（计算机应用技术专业论文）基于ip存储的网络容灾技术研究与系统实现.pdf

西北下业大学硕士论文幕于i t 的存储网络容灾系统技术研究与 实现 摘要 随着计算机网络技术的不断发展，网络上的数据日 益剧增， 这导致企业对 存储系统的要求越来越高， 要求存储系统必须具备远距离传输能力，用于灾难 恢复和远程备份等应用。但传统的存储结构已经不能满足这些要求，因此，许 多商业机构和企业迫切需要一种有效的方式来存储和维护他们的数据。 另一方面，当计算机信息系统在遭受诸如火灾、水灾、地震、战争或人为 破坏等意外灾难时，计算机系统中的硬件、数据、系统和服务都会受到不同程 度、甚至是毁灭性的破坏，而数据对很多行业而言是最为宝贵的财富，数据丢 失对企业造成的损失将是无法估计的，甚至是毁灭性的。那么，当计算机信息 系统和关键业务信息遭受了毁灭性破坏的情况下，企业如何才能及时恢复正常 业务呢?这就需要企业在信息化建设中解决好容灾问题。因此，面对众多企业 的迫切需求，网络存储和网络容灾技术已经成为目前数据存储和网络安全领域 内的研究热点之一。 本文结合现今企业的特殊需要， 重点研究了基于工 p 存储的网络容灾系统开 发过程中涉及到的关键技术，主要完成了以下工作: ( 1 )研究了当前流行的网络存储技术， 重点研究了 基于i p 网络的i s c s 工 存 储技术。 ( 2 ) 深入研究了网 络容灾系统实现过程中 涉及到的 关键技术。 ( 3 ) 设计和实现了 一种基于i p 存储的网络容灾系统， 对该系统的 体系结构， 各个子系统的功能进行了详细讨论，并对各个子系统进行了设计和实现。 ( 4 ) 测试了 该容灾系统的主要功能和存储性能， 测试结果表明该系统工作正 常，设计实现是可行的。 关键词:i s c s i ; i p 存储;网络存储;网络容灾 西北工业大学硕士论文基十up 的存储网络容灾系统技术研究与实现 abs tract a l o n g w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f t h e n e t w o r k t e c h n o l o g y o f c o m p u t e r , d a t a s o n n e t w o r k a r e g r e a t l y i n c r e a s i n g . t h i s c a u s e s t h a t m a n y e n t e r p r i s e s h a v e m o r e a n d m o r e r e q u i r e m e n t s f o r s t o r a g e s y s t e m . s t o r a g e s y s t e m s h o u l d p r o v i d e t h e f u n c t i o n o f r e m o t e s t o r a g e t o b e u s e d i n th e f i e l d o f d i s a s t e r r e c o v e ry a n d r e m o t e b a c k u p a n d s o o n . h o w e v e r , t r a d i t io n a l s t o r a g e a r c h i t e c t u r e d o n o t h a v e t h a t a b i l i t y . t h e r e f o r e , m a n y b u s i n e s s i n s t i t u t i o n s a n d e n t e r p r i s e s a n x i o u s l y n e e d a n a v a i l a b l e m e t h o d t o s t o r e a n d m a i n t a in t h e i r d a t a s . o n t h e o t h e r h a n d , d a t a s , h a r d w a r e s , s y s t e m , s e r v i c e s a r e a l l s u ff e r e d , s o m e t im e s i t i s e v e n d i s a s t e r e d w h e n c o m p u t e r s y s t e m m e e t s d i s a s t e r s s u c h a s fi r e , fl o o d , e a r th q u a k e , w a r o r h u m a n f a c t o r s . t h e n , h o w c a n e n t e r p r i s e s r e c o v e r t h e i r b u s i n e s s i n t im e w h e n t h e y s u ff e r fr o m d i s a s t e r s . t h e r e f o r e , i t i s i m p o r t a n t f o r e n t e r p r i s e s t o s o lv e t h e p ro b l e m o f d i s a s t e r t o l e r a n c e i n c o n s t ru c t i o n f o r i n f o r m a t i o n . b e c a u s e o f a n x i o u s r e q u i r e m e n t s o f m a n y e n t e r p r i s e s , n e t w o r k s t o r a g e a n d n e t w o r k d i s a s t e r t o l e r a n c e h a s b e c o m e a r e s e a r c h h o t i n t h e f i e l d s o f d a t a s t o r a g e a n d n e t w o r k s e c u r i 诊 t h i s t h e s i s f o c u s e s o n t h e k e y t e c h n o l o g y s w h i l e d e v e l o p i n g n e t w o r k d i s a s t e r t o l e r a n c e s y s t e m b a s e d o n i p s t o r a g e a c c o r d i n g t o c u r r e n t r e q u i r e m e n t s o f e n t e r p r i s e s . a n d t h e p r i m a ry w o r k s a r e a s f o l l o w s : ( 1 ) r e s e a r c h o n c u r r e n t p o p u l a r t e c h n o l o g y o f n e t w o r k s t o r a g e , e s p e c i a l ly i p n e t w o r k s t o r a g e t e c h n o l o g y b a s e d o n i s c s i t e c h n o lo g y . ( 2 ) r e s e a r c h o n k e y t e c h n o l o g y s w h i l e d e v e l o p i n g a n d i m p l e me n t i n g n e t w o r k d i s a s t e r t o l e r a n c e s y s t e m . ( 3 ) h a v e d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d a n e t w o r k d i s a s t e r t o l e r a n c e s y s t e m b a s e d o n i p s t o r a g e . g i v e n d i s c u s s i o n s o f d e t a i l s f o r s y s t e m a r c h i t e c t u r e , fu n c t i o n s o f s u b s y s t e m , a n d a l s o im p l e m e n t a t i o n f o r a l l t h e s u b s y s t e m s ( 4 ) h a v e t e s t e d t h e p r i m a r y f u c t i o n s a n d s t o r a g e c a p a b i l i t i e s o f t h e s y s t e m , a n d e x p e r i m e n t a t i o n h a v e p r o v e d t h a t t h e s y s t e m w o r k e d i n o r d e r a n d t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h i s s y s t e m w a s f e a s ib l e . k e y w o r d s : i s c s i ; i p s t o r a g e ; n e t w o r k s t o r a g e ; n e t w o r k d i s as t e r t o l e r a n c e 西北工业大学硕士论文基于i p 的存储网络容灾系统技术研究与实现 食 o r - 4rr 己r - :l - 二 月7. 月f-廿 二 习 1 . 1研究背景 当今世界信息技术迅猛发展，人类社会正进入 一 个信息社会，社会经济的 发展对信息资源、信息技术和信息产业的依赖程度越来越大。 在信息社会中， 信息己成为人类宝贵的资源，成为生产力的核心。 全球的数字化浪潮，带来了 海量的数据，数据的增长， 使企业对信息的存储需求正在飞速地增长，信息的 采集与处理将成为决定企业生存与发展的关键。企业比以往任何时候都更加依 赖于数据，这些数据对企业的生存与发展至关重要，因此对于很多行业和企业 而言，保存在存储系统中的数据是最为宝贵的财富。在很多情况下，数据要比 计算机系统设备本身的价值高得多，尤其对金融、电信、商业、社保和军事等 部门来说更是如此，数据丢失了对于企业来讲，损失将是无法估量的，甚至是 毁灭性的。因此，保护数据安全，实现数据的存储备份在企业应用系统中占据 着愈加重要的位置。 随着计算机网络技术的高速发展， i n t e rn e t 的触角已 伸向了世界的每一个角 落， 渗透到各个领域。互联网w e b 应用的不断增加，网络上的数据成指数倍地 增长，大量信息需要进行处理并通过网络传输，如电子商务、多媒体、仿真、 建模、数据仓库等，这导致对存储系统的容量、可用性、可靠性、可扩展性以 及可管理性等诸多方面提出了更高的要求。另一方面，急剧增长的存储数据导 致诸如数据孤岛等新问题层出不穷，大量增加的网络客户也使传统的存储系统 越来越成为计算机系统服务性能的瓶颈，这给企业保存、维护这些海量的存储 数据带来巨大的挑战。因此，许多商业机构和企业迫切需要一种有效的方式来 存储和维护他们的数据。 p c的出现、 i n t e rn e t 的诞生都曾 经席卷全球，为整个世界带来了翻天覆地 的革命。如今，人们又将面临第三次i t浪潮一一网络存储。为什么要用网络存 储?首先是数据增长的需要。 随着计算机规模的扩大， 数据量成几何级地增长， 越来越多的业务分布在不同的机器上和不同的操作平台上，业务与数据的关联 性也越来越强。其次，企业对数据传输、管理、维护、虚拟化等要求，也对数 据存储技术的发展提出了全面的挑战，对存储体系结构提出了更高的要求。然 而，在传统存储方式下， 数据分散在不同的机器、不同的应用层面上，管理分 散，安全性得不到保障，难以实现数据高效地在线备份等要求。网络存储技术 西北工业大学硕士论文基于i p 的存储网络容灾系统技术研究与实现 食 o r - 4rr 己r - :l - 二 月7. 月f-廿 二 习 1 . 1研究背景 当今世界信息技术迅猛发展，人类社会正进入 一 个信息社会，社会经济的 发展对信息资源、信息技术和信息产业的依赖程度越来越大。 在信息社会中， 信息己成为人类宝贵的资源，成为生产力的核心。 全球的数字化浪潮，带来了 海量的数据，数据的增长， 使企业对信息的存储需求正在飞速地增长，信息的 采集与处理将成为决定企业生存与发展的关键。企业比以往任何时候都更加依 赖于数据，这些数据对企业的生存与发展至关重要，因此对于很多行业和企业 而言，保存在存储系统中的数据是最为宝贵的财富。在很多情况下，数据要比 计算机系统设备本身的价值高得多，尤其对金融、电信、商业、社保和军事等 部门来说更是如此，数据丢失了对于企业来讲，损失将是无法估量的，甚至是 毁灭性的。因此，保护数据安全，实现数据的存储备份在企业应用系统中占据 着愈加重要的位置。 随着计算机网络技术的高速发展， i n t e rn e t 的触角已 伸向了世界的每一个角 落， 渗透到各个领域。互联网w e b 应用的不断增加，网络上的数据成指数倍地 增长，大量信息需要进行处理并通过网络传输，如电子商务、多媒体、仿真、 建模、数据仓库等，这导致对存储系统的容量、可用性、可靠性、可扩展性以 及可管理性等诸多方面提出了更高的要求。另一方面，急剧增长的存储数据导 致诸如数据孤岛等新问题层出不穷，大量增加的网络客户也使传统的存储系统 越来越成为计算机系统服务性能的瓶颈，这给企业保存、维护这些海量的存储 数据带来巨大的挑战。因此，许多商业机构和企业迫切需要一种有效的方式来 存储和维护他们的数据。 p c的出现、 i n t e rn e t 的诞生都曾 经席卷全球，为整个世界带来了翻天覆地 的革命。如今，人们又将面临第三次i t浪潮一一网络存储。为什么要用网络存 储?首先是数据增长的需要。 随着计算机规模的扩大， 数据量成几何级地增长， 越来越多的业务分布在不同的机器上和不同的操作平台上，业务与数据的关联 性也越来越强。其次，企业对数据传输、管理、维护、虚拟化等要求，也对数 据存储技术的发展提出了全面的挑战，对存储体系结构提出了更高的要求。然 而，在传统存储方式下， 数据分散在不同的机器、不同的应用层面上，管理分 散，安全性得不到保障，难以实现数据高效地在线备份等要求。网络存储技术 西北工业大学硕士论文幕于i p 的存储网 络容灾系统技术研究与实现 正是应对当前需要而出现的一种新兴技术，它具有超大 存储容量、高数据传输 率、高系统可用性等特征，使传统的以主机为中心的存储结构向网络存储系统 发展。网络存储不仅能为网络上的应用系统提供多样、快捷、简便的存储资源， 而且可以共享存储资源并对其实施集中式管理，这些优势使网络存储成为现今 理想的存储管理和应用模式。 无论企业属于哪个行业，规模多大，在哪个地域，他们都面临着同样的安 全风险当计算机信息系统在遭受诸如火灾、水灾、地震、战争或人为破坏 等灾难时，计算机系统的硬件、数据、系统和服务都会受到不同程度、甚至是 毁灭性的破坏。据me的统计数字表明，美国在2 0 0 0 年以前的1 0 年间，遭受 过灾难的企业中，有5 5 %当时倒闭，剩下的4 5 %中，因为数据丢失，有2 9 %也 在两年之内倒闭，生存下来的仅占 1 6 %。而如果灾难发生在具有战略和国防意 义上的通信、金融、军事系统等领域，一旦不能够及时应付灾难，恢复系统功 能，将会造成更加严重的损失。 那么，在信息系统和关键业务信息遭受到毁灭 性破坏的情况下，企业如何才能及时恢复正常业务呢?这就需要企业在信息化 建设中解决好信息容灾问题。从行业的角度来看，对于银行、证券、电信等重 点行业来说，其关键业务如银行清算、电信计费系统、证券实时交易等是必须 建设相应的容灾系统。 近几年随着技术的成熟和业务的需要，越来越多的企业开始构建自己的存 储系统，并购买了存储管理和备份软件，还有不少大的企业准备开始构建异地 容灾和备份系统。 但当前国内的容灾技术发展相对滞后， 难以适应现代社会发展 的实际需要。 面对众多企业的迫切需求，网络存储和网 络容灾技术已 经成为目 前数据存储、网络安全领域内的研究热点之一。 1 .2研究内 容 本论文在研究基于lp的网络存储技术l s c s i 的基础上，结合网络容灾 技术，给出了一种高性能的基于i p 存储的网络容灾系统的设计与实现。 论文主要的研究内容如下: ( 1 )深入分析了当前流行的网络存储技术， 专门分析了基于以太网的i s c s i 技术。 ( 2 ) 深入研究了网 络容灾系统实 现中 涉及到的关键技术。 ( 3 ) 设计和实现了 一种基于i p 存储的网 络容灾系统， 对该系统的体系结构， 各个子系统的功能进行了详细讨论，并对各个子系统进行了设计和实现。 ( 4 ) 对该容灾系统进行了 测试， 结果表明 该系统运行正常， 达到了设计要求。 西北工业大学硕士论文幕于i p 的存储网 络容灾系统技术研究与实现 正是应对当前需要而出现的一种新兴技术，它具有超大 存储容量、高数据传输 率、高系统可用性等特征，使传统的以主机为中心的存储结构向网络存储系统 发展。网络存储不仅能为网络上的应用系统提供多样、快捷、简便的存储资源， 而且可以共享存储资源并对其实施集中式管理，这些优势使网络存储成为现今 理想的存储管理和应用模式。 无论企业属于哪个行业，规模多大，在哪个地域，他们都面临着同样的安 全风险当计算机信息系统在遭受诸如火灾、水灾、地震、战争或人为破坏 等灾难时，计算机系统的硬件、数据、系统和服务都会受到不同程度、甚至是 毁灭性的破坏。据me的统计数字表明，美国在2 0 0 0 年以前的1 0 年间，遭受 过灾难的企业中，有5 5 %当时倒闭，剩下的4 5 %中，因为数据丢失，有2 9 %也 在两年之内倒闭，生存下来的仅占 1 6 %。而如果灾难发生在具有战略和国防意 义上的通信、金融、军事系统等领域，一旦不能够及时应付灾难，恢复系统功 能，将会造成更加严重的损失。 那么，在信息系统和关键业务信息遭受到毁灭 性破坏的情况下，企业如何才能及时恢复正常业务呢?这就需要企业在信息化 建设中解决好信息容灾问题。从行业的角度来看，对于银行、证券、电信等重 点行业来说，其关键业务如银行清算、电信计费系统、证券实时交易等是必须 建设相应的容灾系统。 近几年随着技术的成熟和业务的需要，越来越多的企业开始构建自己的存 储系统，并购买了存储管理和备份软件，还有不少大的企业准备开始构建异地 容灾和备份系统。 但当前国内的容灾技术发展相对滞后， 难以适应现代社会发展 的实际需要。 面对众多企业的迫切需求，网络存储和网 络容灾技术已 经成为目 前数据存储、网络安全领域内的研究热点之一。 1 .2研究内 容 本论文在研究基于lp的网络存储技术l s c s i 的基础上，结合网络容灾 技术，给出了一种高性能的基于i p 存储的网络容灾系统的设计与实现。 论文主要的研究内容如下: ( 1 )深入分析了当前流行的网络存储技术， 专门分析了基于以太网的i s c s i 技术。 ( 2 ) 深入研究了网 络容灾系统实 现中 涉及到的关键技术。 ( 3 ) 设计和实现了 一种基于i p 存储的网 络容灾系统， 对该系统的体系结构， 各个子系统的功能进行了详细讨论，并对各个子系统进行了设计和实现。 ( 4 ) 对该容灾系统进行了 测试， 结果表明 该系统运行正常， 达到了设计要求。 西北工业大学硕士论文 1 . 3论文结构 幕于i p 的存储网 络容灾系统技术研究与实现 第一章 简要介绍了本文的研究背景和内容，以及论文结构安排。 第二章 研究了网络存储技术和网络容灾技术，着重研究了两种技术的定 义、 特征、功能及其发展趋势。 第三章 研究了实现网 络存储的关键技术i s c s 工 技术。 第四章 结合作者开发的原型系统， 给出了网络容灾系统的详细设计， 并对 系统实现过程中的具体方法和子系统进行了描述。 第五章 对该网络容灾系统进行了测试，测试结果表明本系统是有效的。 第六章 总结了本论文的研究成果，并展望了后续的研究工作。 西北工业人学硕士论文基于i p 的存储网 络容灾系统技术研究与 实现 第二章 网络存储与容灾技术 2 . 1网络存储技术 2 . 1 . 1网络存储概念 网络存储是通过高速的网络把存储系统和主机系统连接起来，由网络存储 设备把数据的存储和数据的使用分离，从而改进存储利用率，降低存储空间的 浪费， 提高系统的可扩展性和数据的可用性。 其主要特征体现在超大存储容量、 高数据传输率以及高系统可用性等。网络存储技术能够为网络上的应用系统提 供多样、便捷的信息存取和资源共享，它具有灵活的寻址能力，远距离的传输 能力和fo 高效的原性能等，可以对数据实施集中式的管理， 适用于远程备份、 灾难恢复等应用。通过网络存储数据，彻底消除了信息数据和用户之间的 “ 距 离” ， 真正实现对信息数据的有效传输和管理， 是现今理想的存储管理和应用模 式。 2 . 1 . 2网络存储分类 传统的存储设备是一种总线型结构， 存储模式主要是直接连接存储， 存储体 系是以服务器为中心的存储结构， 各种存储设备通过主机的总线与服务器相连。 传统的存储服务器模型如图2 . 1 所示。随着网络时代发展的应用需求，其缺点 明显地暴露出来，主要表现在:存储容量的扩展受到限制，各个服务器相互无 法连接，形成数据孤岛现象， 还有就是连接距离有限，而且资源不易共享和管 理。网络存储技术把服务器与存储设备分离开来，存储设备转向独立的存储网 络，从而使服务器从繁忙的数据管理任务中解脱出来，避免了总线瓶颈的产生 和存储系统的崩溃。 存 储 设 备 卜 叫服 务 器卜 王巫口 图2 . 1 传统存储服务器模型 网络存储技术是一项新技术，它利用传统存储设备和网络设备实现网络存 储功能，构造出能直接被网络访问的网络存储设备。利用网络设备形成的网络 存储服务器模型如图2 . 2 所示: 西北工业人学硕士论文基于i p 的存储网 络容灾系统技术研究与 实现 第二章 网络存储与容灾技术 2 . 1网络存储技术 2 . 1 . 1网络存储概念 网络存储是通过高速的网络把存储系统和主机系统连接起来，由网络存储 设备把数据的存储和数据的使用分离，从而改进存储利用率，降低存储空间的 浪费， 提高系统的可扩展性和数据的可用性。 其主要特征体现在超大存储容量、 高数据传输率以及高系统可用性等。网络存储技术能够为网络上的应用系统提 供多样、便捷的信息存取和资源共享，它具有灵活的寻址能力，远距离的传输 能力和fo 高效的原性能等，可以对数据实施集中式的管理， 适用于远程备份、 灾难恢复等应用。通过网络存储数据，彻底消除了信息数据和用户之间的 “ 距 离” ， 真正实现对信息数据的有效传输和管理， 是现今理想的存储管理和应用模 式。 2 . 1 . 2网络存储分类 传统的存储设备是一种总线型结构， 存储模式主要是直接连接存储， 存储体 系是以服务器为中心的存储结构， 各种存储设备通过主机的总线与服务器相连。 传统的存储服务器模型如图2 . 1 所示。随着网络时代发展的应用需求，其缺点 明显地暴露出来，主要表现在:存储容量的扩展受到限制，各个服务器相互无 法连接，形成数据孤岛现象， 还有就是连接距离有限，而且资源不易共享和管 理。网络存储技术把服务器与存储设备分离开来，存储设备转向独立的存储网 络，从而使服务器从繁忙的数据管理任务中解脱出来，避免了总线瓶颈的产生 和存储系统的崩溃。 存 储 设 备 卜 叫服 务 器卜 王巫口 图2 . 1 传统存储服务器模型 网络存储技术是一项新技术，它利用传统存储设备和网络设备实现网络存 储功能，构造出能直接被网络访问的网络存储设备。利用网络设备形成的网络 存储服务器模型如图2 . 2 所示: 西北工业大学硕士论文纂于i p 的存储网 络容灾技术 研究与系统实现 图2 . 2网络存储服务器模型 按照网络存储设备与计算机系统的连接方式，可以将网络存储系统分为三 类: ( 1 )网络连接存储 n a s ( n e t w o r k a t t a c h e d s t o r a g e ) , n a s是一种相对较 新的网络存储技术， 通常由 特殊定制的网络文件服务器和局域网络构成。 ( 2 )存储局域网s a n ( s t o r a g e a r e a n e t w o r k ) , s a n 是一种独立于服务器系 统之外、专门 用于提供数据块存取服务的高速存储网络。它通过光纤通道进行 数据传输，具有高传输率、大容量、高扩展性等特点。 ( 3 ) i p 存储i p s o p s t o r a g e ) , i p s 是基于t c p / i p 协议和以 太网的网 络存 储方式， 提供了 基于数据块级的数据传输， 是目 前发 展最快的网络存储技术。 2 . 1 . 2 . 1 na b 1 . n a s 系统介绍 n a s 是一种基于现有的局域网，通过u n i x 环境下的网络文件系统n f s ( n e t w o r k f i l e s y s t e m) 或者w i n d o w s 环境下的 公 用i n t e rn e t 文件系统 c i f s ( c o m m o n i n t e rn e t f i l e s y s t e m ) 等标准化协议， 在 存储设 备 端提供 基于网 络访 问的文件级服务的网络存储技术。 n a s 存储设备实际上是一个独立的服务器， 类似干一个专用的文件服务器， 不过这种专用文件服务器去掉了通用服务器原有的大多数计算功能，仅向客户 端提供文件存取服务， 从而实现操作系统和文件服务器功能的专门化， 在价格水 平较低的前提下提供最佳的存储性能。n a s 将存储设备通过标准的网 络拓扑结 构直接连接到局域网l a n ( l o c a l a r e a n e t w o r k )_ 上 ，并且为了便于互连，使用 了 l a n 上最常用的t c p / i p 网络协议。通过设定n a s 系统i p 地址的方式，使n a s 系统连接到网络上，并实现任意位置上的数据访问。在有n a s 存储设备的网络 中，计算机系统是通过文件重定向器从 一 个n a s 存储设备中得到数据的。当一 西北r _ 业大学硕 l 论文基于i p 的存储网 络容灾技术研究与 系统实现 个用户或应用试图通过网络访问n a s 存储设备中的数据时，文件重定向器把对 本地文件系统的本地i / o 路径重定向到使用t c p / i p 协议的网络操作，从而连接到 某个远程的服务器，该服务器上运行着支持多个客户访问的文件系统。该远程 服务器和与它相连的存储设备就构成了n a s 存储系统。 n a s 集中于中小型的应用，适合运用于网络文件服务模式，如 c a d、软 件开发及网络电子邮件等。 但随着网络规模的迅速扩大， n a s 系统的传输能力、 扩展性能、数据备份能力都显得极其有限。 2 . n a s 系统的优势 n a s 系统具有如下优势: ( 1 ) 特殊的 存储系 统 n a s 系统采用提供存储功能的微核操作系统或应用系统，一般只有通信和 存储功能，从而优化了存储设备的性能和功能。 ( 2 ) 即 插即用的网 络集成 可以快速地安装到一个局域网络上，无需客户系统进行太多的配置工作。 ( 3 )客户端的灵活性 n a s 系统适用于多种平台， 它与其它网络设备相连只取决于标准的协议接 口，无需弄清各个客户和服务器系统内部的实现细节。 ( 4 )文件级的共享性 可以在异构操作系统用户之间实现文件级共享，从而快速、安全地存取文 件级数据。 ( 5 )价格的低廉性 n a s 系统使用现有局域网络及相应的设备，所以配置的总费用较低。 3 . n a s 系统的局限性 n a s 系统也具有一些潜在的局限性: ( 1 ) 传输速率慢 由于普通的局域网不是针对存储应用设计的专用网络，加上局域网上又有 大量的计算机，因此，n a s 存储设备从有限的网络带宽中所能分到的带宽必然 有限。 这就造成n a s 系统的最大缺点， 传输速率慢月不稳定， 受到带宽消耗的 限制，无法完成大容量的存储应用。 ( 2 ) 受限的数据库支持 n a s 系统是采用基于文件的方式来存储数据， 主要针对文件共享和文件备份 等应用，不适合事务处理和数据库等基于数据块存储方式的应用。 西北丁业大学硕士论文基于i p 的存储网 络容灾技术研究与 系统实现 ( 3 ) 缺乏灵活性 n a s系统是一种专用的存储设备，不能通过公用的、流行的软硬件进行升 级或者改变产品的功能。 ( 4 ) 备份与恢复困 难 n a s 系统很难与现有的备份系统集成，所以只能采取一些补救措施，如开 发自己的专用备份软件，采用映射驱动器进行备份等。 ( 5 ) n a s 系统难以 满足开放性的 要求。 2 . 1 . 2 . 2 s an 1 . s a n 系统介绍 s a n 是一种由 服务器、 存储设备、交换机及光纤通道连接而成，面向数据 块存取操作的专用存储网络。它以数据存储为中心，对存储进行专门的优化， 使用专用的存储协议，在资源共享的环境下连接多个存储设备和服务器。它以 多点对多点的方式进行管理，独立于服务器系统之外、专门用于提供高速的数 据存取服务。 s a n 将存储设备作为网络上的一个 “ 区域” ，建立一个单独的网络系统，用 户可以 把s a n 看作是负责存储传输的 “ 后端”网络，而把数据网络看作是负责 正常t c p / i p 传输的“ 前端”网络。 s a n 采用适合数据传输和管理的物理、 链路、 网络传输等专用的存储协议，如s c s i 协议，它把各种不同平台上的服务器、工 作站、客户机以及存储设备 磁盘阵列、磁带、光盘等)方便地连接在一起。 s a n 允许在主机和存储设备之间快速地进行信息交换而没有带宽的限制，解决 了海量数据的存取问题，专门用于大容量存储设备和服务器之间的存储管理和 数据交换。 在s a n 系统中，存储设备不再限制于服务器系统，而表现为服务器节点上 的“ 网络磁盘” ， 在服务器操作系统看来， 就像本地磁盘一样。 通过将存储系统 与计算系统相隔离，使得计算系统可以 更方便地共享存储设备，提高存储系统 的可用性。同时，存储系统的扩展性也得到极大的改善，每台主机可以扩大更 多的可控存储的容量， 还可以 通过级联交换机或集线器连接多个存储设备来扩 展容量。目 前的s a n 主要采用光纤通道f c ( f i b r e c h a n n e l ) 协议 十 s c s i 应用协 议作为存储访问协议，数据通过光纤通道在服务器与存储设备之间传输。由于 f c s a n 只用于存储， 不会有其它服务的数据流在上面传输， 可以 做到独享带宽， 光纤通道本身又具有高传输率，从而真正实现了高速共享存储资源的目 标，而 且还保证了数据传输的可靠性。 西北工业大学硕 f : 论文基于i p 的存储网络容灾技术研究与系统实现 s a n 集中于大型应用领域，由于传送的是数据块，适合于大数据量传输和 实时数据处理，主要用于诸如数据中心，远程灾难备份恢复，数据镜像，主从 运算架构应用模式、数据库等需要专用或高效存储设备的大容量存储环境。 2 . s a n 系统的优势 s a n 系统具有如下优势: ( 1 ) 灵活性 存储设备不受网络环境的制约，可以 灵活地通过网络连接。 ( 2 ) 高扩展性 存储设备与服务器不再是一对一脆弱地连在一起， 它们可以动态地任意添 加而不彼此影响，添加后可立即访问。 ( 3 ) 高 性能 光纤通道技术提供了较高的传输带宽， 使s a n 具有高数据传输率，备份恢 复，文件迁移等服务都不必通过局域网络传输数据，不占用局域网带宽，实现 了大容量的集中存储。 ( 4 ) 高可用性 存储设备在s a n 系统中可以被多台服务器共享，不属于任何一台特定服务 器，设备可用性较高。 ( 5 ) 易于管理 可以 把异构环境下不同的存储设备整合在一起，对网络上的存储资源集中 统一管理，减小了管理的工作量和复杂度。 ( 旬可靠性 使用光纤通道构建专用的存储网络， 使数据安全性和可靠性方面大大提高 通过冗余交换机连接传输，避免了单点故障对整个网络的影响，进一步提高了 存储的可靠性。 3 . s a n 系统的局限性 s a n 系统也存在一些局限性: ( 1 ) 高昂的 建设成本 s a n 使用专用网 络，一般为光纤通道网络，相应的设备价格昂贵，总体实 现费用较高，局限于大型应用。 ( 2 ) 困 难的 配置和维护 配置和维护s a n 系统需要有经验丰富、 并接受过专门训练的专业技术人员。 ( 3 ) 数据孤岛 西北工业大学硕士论文基于i p的存储网 络容灾系统技术研究与实现 s a n 使用专用的网络拓扑结构，不能直接使用普及的t c p / i p 网 络连接各个 分散的s a n 存储网络，这导致各个s a n 网络形成了一个个数据孤岛，无法实现数 据的广泛共享。 ( 4 ) 传输距离有限 虽然目前通过光纤通道技术使 s a n f c 存储设备之间的距离仍然局限于本地 的数据传输距离大大延长，但服务器和 2 . 1 . 2 . 3 i p s 1 . i p s 介绍 近年来，随着基于 i n t e me t 应用的广泛扩张，如数据仓库、e r p 、客户关系 管理、业务核算等，企业中数据存储的容量和复杂性急剧增加，对存储系统提 出了越来越高的要求: ( 1 )高可用性 存储系统必须提供不间断服务。数据存取失败会使企业失去业务交易、客 户及将来的业务机会。 ( 2 )可伸缩性 存储系统必须提供便捷的手段，应付数据容量的指数倍的增长。 ( 3 )可扩展性 存储系统必须具备远距离传输能力，用于灾难恢复、数据库复制和远程备 份等应用。 传统的n a s存储系统已经不能满足这些要求，近年来迅速发展的基于光纤 通道的s a n存储系统虽然在很大程度上满足了存储系统在可用性和伸缩性方面 的需求，但缺少远距离传输的支持，而且价格昂贵。在此背景下，基于t c p / i p 协议和以太网的网络存储技术应运而生，我们称之为 i p网络存储 工 p s( 工 p s t o r a g e ) . 简单来讲， i p 网络存储就是使用 i p 网络， 而不是光纤通道， 来把服务器与 存储设备连接起来的技术。i p 存储在局域千兆以太网或广域网上传输的是数据 块而不是文件。在 i p 存储网络中，基于s c s i 的服务器、磁盘阵列、磁带库等 设备可以通过干兆以 太网交换机，与以太网上的其它设备进行连接和互操作。 与光纤通道技术相同的是i p 存储也是可交换的， 但与光纤通道不一样的是， i p 网络是成熟的，不存在任何兼容性和互操作性问题，而且i p网络己 经被i t 业 界广泛认可，拥有非常多的网络管理软件和服务产品可供使用。 目 前，除了己通过国际标准的i s c s i 以外， 还有诸如f c i p , i f c p 等互连技 西北工业大学硕士论文基于i p 的存储网络容灾系统技术研究与实现 术。i s c s 工 是由互联网工程任务组制定的网络存储协议标准，提供了基于i p 网 络的数据块级存储传输，是目 前发展最快的网络存储技术。 2 . i p s 中 i s c s i 技术的优势 基于i s c s i 技术的i p s 具有如下优势: ( 1 ) 传输速率高， 有利于大容量的 数据通信; ( 2 ) 使用集中 式管理， 防止备份文件的拷贝 耗尽磁盘 空间和多版本文件产生 的一致性问题; ( 3 )以数据块的方式传输数据，因 此它不受限于数据库的 支持; ( 4 ) 具有虚拟的 无限寻址能力， 没有最大连接数日 的限 制; ( 5 ) 不受地域限 制， 存储设备可与主机进行远距离连接: ( 6 ) 可以 在远程连接的 前提下随时扩容，以 应付不断增加的存储需求; ( 7 )以 成熟的网 络技术为基础， 能大大减少总体拥有成本; ( 8 ) 完全解决数据远程复制 ( d a t a r e p l i c a t i o n )及灾难恢复 ( d i s a s t e r r e c o v e r )的难题。 ( 9 ) 备份数据流不经过局域网， 减小了 局域网的压力。 3 . i p s 中i s c s i 技术面临的问题 i p存储是一个新兴技术，尽管基于 i p的存储网络发展迅速，其标准也早 已 建立并且应用，但目 前该技术离实际商业应用还有一 段距离，在实现过程中 面临许多问题。 ( 1 )成熟性问题 尽管2 0 0 3 年互联网工程任务组工 e t f 发布了i s c s i 工业标准，但基于标准 的产品可靠性测试及互操作性测试也需要经历较长的时间。 ( 2 )带宽问题 光纤通道和以太网目 前都处于1 g 带宽阶段， 基于i p 的网络存储要基于i o g b 的以太网才能显示出速度上的优势，但目 前i o g b以太网还处于商业演示阶段， 这对要求高可靠性高稳定性的存储应用来说， 企业目 前不会大规模地采用i s c s i 技术处理关键业务数据。 ( 3 ) t c p / i p 协议栈执行开销问 题 处理t c p / i p 协议栈属于c p u 密集型操作， 而大量的c p u 开销会严重影响存 储网 络的传输效率。 近年来发展的i s c s i h b a ( 主机总线适配器) 可以完成i s c s i 层和t c p / i p 协议栈的功能， 使操作系统完全卸载i s c s i 和t c p / i p协议处理的 重负，从而大大降低c p u 的占用率。 ( 4 )数据完整性问题 i n 西北工业人学硕士论文荃十ip的存储网络容灾系统技术 研究与实现 数据完整性是存储应用的必备要素， 在类似e - m a i l 的i p 应用环境中，可 以接受偶尔的错误，但在存储应用中必须杜绝任何错误。 在以 太网和 t c p的流 控制设计中，存在丢包和重新组包的情况，不利于数据的可靠传输。 ( 5 ) 数据安全问题 存储网络上传输的数据往往有安全性方面的要求， 但i p 存储采用公用网络 传输数据，数据的安全性受到威胁，所以必须重视数据的安全保护。目前，可 以通过 工 p s e c 对使用 i s c s i 协议传输的数据进行认证和加密， 然而， 虽然 工 p s e c 技术已经趋于成熟，可以提供安全性保障，但其执行开销不容忽视。 总而言之，虽然基于i p的网络存储技术在实际应用中面临着一些问题， 仍 需要不断地进行改进和完善。但随着深入研究和技术进步，这些问题将得到解 决，网络基础设施的不断完善和市场需求的不断增加，必然促使i p 存储成为存 储领域内的主流技术。 2 . 1 . 3 网络存储的发展趋势 存储信息就是存储未来，在存储市场爆炸性增长的同时，用户更关心网络 存储技术未来的发展趋势。 根据预测， 5 年后全球网络存储领域中i s c s i 技术所 占的比例要高于传统的f c s a n网络。当然，如果分析网络存储的整个领域， 除了n a s . s a n , i s c s i 以 外还有很多其它技术，但总的 发展趋势包括以 下儿 个方面: ( 1 ) 融合成为大趋势 用户的应用环境和需求往往是复杂的，他们对网络存储架构的要求也就不 可能那么单一，i p s . s a n和n a s 各自的优势和局限性决定了它们任何一种单 一架构的解决方案都不能那么令人满意。于是，融合它们各自 的优势，推出更 符合用户需求的解决方案成为网络存储的未来发展趋势。 ( 2 ) 提高数据安全等级 数据集中化管理为企业带来了许多好处，但也使突发事件所造成的影响大 大增加。网络的开放性也使系统不断遭受病毒、网络犯罪的威胁。另外，在电 信、银行等关键业务领域里，减少业务中断带来的损失和保证 9 9 . 9 9 9 %系统可 靠性成为广泛的需求。这一切都使数据安全成为当前和今后的研究热点。 ( 3 )网络存储的互通性 网络存储的互通性是指从局域网、城域网到广域网，无论数据存储在什么 地方，存储在什么架构，数据都能共享，并且在任何时间都能被访问，即各种 存储结构的数据之间能够进行通信。因此，互通性包括网络存储系统如何提供 耍i ! 三些奎堂堡圭堡奎薹堡箜堡缝塑竺查壅墨丝垫墨塑! 堑皇薹銎 数据完整性是存储应用的必备要素，在类似e - m a i l 的i p 应用环境中，可 以接受偶尔的错误，但在存储应用中必须杜绝任何错误。在以太网和t c p 的流 控制设计中，存在丢包和重新组包的情况，不利于数据的可靠传输。 ( 5 ) 数据安全问题 存储网络上传输的数据往往有安全性方面的要求，但i p 存储采用公用网络 传输数据，数据的安全性受到威胁，所以必须重视数据的安全保护。目前，可 以通过i p s e c 对使用i s c s i 协议传输的数据进行认证和加密，然而，虽然i p s e c 技术已经趋于成熟，可以提供安全性保障，但其执行开销不容忽视。 总而言之，虽然基于口的网络存储技术在实际应用中面临着一些问题，仍 需要不断地进行改进和完善。但随着深入研究和技术进步，这些问题将得到解 决，网络基础设施的不断完善和市场需求的不断增加，必