网络存储技术及其备份与容灾

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1、,2018/11/27 SXTU-INC-YW,第1页,知识要点： 第一部分：网络存储技术介绍 DAS-传统存储技术 NAS-网络附加存储 SAN-存储区域网络 iSCSI-IP SAN存储技术 第二部分：备份与容灾 LAN FREE与SERVER FREE 远程磁盘镜像灾备与远程主机灾备 第三部分：主要研究领域,第一部分 网络存储技术,随着网络技术的发展，越来越多的企业使用计算机系统处理日常业务，从最早的服务器 /客户机（Server/Clinet）模式，到今天的网络计算（Network Computing）环境，今后的移动计算（Pervasive Computing）环境，对数据的请求不再

2、受时间和空间的限制。 。随着计算机的能力不断提高，数据量也在不断膨胀。一切的发展似乎已经陷入了一个可怕的循环：数据膨胀提高计算机性能导致新一轮的数据膨胀引来数据存储、利用、分析和管理都非常地复杂 数据存储和数据备份,第一部分 网络存储技术,目前的网络存储技术有SAN、NAS和iSCSI。,SAN,NAS,iSCSI,SAN主要是基于光纤通道的、面向数据块的存储，可以看成是传统总线的扩展。,NAS是在TCP/IP协议基础上提供文件的存取服务。,iSCSI则是前面两种技术在TCP/IP网络上的融合，通过把面向数据块的SCSI协议封装在TCP/IP包中，以便在TCP/IP网络上传送,传统存储技术,D

3、AS特别适合于对存储容量要求不高、服务器的数量很少的中小型局域网，其主要的优点在于存储容量扩展的实施非常简单，投入的成本少而见效快。 具体地讲，DAS问题主要有以下几点： （1）容易形成服务器到存储设备的瓶颈。 （2）影响数据的可用性。 （3）存储设备分散，不便于管理监控。 （4）容易造成存储空间浪费。 （5）对重要的数据进行备份时将会极大地占用网络的带宽。,网络附加存储技术 -什么是NAS,NAS网络附加存储，即将存储设备连接到现有的网络上，提供数据和文件服务。NAS服务器一般由存储硬件、操作系统以及其上的文件系统等几个部分组成。它基于TCP/IP协议实现文件级数据的存取服务。 NAS将存储

4、设备通过标准的网络拓扑结构连接，可以无需服务器直接上网，不依赖通用的操作系统，而是采用一个面向用户设计的、专门用于数据存储的简化操作系统，内置了与网络连接所需的协议，因此使整个系统的管理和设置较为简单。,NAS网络架构,NAS应用场合,主要面向高效的文件共享任务，适用于那些需要网络进行大容量文件数据传输的场合。 以IBM为代表的业界各大存储厂商纷纷推出NAS解决方案,网络附加存储技术,NAS的特性 （1）易于安装。,（2）易于部署。,（3）方便使用和管理。,（4）整体性能高。,（5）跨平台使用。,（6）提高数据可用性。,（7）性能价格比优异。,NAS产品是真正即插即用的产品，内置专门用于数据存

5、储的简化操作系统和网络协议，可以直接挂接到网络上。,用户可根据需要来确定NAS的物理位置，一般将其放置在访问频率最高的地方，以进一步缩短用户的访问时间并提高网络吞吐量。,客户不需安装任何额外软件，NAS服务器的设置、升级及管理均可通过Web浏览器远程实现。NAS服务器与网络直连，当增加或移去NAS设备时不会中断网络的运行。,无需应用服务器的干预，NAS设备允许用户在网络上存取数据；这样既可减小CPU的开销，也能显著改善网络的性能。,NAS独立于操作系统平台，可以支持Windows、UNIX、Mac、Linux和Netware等不同操作系统。, 采用磁盘阵列技术，NAS可保证硬件设备和数据的安全

6、与完整。 通过网络共享数据，即使相应的应用服务器不再工作了，仍然可以读取数据。 采用嵌入式操作系统，具有很强的稳定性和可靠性。 网络管理员可方便地设置用户或用户组对NAS服务器的访问权限。,NAS是精简型服务器，在硬件架构上只需CUP、内存、硬盘、网卡和主机板等。在软件方面，操作系统也是精简型系统，有些甚至是免费的Linux。,网络附加存储技术,NAS的缺点 在拥有以上优点的同时 ，有些致命的弱点： 1）只适用于较小网络规模或者较低数据流量的网络数据备份。因为NAS仍使用应用网络进行备份和恢复，LAN除了处理正常的最终用户传输流外，还必须处理包括备份的存储磁盘请求。 2）投资成本较高（后期扩容

7、成本高）而可靠度不高， 一般文件服务器没有高可用配置，存在单点故障,存储区域网络技术 -什么是SAN ?,SAN是英文Storage Area Network的缩写，通常译为“存储区域网络”，它是一种在服务器和外部存储资源或独立的存储资源之间实现高速可靠访问的专用网络。 SAN 采用可扩展的网络拓扑结构连接服务器和存储设备，每个存储设备不隶属于任何一台服务器，所有的存储设备都可以在全部的网络服务器之间作为对等资源共享。,SAN网络架构,SAN存储系统五大组成,Server （服务器） Storage（存储设备） SAN fabric（连接设备） Software（管理软件） Service（服

8、务）,SAN的特性 SAN更适合网络关键任务的数据存储，与其他存储技术相比，SAN具有以下特性： （1）高可用性 （2）高性能 （3）便于扩展 （4）可实现高效备份 ( 5 ) 适合于海量数据、关键数据的存储备份 （7）支持服务器的异构平台 （8）支持集中管理和远程管理 （9）方案实施成本相对较高,存储区域网的应用领域,1)数据共享： 由于存储设备的中心化，大量的文 件服务器可以低成本的存取和共享信息，而同时也不会使系统性能有明显的下降； 2)存储共享： 两个或多个服务器可以共享一个存储单元，这个存储单元在逻辑上可以被分成多个部分，而每个部分又连接在特定的服务器上； 3)数据备份： 使用SAN

9、，数据备份操作可以独立于原来的网络，对异构平台服务器和多数据形式进行集中备份，从而能够提高操作的性能和管理的集中； 4)灾难恢复： 使用SAN，可以采用多种手段实现数据的自动备份，而且这种备份是热备份形式，也就是说，一旦数据出错，立即可以获得该数据的镜像内容。,SAN的应用场合,SAN作为网络存储设施，旨在提供灵活、高性能和扩展的存储环境，擅长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任务数据库应用。,（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，可极大地提高企业数据备份和恢复操作可靠性和可扩展性。,

10、（3）海量存储的应用环境。例如，图书馆、银行、证券、中大型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扩展的距离。,什么是iSCSI ？,在Internet协议（IP）统治着局域网和广域网的今天，数据存储的需要也在日益增长。这两股力量似乎不可避免地要汇聚在一点。Internet小型机系统接口（iSCSI）协议整合了存储和IP网络，使通过IP网络完成存储数据块的传输成为现实。它建立在两个已被广泛应用的技术之上 -为存储而建立的SCSI命令和为网络化而建立的IP协议。 iSCSI是一种端到端的协议，用于在IP网络中传输存储I/O数据块。该协议被使用于服务器（init

11、iator）、存储设备（target）和协议传输网关设备。ISCSI使用标准的以太网交换机和路由器，将数据从服务器转移到存储设备。它还使得IP和以太网基础设施可以被用于对SAN存储系统的扩展访问，跨过任意距离完成对SAN的扩展接入。,ISCSI工作机制,iSCSI协议定义了在TCP/IP网络发送、接收block（数据块）级的存储数据的规则和方法。发送端将SCSI命令和数据封装到TCP/IP包中再通过网络转发，接收端收到TCP/IP包之后，将其还原为SCSI命令和数据并执行，完成之后将返回的SCSI命令和数据再封装到TCP/IP包中再传送回发送端。而整个过程在用户看来，使用远端的存储设备就象访问

12、本地的SCSI设备一样简单。支持iSCSI技术的服务器和存储设备能够直接连接到现有的IP交换机和路由器上，,iSCSI产品从功能上可以分为3个类别： 起始端产品、连接件产品和目标端产品,ISCSI 技术的优缺点,优势 1)连接距离更长，突破FC SAN目前10公里的局限 2)利用现有的TCP/IP基础设施来构筑SAN，网络部署成本相对较低 3)相对其他大多数协议而言：带宽高，功能强（特别是远程复制和灾难恢复），可用性强 不足 1)与其他存储协议兼容性不好,例如FC SAN 融合不能解决 2)从广域网角度说,速度仍不理想 3) 相关技术和产品正处于发展阶段,用户可以选择的余地较小,DAS、NAS

13、、SAN与ISCSI的性能特点比较,网络存储解决方案,中小型网络存储技术选择 1. 与现有应用系统的兼容性 2. 存储系统未来升级和扩展 3. 选用DAS的场合 4. 网络存储首选NAS 5. 慎选SAN和iSCSI（适合于中大型企业）,相关技术,RAID技术 HSM分层存储管理 ILM 信息生命周期 存储虚拟化技术 统一存储网 InfiniBand 接口技术 IP SAN （iSCSI、FCIP、iFCP） ,第二部分 备份与容灾,备份的三个层次 硬件级备份 软件级备份 人工级备份,硬件级备份,硬件级的备份是指用冗余的硬件来保证系统的连续运行。比如磁盘镜像，双机容错等方式。如果主硬件损坏，后

14、备硬件马上能够接替其工作，这种方式可以有效地防止硬件故障，但无法防止数据的逻辑损坏。 当逻辑损坏发生时，硬件备份只会将错误复制一遍，无法真正保护数据。硬件备份的作用实际上是保证系统在出现故障时能够连续运行，更应称为硬件容错。,软件级备份,软件级的备份是指将系统数据保存到其他介质上，当出现错误时可以将系统恢复到备份时的状态。由于这种备份是由软件来完成的，所以称为软件备份。当然，用这种方法备份和恢复都要花费一定时间。但这种方法可以完全防止逻辑损坏，因为备份介质和计算机系统是分开的，错误不会复写到介质上。这就意味着，只要保存足够长时间的历史数据，就能够恢复正确的数据。,人工级备份,人工级的备份最为原

15、始，也最简单和有效。但如果要用手工方式从头恢复所有数据，耗费的时间恐怕会令人难以忍受。,现有备份手段1,磁盘镜像(Mirroring)：可以防止单个硬盘的物理损坏,但无法防止逻辑损坏。（硬件级） 磁盘阵列(Disk Array)：磁盘阵列一般采用RAID5技术，可以防止多个硬盘的物理损坏，但无法防止逻辑损坏。（硬件级） 双机容错：SFTIII、Standby、Cluster都属于双机容错的范畴。双机容错可以防止单台计算机的物理损坏，但无法防止逻辑损坏。（硬件级） 数据拷贝：可以防止系统的物理损坏，可以在一定程度上防止逻辑损坏。（软件级）,现有备份手段2,理想的备份系统是全方位、多层次的。首先，

16、要使用硬件备份来防止硬件故障。如果由于软件故障或人为误操作造成了数据的逻辑损坏，则使用软件方式和手工方式结合的方法恢复系统。这种结合方式构成了对系统的多级防护，不仅能够有效地防止物理损坏，还能够彻底防止逻辑损坏。,系统级备份1,系统备份与普通数据备份的不同在于，它不仅备份系统中的数据，还备份系统中安装的应用程序、数据库系统、用户设置、系统参数等信息，以便迅速恢复整个系统。 与系统备份对应的概念是灾难恢复。灾难恢复同普通数据恢复的最大区别在于，在整个系统都失效时，用灾难恢复措施能够迅速恢复系统。而普通数据恢复则不行，如果系统也发生了失效，在开始数据恢复之前，必须重新装入系统。也就是说，数据恢复只能处理狭义的数据失效，而灾难恢复则可以处理广义的数据失效。,系统级备份2,Vs 拷贝 备份不等于单纯的拷贝，因为系统的重要信息无法用拷贝的方式备份下来，而且管理也是备份的重要组成部分。 Vs