展和容灾等方面的问题变得日益突出。
2.附网存储(NAS)
附网存储(NAS)是以数据为中心的存储模式,将存储设备通过标准的网络拓扑连接到一组计算机上,适用于网络文件服务模式的数据访问。NAS存储技术在使用中也暴露出一些问题,如:数据的传输速度慢,数据备份时性能较低,只能对单个NAS 进行管理等。
3.存储区域网络(SAN)
SAN是一个高性能的网络,其设计的目的是使存储设备与计算机系统或存储设备与存储设备之间进行通信。无论是光纤FC SAN,还是iSCSI SAN,都可满足块级数据传输的需求,这比DAS和NAS存储基于文件的传输进步了很多。但究竟是选择IP SAN还是FC SAN存储系统或者是二者融合是争论的焦点。
FC SAN与IP SAN各有自己的优缺点,至少在短期内两者无法相互替代。不能笼统地说哪个更好,关键是要结合具体的需求。IP SAN成本低,部署灵活,容灾方便;FC SAN构建的存储系统在安全性、流量控制、I/O端的速度限制等方面都有优势,这在长期应用过程中已经得到了证实。
根据前面提到我校的应用需求以及多方论证,我校决定采用SAN结合NAS功能构建校园网络存储架构,并依据应用级别综合部署FC SAN和IP SAN。
三、存储方案设计
1.总体架构
数据存储系统的建设是一个循序渐进的过程,不能一蹴而就,需要根据具体应用需求来制定科学的规划。我们拟通过两阶段实现规划目标:第一步对数据整合存储,扩展数据存储空间,同时提高数据的安全性和可管理性;第二步建设数据容灾备份系统,提高数据安全。
根据对表1应用的分析,采用FC SAN存储产品作为数据集中存储满足教务系统、教学系统等对带宽、响应、可靠性等的较高要求,在每台服务器中安装光纤通道卡,通过光纤接到光纤交换机中或直接接入存储设备。对于其他应用采用IP SAN的接入方式。此外,在校园网应用中存在大量资源文件,为了便于文件共享和管理,应用存储设备的NAS功能从SAN存储空间中划出容量,由NAS进行管理。其中部分空间用于学校终端用户的存储分配,另有部分空间用于学校文件级数据的存储,以及跨平台数据共享应用。
在满足应用的前提下考虑到投资成本问题,实施方案采用了FC SAN和IP SAN融合的SAN网络架构,同时提供NAS文件访问功能。作为完整的存储架构,虚拟带库以及异地容灾是必须考虑的。由于我校北京保定两地办学,为远程异地容灾提供了条件,所以方案中选择的IP SAN存储亦满足了这方面的扩展需求。
2.系统应用以及数据的管理
搭建存储架构,为系统应用以及数据的备份恢复和高可用性的实现提供了基础平台,在此基础上,我们对系统及应用进行分级,依据不同级别做相应的部署。
(1)利用跨存储平台镜像技术,将FC存储设备上的重要应用镜像到IP存储设备上,既保证重要数据安全性,又可保证FC存储上的重要应用(教务、教学等)不会因故障而中断。备份服务器连接现有网络、FC SAN和IP SAN,可以方便灵活地备份相关数据库及各类数据。学校信息查询、招生、就业等重要应用均架设在基于Windows操作系统的服务器上,保证其安全稳定运行,并在软硬件故障出现时能够及时准确恢复。同样利用备份服务器将重要资源备份至IP存储设备上,实现高级别的快速恢复。
(2)系统架构如图1所示,教务1服务器和教务2服务器构建高可用性,两台服务器各自承担相应工作(数据库和应用访问),一旦某台服务器出现故障,则另一台服务器自动接管对方的服务功能,由该台服务器承担全部工作直至故障消除。
(3)视频点播服务器利用集群管理方式,将视频内容依据访问频率、重要性等因素分别置于两台存储设备上,形成本地、FC SAN、IP SAN三级存放。
(4)我校在中国教育和科研计算机网、公网出口均架设了精品课程展示、评审系统服务器,为保证两台服务器展示内容一致,管理灵活方便,利用NAS功能,实现共享空间管理;伴随着数字化、信息化教育教学发展,教师、学生间经常需要大文件的交互及共享,NAS功能同样可以满足这一方面的需求。
数据备份解决方案是一个完全模块化的体系,备份与恢复机制是基于网络而设计的数据保护方案的核心部分,而不仅仅是一个简单的备份软件。实施方案采用了磁盘备份方式,通过磁盘备份,可大大提高备份和恢复的速度。因为磁盘读写速度快,也不像磁带库需要有磁带加载的时间。磁盘设备的快速I/O特性及即时特性保证了关键数据的快速备份,大大减少磁带设备上的磁道搜索时间,提高了备份的效率。
四、结束语
本方案简单有效地解决了现在这种分散的服务器系统中数据存放的安全隐患和管理备份的复杂性。将用户的数据存放在专业的磁盘阵列中,保证了数据的安全性;通过两个交换机将服务器和存储阵列连接起来,保证了数据读写的可持续性。可以根据自己应用的需求,灵活地增加服务器主机,保护用户现有的存储投资。NAS能够真正为用户提供一个完全共享和跨平台的存储空间,对于各种Mail、Web、Serve-U及办公OA等数据实现集中存储共享管理,而SAN可以提供给大数据库使用,实现数据库文件的共享。对关键数据进行备份,一旦数据丢失或误删除时可以通过备份软件进行恢复,提高了数据安全性。支持数据容灾,为今后的数据保护提供了良好的解决方案。?筅
参考文献:
[1]周兆确,叶青.存储区域网概念与应用[M].北京:人民邮电出版社,2004.
[2]章伟辉,方赵林,王万良.校园网络存储系统的研究[J].浙江工业大学学报,2005.
[3]张江陵,冯丹.海量信息存储[M].北京:科学出版社,2003.
[4]韩得志,钟铭.iSCSI协议探析[J].计算机工程,2004.
(编辑:杨馥红)
摘要:本文介绍了网络存储技术原理,分析了校园网络存储系统的需求及当前存储技术选择方案。提出基于SAN与NAS一体化以及分级存储的校园网网络存储解决方案,以适应校园网所面对的数据安全、可靠存储及有效利用的挑战和需要。
关键词:存储区域网络 FC SANSAN/NAS混合架构 存储趋势
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1673-8454(2009)23-0057-03
华北电力大学信息化建设从无到有,经历了迅速建立与逐步改善的过程。在队伍建设、信息技术基础设施建设、应用系统的开发完善等方面取得了显著成绩,拥有了扎实的发展基础,涵盖了相关硬件平台、应用支撑平台、应用系统、服务体系等主要业务系统,公共资源、公共应用、公共服务等主要数据系统。如何解决数量庞大的各应用系统资源存储,如何安全、稳定、快捷地利用信息资源为教学、科研、管理服务,是校园信息化建设的重点之一,只有“集中”和“虚拟化”才是发展方向:存储集中、服务器虚拟化、服务器管理集中、备份集中。
一、现状分析及建设目标
1.现状
华北电力大学现有各类应用服务器30余套,按照应用划分为:综合教务系统、网络教学系统、教学视频系统、邮件系统、各类信息服务系统等,对系统的高可用性要求高。现有的信息应用系统大部分没有采取备份措施,少部分采用传统的存储备份管理模式,只用简单的磁带机备份,其不足之处是显而易见的。此外,规划并即将实施的数字化校园建设以及一卡通系统不仅要求数据的绝对准确和安全,对稳定性、可靠性、并行处理能力和网络性能都要求很高。总的来说,校园网络存储访问要求高的应用对存储的性能有较高的要求。而目前网络中心的存储资源是各自分立的,主要以RAID (独立冗余磁盘阵列技术)和以服务器自动备份作为数据存储的手段。总体上看,存储方法和手段安全性低,管理繁琐且费时,可靠性低。数据损坏后,恢复时间长。有些备份操作也使应用服务器性能下降,不能很好地对外服务,现阶段的存储方式已经不能很好地满足现有尤其是将来信息增长的需求,需要建立一个高效的网络存储平台。
2.建设目标
根据对现存问题的分析,拟采用集中存储阵列,并部署SAN(Storage Area Network)存储交换机,构成新一代的SAN存储架构,满足日益增长的存储需求。将原有的挂接硬盘的存储方式改造成一个全新的、能够满足校园网用户需求的系统,此系统不仅提供高的存储容量、高的扩展性、还提供出色的性能和安全保障。同时,对综合教务系统,使用1台SUNV890作为Oracle数据库服务器;1台SUNV880作为应用访问服务器。网络教学系统等进行高可用构建,将原先单一的环境,通过部署共享磁盘阵列、SAN交换机、高可用群集软件以及必要的HBA(Host Bus Adapter,主机总线适配器)卡和网卡,升级成为一套高可用的HA(双机集群)系统。最终建立数据信息存储集中管理中心,对所有重要应用系统实行统一的自动备份、恢复管理。构建存储局域网络FC SAN以及IP SAN,部署存储备份及资源管理软件;实现系统级备份与恢复和数据级备份与恢复。
二、存储系统的选择
存储系统经历了从直连存储(DAS)到附网存储(NAS),最后到现在的存储区域网络(SAN)的发展过程。
1.直连存储(DAS)
以前我校的存储采用的是直连存储(DAS)方式,即服务器直接和存储连接。这种存储方式在备份、恢复、扩展和容灾等方面的问题变得日益突出。
2.附网存储(NAS)
附网存储(NAS)是以数据为中心的存储模式,将存储设备通过标准的网络拓扑连接到一组计算机上,适用于网络文件服务模式的数据访问。NAS存储技术在使用中也暴露出一些问题,如:数据的传输速度慢,数据备份时性能较低,只能对单个NAS 进行管理等。
3.存储区域网络(SAN)
SAN是一个高性能的网络,其设计的目的是使存储设备与计算机系统或存储设备与存储设备之间进行通信。无论是光纤FC SAN,还是iSCSI SAN,都可满足块级数据传输的需求,这比DAS和NAS存储基于文件的传输进步了很多。但究竟是选择IP SAN还是FC SAN存储系统或者是二者融合是争论的焦点。
FC SAN与IP SAN各有自己的优缺点,至少在短期内两者无法相互替代。不能笼统地说哪个更好,关键是要结合具体的需求。IP SAN成本低,部署灵活,容灾方便;FC SAN构建的存储系统在安全性、流量控制、I/O端的速度限制等方面都有优势,这在长期应用过程中已经得到了证实。
根据前面提到我校的应用需求以及多方论证,我校决定采用SAN结合NAS功能构建校园网络存储架构,并依据应用级别综合部署FC SAN和IP SAN。
三、存储方案设计
1.总体架构
数据存储系统的建设是一个循序渐进的过程,不能一蹴而就,需要根据具体应用需求来制定科学的规划。我们拟通过两阶段实现规划目标:第一步对数据整合存储,扩展数据存储空间,同时提高数据的安全性和可管理性;第二步建设数据容灾备份系统,提高数据安全。
根据对表1应用的分析,采用FC SAN存储产品作为数据集中存储满足教务系统、教学系统等对带宽、响应、可靠性等的较高要求,在每台服务器中安装光纤通道卡,通过光纤接到光纤交换机中或直接接入存储设备。对于其他应用采用IP SAN的接入方式。此外,在校园网应用中存在大量资源文件,为了便于文件共享和管理,应用存储设备的NAS功能从SAN存储空间中划出容量,由NAS进行管理。其中部分空间用于学校终端用户的存储分配,另有部分空间用于学校文件级数据的存储,以及跨平台数据共享应用。
在满足应用的前提下考虑到投资成本问题,实施方案采用了FC SAN和IP SAN融合的SAN网络架构,同时提供NAS文件访问功能。作为完整的存储架构,虚拟带库以及异地容灾是必须考虑的。由于我校北京保定两地办学,为远程异地容灾提供了条件,所以方案中选择的IP SAN存储亦满足了这方面的扩展需求。
2.系统应用以及数据的管理
搭建存储架构,为系统应用以及数据的备份恢复和高可用性的实现提供了基础平台,在此基础上,我们对系统及应用进行分级,依据不同级别做相应的部署。
(1)利用跨存储平台镜像技术,将FC存储设备上的重要应用镜像到IP存储设备上,既保证重要数据安全性,又可保证FC存储上的重要应用(教务、教学等)不会因故障而中断。备份服务器连接现有网络、FC SAN和IP SAN,可以方便灵活地备份相关数据库及各类数据。学校信息查询、招生、就业等重要应用均架设在基于Windows操作系统的服务器上,保证其安全稳定运行,并在软硬件故障出现时能够及时准确恢复。同样利用备份服务器将重要资源备份至IP存储设备上,实现高级别的快速恢复。
(2)系统架构如图1所示,教务1服务器和教务2服务器构建高可用性,两台服务器各自承担相应工作(数据库和应用访问),一旦某台服务器出现故障,则另一台服务器自动接管对方的服务功能,由该台服务器承担全部工作直至故障消除。
(3)视频点播服务器利用集群管理方式,将视频内容依据访问频率、重要性等因素分别置于两台存储设备上,形成本地、FC SAN、IP SAN三级存放。
(4)我校在中国教育和科研计算机网、公网出口均架设了精品课程展示、评审系统服务器,为保证两台服务器展示内容一致,管理灵活方便,利用NAS功能,实现共享空间管理;伴随着数字化、信息化教育教学发展,教师、学生间经常需要大文件的交互及共享,NAS功能同样可以满足这一方面的需求。
数据备份解决方案是一个完全模块化的体系,备份与恢复机制是基于网络而设计的数据保护方案的核心部分,而不仅仅是一个简单的备份软件。实施方案采用了磁盘备份方式,通过磁盘备份,可大大提高备份和恢复的速度。因为磁盘读写速度快,也不像磁带库需要有磁带加载的时间。磁盘设备的快速I/O特性及即时特性保证了关键数据的快速备份,大大减少磁带设备上的磁道搜索时间,提高了备份的效率。
四、结束语
本方案简单有效地解决了现在这种分散的服务器系统中数据存放的安全隐患和管理备份的复杂性。将用户的数据存放在专业的磁盘阵列中,保证了数据的安全性;通过两个交换机将服务器和存储阵列连接起来,保证了数据读写的可持续性。可以根据自己应用的需求,灵活地增加服务器主机,保护用户现有的存储投资。NAS能够真正为用户提供一个完全共享和跨平台的存储空间,对于各种Mail、Web、Serve-U及办公OA等数据实现集中存储共享管理,而SAN可以提供给大数据库使用,实现数据库文件的共享。对关键数据进行备份,一旦数据丢失或误删除时可以通过备份软件进行恢复,提高了数据安全性。支持数据容灾,为今后的数据保护提供了良好的解决方案。?筅
参考文献:
[1]周兆确,叶青.存储区域网概念与应用[M].北京:人民邮电出版社,2004.
[2]章伟辉,方赵林,王万良.校园网络存储系统的研究[J].浙江工业大学学报,2005.
[3]张江陵,冯丹.海量信息存储[M].北京:科学出版社,2003.
[4]韩得志,钟铭.iSCSI协议探析[J].计算机工程,2004.
(编辑:杨馥红)
