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北京工商大学硕士学位论文 网络存储系统解决方案的设计与实现 摘要 随着信息资源的广泛应用，传统的以单机为主的存储方式已不能满足需要，越来 越多的用户已经将眼光转向了网络存储。d a s 、n a s 和s a n 作为网络存储的三大主流技 术已经被越来越多地应用在各种不同的应用环境中。 与其他行业相比，教育行业的存储需求有其独特之处。在校园网的具体环境中， 各种层次的用户，各种类型的应用服务都对数据存储提出越来越高的要求。但是在具 体环境的应用中，任何一种存储技术都不能很好地满足全部的存储需求，这只能通过 构建综合的网络存储系统来实现。 本文是依据我自身的工作实践，针对唐山工业职业技术学院这一具体环境而做的 网络存储系统结构性的规划、设计与部分功能模块的实现。 论文的主要研究内容是在对网络存储需求分析的基础上，针对唐山工业职业技术 学院校园网环境，进行整体网络存储系统结构的设计。并实现了资源存储，应用服务， 数据备份和系统管理的统一网络存储平台。 关键词：网络存储，信息资源，数据备份 网络存储系统解决方案的设计与实现 t h ed e s ig na n di m d i e m e n t a t i o no fn e t w o r k s t o r a g es y s t e m ss o iu t i o n a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ew i d e s p r e a da p p l i c a t i o no fi n f o r m a t i o nr e s o u r c e ，t h e t r a d i t i o nw a yh a sn o tb e e na b l et om e e tt h en e e d sb yt h es i n g l ec o m p u t e rs t o r a g e m o r ea n dm o r eu s e r sa l r e a d yt u r n e dt on e t w o r ks t o r a g e d a s ，n a sa n ds a n ，t h e t h r e em a i nt e c h n o l o g yi nn e t w o r ks t o r a g ed o m a i n ，i sa l r e a d ya p p i i e di na l l k i n d so fa p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t c o m p a r e sw i t ho t h e ri n d u s t r y ，t h es t o r a g ed e m a n di ne d u c a t i o ni n d u s t r y h a si t sc h a r a c t e r i s t i c i nt h ec o n c r e t ee n v i r o n m e n to fc a m p u sn e t ，e a c hk i n d o fu s e ra n de a c hk i n do fa p p l i c a t i o ns e r v i c ea l ls e t sm o r ea n dm o r eh i g h e r r e q u e s tt ot h ed a t as t o r a g e b u ti nc o n c r e t ee n v i r o n m e n ta p p li c a t i o n ，a n yo n e k i n do fs t o r a g et e c h n o l o g yc a n n o tm e e tt h ec o m p l e t es t o r a g ed e m a n dw e l l t h i s o n l yc a nr e a l i z et h r o u g ht h ec o n s t r u c t i o nc o m p r e h e n s i v en e t w o r ks t o r a g e s y s t e m t h i sp a p e rb a s e s0 nm yo w bw o r k i n gp r a c t i c e ，d o e si nv i e wo ft h ec o n c r e t e e n v i r o n m e n to ft a n g s h a ni n d u s t r i a lv o c a t i o n a lt e c h n i c a lc o l l e g e ，s t r u c t u r a l p l a n ，d e s i g na n dp a r t i a lr e a l i z a t i o no fs y s t e mf u n c t i o nm o d u l e t h em a i nc o n t e n t so ft h ep a p e ri so nt h ef o u n d a t i o no fs t o r a g ed e m a n d a n a l y s i s ，i nv i e wo ft h ec o n c r e t ec a m p u sn e te n v i r o n m e n to ft a n g s h a ni n d u s t r i a l v o c a t i o n a lt e c h n i c a lc o l l e g e ，c a r r i e so nt h ei n t e g r a t e ds t r u c t u r a ld e s i g n i n g o fn e t w o r ks t o r a g es y s t e m a n dr e a l i z e d s y s t e mc o m p o s e db yr e s o u r c e ss t o r a g e ， s y s t e ma d m i n i s t r a t i o n i n t e g r a t e dp l a t f o r mo fn e t w o r ks t o r a g e a p p l i c a t i o ns e r v i c e ，d a t ab a c k u pa n d k e yw o r d ：n e t w o r ks t o r a g e ，i n f o r m a t i o nr e s o u r c e s ，d a t ab a c k u p i i 北京工商大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作所 取得的研究成果。除了文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果完全由本人承担。 学位论文作者签名：日期：o o7 ，年，月，e t 北京工商大学学位论文授权使用声明 本人完全了解北京工商大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生 在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京工商大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复 制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 学位论文电子版同意提交后，可于口当年口一年口二年后在学校图 书馆网站上发布，供校内师生浏览。 学位论文作者躲垄墨至导师躲趋嗍细年，月，日 北京工商大学硕士学位论文 刖罱 2 0 0 1 年3 月，我校建立了一个电子阅览室，平生第一次接触到了计算机网络和电 子图书。从那时开始，我便对计算机网络和电子图书等信息资源产生了浑厚的兴趣， 并走上了学习和从事网络应用技术和管理的道路。在几年中，我通过网络收集了各个 学科的，各种类型的，大量的信息资源，并将它们应用到了自己的学习过程和教学实 践中。既促进了自己的学习，也应用在了辅助教学上，取得了非常好的效果。 但随着信息资源的大量应用，其它相关问题也逐渐显现出来，最主要的就是信息 资源的存储。信息资源的存储问题包含两个方面的内容：一是大量信息资源的分类、 组织和保存；二是个性化的资源保存和应用需求如何满足和实现。例如经常有一些老 师或学生找到我询问有关资源的收集、保存和利用等问题，希望能有一种非常方便和 有效的解决办法。而一个学生的一个问题开启了我探究资源存储和利用的学习之门。 事情发生在2 0 0 5 年初，这个学生的问题是：“如何在i n t e r n e t 上用电子邮箱来保 存自己的文件”。在今天看来，甚至在当时对于一些经常使用i n t e r n e t 的人来说都是 非常简单，但在当时我确实没有进行过思考。事后我虽然解决了这个问题，但我的思 考并没有停止，通过网络有没有其他更好的能够实现资源存储和利用的解决方法呢? 这种思考引领我去学习和查阅资料，d a s ，n a s ，s a n 等技术一一进入了我的视野， 由此我对网络存储有了一定的了解和认识：要想解决信息资源大量应用带来的相关问 题，最好的解决方法就是网络存储；一个校园网就是一个信息资源库，而网络存储系 统就是这个信息资源库的心脏。 随着这几年网络存储技术的发展和应用，许多校园网纷纷引进了网络存储技术甚 至建成了网络存储系统来存储、管理和利用校园网内的海量信息资源。但是在网络存 储系统的建设上，更多地是用单一技术来满足单一应用需求，而没有全面地考虑校园 网完整的信息资源存储需求，因而也就不能充分满足各个层次，各种用户的存储需求。 因此，在我校的网络存储系统的设计和建设中，我们充分考虑了各种信息资源的 类型和特点，全面分析了各种用户的存储需求，并针对校园网的具体环境选择适宜的 网络存储技术和系统方案，并有机地进行组织和配置，充分利用校园网原有的结构和 设备，形成了适合我校具体环境，具体应用的具备高扩展性、高可用性、性能优化的 网络存储系统。并且通过网络存储系统的建设，极大地丰富了校园网的内容，成为促 迸学院管理，教学、科研等内容发展的重要推动力。 网络存储系统解决方案的设计与实现 第一章绪论 网络存储技术是最近几年高科技行业最热门的技术之一。随着计算机技术和网络 技术的发展，越来越多的信息被数据化。这些数据化的信息需要能长时间保存，并且 能快速方便地检索。各种新技术的推广对数据的存储容量、速度以及安全提出了更高 的要求。存储技术也从单机的本地存储发展到网络存储，网络存储技术及应用正处在 高速发展的阶段。 目前主流的网络存储架构主要有三种：直接附加存储d a s ，网络附加存储n a s 和 存储区域网络s a n 。 一、直接附加存储da s d a s 即直连方式存储，英文全称是d i r e c ta t t a c h e ds t o r a g e 。中文翻译成“直接 附加存储”。顾名思义，在这种方式中，存储设备通过电缆( 通常是s c s i 接口电缆) 直接连到服务器，i o ( 输入输出) 请求直接发送到存储设备。存储设备依赖于服务 器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统。 图l - 1d a s 结构示意图 根据采用的网络协议及客户机访问服务器和信息资源的方式， 现方式： ( 一) 文件共享 共享型的存储方式主要是基于n f s ( n e t w o r kf i l es y s t e m 2 d a s 有以下几种实 网络文件系统) 和 北京工商丈学硕士学位论文 c i f s ( c o m m o ni n t e r n e tp i l es e r v i c e 通用i n t e r n e t 文件服务) ：n f s 可实现不同操 作系统之间通过网络互相共享文件，客户端通过网络访问远端n f s 服务器共享出来的 档案，就象是在使用本地文件一样；而c i f s 运行在广泛应用的w i n d o w s 网络上，是 为网络上的客户机向服务器请求文件和打印服务的开放跨平台的运行机制。 由于n f s 和c i f s 都是基于操作系统的文件共享协议，所以这种方式的特点是适 合于小文件级的存取，是对等网( p e e rt op e e r ) 结构下的主要应用方式。 ( 二) f t p 实现 f t p ( f il et r a n s f e rp r o t o c o l 文件传输协议) 是网络上最古老的协议之一，也 是最原始的网络存储方式。尽管w 唧已经代替了f t p 的绝大部分功能，但f t p 在局域网 和广域网上仍被广泛应用于从服务器到客户端计算机的文件复制，其目标是提高文件 的共享性，提供非直接使用远程计算机。使存储介质对用户透明和可靠高效地传送数 据。发展到今天，f t p 的技术非常成熟，其安全性和传输速度也都比较令人满意，效 率也较高。 与h t t p ( h y p e r t e x tt r a n s p o r tp r o t o c o l 超文本传输协议) 不同，f t p 使用两个 端口来传输文件：一个用于发送，一个用于接收。这样，对于文件传输这一特定任务 来说，f r p 远比h t t p 有效得多。 根据f t ps t d9 定义，f t p 的目标包括： ( 1 ) 促进文件( 程序或数据) 的共享，和可靠并有效地传输数据。： ( 2 ) 支持间接或隐式地使用远程计算机； ( 3 ) 帮助用户避开主机上不同的访问控制机制； 早期对f t p 的定义指出，f t p 是一个a r p a n e t 上主机间文件传输的用户级协议。 其主要功能是方便主机间的文件传输，并且允许在其他主机上进行方便的存储和文件 处理。而现在f t p 的应用范围则是i n t e r n e t 。 与大多数i n t e r n e t 服务一样，f t p 也是一个客户机服务器系统。用户通过一个 支持f t p 协议的客户机程序，连接到在远程主机上的f t p 服务器程序。用户通过客户 机程序向服务器程序发出命令( 主要是关于文件操作的命令) ，服务器程序执行用户 所发出的命令，并将执行的结果返回到客户机。 f t p 在客户与服务器之间通信与数据交换时使用t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o l p r o t o c o l 传输控制协议) 。t c p 是一种面向连接的协议，即客户与服务器开始传输数 据之前就建立通信话路，而且该话路在整个f t p 会话期间一直保持有效，因此具有较 高的可靠性和较强的纠错能力。 使用f t p 时必须首先登录，在远程主机上获得相应的权限以后，方可上载或下载 3 网络存储系统解决方案的设计与实现 文件。换言之，除非有用户i d 和口令，否则便无法传送文件。这种情况违背了i n t e r n e t 的开放性，匿名p t p 就是为解决这个问题而产生的。匿名f t p 是这样一种机制，用户 可通过它连接到远程主机上，并从其下载文件，而无需成为其注册用户。 在进行f t p 操作时，通过服务器端的配置和使用一些f r p 客户端的工具软件，能 够实现断点续传，这对传输一些较大的文件是非常有好处的。 f t p 是传输资料、数据资源共享的一个基站，通过上传与下载速度的好坏完全可 以看出对其维护的重要性。而在具体运用上，合理使用f t p 上传软件、f t p 建站软件等， 又可在操作的通用性上、功能的提升上收到显著的效果。 ( 三) e - m a i l 实现 电子邮件设计伊始不是为了存储，而是作为一种通信工具。随着i n t e r n e t 的发 展，电子邮件的协议和功能设计也发生了很大的变化。其中，m i m e ( m u l t i p u r p o s e i n t e r n e tm a i le x t e n s i o n s 多用途i n t e r n e t 邮件扩展) 允许将各种格式的文件以附 件的形式发送，在具体使用时就可以转变为网络存储。 ( b ) 两个用户同属个邮件服务器 ( c ) 个用户实现邮件存储 图l - 2 电子邮件的发送、接收过程 4 北京工商大学硕士学位论文 通过电子邮件系统实现网络存储有两种方式： ( 1 ) 邮件的存储管理 在书写电子邮件时，将待存储的文件添加为附件，收件人地址为本地邮箱地址， 主题最好为存储文件的文件名( 或简要说明) ，然后即可发送到本地邮箱的收件箱。 通过设置文件夹进行邮件转移，即可实现文件的管理。 ( 2 ) 网络存储功能模块：随着电子邮件的普及和网络存储概念的应用，各商业 电子邮件系统的开发商纷纷在其产品中增加了网络存储功能模块。这种网络存储功能 模块直接支持文件的上传、下载和管理。如e - y o u 公司的电子邮件系统和网易公司采 用的电子邮件系统。 图1 3 电子邮件系统的网络存储 传统的d a s 直接将存储设备连接到服务器上，这导致它有以下几方面的缺点： ( 1 ) 传递距离：一般s c s i 电缆允许的传递距离最大为2 5 米： ( 2 ) 连接数量：一方面，s c s i 连接器的尺寸限制了连接服务器的数量，另一方面， 每台服务器最多也只能连接1 6 个s c s i 阵列； ( 3 ) 传输速率：目前并行s c s i 最大运行速度为3 2 0 m b p s 。且只能以半双工方式。 因此，当存储容量增加时，d a s 方式很难扩展，因此对大容量存储以及存储容量 的升级来说是一个巨大的瓶颈：另一方面，由于数据的读取都要通过服务器来处理， 必然导致服务器的处理压力增加，数据处理和传输能力将大大降低；此外，当服务器 出现宕机等异常时，也会波及到存储数据，使其无法使用。 s 网络存储系统解决方案的设计与实现 因此一般而言，d a s 存储已经不能满足企业对数据管理和信息存储的需求，难以 应付日益复杂的应用环境。对于整个环境下的存储系统管理，工作烦琐而重复，没有 集中管理解决方案，所以t c o ( t o t a lc o s to fo w n e r s h i p 整体拥有成本) 较高。但 是对于个别具体的服务，由于d a s 具有配置简单、灵活、成本低的特点，仍然是一种 很好的解决方法。 二、网络附加存储n as n a s 是n e t w o r ka t t a c h e ds t o r a g e 的简称，中文称为网络附加存储。在n a s 存 储结构中，存储系统不再通过i o 总线附属于某个特定的服务器或客户机，而是直接 通过网络接口与网络直接相连，由用户通过网络访问。 n a s 实际上是一个带有瘦服务器( t h i ns e r v e r ) 的存储设备，其作用类似于一个 专用的文件服务器。这种专用存储服务器不同于传统的通用服务器，它去掉了通用服 务器原有的不适用的大多数计算功能，而仅仅提供文件系统功能。因此应用于存储服 务，大大降低了存储设备的成本，并能充分保障系统的性能和安全性。并且为方便存 储设备到网络之间以最有效的方式发送数据，专门优化了系统硬软件体系结构。其支 持多线程、多任务的操作系统内核更特别适合于处理来自网络的i o 请求，不仅响应 速度快，而且数据传输速率也很高。 图i - 4n a s 架构 与传统以服务器为中心的存储系统相比，由于数据不再通过服务器内存转发( 这 会引起额外延迟和阻塞) ，而直接在客户机和存储设备间传送( 即所谓第三方传送) ， 服务器仅起控制管理的作用，因而具有更快的响应速度和更高的数据带宽。另外，对 6 北京工商大学硕士学位论文 服务器的系统配置要求降低，大大降低了服务器成本，从而有利于高性能存储系统在 更广的范围内普及应用。 n a s 支持多种t c p i p 网络协议，主要是n f s 和c i f s 来进行文件访问。如前所述， 由于n f s 和c i f s 都是基于操作系统的文件共享协议，所以n a s 的性能特点也是进行 小文件级的共享存取。在具体使用时，n a s 通常配置为文件服务器，通过使用基于w e b 的管理界面，来实现系统资源的配置，用户配置管理和用户访问登录等。 n a s 可以通过交换机方便地接入到用户网络的任一个位置上，是一种即插即用的 网络设备。基于w e b 的管理方式使用户更易于安装，使用和管理。高性能，高可靠性 和良好的可扩展性为数据和信息资源的存储提供了完善的解决方案。 n a s 的前景 根据i d c 权威的研究报告显示，n a s 将在未来的五年在w i n d o w s 、l i n u x 和u n i x 平台上以爆炸性的速度持续增长。 s 7 0 0 0 $ 6 o o o $ 5 o o o $ 4 o o o s 3 o o o s 2 o o o s 1 , o o o b i a sm a d c c t r e v e l m e ( s m ) 一j 。一， 一 - 1 9 9 9 2 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 数据来源：c 1 9 9 9 w o r l d w i d e d i s k s y s t c n m m a r k e t f o r e c a s ta j l d r e v i e w 图l - 5n a s 市场发展趋势 n a s 没有解决好的一个关键性问题，是其在备份过程中的带宽消耗，网络带宽需 要同时满足存储和正常的数据访问。现在，一个比较一致的看法是：n a s 可以很经济 地解决存储容量不足的问题，但难以获得满意的性能，对于关键事务应用而言，它必 须使用专用的宽带网段。因此，如果公司的发展将需要大量的n a s 设备或是网络带宽 需求超过千兆以太网，就应该考虑最高端的存储解决方案s a n 。 三、存储区域网络sa n s a n 是s t o r a g ea r e an e t w o r k 的简称，中文称为存储区域网络。它是通过专用 交换机将磁盘阵列、磁带等存储设备与相关服务器连接起来的高速专用子网，但是没 有象n a s 一样采用文件共享存取方式，而是采用块( b l o c k ) 级别存储的方式。根据 7 网络存储系统解决方案的设计与实现 数据传输过程采用的协议，其技术划分为f cs a n 和i ps a n 。 ( 一) f cs a n f c ( f i b e rc h a n n e l 光纤通道) 和s c i s 接口一样，光纤通道最初也不是为硬盘设 计开发的接口技术，是专门为网络系统设计的，随着存储系统对速度的需求，才逐渐 应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发 的，它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。 光纤通道的主要特性有；热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。 它是当今最为昂贵和复杂的存储架构，需要在硬件、软件和人员培训方面进行大量投 资。另外，光纤通道使用了r a i d 控制器，这与其性能承诺背道而驰，管理成本高， 相容性不好，通常各厂家的交换设备无法相互混用。r a i d 控制器也成为了数据进出磁 盘阵列的瓶颈和单故障点。 f cs a n 由三个基本的组件构成：接口( 如s c s i 、s a s 和f c ) 、连接设备( s w i t c h 、 r o u t e r 等) 和通信控制协议( 如i p 和s c s i 等) 。这三个组件再加上附加的存储设备 和服务器，就构成一个s a n 系统。f cs a n 提供一个专用的、高速的、高可靠性的基于 光纤通道的存储网络，并允许独立、动态地增加存储设备，使得管理和集中控制( 特 别是对于存储设备的集群) 更加简化。而且，光纤接口提供了最长5 0k m 的连接长度， 这使得物理上分离的远距离存储变得更容易。 图1 6f cs a n 网络结构 8 北京工商大学硕士学位论文 f cs a n 有两个较大的缺陷：成本和复杂性，其原因就是因为使用了f c 。在光纤 通道上部署s a n 需要每个服务器上都要有f c 适配器，专用的f c 交换机和独立的 布线基础架构。f c 适配器、交换机和布线使成本大幅增加，更不用说精通f c 协议 的人员培训。 ( 二) i ps a n i ps a n 就是基于i p 网络实现数据块级别存储方式的存储网络，由于设备配置技 术简单、低成本的特色相当明显，而且服务器或p c 机只需要具备普通网卡，即可共 享和使用大容量的存储空间，因而逐渐在获得更广泛的应用。并且由于是基于i p 协 议的，能容纳所有i p 协议网络中的部件，因此，用户可以在任何需要的地方创建实 际的s a n 网络，而不需要专门的光纤通道网络在服务器和存储设备之间传送数据。同 时，i ps a n 使用标准的t c p i p 协议，因而没有光纤通道对传输距离的限制，数据可 在以太网和i n t e r n e t 上进行传输。i ps a n 网络对于那些要求流量不太高的应用场合， 技术力量有限及预算不充足的用户，是一个非常好的选择。 从广义上讲，任何通过i p 网络传输的数据都可以称为i p 存储。但在具体应用上， i p 存储主要是指i s c s i ( i n t e r n e ts c s i ) 技术。作为一种新兴的存储技术，i s c s i 基 于i p 网络实现s a n 架构，既具备了i p 网络配置和管理简单的优势，又提供了s a n 架 构所拥有的强大功能和扩展性。 i s c s i 技术是存储行业广泛应用的s c s i 接口技术与i p 网络技术结合的产物，它 使得我们可以在i p 网络上构建经济高效的存储网络。推动i s c s i 发展最主要动力是： ( 1 ) 能够在i p 网络上使用业已部署的大量d a s 存储设备。通过i s c s i 协议， 这些存储设备可以为更多的用户和应用使用： ( 2 ) 可以让这些简单d a s 存储设备支持只有高级存储设备才能够支持的备份、 镜像、灾难恢复等高级存储应用。 ( 3 )为了让尽可能多用户和应用利用已部署的f c s a n ，i s c s i 协议还可以将 对f cs a n 的访问通过基于i p 的网络传输。 i s c s i 是连接到一个t c p i p 网络的直接寻址的存储库，通过块i os c s i 指令对 其进行访问；同时又是一种开放的工业标准，通过它可以用t c p i p 对s c s i 指令进行 封装，从而可以使这些指令能够通过i p 网络( 以太网或千兆位以太网) 进行传输。这 一标准的目的是允许使用现有的以太网网络传输s c s i 指令和数据，而过程完全不依 赖于地点。对这一产品的另外一种描述是，它是连接到t c p i p 网络的存储，但可以 使用与d a s 和s a n 存储一样的i o 指令对其进行访问。 9 网络存储系统解决方案的设计与实现 图l - 7i s c s i 结构不慈图 i s c s i 优势的主要表现：首先，建立在s c s i 、t c p i p 这些稳定和熟悉的标准上， 因此安装成本和维护费用都很低：其次，i s c s l 支持一般的以太网交换机而不是特殊 的光纤通道交换机，从而减少了异构网络和电缆；最后，i s c s i 通过i p 传输存储命令， 因此可以在整个i n t e r n e t 上传输，没有距离限制。 成也i p ，败也i p 。i s c s i 的缺点在于存储和网络是同一个物理接口，同时协议本 身的开销较大，协议本身需要频繁地将s c s i 命令封装到i p 包中以及从i p 包中将s c s i 命令解析出来，这两个因素都造成了带宽的占用和主处理器的负担。但是随着专门处 理i s c s i 指令的芯片开发( 解决主处理器的负担问题) 。以及i o g 以太网的普及( 解决 带宽问题) ，i s c s i 将有着更好的发展。 综上所述，s a n 的优点主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 可实现大容量存储设备和数据资源的共享，以及灵活的存储设备配置： ( 2 ) 可实现高速计算机与高速存储设备的高速互联： ( 3 ) 可实现数据快速备份和远程镜象备份，增加灾难防御力及恢复速度： ( 4 ) 透过s a n 备份，可有效降低经过l a n 备份的流量负载 ( 5 ) 可实现集中管理与整合存储设备资源，提高了数据的可靠性和安全性。 通过组建s a n ，用户能从s a n 获得的好处包括： ( 1 ) 实现了集中式的统一管理； ( 2 ) 保证了数据的安全性、可靠性、完整性和高可用性； ( 3 ) 有利于对各种数据进行及时准确的统计、分析，为决策系统提供有效的数据； 1 0 北京工商大学硕士学位论文 结合s a n 技术特性及其在众多行业的成功应用，在具有以下业务数据特性的企 业环境适宜采用s a n 技术： ( 1 ) 具有超大型海量存储特性并对数据安全性和存储性能要求高的企业； ( 2 ) 在系统级方面具有很强的容量( 动态) 可扩展性和灵活性的企业； ( 3 ) 具有本质上物理集中、逻辑上又彼此独立的数据管理特点的企业； ( 4 ) 实现对分散数据高速集中备份的企业： ( 5 ) 数据在线性要求高，以及需要实现与主机无关的容灾的企业； 表1 - 1d a s 、n a s 、i s c s i 、f cs a n 比较 比较项目 d sn sl $ c s if c 卧n 接口技术 i pi pi pf c 成本低低 由 高 性能低低 由 高 管理分散分散集中集中 存取方式f i l ef i l eb 1 0 c kb l o c k 配置复杂性低 低 中 高 双绞线或光 传统介质双绞线双绞线光纤 纤 主机文件系主机文件系主机文件系主机文件系 文件系统 统 统统统 主存储、备主存储、备 应用 文件共享文件共享 份、容灾份、容灾 5 0 公里( 无中 距离 无限制无限制无限制 继) 针对市场中小型企业中小型企业中小型企业 中大型企业 网络存储系统解决方案的设计与实现 第二章信息资源的存储需求分析 校园网是各种类型网络中一大分支，有着非常广泛的应用。作为新技术的发祥地， 学校、尤其是高等院校，和网络的关系越来越密切。 高等院校的知识和人才资源十分丰富，比其他行业更渴求信息，希望通过各种渠 道获得信息来促进自身在教学、科研、学术上的进步。当建成了校园网解决了信息资 源的获取问题，并积累了大量的信息资源后，摆在校园网面前的就是另一个严峻的问 题一信息资源的存储和利用。 在校园内工作、学习、生活的教职工、学生有着不同层次，不同内容的各种需求， 而对信息资源的需求以及对信息资源的存储需求就形成了对网络存储技术极强的推 动力。 一、个人存储需求分析 在职业院校，学生个人的存储需求主要包含以下三个方面： ( 一) 个人资料 指的是个人的通信薄，电子邮件，m p 3 音乐，电子图书和学习参考资料等文件。 个人资料文件一般较小，但数量因人而异，而且对个人的生活、学习和未来的发展非 常重要。 ( 二) 课堂作业 随着教学的电子化和网络化，许多教师已经要求学生提交的普通文本作业要使用 计算机文本编辑软件来完成。另外，有些作业要进行实验以产生实验结果和数据，多 数情况下，实验结果和数据不是单纯的一组数字，而是存在于实验设备或环境产生的 特殊计算机文件中。如我在讲授“路由器的配置”这一实验时，要求学生要使用路由 模拟器软件完成课后习题，然后提交模拟软件产生的网络拓朴图和路由器配置文件。 ( 三) 课程设计和毕业设计 因为我们是职业院校，所以在专业课结束时，都要进行课程设计环节，毕业时一 部分专业要进行毕业设计。课程设计时间在一个月左右，毕业设计的时间为一个学期。 在设计进行的过程中，学生们要使用一些素材和资源，并且需要完成其作品或课题。 这些素材和资源对学生完成设计是非常必要的，尤其是一些特殊的专业和有特殊需求 的学生。如我校的艺术设计系的平面设计，三维设计和影视编辑等专业，其素材和作 品文件经常达到数百兆字节。 对于学生来说，他们既没有自己专用的计算机，又不能将文件、资料等存储在机 1 2 北京工商大学硕士学位论文 房的计算机内，这由两方面的原因：一是因为机房的计算机为了维护方便，都安装了 硬盘保护卡，不能长时间保存文件：二是即使能存，也因为机房计算机是公用的，文 件很可能被其他人删除和盗取。 为了实现存储和使用，一些人购买了u 盘和移动硬盘等设备，但也只能作为i 临时 手段，而不是有效的解决方法。一是因为小容量的移动介质不能满足需要，而大容量 的价格又比较贵，不是所有学生都能负担；二是因为移动介质一旦被病毒感染、破坏， 或者碰撞、摔坏，甚至丢失等必将造成资料的丢失。 二、文件资料的存储需求分析 这类资料是学校进行日常办公，教学以及进行发展建设等所需要存档的基本资 料。其主要内容包括以下几个方面： ( 1 ) 由学院行政办公室负责管理和组织的教职工的人事档案，办公文件等资料； ( 2 ) 由党委和团委负责管理和组织的党团组织文件和各种活动文件等资料； ( 3 ) 由评估办公室组织和管理的学校为进行迎评促建等活动而准备的材料； ( 4 ) 由财务处管理的各种财务数据和报表材料； ( 5 ) 由学生处，教务处和各个系管理和组织的学生档案和管理资料； ( 6 ) 由教务处和各个系负责组织和管理的为进行教学组织和专业建设等教学活 动而制订的教学大纲，教学计划和实践活动安排等文件资料； ( 7 ) 由总务处负责的学院设备和财产的统计数据，报表和各种管理文件等资料。 这类资料在计算机普遍使用前实行的都是纸质文本文件，管理和存档都是人工 的。随着计算机的普及，办公自动化和各种应用管理系统如财务管理系统，教务管理 系统等的应用，大量的计算机文件被产生并需要保存，因而也就产生了对存储的需求。 最初的存储需求是由单机存储来实现和满足的，各个部门的资料分别存放予本部 门的若干台计算机内，需要使用时要到存储该资料的计算机上去操作，或者通过使用 软盘和u 盘等介质从一台计算机拷贝到另一台计算机。即使建立了l a n ( l o c a la r e a n e t w o r k 局域网) ，但由于一般工作人员大多不能熟练进行网络操作( 主要是共享访 问) ，因此还是只能依靠单机操作来进行。 单机操作不仅非常不便，而且还存在很大的风险： ( 1 ) 资料存储散乱，使用时查找不方便； ( 2 ) 资料存储的物理安全得不到保证，如出现病毒感染，操作系统异常或瘫痪， 硬盘损坏等异常情况，很可能导致资料损坏或丢失： ( 3 )由于计算机的使用无特别监管和记录，无法避免人为的破坏； 1 3 网络存储系统解决方案的设计与实现 为了避免的单机存储带来不便和风险，保证资料的高可用性和安全性，实现资料 有序的存储和快速的检索，实现集中的存储管理，最好的方法是使用网络存储技术。 三、数字图书馆的存储需求分析 数字图书馆是2 1 世纪高校信息化建设的重要内容，是校园网的重要学习、科研 的资源集合。 所谓数字图书馆，实际上是一种基于网络组建的大型数据系统。学校通过组建w e b 网站，让用户访问网站并进入到这个系统中，再运用全文检索系统链接到各个文件服 务器上，让用户能够搜索、阅读查找所需要的资料，在网络中实现图书馆式的功能。 数字图书馆内存储的数据即使不包括音频、视频等多媒体数据文件，而仅仅是象 数字图书，论文数据库，技术资料等文字资料，它的数据量也是非常巨大的。且随着 数据资料的增加，对存储的可扩展性的要求愈发突出，因此，普通的单机存储方式绝 对无法满足数字图书馆的存储需求。在这里，网络存储就有了它的用武之地。 我院从2 0 0 1 年起即开始引进电子图书并着手建立数字资源库，目前数字图书馆的 主要资源包括： ( 一) 电子图书 目前的电子图书来源有二类： ( 1 ) 专业电子图书公司开发的电子图书 电子图书在近几年得到了广泛的重视和发展，许多专业公司纷纷开发了自有版 权、格式的电子图书。国内知名的电子图书出版公司有国家图书馆，超星数字图书公 司，北大方正出版公司等。 我校在2 0 0 1 年引进了国家图书馆开发的电子图书，图书册数为5 万册，存储容 量为3 0 0 g ；2 0 0 6 完成北大方正出版集团开发的阿帕比电子图书的引进，图书总数为6 万册，存储容量为1 2 0 0 g 。 这种电子图书在使用时需要配套数据库检索平台( 系统配套) 和专用阅读器的支 持，应用模型基于b s 架构。图书数据存储于磁盘阵列里，客户端通过网络访问服务 器的w e b 站点，进行数据库检索，然后从磁盘阵列里调出图书数据进行浏览。 电子图书库的数据存储特点是：存储容量大，但相对比较固定；图书库的增容不 是经常进行，但每次增容的数据量比较大。 ( 2 ) 通过网络收集的电子图书 电子图书的另一个来源是i n t e r n e t 。i n t e r n e t 上的电子图书种类众多，资源丰 富，是获取电子图书的极好途径。 1 4 北京工商大学硕士学位论文 几年来，网络中心和专业教师收集的各种格式、各种内容的电子图书约有近4 万 册，存储容量为3 0 0 g 左右。 这类电子图书因为是自有零散资源，所以在使用时需要组织力量建立数据库和 w e b 网站，以提供检索和阅览的平台。数据存储的特点是图书不定期经常性地进行增 添，导致存储容量不断增大，因此在设计时应预留足够的存储空间或保证存储的可扩 展性，以满足未来的需求。 ( 二) 论文库 论文库是收集期刊论文、毕业论文、会议论文、科技报告等全文信息的数据资源 集。论文库的建立是十分必要的，因为高校既是教学单位，又是科研单位，无论是教 学还是科研，都需要大量相关资料的参考和引用。 论文库的论文组成有三种： ( 1 ) 学校教师进行教学、科研和实践撰写、发表的论文 教师们的论文是学校自建资源库的特色，不仅充实了学科教育教研论文库，也提 高了教师的学术和应用信息技术的水平。 ( 2 ) 为帮助学校教师进行科研、教学等而收集的参考论文 为节省教师到网上搜索、查阅论文等资料的时间，提高工作效率。多渠道、全方 位收集论文，供教师们参考使用。 这种参考论文有两种：一是免费论文，通过i n t e r n e t 搜索、浏览和下载得到； 另一种是购买的各种论文数据库和期刊数据库。 我校目前还没有购买和建立论文数据库，仅有一些零散的论文资源，都是一些教 师在网上收集来的，存储容量并不大。 ( 3 ) 本校学生在进行毕业设计时完成的毕业论文 高等院校是培养人才的地方，学生的毕业论文，特别是具有独创性、学术 性、实用性的论文，已成为一种不可忽视的信息资源。 学生的毕业论文集中反映了学校的教学、科研成果，是广大师生十分重视的一种 学术文献。历届学生完成的毕业论文，是毕业生最好的学习参考，也是教师指导 学生的范例。学生可以通过对历届毕业生的学习、借鉴，尽快掌握写作技巧和 规则，消化吸收前届毕业论文的优点，写出达到标准又具有一定实用价值的论 文。因而，从本校的实际情况出发，为便于论文的检索和利用，着手建立自己 的论文数据库，无疑是十分必要的。 近几年来，绝大部分论文都采用了计算机录入、排版和打印，由此产生了大量的 电子文本。在没有建立起电子版毕业论文收藏机制之前，每年大量的电子文本或随毕 l s 网络存储系统解决方案的设计与实现 业生的离校而流失，或者零散地存放于各个教师、系、部等处，这对论文的电子化利 用是非常遗憾的事情。 通过建立论文数据库，有利于加强论文的有效管理，提高论文的利用率。 作为一种数据资源，能有效的为科研和教学服务。 ( 三) 技术资料库 对于职业技术院校，技术资料主要指的是各个学科、专业的专题学习材料，疑难 解答、辅导材料，经验交流文章，技术发展概况，市场发展介绍，及各种工程和实践 案例等。 技术资料对于一个职业院校的学生来说是非常重要的。因为一般在课堂学习的时 候都是基本的理论和简单的实验练习，接触不到真实的操作过程，实践案例和工作经 验。因此通过技术资料的查询和学习，可以帮助他们培养实践能力和分析解决问题的 能力。 技术资料一般是制作成网页文件或文本文件，文件体积较小。但数量多，总体存 储容量也大，而且需要集中地存储并建立数据库和w e b 网站来组织逻辑结构，提供检 索的平台和应用。 ( 四) 教学资料库一电子教案，专业题库和试卷库 电子教案有三种：一是所用教材的编写者提供的讲义，可以用作教师备课的参考； 二是本校教师根据实际教学要求，在进行多媒体教学和网络教学时使用的讲义等材 料；三是从网络收集的相关教学内容的其他讲义，作为对教学内容的补充。 高等职业院校的学生在毕业前都要进行职业技能鉴定，在获得相应的技术等级和 职业资格后才能获得毕业证。为了帮助学生们准备这种考试，也是为了让学生在学习 时能够有针对性地进行练习和实践，因此一些专业准备了大量各种课程的专业练习题 库。学生们在学习相应课程的同时，就可以使用题库进行练习和测试，以此检验自己 的学习情况。 同样随着计算机的普遍使用，学校在进行各种考试要求教师出试卷时也要提供试 卷的电子文件。这部分使用过的试卷可以作为学生学习和检验自己学习情况的参考， 也是学校需要存档的重要资料，因此建立试卷库是一种非常好的方式。 四、媒体素材存储需求分析 媒体素材是指传播教学信息的基本材料单元。一般可分为5 大类：文本类素材， 图像( 图形) 类素材，动画类素材，视频类素材和音频类素材。我校目前拥有的主要素 材资源包括： 1 6 北京工商丈学硕士学位论文 ( 一) 光盘资源 光盘的来源有两个途径：一是图书馆购买图书时随书附带的光盘，其内容多是书 中内容的素材和实例；二是直接购买的光盘资料，其内容多是各种素材和学习资料。 以往光盘的存放和利用多是使用光盘塔或借阅，这样使用效率很低且光盘容易损 坏。因此，绝大多数的院校都是实行光盘存档，将其束之高阁，而不能充分利用。学 生们在使用相应图书或资料时也非常不便。 为了能够充分利用光盘资料，采取的措施是将光盘的内容读取出来存入计算机， 然后可以通过网络下载使用。为了保持光盘资料的完整，可以将整张光盘制作成一光 盘镜像文件，文件格式为i s o 。 注：关于光盘镜像文件的内容将在本文第四部分“资 源管理”中详细介绍。 目前我院累积的光盘总量已逾1 0 0