數(shù)據(jù)備份技術(shù)研究及系統(tǒng)方案設(shè)計

引言：在對網(wǎng)絡(luò)實(shí)施的安全措施中，對于數(shù)據(jù)的備份是系統(tǒng)實(shí)施容災(zāi)備份實(shí)施的基礎(chǔ)，只有對與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、業(yè)務(wù)維護(hù)等相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的備份，才能在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障或?yàn)?zāi)難時通過快速恢復(fù)數(shù)據(jù)至備用的業(yè)務(wù)處理節(jié)點(diǎn)，使得備用的業(yè)務(wù)處理節(jié)點(diǎn)迅速接管業(yè)務(wù)，才能保證業(yè)務(wù)中斷時間的最小化。因此，網(wǎng)絡(luò)中與運(yùn)行、業(yè)務(wù)以及維護(hù)相關(guān)的數(shù)據(jù)是通信企業(yè)最重要的資源之一，對這些數(shù)據(jù)如何保護(hù)、進(jìn)行有效的備份是實(shí)施網(wǎng)絡(luò)安全措施的基礎(chǔ)，本文較詳細(xì)地闡述了數(shù)據(jù)備份中的關(guān)鍵技術(shù)，并提出了對于數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)方案設(shè)計的基本方法。

目前，在網(wǎng)絡(luò)中部署容災(zāi)備份的基本做法是對與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、業(yè)務(wù)開展以及管理維護(hù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的備份，并制定相應(yīng)的機(jī)制和配置冗余的網(wǎng)絡(luò)資源，在節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時由其他節(jié)點(diǎn)通過快速的恢復(fù)所備份的數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)快速的恢復(fù)故障節(jié)點(diǎn)所承擔(dān)的業(yè)務(wù)，保證業(yè)務(wù)中斷時間的最小性。在某種意義上說，對網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的備份是實(shí)施網(wǎng)絡(luò)安全的前提。

1 數(shù)據(jù)備份技術(shù)研究

1.1 數(shù)據(jù)備份考慮的關(guān)鍵問題

對數(shù)據(jù)進(jìn)行備份的兩個關(guān)鍵問題是如何選擇數(shù)據(jù)備份的范圍和備份的類型，其中對于數(shù)據(jù)備份的范圍選擇主要涉及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、業(yè)務(wù)開展以及維護(hù)管理的數(shù)據(jù)，主要包括系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件）、應(yīng)用軟件（包括業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件和程序文件等）、數(shù)據(jù)文件（用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，用戶使用業(yè)務(wù)的日志文件、用戶使用業(yè)務(wù)產(chǎn)生的話單文件等）。對于數(shù)據(jù)備份類型主要包括兩個方面：備份方式和備份周期。

對于備份方式一般包括全量備份、增量備份和差量備份三種。

對于備份周期的選擇與所備份的數(shù)據(jù)更新周期密切相關(guān)。

1.2 數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的組成

通常，完整的數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)主要由備份介質(zhì)、備份軟件、備份網(wǎng)絡(luò)以及備份管理幾個部分組成，其中

備份介質(zhì)一般由磁帶、磁陣和光學(xué)介質(zhì)三類；

目前，比較成熟的商用備份軟件產(chǎn)品有EMC公司的NetWorker、Symantec公司的NetBackup和Backup Exec系列等。除了這些商用備份軟件產(chǎn)品外，還有許多優(yōu)秀的開源備份軟件，如Amanda、Bacula、BackupPC、Restore、Burt等。一款優(yōu)秀的備份軟件需要具備加速備份、自動操作、災(zāi)難恢復(fù)等特殊功能，這些對于安全有效的數(shù)據(jù)備份是非常重要的。

備份網(wǎng)絡(luò)可以是SAN，也可以是LAN/MAN/WAN，或SAN+LAN/MAN/WAN混合方式，它是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ溃瑪?shù)據(jù)備份的效率高低與備份網(wǎng)絡(luò)有密切關(guān)系。另外，一個好的備份/恢復(fù)系統(tǒng)，除了配備有好的軟硬件之外，更需要有良好的備份策略和管理規(guī)劃來進(jìn)行保證。對于一個復(fù)雜的系統(tǒng)，必須根據(jù)各種應(yīng)用和業(yè)務(wù)的處理類型來分別制定具體的備份策略。但總體上來講，一個好的備份策略，必須考慮多方面的因素。

2 數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1 網(wǎng)絡(luò)中災(zāi)備系統(tǒng)的建設(shè)思路

在網(wǎng)絡(luò)中建設(shè)災(zāi)備系統(tǒng)保障網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和業(yè)務(wù)開展的安全，一般遵循以下思路：

其中，業(yè)務(wù)的關(guān)鍵度識別主要從數(shù)據(jù)的重要性和業(yè)務(wù)的關(guān)鍵性兩個維度來考慮，其中對于數(shù)據(jù)的重要性主要從數(shù)據(jù)價值和管理因素兩個方面來考慮，對于業(yè)務(wù)的關(guān)鍵性主要從影響范圍、客戶體驗(yàn)、關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集以及管理因素幾個方面來考慮。

在網(wǎng)絡(luò)中，災(zāi)備系統(tǒng)的容災(zāi)備份主要以兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)衡量，數(shù)據(jù)恢復(fù)時間點(diǎn)（RPO）和業(yè)務(wù)恢復(fù)時間（RTO），其中數(shù)據(jù)恢復(fù)時間點(diǎn)以數(shù)據(jù)為中心，重點(diǎn)考慮數(shù)據(jù)的恢復(fù)時間點(diǎn)與數(shù)據(jù)備份周期的關(guān)系，這決定了數(shù)據(jù)丟失量；業(yè)務(wù)恢復(fù)時間（RTO）以應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)需要考慮能夠容忍的應(yīng)用系統(tǒng)恢復(fù)時間段。

根據(jù)1992年Anaheim制定的國際標(biāo)準(zhǔn)SHARE 78的定義，容災(zāi)備份中心自動異地遠(yuǎn)程恢復(fù)任務(wù)被定義有七種層次，對于災(zāi)備系統(tǒng)建設(shè)層次的劃分主要以數(shù)據(jù)備份方式為原則，因此如何考慮數(shù)據(jù)備份方式是確定災(zāi)備系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和方式的基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的建設(shè)方式有集中建設(shè)和分散建設(shè)兩種方式，集中建設(shè)方式指多個系統(tǒng)共用一套備份系統(tǒng)用于各類數(shù)據(jù)的備份，多個系統(tǒng)各自建設(shè)自有的容災(zāi)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)某個節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時，系統(tǒng)的容災(zāi)節(jié)點(diǎn)由備份系統(tǒng)恢復(fù)相關(guān)數(shù)據(jù)，接管故障節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)；分散建設(shè)方式指每套系統(tǒng)均獨(dú)立建設(shè)自有的容災(zāi)節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的建設(shè)方式與災(zāi)備系統(tǒng)建設(shè)層次密切相關(guān)，也根據(jù)系統(tǒng)重要程度，平衡風(fēng)險損失和系統(tǒng)建設(shè)投資來確定采取不同的備份系統(tǒng)建設(shè)方式。

2.2 網(wǎng)絡(luò)中災(zāi)備系統(tǒng)方案設(shè)計原則

1）系統(tǒng)設(shè)計要具備數(shù)據(jù)備份特性

如前節(jié)所述，完善的數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)應(yīng)具備安全穩(wěn)定、全面兼容、高性能、與業(yè)務(wù)系統(tǒng)無關(guān)等特性，在進(jìn)行數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)方案設(shè)計時應(yīng)充分考慮具備這些特性。

2）合理選擇災(zāi)備層次和系統(tǒng)建設(shè)方式

在網(wǎng)絡(luò)中建設(shè)災(zāi)備系統(tǒng)，要合理選擇災(zāi)備層次和系統(tǒng)建設(shè)方式.如前節(jié)所述，容災(zāi)及數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和方式選擇主要需要考慮系統(tǒng)重要程度，平衡風(fēng)險損失和系統(tǒng)建設(shè)投資來確定，一般的來說對于業(yè)務(wù)不易中斷和恢復(fù)時間容忍度相對高的系統(tǒng)，可選擇Tier3或以下的方式建設(shè)數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)，并可采用多系統(tǒng)共用建設(shè)集中數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)、各自建設(shè)容災(zāi)節(jié)點(diǎn)的方式保證故障節(jié)點(diǎn)宕機(jī)重啟后減少數(shù)據(jù)損失的方式，一般網(wǎng)絡(luò)中如智能網(wǎng)、彩鈴系統(tǒng)可采用此種方式；對于業(yè)務(wù)關(guān)鍵度高并且恢復(fù)時長容忍度低的系統(tǒng)可采用分散建設(shè)Tier3以上的數(shù)據(jù)備份方式，并且配置容災(zāi)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用級容災(zāi)，一般網(wǎng)絡(luò)中HLR設(shè)備、計費(fèi)等數(shù)據(jù)備份采用此種方式。

3）兼顧通用需求和特性需求

數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的設(shè)計除需具備上述特性外，根據(jù)各省網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況和業(yè)務(wù)的需求不同，在進(jìn)行數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)設(shè)計時，還要對現(xiàn)網(wǎng)情況進(jìn)行充分調(diào)研，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)中存在的問題，進(jìn)一步分析備份需求，一般情況來講，數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)還有以下要求的的功能，如：

自動化備份：用戶只需制定備份策略及配置一些關(guān)鍵的系統(tǒng)參數(shù)，備份系統(tǒng)即可以根據(jù)用戶定義的備份方式周期性地進(jìn)行系統(tǒng)備份。

良好的災(zāi)難恢復(fù)：當(dāng)系統(tǒng)遇到災(zāi)害或者故障時，需要對系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)恢復(fù)，因此，要求集中備份系統(tǒng)可以根絕備份的數(shù)據(jù)做出快速完整的系統(tǒng)恢復(fù)。

支持重刪功能：隨著越來越多的企業(yè)進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的備份，對磁盤的要求也就越來越高，因此，重刪功能成為了諸多客戶對集中備份系統(tǒng)的必備需求。

支持備份壓縮：被備份數(shù)據(jù)采取適當(dāng)?shù)膲嚎s方式存儲可以有效的節(jié)約備份介質(zhì)的空間。

提供簡單有效的備份報告和恢復(fù)索引：客戶需要集中備份系統(tǒng)能供提供完整的備份報告，內(nèi)容包括原始備份計劃、備份時間及時間記錄等，并能夠提供有效的恢復(fù)索引使維護(hù)人員可以方便地找出需要的備份數(shù)據(jù)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)中災(zāi)備系統(tǒng)方案設(shè)計中考慮的重點(diǎn)問題

網(wǎng)絡(luò)中備份系統(tǒng)設(shè)計重點(diǎn)考慮的兩個問題是備份系統(tǒng)的性能指標(biāo)和備份網(wǎng)絡(luò)的建構(gòu)，其中備份系統(tǒng)的性能指標(biāo)中磁盤陣列的容量和系統(tǒng)帶寬是最關(guān)鍵的兩個指標(biāo)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)指標(biāo)計算的時候主要是針對這兩個指標(biāo)進(jìn)行計算。

對磁盤陣列的容量計算，需要確定備份對象的大小及備份類型和備份周期。假設(shè)備份對象的總?cè)萘繛锳，備份保存周期為D天，每B天進(jìn)行一次全備，其余每天僅進(jìn)行增量備份或差量備份，其備份數(shù)據(jù)量約為總?cè)萘康腃%，那么所需要的磁盤陣列的容量大小可以采用如下公式計算：

磁盤陣列總?cè)萘?A×[D/B+（D-D/B）×C%]

實(shí)際備份和恢復(fù)速度取決于網(wǎng)絡(luò)中速度最慢的環(huán)節(jié)。根據(jù)對備份和恢復(fù)數(shù)據(jù)流的路徑進(jìn)行分析，可認(rèn)識到備份和恢復(fù)主要依賴于以下一些元素：主機(jī)性能、數(shù)據(jù)所在的磁盤陣列的性能、備份網(wǎng)絡(luò)性能、備份服務(wù)器的性能、磁帶庫的性能等。其中備份網(wǎng)絡(luò)性能即系統(tǒng)帶寬，一般情況下它決定了系統(tǒng)備份的速度，系統(tǒng)帶寬的配置由所備份數(shù)據(jù)容量和備份窗口時間決定，一般的備份窗口時間為午夜-早8點(diǎn)間6-8個小時，系統(tǒng)帶寬可以按照如下公式計算：

系統(tǒng)帶寬=備份數(shù)據(jù)量/備份窗口時間

備份網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)取決于基于對現(xiàn)網(wǎng)情況的分析以及備份需求的分析，需要綜合分析各種架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)各自的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)來選取合適的架構(gòu)及其他軟硬件基礎(chǔ)。目前主要的備份架構(gòu)有如下幾種：

Host-Based架構(gòu)：該架構(gòu)是最傳統(tǒng)的一種數(shù)據(jù)備份架構(gòu)，它是將磁帶庫直接與服務(wù)器相連，因此也能為該服務(wù)器做數(shù)據(jù)備份，而且該種備份方式往往需要手動操作的方式進(jìn)行。

LAN-Base架構(gòu)：該架構(gòu)是一種基于網(wǎng)絡(luò)的備份架構(gòu)。它是以一臺服務(wù)器為備份服務(wù)器，對整個系統(tǒng)進(jìn)行備份操作，磁帶庫則連接在某臺服務(wù)器上，備份時數(shù)據(jù)是通過網(wǎng)絡(luò)備份到存儲介質(zhì)上的。

LAN-Free架構(gòu)：該架構(gòu)不會影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源，而是選擇另一條通道進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，從而提高用戶的網(wǎng)絡(luò)性能。它通常需要通過配備光纖通道適配器來將這些服務(wù)器連接到SAN上，并在服務(wù)器上配置相應(yīng)的備份管理軟件。該種架構(gòu)提高了備份網(wǎng)絡(luò)速度，但備份數(shù)據(jù)從一個存儲設(shè)備到另一個存儲設(shè)備依然需要通過應(yīng)用服務(wù)器的控制，對LAN的備份壓力主要在應(yīng)用服務(wù)器上。。

Server-Free架構(gòu)：基于LAN-Free架構(gòu)進(jìn)一步演化出了Server-Free架構(gòu)，它可以使數(shù)據(jù)流無需流過服務(wù)器，只需要從應(yīng)用服務(wù)器上獲得當(dāng)前文件系統(tǒng)或需要備份數(shù)據(jù)的信息，然后直接通過SAN直接從應(yīng)用服務(wù)器的主存儲設(shè)備將備份的數(shù)據(jù)讀取，寫入到存儲設(shè)備上。從而去除對應(yīng)用服務(wù)器的備份壓力。

3 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的安全是整個網(wǎng)絡(luò)安全的基礎(chǔ)，對網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行高效可靠的備份是實(shí)施網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)措施的基礎(chǔ)，因此綜合考慮網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)的關(guān)鍵度、投入成本等因素，建設(shè)完善的數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)對于網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)現(xiàn)是有重要意義的，也是網(wǎng)絡(luò)在發(fā)生故障時容災(zāi)系統(tǒng)能夠迅速接管，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)中斷最小化的前提。

（作者單位：山西通信通達(dá)微波技術(shù)有限公司）