彭英

（岳陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，湖南岳陽 414000）

基于IP SAN構(gòu)建校園網(wǎng)存儲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計

彭英

（岳陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，湖南岳陽 414000）

針對校園網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)存儲的需求特點(diǎn)，在當(dāng)前流行的存儲模式中選取SAN作為校園存儲網(wǎng)絡(luò)框架。在SAN的兩個主流分支中，對比FC SAN，分析IP SAN技術(shù)的優(yōu)勢及可靠性，以此為基礎(chǔ)，提出并設(shè)計基于IP SAN架構(gòu)的校園網(wǎng)絡(luò)存儲解決方案，將方案實際上線運(yùn)行。結(jié)果表明，所設(shè)計的方案能夠滿足應(yīng)用需求。

存儲；校園網(wǎng)；IP SAN

隨著高校大力開展信息化教學(xué)，校園網(wǎng)上各種應(yīng)用越來越多，越來越復(fù)雜，用戶數(shù)也不斷增長。做好大容量數(shù)據(jù)的存儲，解決數(shù)據(jù)安全問題和傳輸問題的矛盾，成為迫切需要。校園網(wǎng)存儲系統(tǒng)解決方案的設(shè)計是信息化校園建設(shè)與發(fā)展規(guī)劃中的一個重要內(nèi)容。

大數(shù)據(jù)量對存儲系統(tǒng)提出很高要求，傳統(tǒng)存儲模式[1]如DAS（Direct Attach Storage，直接連接存儲）和NAS（Network Attach Storage，網(wǎng)絡(luò)附加存儲）已經(jīng)很難適應(yīng)這種需求，SAN（Storage Area Network，存儲區(qū)域網(wǎng)）應(yīng)運(yùn)而生。在SAN架構(gòu)中，存儲設(shè)備由專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接起來，存儲服務(wù)轉(zhuǎn)移到存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)分開，數(shù)據(jù)訪問不占用網(wǎng)絡(luò)帶寬，從而達(dá)到快速、高效[2]。目前，SAN又出現(xiàn)兩個主流分支：FC SAN和IP SAN[3]，其中，IP SAN隨著iSCSI協(xié)議（internet SCSI協(xié)議）的發(fā)展已成為存儲界最受關(guān)注的技術(shù)。

1 IP SAN系統(tǒng)的優(yōu)勢和特點(diǎn)

SAN架構(gòu)中，存在IP SAN和FC SAN兩種，其中，IP SAN基于iSCSI協(xié)議，而FC SAN基于FC（Fiber Channel，光纖通道）協(xié)議[4]。在存儲領(lǐng)域，性能最高的傳輸協(xié)議非光纖通信協(xié)議莫屬。FC SAN就是光纖通信協(xié)議在存儲領(lǐng)域的成功應(yīng)用，但其昂貴的價格和較高的管理門檻及技術(shù)成本，使中小企業(yè)只能望洋興嘆。相對而言，IP SAN更平民化，主要具有以下優(yōu)勢[5]：

1.1.1 購置成本低廉，易于管理維護(hù)

不論是適配卡交換機(jī)或纜線的配置，iSCSI都比FC便宜許多，其中適配卡只要Host端主機(jī)本身的一般網(wǎng)卡或網(wǎng)絡(luò)芯片，搭配免費(fèi)下載的iSCSI initiator驅(qū)動程序即可，其管理門檻及維護(hù)成本更低。

1.1.2 沒有距離限制，傳輸速度增長快

由于iSCSI是透過IP網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，理論上傳輸距離可達(dá)到無限遠(yuǎn)。千兆以太網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使得IP SAN的傳輸速度可以和FC SAN處于同一層次。理論上，iSCSI的速度可達(dá)1Gb，雖然仍比不上FC SAN的2Gb，但效能上已超越大部分的NAS。

1.1.3 數(shù)據(jù)遷移和遠(yuǎn)程鏡像很容易實現(xiàn)

iSCSI(internet小型計算機(jī)系統(tǒng)接口)是一個2003 IETF開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)存儲標(biāo)準(zhǔn)，使用IP協(xié)議連接存儲設(shè)備。通過IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送SCSI命令和數(shù)據(jù)，同時促使數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程管理。由于IP網(wǎng)絡(luò)廣泛使用，ISCSI可以在LAN或WAN甚至Internet上數(shù)據(jù)傳輸，讓數(shù)據(jù)存儲不再受地理限制，無距離限制支持基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)帶寬，更好地支持遠(yuǎn)程災(zāi)難恢復(fù)。

在可靠性方面，IP SAN采用專門的數(shù)據(jù)保護(hù)介質(zhì)，備份被保護(hù)的數(shù)據(jù)及文件；采用專門的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，管理數(shù)據(jù)的安全備份[6]。

1.2.1 IP網(wǎng)絡(luò)存儲備份磁盤陣列可實現(xiàn)磁盤陣列的高性能。

1.2.2 可實現(xiàn)磁帶庫/光盤庫的離線安全性，可以超越磁帶實現(xiàn)隨機(jī)訪問。

1.2.3 可實現(xiàn)NAS的網(wǎng)絡(luò)訪問能力。

1.2.4 可實現(xiàn)通過普通網(wǎng)絡(luò)供各種計算機(jī)直接訪問。

1.2.5 具備多種優(yōu)秀的存儲備份特性。

IP SAN的典型拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 IP SAN的典型拓?fù)?/p>

2 系統(tǒng)需求分析

岳陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園網(wǎng)承擔(dān)整個校園的教學(xué)、科研和綜合信息服務(wù)。隨著校園網(wǎng)信息數(shù)量的增長，原有的存儲空間不能滿足需求，急需擴(kuò)展高容量存儲網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。學(xué)校啟動了“數(shù)字校園”建設(shè)項目，其目標(biāo)是打造一個既能反映學(xué)校學(xué)科特色，又具有國內(nèi)一流水平的電子資源管理中心；而實現(xiàn)這一目標(biāo)的首要任務(wù)就是建設(shè)一個高水平的存儲系統(tǒng)平臺，這是由校園網(wǎng)特殊的“資源狀況”與復(fù)雜的“應(yīng)用需求”兩方面因素決定的。

總量巨大、增大迅速的各類電子資源，特別是自建資源，要求校園網(wǎng)后臺存儲設(shè)備能夠快速、安全、確保學(xué)校教學(xué)和科研的信息資源需求，同時必須解決容量、開放性、傳輸速度、兼容性、安全及其它問題。

3 系統(tǒng)設(shè)計

針對校園網(wǎng)系統(tǒng)需求，同時出于成本考慮，筆者設(shè)計了基于IP SAN構(gòu)建的校園網(wǎng)存儲系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用3層架構(gòu)：存儲層、交換層和應(yīng)用服務(wù)層。存儲層主要由磁盤陣列組成，交換層包括高性能交換機(jī)和客戶機(jī)上安裝iSCSI initiator驅(qū)動程序的HBA（主機(jī)總線適配卡）及存儲服務(wù)器上安裝iSCSI target的HBA，應(yīng)用服務(wù)層包括管理軟件和服務(wù)。

在這個系統(tǒng)中，iSCSI以IP網(wǎng)絡(luò)作為載體，使用以太網(wǎng)協(xié)議傳送SCSI命令、響應(yīng)和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)應(yīng)用程序到存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)訪問。Initiator上的應(yīng)用程序發(fā)起IO請求，生成SCSI命令，iSCSI將此命令封包，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絫arget，target解包并在本地存儲上執(zhí)行命令，將返回的數(shù)據(jù)封包，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絠nitiator，initiator解包后將數(shù)據(jù)返回給應(yīng)用程序，由此實現(xiàn)應(yīng)用程序到存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)訪問，整個過程對應(yīng)用程序是透明的。這里，網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的通訊協(xié)議與傳輸物理介質(zhì)隔離開，多種協(xié)議可在同一物理連接上同時傳送。

實際校園網(wǎng)改造中，在原有的校園網(wǎng)環(huán)境基礎(chǔ)上，主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備保持不變，增加以下支持iSCSI 的IP網(wǎng)絡(luò)存儲的路由器和磁盤陣列設(shè)備：1個Adaptec的Snap Server 720i磁盤陣列；1臺支持iSCSI協(xié)議的Cisco SN 5428-2存儲路由器；2臺Brocade 16口高性能SAN交換機(jī)，其中1臺作為備份交換機(jī)，2臺交換機(jī)組成1個VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虛擬路由器冗余協(xié)議）工作組。這里，VRRP工作組的設(shè)計主要是為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層互通設(shè)備的冗余備份功能，它可以把來自服務(wù)器集群的數(shù)據(jù)訪問請求動態(tài)分配到VRRP工作組設(shè)備中的一臺，任何1臺設(shè)備出現(xiàn)故障時數(shù)據(jù)訪問請求自動發(fā)往工作組中另1臺設(shè)備，有效避免單一鏈路發(fā)生故障后網(wǎng)絡(luò)中斷的問題，大幅提高了系統(tǒng)的可靠性。

各種應(yīng)用程序（服務(wù)器集群），通過高性能以太網(wǎng)交換機(jī)連接到客戶機(jī)。借助IP SAN存儲區(qū)域網(wǎng)，基于iSCSI高速交換平臺，運(yùn)行帶內(nèi)虛擬化存儲管理軟件，將各種存儲設(shè)備（包括磁盤及其它存儲設(shè)施）連接起來。筆者選用技術(shù)成熟的VERITAS Volume Manager作為卷管理軟件，VERITAS Manager作為備份軟件。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

上述方案在岳陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園網(wǎng)正式使用，并能穩(wěn)定運(yùn)行。方案的實施使岳陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園網(wǎng)在電子資源的存儲和管理方面突破了系統(tǒng)容量、響應(yīng)速度，數(shù)據(jù)安全三大瓶頸。

在系統(tǒng)容量方面，配置后總空間可達(dá)45TB，為校園網(wǎng)各類電子資源的迅猛增長奠定了堅實的基礎(chǔ)。系統(tǒng)上線后，資源引進(jìn)和自建的步伐大大加快，以期最終實現(xiàn)“開放、共享”的建設(shè)目標(biāo)。

在響應(yīng)速度方面，系統(tǒng)同樣表現(xiàn)出色。磁盤陣列的I/O處理能力能達(dá)到萬次/s，可提供500MB/s的可持續(xù)帶寬。SAN內(nèi)部帶寬資源非常充裕，VRRP工作組減輕了數(shù)據(jù)傳輸壓力，使數(shù)據(jù)傳輸更加流暢。

iSCSI集成了web管理接口，因此僅需要現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)功能可被管理，且設(shè)置方式很簡單。所有連接到iSCSI服務(wù)器的集中管理和它們存儲資源、數(shù)據(jù)的使用、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一備份，提供了更好的安全性。

5 結(jié)論

基于IP SAN構(gòu)建的校園網(wǎng)存儲系統(tǒng)通過IP SAN的使用，允許以前的存儲設(shè)備可被應(yīng)用在IP網(wǎng)絡(luò)中，極大地減少了硬件方面的投入。IP SAN存儲解決方案的建立，使得整個校園的投資被保護(hù)，所有設(shè)備被理性使用，充分發(fā)揮了它們的作用。由于存儲網(wǎng)絡(luò)能使得存儲擴(kuò)展能夠輕易實現(xiàn)，而得到一個統(tǒng)一存儲空間的計劃和管理，改善了存儲空間的使用和訪問速度。

[1]Ying Peng,Dong Xie.A Network Storage Framework for Internet of Things[C].IUPT,2013.

[2]宋振華.虛擬化技術(shù)中的存儲管理問題研究[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2010.

[3]石方夏,岳鳳芝.信息化建設(shè)中的RAID技術(shù)應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010(17).

[4]張俊蘭,郭金平,劉翼.高校校園網(wǎng)設(shè)計方案[J].延安大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010（1）.

[5]劉霖，趙躍龍，王東光.基于功耗性能的云環(huán)境虛擬機(jī)管理研究[J].電腦知識與技術(shù)：學(xué)術(shù)交流，2012（3）.

[6]姚文志,劉霖，王文豐.一種基于IPSAN的遠(yuǎn)程容災(zāi)存儲方案研究[J].電腦知識與技術(shù)，2011，7（22）.

（責(zé)任編校：馬余平）

Design of a Network-storage System Based on IP SAN

PENG Ying
(Department of Information Engineering,Yueyang Vocational and Technical College,Yueyang,Hunan 414000)

To satisfy the demands of network-storage of campus network,the suitable storage mode is chosen,that is SAN,one of the currently popular storage mode.And compared to the FC SAN,the advantages of IP SAN are analyzed.According to above works,a network-storage system based on IP SAN is designed and realized in Yueyang Vocational and Technical College.The result showed that the solution can meet the demands of the application.

storage;campus network;IP SAN

TP 393

A

1672-738X（2014）06-0082-03

2014-10-07

湖南省教育廳一般科研項目“校園網(wǎng)中存儲方案的設(shè)計與應(yīng)用”（14C1150）。

彭英（1973—），女，湖南岳陽人，計算機(jī)專業(yè)副教授，高級工程師，計算機(jī)應(yīng)用專業(yè)碩士。主要研究方向：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。