基于MPLS VPN網絡的云存儲技術研究

吳春祥，謝建華

（1.廣州工程技術職業學院信息工程系，廣州510075；2.廣州番禺職業技術學院信息工程學院，廣州511483）

基于MPLS VPN網絡的云存儲技術研究

吳春祥1，謝建華2

（1.廣州工程技術職業學院信息工程系，廣州510075；2.廣州番禺職業技術學院信息工程學院，廣州511483）

在信息時代的數據爆炸性增長趨勢下，眾多互聯網運營商推出自己的云存儲系統，但在云端數據存儲的安全上還有待進一步研究。研究一種基于MPLS快速數據包交換與路由的云存儲技術，利用運營商提供的公共網絡創建自己的私有虛擬網絡，網絡存儲節點之間建立私有廣域連接，管理分布在不同地域的存儲節點，通過MPLS VPN隧道技術實現數據在私有云存儲網絡的同步透明傳輸，保證存儲節點中數據免于被竊取或篡改。

多協議標記轉換；隧道技術；虛擬專用網絡；虛擬化；云存儲

0 引言

隨著計算機網絡技術發展及其覆蓋范圍不斷延伸，網絡數據呈爆炸性增長。據統計國內一線存儲服務商每天的用戶數據新增量已經達PB為單位。眾多互聯網運營商推出了自己的云存儲系統(如百度云、騰訊云、阿里云等），但總體上看其優勢顯現在于大容量、移動訪問等方面，但對云端數據存儲的安全保障，比傳統的存儲技術卻沒有明顯大幅度的改進。

云存儲是指通過集群、網格、分布式等技術，使網絡中不同類型的存儲設備協同工作，對外提供數據存儲訪問功能，保證數據的安全性，并節約存儲空間[1]。本文主要研究基于MPLS VPN連接的云端存儲節點管理服務器上的運行的服務程序（進程）的功能實現，構建基于MPLS VPN的云存儲系統應用案例，并測試其功能和性能。

1 存儲網絡技術比較

專線電路交換和IP VPN是傳統數據存儲網絡組網技術。電路交換數據存儲網絡，在擴展性、安全性、管理和維護等方面存在較多不足[2]。IP VPN（Virtual Private Network,虛擬專用網）通過IP協議對數據包的加密和數據包目標地址的轉換實現遠程訪問，數據存儲安全得到提高，但在異構網絡數據傳輸和QoS尚有欠缺。

基于MPLS（Multi-Protocol Label Switch,多協議標簽交換）的VPN能克服傳統IP網絡的缺陷，提高數據傳輸網絡的異構性、安全性，適應遠距離大分組數據傳輸的需求[3]。通過MPLS VPN將數據分布存儲在異地異構的云存儲節點，用于大數據業務系統私有數據存儲，能極大提高數據安全性。

2 關鍵性技術研究

2.1 虛擬化存儲技術

存儲節點管理的關鍵在于如何高效合理地管理好存儲節點上物理存儲空間與服務器邏輯存儲空間及兩者之間的虛擬映射關系，從而最大限度提高數據傳輸與訪問吞吐量[4]。

對每一個存儲節點的數據訪問是通過三個層次、二次映射實現。最底層的存儲介質（磁盤、光盤、磁帶），按RAID組合成中間層的存儲陣列組，從而產生超大容量的物理存儲空間；然后中間層的物理存儲空間，映射為虛擬存儲分區。服務器連接對應的磁盤、光盤、磁帶等讀寫模塊，并通過服務器所運行的操作系統底層調用來訪問虛擬存儲空間，如圖1。

圖1 三層虛擬化存儲

2.2 遠程數據監測技術

要求數據存儲節點7×24穩定運行,需要對其運行狀態進行實時監測,檢測到異常消息后的處理過程如下:

（1）解析消息,分析消息的級別,并通知日志記錄模塊寫入異常日志。

（2）向命令處理子模塊發送異常警報,由該模塊將異常警報打包成命令放入報告隊列,以便通知聯機的配置終端。

（3）對于較嚴重異常,監控模塊將向預先設置的告警中心發送警報。

（4）對于嚴重異常,狀態監控子模塊將系統關機以保護硬件。

2.3 數據傳輸技術

管理員通過客戶端瀏覽器經由MPLS VPN隧道遠程登錄到存儲管理界面進行配置、管理及監控。網絡管理服務程序對存儲節點的管理，是通過相應的硬盤、光盤或磁帶控制接口卡，并通過服務器所運行的操作系統底層調用來實現。數據存儲系統服務程序向上層提供數據包（包括命令和數據幀，加校驗碼），用戶界面通過解析數據包配置和管理存儲設備信息。

采用XML格式可實現數據在各種不同主機服務器上跨平臺透明傳輸。服務器程序通過獲取存儲節點的信息保存在XML文件中，通過網絡傳遞到客戶端，在客戶端利用腳本編程將XML文件中的信息用樹形結構的圖形化方式顯示在網頁上；用戶在客戶端的網頁上通過圖形界面進行存儲設備的虛擬配置和管理，通過XML的形式提交到后臺服務程序。后臺經過分析該XML文件后，并調用相應的命令具體實現用戶對存儲節點的配置和管理。

數據是經終端主機發送到VPN遠程傳輸數據中心存儲節點，再存儲節點的邏輯存儲空間映射并回寫到物理存儲空間，數據傳輸與存儲的兩個過程都可看作在本地完成，數據被竊取或篡改的概率極小。

3 云存儲系統構建

通過支持MPLS VPN快速路由交換的高速廣域網將分布在不同地理區域的數據中心存儲節點和存儲管理服務器聯網的基礎上，構建圖2所示的云存儲應用系統[5]。

圖2 云存儲系統構架

4 系統性能測試

系統性能測試分別在10M、20M、100M采用MPLS VPN的網絡環境下進行，MPLS數據包成為系統中要測試的數據存儲系統節點的I/O數據包。通過IOmeter測試軟件對系統反復進行測試后的性能指標，測試結果如圖4所示。從測試結果分析，系統I/O（輸入/輸出）數據包大小與網絡帶寬正相關，隨著帶寬提高，I/O數據包大小呈現顯著加大；數據傳輸率和I/O數據包處理率逐步提高；而降低系統性能的反應時間無明顯變化。基于MPLS VPN技術的數據存儲網絡兼容DDN及IP VPN網，在現有局域網和廣域網上同樣可以進行仿真，更好地解決了測試范圍和完備性問題。

5 結語

本文研究的基于MPLS VPN的云數據存儲技術，可將網絡中的分布式數據存儲節點聚合映射為某個數據中心的存儲管理服務器的邏輯存儲空間。該技術為大規模數據存儲網絡應用提供了框架和通用功能模塊，降低系統開發成本。在該技術基礎上構建的數據存儲系統，能在更大范圍減少對遠程對存儲節點的現場操作，實現無人值守管理模式，提高數據存儲系統的運營效率。

圖3 系統測試結果

[1]侯清鏵，武永衛，鄭緯民,等.一種保護云存儲平臺上用戶數據私密性的方法[J].計算機研究與發展,2011,48（7）:1146-1154.

[2]吳騰.企業廣域網遠程VPN連接方案[J].計算機與信息技術,2008,89（5）:86-87.

[3]甘朝欽.向下一代網絡演進最現實合理的選擇—MPLS L2 VPN[J].電信技術，2004，（3）:57-59.

[4]申新鵬，曾雷杰,趙曉南.磁盤陣列上虛擬磁盤的管理[J].現代電子技術，2010,331（20）:144-146.

[5]尹玉冰，孫競，余宏亮.一種廣域網環境下的分布式冗余刪除存儲系統[J].中興通訊技術，2010，16（5）:20-23.

Abstract：

With the explosive growth of data onto networks in information age,many Internet operators launch their own cloud storage system,but the overall view of its advantages in large capacity,mobile access,but the security of the cloud data storage,compared with the traditional stor?age technology has not significantly improved.Studies a fast packet switching and routing technology,which is based on the public network to create their own private virtual network,the network storage nodes to establish a private wide area connection,and management the stor?age nodes through the VPN MPLS tunnel technology to achieve data in the private cloud storage network of the synchronous transparent transmission,to keep the data in cloud storage node from steeling or tampering.

Keywords：

Multi-Protocol Label Switch(MPLS);Tunneling;Virtual Private Network(VPN);Virtualization;Cloud Storage

Research on Cloud Storage Technology Based on MPLS VPN

WU Chun-xiang1,XIE Jian-hua2
（1.Department of Information Engineering,Guangzhou Institute of Technology,Guangzhou 510075；2.School of Information Engineering,Guangzhou Panyu Polytechnic,Guangzhou 511483）

2017-03-28

2017-05-28

1007-1423（2017）18-0041-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.18.010

廣州市屬高校科研項目（No.1201630601）

吳春祥（1982-），男，江西撫州人，碩士，工程師，研究方向為物聯網應用技術

謝建華(1978-），男，江西撫州人，博士，副教授，研究方向為虛擬現實技術