实训指导62磁盘冗余配置与实现(精)

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1、计算机网络安全技术与实施 学习情境6 实训任务6 2 国家高等职业教育网络技术专业教学资源库 磁盘冗余配置与实现 内容介绍 任务场景 1 任务相关工具软件介绍 2 任务设计 规划 3 任务实施及方法技巧 4 任务检查与评价 5 任务总结 6 任务场景 任务相关工具软件介绍 为了便于理解RAID技术 本任务中将利用虚拟机完成此任务 基于Windows2003系统配置RAID0 RAID1 RAID5等功能 任务设计 规划 配置服务器使用磁盘阵列 RAID5 接入或汇聚交换机 核心交换机 DMZ服务器区 互联网 内网用户 防火墙 路由器 RAID5磁盘阵列 任务实施及方法技巧 磁盘冗余配置与实现相

2、关知识与原理介绍 任务实施及方法技巧 1 RAID 磁盘阵列概念详解RAID 为RAID RedundantArrayofInexpensive IndependentDisks的简称 中文为廉价冗余磁盘阵列 在1987年由美国柏克莱大学提出RAID RedundantArrayofInexpensiveDisks 理论 在开发磁盘阵列时 当初的设想除了使用多块硬盘用来实现更高速度的考虑之外 还有存储冗余能力及扩容方面的考虑 系统的存储冗余能力是指假如任何一块硬盘出现问题的时候 能使系统仍然继续工作 而系统的扩容是指假如单块硬盘的容量达不到用户的需求时 可以采用多块硬盘捆绑来提供更高容量的存储

3、系统 基于这些想法 就产生了RAID技术 实质上 可以把RAID理解成一种使用磁盘驱动器的方法 它将一组磁盘驱动器用某种逻辑方式联系起来 作为逻辑上的一个磁盘驱动器来使用 以实现用户的需求 RAID磁盘阵列简单的解释 就是将多台硬盘透过RAIDController 分Hardware Software 结合成虚拟单台大容量的硬盘使用 其特色是多台硬盘同时读取速度加快及提供容错性FaultTolerant 所以RAID是当成平时主要访问Data的Storage不是BackupSolution 在RAID磁盘阵列有一基本概念称为EDAP ExtendedDataAvailabilityandPro

4、tection 其强调扩充性及容错机制 包括在不须停机情况下可处理以下动作 RAID磁盘阵列支持自动检测故障硬盘 RAID磁盘阵列支持重建硬盘坏轨的资料 RAID磁盘阵列支持不须停机的硬盘备原HotSpare RAID磁盘阵列支持不须停机的硬盘替换HotSwap RAID磁盘阵列支持扩充硬盘容量等 任务实施及方法技巧 冗余磁盘阵列技术 通过对多个硬盘进行条带化处理 有效数据和校验数据被均匀分布在多个硬盘中并加入校验数据 当有硬盘损坏时 通过校验数据恢复损坏硬盘中的数据 在恢复过程中 不影响系统的服务 同时 RAID系统可以大幅度提高磁盘数据I O Input Output输入输出 的性能 通过

5、配置并使用RAID系统 可以最大限度地减少由于硬件损坏造成的系统故障和数据丢失 RAID在WIN2003系统下的动态磁盘技术类似 其实现原理是相同的只是叫法不同 在这一组硬盘中 数据按照不同的算法分别存储于每块硬盘上从而达到不同的效果这样就形成了不同的RAID级别 RAIDLEVEL 根据组建磁盘阵列的用途及组建模式可以把磁盘阵列分为RAID0 RAID1 RAID2 RAID3 RAID4 RAID5 其他还有6 7 10 30 50等 不同的磁盘阵列所能达到的性能与容量都是不相同的 用户可以根据自己的需求选择合适的阵列类型 常用的等级有0 1 5级等类型 任务实施及方法技巧 2 RAID0

6、 常用 将多个磁盘合并成一个大的磁盘 它是将多个磁盘并列起来 成为一个大磁盘 在存放数据时 其将数据按磁盘的个数来进行分块 即把数据分成若干相等大小的小块 并把它们写到阵列上不同的硬盘上 这种技术又称 Stripping 即将数据条带化 不具有冗余 并行I O 所以 在所有的级别中 RAID0的速度是最快的 创建RAID0需要一个或多个磁盘 也就是说 单独的一个磁盘可以被认为是一个RAID0阵列 不幸的是 数据分块降低了数据的可用性 如果一个磁盘发生错误 整个阵列将会瘫痪 优点 易于实现 无容量损失 所有的存储空间都可用 缺点 无容错能力 一个磁盘出错导致损失所有阵列内的数据 任务实施及方法技

7、巧 3 RAID1 较常用 RAID1至少要有两个 只能两个 硬盘才能组成 因此也称为镜像 Mirroring 方式 即每个工作盘都有一个镜像盘 每次写数据时必须同时写入镜像盘 读数据时只从工作盘读出 当一个磁盘失效 系统可以自动地交换到镜像磁盘上 而不需要重组失效的数据 因为有镜像硬盘做数据备份 所以RAID1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的 但无论用多少磁盘做RAID1 仅算一个磁盘的容量 是所有RAID上磁盘利用率最低的一个级别 因此RAID1适合性能要求较高又需要容错功能的阵列 如数据库服务器和文件服务器 优点 读取性能较单磁盘高缺点 需要2倍的存储空间 任务实施及方法技

8、巧 4 RAID 0 1 RAID0 1条带和镜像 结合了RAID0和RAID1 条块化读写的同时使用镜像操作 RAID 0 1 允许多个硬盘损坏 因为它完全使用硬盘来实现资料备余 如果有超过两个硬盘做RAID1 系统会自动实现RAID 0 1 RAID 0 1 时至少需要4个磁盘驱动器 可以说RAID 0 1 的 安全性 和 高性能 是通过高成本来换取的 5 RAID2这是RAID0的改良版 以汉明码 HammingCode 的方式将数据进行编码后分割为独立的位元 又称位交叉 采用按位交叉存取 因为在数据中加入了错误修正码 ECC ErrorCorrectionCode 所以数据整体的容量会

9、比原始数据大一些 冗余信息开销太大 校验盘为多个 已被淘汰 6 RAID3RAID3采用Bit interleaving 数据交错存储 技术 至少由三块以上硬盘组成 以其中一块特定的硬盘来存放数据的奇偶校验位 由真实数据通过一定的算法得出 真实数据则分段存储于其余硬盘中 当一个硬盘发生故障 除故障盘外 写操作将继续对数据盘和校验盘进行操作 而读操作是通过对剩余数据盘和校验盘的异或计算重构故障盘上应有的数据来进行的 因此就算要读取一小段数据资料都可能需要所有的硬盘进行工作 所以这种规格比较适于读取大量数据时使用 优点 有冗余 硬盘利用率高缺点 读写性能差 任务实施及方法技巧 7 RAID4与RA

10、ID3相似 区别是 RAID3是按位或字节交叉存取 而RAID4是按块 扇区 存取 也就是按磁盘进行的 每次是一个盘 RAID3是一次一横条 而RAID4一次一竖条 所以RAID3常须访问阵列中所有的硬盘驱动器 而RAID4只须访问有用的硬盘驱动器 这样读数据的速度大大提高了 但在写数据方面 需将从数据硬盘驱动器和校验硬盘驱动器中恢复出的旧数据与新数据通过异或运算 然后再将更新后的数据和检验位写入硬盘驱动器 所以处理时间较RAID3长 任务实施及方法技巧 8 RAID5 最常用 RAIDLevel5是一种存储性能 数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案 它使用的是DiskStriping 硬盘分

11、割 技术 是一种旋转奇偶校验独立存取的阵列方式 它与RAID3 RAID4不同的是没有固定的校验盘 而是按某种规则把奇偶校验信息均匀地分布在阵列所属的硬盘上 所以在每块硬盘上 既有数据信息也有校验信息 这一改变解决了争用校验盘的问题 使得在同一组内并发进行多个写操作 RAID5可以理解为是RAID0和RAID1的折衷方案 RAID5具有和RAID0相近似的数据读取速度 只是多了一个奇偶校验信息 写入数据的速度比对单个磁盘进行写入操作稍慢 同时由于多个数据对应一个奇偶校验信息 RAID5的磁盘空间利用率要比RAID1高 存储成本相对较低 所以RAID5即适用于大数据量的操作 也适用于各种事务处理

12、 它是一种快速 大容量和容错分布合理的磁盘阵列 优点 最高的信息处理读取率 经济实用缺点 单独信息块的传送和单磁盘时相同 读写性能差 任务实施及方法技巧 磁盘冗余配置与实现RAID的配置与实现 任务实施及方法技巧 1 设计基于WIN2000 2003服务器的磁盘冗余以上RAID技术可以在WIN2000 2003服务器版操作系统下实现 如果没有多块硬盘或RAID控制器 利用WIN2000 2003提供的内嵌的软件RAID功能 就可以实现RAID 0 RAID 1 RAID 5 在WIN2000 2003中 物理硬盘分为两种类型 一种是基本磁盘 一种是动态磁盘 基本磁盘是包含主分区 扩展分区和逻辑

13、驱动器的物理硬盘 可以被其他操作系统访问 动态磁盘可通过WIN2000 2003中的 磁盘管理 升级得到 只包含由 磁盘管理 创建的动态卷 并由 磁盘管理 程序管理 所以不能被其他操作系统访问 软RAID被WIN2000 2003称为卷 要在Windows2003上使用软件RAID 必须把基本磁盘升级到动态磁盘 才能在动态磁盘上实现RAID技术 2 利用虚拟机实现基于WIN2000 2003的磁盘冗余多数据情况下由于实验设备配置及数量的限制无法完成磁盘冗余的实验 但是可以利用虚拟机软件 在当前的系统下安装VMWare虚拟机软件 在其中装好WIN2000 2003服务器版操作系统 并在VMWar

14、e虚拟机上添加多块SCSI硬盘 打开已经安装有WIN2003操作系统的虚拟 选择编辑虚拟机设置 EditVirtualMachineSettings 后 选择添加3块SCSI硬盘 任务实施及方法技巧 1 创建动态磁盘在Windows2003Server安装完成后 可使用升级向导将它们转换为动态磁盘 在将一个磁盘从基本磁盘转换为动态磁盘后 磁盘上包含的将是卷 而不再是磁盘分区 其中的每个卷是硬盘驱动器上的一个逻辑部分 还可以为每个卷指定一个驱动器字母或者挂接点 但是要注意的是只能在动态磁盘上创建卷 动态磁盘有以下几个优于基本磁盘的特点 卷可以扩展到包含非邻接的空间 这些空间可以在任何可用的磁盘上

15、 对每个磁盘上可以创建的卷的数目没有任何限制 Windows2003将动态磁盘配置信息存储在磁盘上 而不是存储在注册表中或者其他位置 同时 这些信息不能被准确地更新 Windows2003将这些磁盘配置信息复制到所有其他动态磁盘中 因此 单个磁盘的损坏将不会影响到访问其他磁盘上的数据 1 从基本磁盘升级到动态磁盘 依次单击 开始 所有程序 管理工具 计算机管理 选项 显示 计算机管理 窗口 在左侧控制台中依次展开 存储 磁盘管理 选项 以显示计算机中安装的所有磁盘 右击要设置为动态磁盘的硬盘 并在弹出的快捷菜单中选择 升级到动态磁盘 选项 将显示 升级到动态磁盘 对话框 选中要升级的磁盘 然后

16、单击 确定 按钮 将显示 要升级的磁盘 对话框 在这里要求用户对要升级为动态磁盘的硬盘进行确认 这样做的原因很简单 因为这一升级操作是不可逆的 也就是说 基本磁盘可以升级为动态磁盘 但动态磁盘却不能恢复为基本磁盘 单击 升级 按钮 将显示 磁盘管理 提示框 系统再次要求用户对磁盘升级予以确认 任务实施及方法技巧 单击 是 按钮 将显示 升级磁盘 警告框 在这里提示要升级磁盘上的文件系统将被强制卸下 并要求用户对该操作进一步予以确认 单击 是 按钮 系统将开始磁盘的升级过程 当升级完成后 将显示 确认 警告框 单击 确定 按钮将重新启动计算机 以完成磁盘的升级过程 注意 必须以管理员或管理组成员的身份登录才能完成该过程 如果计算机与网络连接 则网络策略设置也可能阻止我们完成此步骤 在升级磁盘之前 应该关闭在那些磁盘上运行的程序 扇区大小超过512字节的磁盘 不能从基本磁盘升级为动态磁盘 将基本磁盘升级到动态磁盘后 就再也不能将动态卷改回到基本分区 这时惟一的方法就是 必须删除磁盘上的所有动态卷 然后使用 还原为基本磁盘 命令 2 将新磁盘设置为动态磁盘 计算机安装新硬盘后 当第一次访问