中小學校園網信息存儲系統的方案分析

摘要：隨著中小學教育信息化和校園網絡的建設，校園網為學校的教學工作起到了一定的促進作用。為了更好地發揮中小學校園網絡的作用，充分利用網絡資源，網絡存儲系統在校園網中的作用和地位越來越重要。根據中小學校的特點及實際需求，分析當前存儲技術現狀及發展趨勢，并針對中小學校園網建設中的存儲需求提出相應的解決方案。

關鍵詞：存儲系統；校園網；存儲方案

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)32-1032-02

The Project Analysis of Storage System for Elementary and Middle School's Network

CHEN Lin1， HUANG Shi-quan2

(1.The Six Elementary School，Chongqing 408000，China;2.The Network Center of Yangtze Normal University，Chongqing 408000，China)

Abstract: With the education informationization and network construction of the Elementary and middle school， the network certain promoter action for school teaching profession. In order to enhance function of network， using the network resource fully， the network storage system's is getting more and more important in network's application. According to middle and elementary school's characteristic and the requirement， analysis the current storage technology present and the trend of development. And propose the corresponding solution with the storage requirement of middle and elementary school's network construction.

Key words: storage system; network; storage project

隨著中小學教育信息化和計算機網絡技術對于中小學應用的普及，很多中小學校的教學資源容量呈逐年增加的趨勢，有的學校已經達到幾TB的信息量，對于網絡存儲擴容和升級速度的需求，已經遠遠超出了對服務器的CPU和內存升級速度。數據存儲的矛盾日漸突出，如何更好地管理呈指數級增長的數據存儲容量，實現多平臺和異構性數據的共享和管理成為一個迫在眉睫的問題，同時學校的教學資源也必須保證每天處于就緒狀態。這使得原有傳統的存儲空間和存儲方式無法滿足實際需求，影響資源的充分利用。

1 中小學信息存儲的需求

中小學的校園網絡信息存儲系統，需求相對簡單，雖然不能和很多大學相比，但網絡信息存儲系統是信息化校園建設與發展規劃中的一個重要項目，該系統主要要求保障信息化校園環境下信息數據的安全存儲和備份，以及利用數據存儲的安全性提供全校范圍內的數據存儲服務。

經過調查和分析，中小學校園網絡數據存儲需求及應用主要在以下幾方面：1）學校Web網站：這是學校對外的一個窗口，學校的管理部門和教學部門一般都有自己的WWW服務空間，同時學校一般還設有教學論壇等服務于教學的功能，雖然以上服務所占存儲空間不大，但這些網絡資源都比較重要；2）由于教學需要，中小學校都有大量的視頻資料、教學課件、試題庫、案例庫、電子圖書館和網絡課程等，這些信息資源都需要大容量的存儲空間和能力；3）FTP服務，為老師和學生個人用戶提供教學資源下載，更好的服務于教學，同時也可利用FTP的上傳功能，實現信息資源共享；4）一些重要的軟件系統（如辦公系統、電子教務系統等）包含了大量的有關學生學習和老師教學的重要信息數據。此外，少部分中小學已經實現了校園一卡通系統.一卡通系統不僅要求數據的絕對準確和安全，而且要求24小時工作，對穩定性、可靠性、處理能力和網絡性能都要求很高。

校園網絡存儲需求概括起來，主要包括如下幾個方面：1）需要大容量的網絡存儲設備，存儲日益增長的數據；2）對存儲平臺要求多用戶、跨平臺共享數據和具有安全的管理模式；3）要求能夠集中管理數據和擁有完善的數據保護和恢復措施；4）具有良好的存儲可擴展性。

2 存儲技術的分類

隨著存儲技術的發展，網絡化存儲成為全新的存儲方式，網絡化存儲提供了巨大的存儲能力和優異的靈活性，網絡化存儲為校園網存儲系統提供了新的方式。目前網絡化存儲主要有以下幾種：

1）直連方式存儲(Direct Attached Storage—DAS)。顧名思義，在這種方式中，存儲設備通過電纜（通常是SCSI接口電纜）直接與服務器聯接。I/O請求直接發送到存儲設備。

2）網絡連接存儲(Network Attached Storage—NAS)。NAS設備通常是集成了處理器和磁盤（磁盤柜），通過LAN或WAN連接到TCP/IP網絡上，通過文件存取協議(例如NFS，CIFS等)存取數據。NAS將文件存取請求轉換為內部I/O請求。

3）存儲區域網絡(Storage Area Network—SAN)。存儲設備組成單獨的網絡，大多利用光纖連接，服務器和存儲設備間可以任意連接。I/O請求也是直接發送到存儲設備的。如果SAN是基于TCP/IP網絡的，則通過iSCSI技術，實現IP-SAN網絡。

3 網絡存儲方案的性能特點及其比較、選擇

1）直連方式存儲(DAS)：存儲設備是通過電纜（通常是SCSI接口電纜）直接到服務器。其特點是費用低，適合于單獨或兩臺小型集群的服務器連接。這種基于網絡的存儲系統一般采用TCP/IP或SCSI協議。并且，遠程用戶在發送數據包時也不得不忍受LAN服務器和通過TCP/IP網絡所帶來的大的時間延遲。另外，網絡和SCSI總線都不能實現容錯功能，如果一個SCSI驅動器或一個LAN的連接導致服務器出錯，或者SCSI服務器需要維護，都將影響用戶的正常訪問。可是在這種連接方式下，每臺PC或服務器單獨擁有自己的存儲磁盤，容量的再分配比較困難；對于整個環境下的存儲系統管理，工作煩瑣而重復，沒有集中管理解決方案，所以整體成本較高。

2）網絡連接存儲(NAS)：首先，NAS可以不需要服務器就可以直接上網，不依賴通用的操作系統，而是采用一個面向用戶設計的、專門用于資料存儲的簡化的操作系統，它內置了與網絡連接所需要的協議，因此，整個系統的設置和管理較為簡單；第二，NAS是真正的即插即用的產品，物理位置靈活，既可放置在工作組內，也可放在其它地點與網絡相連；第三，存儲設備直接掛網，實現文件級的資料共享，不同廠家的設備互連性好，可擴展性好。NAS服務器致力于文件服務和存儲，其數據處理是“文件級”(file level)。NAS同時支持多個操作系統，并將數據處理從應用服務器中分離出來。但是，當資料存儲發展到一定規模，NAS的缺陷就顯露出來，如數據服務器和數據管理形成了網絡的雙重負擔；磁盤陣列也必須配置專用的文件服務器，后期擴容成本高；通過網絡協議的訪問方式，對存儲系統的資料安全構成威脅；與LAN共享同一物理網絡，容易形成擁塞而影響性能。

3）存儲區域網絡(SAN)：存儲設備組成單獨的網絡，大多利用光纖連接，服務器和存儲設備間可以任意連接。I/O請求也是直接發送到存儲設備。如果SAN 是基于TCP/IP的網絡，則通過iSCSI技術， 實現IP-SAN網絡。數據處理是“塊級”(blocklevel)，而不是文件級。SAN提供無限制的存儲、快速訪問、可擴展等功能以及優良的數據存儲和恢復機制。存儲區域網絡具有不少優勢。1）可擴展性高，存儲硬件功能的發揮不受LAN的影響；2）易于管理，集中式管理軟件使遠程管理和無人值守得以實現，因而可以為大數據量的關鍵任務應用方面提供7＊24小時不見斷的工作特性；3）具有高可用性，容錯和故障修復診斷能力強，特別適合于存儲容量大的工作環境。然而，SAN的適用性和通用性較差，在系統的安裝和升級方面效率不高，成本也比較高。

4）DAS、SAN和NAS的綜合比較與選擇：NAS與SAN都是在DAS的基礎上發展起來的，是新型數據存儲模式中的兩個主要發展和應用方向。NAS相對于SAN和DAS的安裝較簡單；在文件共享方面，NAS提供完全跨平臺文件共享，支持常用操作系統；DAS不能提供跨平臺文件共享功能，各系統平臺下文件需分別存儲；SAN結構可以利用多臺主機到同一存儲設備的連通性來保證實現更有效的數據共享，而目前采用的方法多是通過一臺文件服務器的服務來實現共享；在系統管理方面，NAS管理更簡單；在SAN上，所有的磁盤和磁帶庫都可以進行資源再分配，所以，從擴展的角度，SAN更易于管理和投資保護，DAS管理較復雜，由于各系統平臺文件系統不同，增容時需對各自系統分別增加數據存儲設備及管理軟件；在擴充性方面，相對于SAN，NAS的可擴展性較小，DAS增加硬盤后重新做RAID，必須宕機，將中斷服務。

4 中小學校園網網絡存儲方案的具體選擇

隨著校園信息資源的迅速增加，必須選擇一個合理、有效的存儲方案。網絡存儲方案的選擇，要考慮到現有的設備投資以及校園網絡發展的需要，選擇一個合理、全面的存儲方案。以網絡化存儲解決學校的信息存儲需求，各種文件及數據與數據塊級數據進行集中存儲、管理和備份，并在此基礎上充分考慮未來的擴展性是中小學校園網絡信息存儲的必然需求。考慮到中小學校的特點，在校園網存儲方案選擇上可作如下參考：

1）兼顧成本，中小學校園網中對存儲應用需求遠未達到大學、銀行、電信等對存儲應用需求的水平，如果盲目地采用不適合自身的技術，勢必導致不必要的浪費。如果已有的存儲方式通過擴展可以滿足用戶的需求，建議采用當前的方式，因為可以節約一大筆設備投資。對于中小規模校園網的信息存儲，NAS是當前一個很好的選擇。因此，在中小學校園網存儲系統建設或改造過程中，還是應該按客觀實際需求，本著實用原則，選用適合自身條件的，高效、易管理、低成本的存儲解決方案。

2）同時，中小學在校園網絡存儲的建設中，還應注意以下問題：存儲空間受到服務器設備的限制，在進行存儲擴展時，成本是否過高；隨著應用服務器數量的逐步增加，存儲磁盤的實際利用率可能降低；存儲依賴于服務器，服務器不可用時，存儲也即癱瘓；數據如果分散在各個應用服務器的存儲空間里，則無法被方便共享和集中管理；對數據進行備份/恢復時，占用服務器和局域網資源的程度如何，以及操作是否方便。

3）少數中小學校園網的規模比較大，要求實現應用服務器的整合和數據共享，以及基于Block I/O的數據庫應用，SAN是合適的選擇。如果已有SAN，就擴展現有的容量。服務器數量多，存儲設備多，SAN是更好的方案。

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