淺談ＩＰ ＳＡＮ存儲技術(shù)在高校數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用研究

摘要：本文介紹了目前比較流行的網(wǎng)絡(luò)存儲FC SAN和IP SAN技術(shù)，并對它們的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，闡述了iSCSI協(xié)議及其工作原理。結(jié)合高校數(shù)據(jù)中心存儲的需求分析，給出了一種基于iSCSI協(xié)議的經(jīng)濟(jì)實(shí)用、高性價比的高校數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：FC SAN; IP SAN; iSCSI協(xié)議

中圖分類號：TP274文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)05-10ppp-0c

1 引言

隨著高校信息化水平的快速發(fā)展，高校網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)存儲量成幾何級數(shù)急劇膨脹，海量數(shù)據(jù)的存取要求數(shù)據(jù)中心具有更高的數(shù)據(jù)吞吐量、更快的I/O傳輸速率和很高的安全性能。傳統(tǒng)的以服務(wù)器為中心的分散式存儲系統(tǒng)在管理方式、容量和擴(kuò)展性以及數(shù)據(jù)保護(hù)方面，都已很難支持?jǐn)?shù)據(jù)中心急速增長的信息服務(wù)需求，基于IP的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(StoragArea Network，簡稱SAN)逐漸成為高校數(shù)據(jù)中心的發(fā)展方向，本文介紹了IP SAN在高校數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用。

2 高校數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)特點(diǎn)及存儲需求分析

為了能夠更好的發(fā)揮高校數(shù)據(jù)中心的作用，為用戶提供高速、安全的數(shù)據(jù)信息服務(wù)以及海量的存儲服務(wù)，有必要對于高校數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)存儲進(jìn)行需求分析。

2.1 數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的特點(diǎn)

分析數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)存儲需求，我們需要對數(shù)據(jù)中心的特點(diǎn)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)中心作為高校信息化建設(shè)中的一個重要組成部分，以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為平臺，為學(xué)校的教育教學(xué)、科研以及日常管理等工作提供全方位的數(shù)據(jù)支持，其主要具有以下特點(diǎn)：

（1）應(yīng)用系統(tǒng)多，管理難度大。根據(jù)需要，高校數(shù)據(jù)中心一般建有校園門戶系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)、數(shù)字圖書館、多媒體資源庫等系統(tǒng)，為了獲得更好的系統(tǒng)性能和更加穩(wěn)定的服務(wù)，不同的應(yīng)用系統(tǒng)需要搭建在相互獨(dú)立的服務(wù)器上，并且對操作系統(tǒng)也有不同的要求，因此，在數(shù)據(jù)中心中往往存在多種操作系統(tǒng)和大量的服務(wù)器，這對日常的管理和維護(hù)提出了更高的要求，管理工作量多、難度大。

（2）數(shù)據(jù)類型多，存儲需求復(fù)雜。數(shù)據(jù)中心為用戶提供豐富的教學(xué)資料和教學(xué)信息，比如：教師的電子課件、教學(xué)錄像、科研數(shù)據(jù)等，這些信息已不僅僅局限于以文本形式來傳播，更多的是以文本、圖形、圖像、音視頻等不同形式來展現(xiàn)，因此，在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中存在著多種多樣的數(shù)據(jù)類型，這些數(shù)據(jù)在實(shí)際應(yīng)用中有I/O請求頻繁、響應(yīng)要求快、系統(tǒng)可靠性要求高等特點(diǎn)，因此在應(yīng)用上對數(shù)據(jù)存儲容量、數(shù)據(jù)傳輸速度等方面有較高的要求。

（3）用戶多、訪問量大。應(yīng)用于輔助學(xué)校教育教學(xué)工作以及日常管理工作的數(shù)據(jù)中心，需要同時為教師、學(xué)生和管理人員服務(wù)，每天都有大量的用戶訪問數(shù)據(jù)中心的信息資源，這對數(shù)據(jù)中心的存儲系統(tǒng)是一個嚴(yán)峻的考驗(yàn)：一方面，頻繁的數(shù)據(jù)訪問要求存儲系統(tǒng)要有較快的響應(yīng)速度和存取速度；另一方面，需要有足夠的帶寬保證大容量的數(shù)據(jù)流能夠穩(wěn)定的傳輸，因此，存儲系統(tǒng)的性能和構(gòu)架都是影響數(shù)據(jù)中心良好運(yùn)行的重要因素。

2.2 數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)的要求

數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用系統(tǒng)多、數(shù)據(jù)類型復(fù)雜、用戶多的特點(diǎn)，決定了數(shù)據(jù)中心絡(luò)存儲系統(tǒng)需要滿足一些基本要求：

2.2.1 提供集中存儲的平臺

分散的獨(dú)立存儲存在兩點(diǎn)不足：首先，對存儲的管理必須通過對單獨(dú)的服務(wù)器來進(jìn)行，造成存儲管理上的復(fù)雜性增大；其次，不易實(shí)現(xiàn)存儲空間的共享，無法充分利用已有的存儲空間，造成資源的浪費(fèi)，這些不足對于應(yīng)用多，服務(wù)器多的數(shù)據(jù)中心顯得更加突出。而集中的數(shù)據(jù)存儲為所有應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的存儲服務(wù)，既簡化了存儲的管理，又實(shí)現(xiàn)了存儲空間的共享。

2.2.2 海量的存儲空間

存儲容量的大小是數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的基礎(chǔ)，在信息化社會的今天，以視頻為代表的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用系統(tǒng)中使用的比重逐漸增加，大容量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)極大的提高了數(shù)據(jù)中心對于海量存儲的需求，海量存儲空間、靈活的擴(kuò)展方式都以成為數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)的必要組成。

2.2.3 快速的I/O響應(yīng)、強(qiáng)大的傳輸能力。

數(shù)據(jù)中心用戶眾多，I/O請求特別是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的請求頻繁，要求存儲系統(tǒng)必須有快速的響應(yīng)速度，因此，存儲系統(tǒng)高性能的I/O處理能力、充足的內(nèi)部帶寬是數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)高效運(yùn)行的保障。

3 主流的SAN技術(shù)及優(yōu)劣比較

目前市場上主要有基于FC(Fibre Channel光纖通道)技術(shù)的SAN和基于IP技術(shù)的SAN。

3.1 FC SAN技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)分析

FC SAN是一種利用FC協(xié)議將服務(wù)器與存儲設(shè)備連接起來的網(wǎng)絡(luò)，通過它數(shù)據(jù)可以在服務(wù)器和存儲設(shè)備之間以及存儲設(shè)備和存儲設(shè)備之間以塊的形式直接傳送。它有很多優(yōu)點(diǎn)，如高性能、高可用性、高可擴(kuò)展性;便于集中存儲和管理實(shí)現(xiàn)LAN數(shù)據(jù)備份而不占用LAN帶寬;能夠提供海量的存儲空間，能夠在線擴(kuò)充容量等。但FC SAN也有不少缺點(diǎn)，比如：設(shè)備的互操作性較差，不同廠商的FC的具體實(shí)現(xiàn)不完全相同，這在客觀上造成不同廠商的產(chǎn)品之間難以互相操作。構(gòu)建和維護(hù)SAN需要有豐富經(jīng)驗(yàn)的、并接受過專門訓(xùn)練的專業(yè)人員，這大大增加了構(gòu)建和維護(hù)費(fèi)用，并且管理比較復(fù)雜、對技術(shù)人員的要求高。同時FC SAN的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備都非常昂貴，構(gòu)建FC SAN需要大量的資金投入，包括光纖網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)HBA卡、光纖磁盤陣列等等。

3.2 IP SAN技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)分析

2003年，IETF通過的iSCSI技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是由IBM、思科等公司發(fā)起，是一種在Internet協(xié)議網(wǎng)絡(luò)上，特別是以太網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。也就是說，用戶可以基于IP來實(shí)現(xiàn)存儲。目前，存儲技術(shù)在基于IP SAN的標(biāo)準(zhǔn)上而逐步完善，允許用戶通過TCP/IP來構(gòu)建存儲區(qū)域網(wǎng)。

IP SAN可以實(shí)現(xiàn)大范圍的存儲空間共享，不受地域的限制。訪問速度快，基于以太網(wǎng)的傳輸，實(shí)現(xiàn)100M－1000M甚至更高的連接速度。安全性高：采用身份認(rèn)證、密鑰等技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全機(jī)制確保了存儲安全。設(shè)備兼容性好：基于IP技術(shù)的存儲，解決了FC SAN的兼容性問題，在目前比較流行的操作系統(tǒng)下均可實(shí)現(xiàn)；無距離限制：距離隨著IP可達(dá)而擴(kuò)展，這也是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程容災(zāi)中心和控制中心的基礎(chǔ)。成本低：在各類服務(wù)器等設(shè)備上基本都標(biāo)配IP網(wǎng)卡，相對于目前還是很昂貴的光纖網(wǎng)卡而言成本是IP SAN的一大優(yōu)勢。管理簡單：基于IP設(shè)計的IP SAN技術(shù)，可在已有的平臺和軟件中嵌套、重新設(shè)計新的管理模塊，提供了豐富的管理方式。

但I(xiàn)P SAN也有一定的缺陷，比如：速度不如FC SAN架構(gòu)：由于依托IP網(wǎng)絡(luò)，基于目前IP網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)條件約束，速度自然不如完全依托光纖傳輸?shù)腇C SAN。過度依靠軟件：所有存儲分配和備份以及其他各項(xiàng)功能都依靠軟件來實(shí)現(xiàn)，軟件的可靠性，復(fù)雜性等都是直接影響IP SAN存儲的因素。穩(wěn)定性：IP網(wǎng)絡(luò)由于傳輸距離遠(yuǎn)，相應(yīng)的故障點(diǎn)較FC SAN的近距離光纖要多一些。隨著IP網(wǎng)絡(luò)的不斷優(yōu)化，傳輸線路和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的完善，穩(wěn)定性會大大提高。

4 構(gòu)建IP SAN的關(guān)鍵技術(shù)－ISCSI

ISCSI是IETF制定的一種基于互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)存儲協(xié)議。ISCSI存儲技術(shù)是目前應(yīng)用最廣，最成熟的SCSI和TCP/IP兩種技術(shù)的結(jié)合與發(fā)展。因此，這兩種技術(shù)讓ISCSI存儲系統(tǒng)成為一個開放式架構(gòu)的存儲平臺，系統(tǒng)組成非常靈活。如果我們以局域網(wǎng)方式組建ISCSI存儲系統(tǒng)，只需要投入少量資金，就可以方便、快捷地對數(shù)據(jù)和存儲空間進(jìn)行傳輸和管理。ISCSI實(shí)際上也屬于SAN家族中的一名成員，它可用來構(gòu)建基于IP的SAN，讓遠(yuǎn)程用戶也可共享ISCSI存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和存儲空間。下面來看一下它的工作流程。

當(dāng)客戶端發(fā)出一個數(shù)據(jù)、文件或應(yīng)用程序的請求后，操作系統(tǒng)機(jī)會根據(jù)客戶端請求的內(nèi)容生成一個SCSI命令和數(shù)據(jù)請求，SCSI命令和數(shù)據(jù)請求通過封裝后會加上一個信息包標(biāo)題，并通過以太網(wǎng)傳輸?shù)浇邮斩耍划?dāng)接收端接收到這個信息包后，會對信息包進(jìn)行解包，分離出的SCSI命令與數(shù)據(jù)，而分離出來的SCSI命令和數(shù)據(jù)將會傳輸給存儲設(shè)備，當(dāng)完成一次上述流程后，數(shù)據(jù)又會被返回到客戶端，以響應(yīng)客戶端ISCSI的請求。下圖是一個ISCSI系統(tǒng)的大體結(jié)構(gòu)圖。

圖1 ISCSI系統(tǒng)的大體結(jié)構(gòu)圖

5 IP SAN的設(shè)計

在數(shù)據(jù)中心建立存儲系統(tǒng)，可以選用支持iSCSI協(xié)議的虛擬存儲交換機(jī)連接光纖磁盤陣列柜，共同構(gòu)成IP-SAN的核心端，作為整個數(shù)據(jù)中心的存儲核心，只要聯(lián)入局域網(wǎng)的計算機(jī)都可以使用存儲系統(tǒng)里的存儲空間，使得整個存儲系統(tǒng)具有高擴(kuò)展性。光纖磁盤陣列采用雙控制器，而且兩臺磁盤陣列互為備份；兩臺存儲交換機(jī)進(jìn)行群集，提供雙機(jī)熱備負(fù)載均衡，從而保證整個系統(tǒng)的高可靠性。 為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎桶踩裕诿總€需要上傳數(shù)據(jù)的服務(wù)器上安裝iSCSI 硬件卡 、千兆以太網(wǎng)卡， 構(gòu)成IP SAN的前端，與核心端對應(yīng)，存儲交換機(jī)采用2G的光纖存儲通道，保證高速數(shù)據(jù)傳輸能力。同時采用高性能千兆以太網(wǎng)交換機(jī)來保證系統(tǒng)的高性能。另外，所有設(shè)備（磁盤陣列、存儲交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等）都支持SNMP協(xié)議，可以通過相應(yīng)的圖形化網(wǎng)管軟件對設(shè)備進(jìn)行管理。

6 結(jié)束語

目前，隨著存儲技術(shù)的不斷發(fā)展，IP SAN存儲已經(jīng)成為高校數(shù)據(jù)中心采用較多的存儲技術(shù)，這種存儲方式結(jié)構(gòu)簡單，可擴(kuò)展性強(qiáng)，構(gòu)建成本低，同時還可以整合存儲空間以便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，是一種非常方便實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)存儲方法。通過本文的介紹，希望能夠給讀者起到拋磚引玉的作用，為大家構(gòu)建高效經(jīng)濟(jì)的高校數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)存儲方案提供一定的參考。

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收稿日期：2007-12-23

作者簡介：劉琰（1976-），河南濮陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)中心主任、軟件工程碩士。