网络系统集成（第二版） 课件 第八章 网络存储方案设计

第八章网络存储方案设计【内容介绍】随着网络技术的不断发展，企业的各类应用系统和数据存储量也越来越大，而且对数据访问的速度、可用性、可管理性等要求变得非常的突出，所以网络存储和备份技术的需求变得更加重要。在本章节中，主要讲解网络存储备份技术的基本概念、存储技术、备份技术及方案设计。通过本章的学习，使读者掌握存储技术和方案设计。8.1网络存储技术目前的网络存储技术主要有SAN、NAS和iSCSI，SAN主要基于光纤通道和光交换技术，以面向数据块存取形式完成；NAS基于TCP/IP协议基础上的，以文件的存取形式完成；iSCSI则是SAN和NAS两种技术优点的融合，通过把面向数据块的SCSI协议封装在TCP/IP协议数据包中，完成基于IP网络的传输交换和数据存取。而另外的DAS存储技术，属于传统的存储技术，目前也是应用最为广泛的一种，非常适合数据量不大的应用服务器。8.1.1DAS存储技术DAS(DirectAttachedStorage-直接附加存储)，也可称为SAS（Server-AttachedStorage，服务器附加存储），是指将存储设备通过SCSI接口或光纤通道直接连接到一台服务器（或主机）上，作为服务器（或主机）的硬件组成部分。DAS产品包括存储器件和集成在一起的简易服务器（或主机），其中存储器件主要包括：硬盘驱动器阵列、CD或DVD驱动器、磁带驱动器或可移动的存储介质，存储设备主要为：磁盘、磁带、磁盘阵列或磁带库，可用于实现涉及文件存取及管理的所有功能。DAS适用于以下几种环境：(1)存储容量要求不高、服务器数量很少的中小企业的应用服务。(2)服务器在地理分布上很分散，通过SAN（存储区域网络）或NAS（网络直接存储）在它们之间进行互连非常困难，或者成本过高，而采用DAS也可以解决问题。(3)存储系统必须被直与应用服务器相连接。(4)许多数据库应用和应用服务器存储需要独立、便于搬迁、更改方便，而要求直接连接到存储器上。8.1.2SAN存储技术SAN存储示意图SANWebMailUnix网络图8.1SAN存储技术示意图SAN区LAN区SAN存储技术的优点(1)由于SAN采用光纤通道技术和交换技术，所以易于扩展，也具有高可用性和高性能，可以确保企业的关键业务运行的连续性。(2)由于采用了光纤技术，支持单模和多模，所以传输距离远，多达几十公里。(3)由于SAN具有很高的环路带宽，提升了主机系统的存储带宽；又由于大量的数据存在于高速的SAN存储池中，减轻了服务器与客户机之间的通讯带宽，所以传输速率高。(4)可采用LAN-Free的数据备份方式，将备份数据通过SAN的高速网络传输到磁带库，仅有少量的控制信息通过网络进行传输，大大节省了网络带宽资源，所以备份效率高。(5)支持服务器的异构平台，可以确保企业网络的灵活发展。(6)可通过4项技术确保数据安全性，即：可通过光纤交换机的分区（ZOONING）功能实现；交换机端口的访问控制；可通过磁盘阵列的LUNmasking实现LUN一级的安全隔离；通过软件实现文件共享访问控制。(7)通过配置、备份恢复管理软件，实现集中管理和远程管理。SAN的不足基于SAN的存储技术已经逐渐推广到信息化建设的硬件平台上，SAN取代了基于服务器的存储模式，形成了以数据存储为中心的网络平台结构。SAN具有很好的性能、管理更为集中、具有很好的扩展能力。但是在具体实施过程中还存在一些问题：(1)企业原有的存储设备（如SCSI的磁盘阵列）要想接入SAN中，有一定的难度，即使花费大量成本，仍然不能对其有效管理。(2)不同品牌的光纤通道卡(HBA卡)接入SAN时，出现性能不稳定的现象。(3)SAN本身缺乏统一的标准，不同厂商的存储管理软件只能管理自己的存储设备，不能管理其它厂商的存储设备，不能有效地发挥功能。比如EMC的整个套件能够实现功能强大的容灾技术。(4)由于SAN的技术普及时间较短，集成商的技术支持的水平跟不上，而原厂商的维护费用又相当昂贵，导致SAN的应用范围缩小。SAN的应用场合SAN以提供灵活、高性能和扩展的存储环境，能够解决在服务器和存储设备之间传输大块数据。特别适于以下应用场合：(1)对响应时间、可用性和可扩展性要求高的关键业务数据库的应用。(2)对性能、数据完整性和可靠性要求高的集中存储备份，以保证关键数据的安全，可极大地提高企业容灾备份的可用性和可靠性。(3)需要海量数据存储。例如，数字图书馆、企业或组织的数据中心。(4)支持服务器及其连接设备之间提供光纤通道高性能和可扩展的、远距离的存储访问。8.1.3NAS存储技术NAS（NetworkAttachedStorage，网络附属存储）是传统网络文件服务器技术的发展延续，是专用的网络文件服务器，是代替传统网络文件服务器市场的新技术新产品；是一种将分布、独立的数据整合为大型、集中化管理的数据中心，以便于对不同主机和应用服务器进行访问的技术。它在局域网中，按照TCP/IP协议进行通信，提供文件的I/O（输入/输出）方式进行数据传输。在局域网环境下，NAS已经完全可以实现不同平台之间的数据级共享，比如NT、UNIX等平台的共享，而且NAS本身能够支持多种协议(如NFS、CIFS、FTP、HTTP等)。NAS连接需要专用的NAS服务器，NAS服务器一般由存储硬件、操作系统以及其他上的文件系统等几个部分组成，以提供方便的存储服务，如图8.2所示。Web服务器TCP/IP网络Unix/Linux服务器NAS服务器图8.2NAS结构示意图目前市场上的NAS产品基本上可以分成两种模式：专业存储厂商NAS产品和主机厂商NAS产品。(1)专业存储厂商的NAS产品是真正的NAS产品，因为他们都在NAS引擎的微码中内置了NFS和CIFS的支持，是真正的专业网络文件服务器：NAS。目前主要专业NAS厂商有EMC和NETAPP，EMC的NAS产品基于其高可靠性，高性能主要面对的是商业用户；NETAPP的NAS产品由于自身特点主要面向中低端用户。(2)主机厂商NAS产品不是真正的NAS产品，基本都是采用两台NT（或UNIX）服务器做NAS的引擎，实际是包装过的传统网络文件服务器，因此对CIFS（NFS）支持较好，但对NFS（CIFS）采用的是模拟方式，因此在性能上没有很好的扩充性，无法大规模文件共享的需求。8.1.4iSCSI存储技术TCP/IP网络iSCSI设备SANiSCSI网关应用服务器iSCSI协议图8.3iSCSI示意图从目前的技术的来看，iSCSI技术还只是实现SAN架构的一种技术，在性能、扩展性、兼容性等方面还无法与FCSAN相比。通常我们将iSCSI视为“IPSAN”，而基于光纤通道的SAN视为“FCSAN”。8.1.5云存储云存储是在云计算（cloudcomputing）概念上延伸和发展出来的一个新的概念，是一种新兴的网络存储技术，

是指通过集群应用、网络技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。当云计算系统运算和处理的核心是大量数据的存储和管理时，云计算系统中就需要配置大量的存储设备，那么云计算系统就转变成为一个云存储系统，所以云存储是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统。简单来说，云存储就是将储存资源放到云上供人存取的一种新兴方案。使用者可以在任何时间、任何地方，透过任何可连网的装置连接到云上方便地存取数据。云存储可分为以下三类：1、公共云存储像亚马逊公司的SimpleStorageService(S3)和Nutanix公司提供的存储服务一样，它们可以低成本提供大量的文件存储。供应商可以保持每个客户的存储、应用都是独立的，私有的。其中以Dropbox为代表的个人云存储服务是公共云存储发展较为突出的代表，国内比较突出的代表的有搜狐企业网盘，百度云盘，乐视云盘，移动彩云，金山快盘，坚果云，酷盘，115网盘，华为网盘，360云盘，新浪微盘，腾讯微云等。公共云存储可以划出一部分用作私有云存储。一个公司可以拥有或控制基础架构，以及应用的部署，私有云存储可以部署在企业数据中心或相同地点的设施上。私有云可以由公司自己的IT部门管理，也可以由服务供应商管理。2、内部云存储这种云存储和私有云存储比较类似，唯一的不同点是它仍然位于企业防火墙内部。至2016年可以提供私有云的平台有：Eucalyptus、3ACloud、minicloud安全办公私有云、联想网盘等。3、混合云存储这种云存储把公共云和私有云/内部云结合在一起。主要用于按客户要求的访问，特别是需要临时配置容量的时候。从公共云上划出一部分容量配置一种私有或内部云可以帮助公司面对迅速增长的负载波动或高峰时很有帮助。尽管如此，混合云存储带来了跨公共云和私有云分配应用的复杂性。云存储的优势：1、节约成本云存储从短期和长期来看，最大的特点就是可以为小企业减少成本。因为如果小企业想要放在他们自己的服务器上存储，那就必须购买硬件和软件，要知道它是多么昂贵的。接着，企业还要聘请专业的IT人士，管理这些硬件和软件的维护工作，并且还要更新这些设备和软件。2、更好的备份本地数据并可以异地处理日常数据如果你所在办公场所发生自然灾害，由于你的数据是异地存储，因此是它非常安全的。即使自然灾害让你不能通过网络访问到数据，但是数据依然存在。如果问题只出现在你的办公室或者你所在的公司，那么可以你可以随便去一个地方用你的笔记本来访问重要数据和更新数据。它可以让你保持在恶劣条件下依然让你保持工作。3、更多的访问和更好的竞争公司员工不在需要通过本地网络来访问公司信息。这就可以让公司员工甚至是合作商在任何地方访问他们需要的数据。8.1.6几种存储技术之间的简单比较DAS是传统的存储技术，应用广泛，其代表是磁盘阵列。DAS的主要优势在于简单易用，部署方便，但是相对于NAS、SAN和iSCSI，DAS的缺点是很突出的：磁盘空间浪费多，而NAS、SAN和iSCSI很少；DAS不易扩容，容量受限于磁盘控制器，扩容只能再加一台磁盘阵列或其他存储；如果用光纤盘阵列，连接距离可以很远，但价格昂贵，用SCSI或IDE接口，连接距离几米内；磁盘阵列没有将存储和计算分开，需要前端服务器比较强的处理能力。NAS甚至可理解为在磁盘阵列上加上文件系统，通过以太网提供服务。NAS的主要优势在于：简单易用，通过WEB界面管理；价格便宜。共享方便，可以支持多种协同；扩容方便，可动态给不同用户分配或更改存储空间；对前端服务器要求不高，文件的管理、缓存在NAS上实现，成本相对降低了。但是NAS的对数据库支持不如磁盘阵列和SAN，而且共用局域网带宽资源，性能相对会下降很多。SAN属于高端存储，价格昂贵，高端一点的SAN，费用可达百万元以上，而相同容量的NAS可能在10万元以下。SAN优点很多：性能很好，建设专用存储网，和公司局域网不交叉，网络带宽高；支持数据库很好，几乎没有应用限制；扩容方便，如果采用虚拟化存储技术，可透明无限扩容；存储利用率高，可动态分配空间；SAN也有部分和磁盘阵列相同的缺陷：投资成本高；文件的处理在服务器上实现，对前端服务器性能要求高，等等。云储存的好处在于：第一、存储管理可以实现自动化和智能化，所有的存储资源被整合到一起，客户看到的是单一存储空间；第二、提高了存储效率，通过虚拟化技术解决了存储空间的浪费，可以自动重新分配数据，提高了存储空间的利用率，同时具备负载均衡、故障冗余功能；第三、云存储能够实现规模效应和弹性扩展，降低运营成本，避免资源浪费。8.2灾难备份与恢复8.2.1灾难备份与恢复的概述常用的三种备份方式如下：(1)全备份（FullBackup）(2)增量备份(IncrementalBackup)(3)差异备份(DifferentialBackup)8.2.2建立灾难备份专门机构实施灾难备份应由董事会或高级管理层决策，指定高层管理人员组织实施。由科技、业务、财务、后勤支持等与灾难备份相关的部门组成专门机构，主要职责为：分析灾难备份需求，制定灾难备份方案；确定工程预算，监督工程实施；明确各部门的职责，协调各部门关系；对灾难恢复计划定期进行测试和评估；对测试和评估的结果进行审核和存档并做出相应的改进。8.2.3分析灾难备份需求重要信息系统灾难备份需求分析应包括对数据处理中心的风险分析和对重要信息系统的业务分析，以确定灾难恢复目标。(1)数据处理中心风险分析分析数据处理中心的风险，如物理安全，数据安全，人为因素，已有的备份和恢复系统、基础设施脆弱点，数据处理中心位置，关键技术点等。明确防范风险的技术与管理手段。确定需要采取灾难恢复的类型，灾备中心距离，数据备份方式和频率等。(2)业务分析分析各项业务停业将造成的损失，须考虑流失客户、损失营业额、企业形象、法律纠纷、社会安定因素等。分析每项业务停顿的最大容忍时间。分析各项业务的恢复优先级。分析各项业务的相关性。分析可接受的交易丢失程度。(3)确定灾难恢复目标确定恢复业务品种范围及优先级。确定灾难备份中心及服务界面的恢复时限。确定需要恢复的服务网点和服务渠道。8.2.4制定灾难备份方案(1)数据备份方案(2)备份处理系统(3)灾难备份中心建设(4)规程与管理制度8.2.5实施灾难备份方案实施灾难备份方案的主要目标是按照所制定的灾难备份方案，完成灾难备份工作。实施过程中，要严格按照灾难备份方案的要求和内容进行，要落实相应的规章制度，要应用灾难备份方案，建设并运行灾难备份中心。8.2.6制定灾难恢复计划(1)制定原则完整性：灾难恢复预案（以下称预案）应包含灾难恢复的整个过程，以及灾难恢复所需的尽可能全面的数据和资料；易用性：预案应运用易于理解语言和图表，并适合在紧急情况下使用；明确性：预案应采用清晰的结构，对资源进行清楚的描述，工作内容和步骤应具体，每项工作应有明确的责任人；有效性：预案应尽可能满足灾难发生时进行恢复的实际需要，并保持与实际系统和人员组织的同步更新；兼容性：灾难恢复预案应与其它应急预案体系有机结合。(2)制定