【摘 要】網(wǎng)絡(luò)安全中最重要的是數(shù)據(jù)安全，為了保障相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)性，必須進(jìn)行容災(zāi)備份。在分析了數(shù)據(jù)中心容災(zāi)備份系統(tǒng)的建設(shè)背景和應(yīng)用技術(shù)后，南京市教育城域網(wǎng)市區(qū)協(xié)同一體化災(zāi)備中心通過有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，初步實(shí)現(xiàn)跨數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)容災(zāi)功能，以確保業(yè)務(wù)的連續(xù)性、高可靠性及數(shù)據(jù)安全性。

【關(guān)鍵詞】教育城域網(wǎng);備份技術(shù);數(shù)據(jù)災(zāi)備;信息安全

【中圖分類號】TP309? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2022）12-0016-06

【作者簡介】許海清，南京市江寧區(qū)電化教育中心（南京，211100）教師，高級教師，主要研究方向?yàn)榻逃怯蚓W(wǎng)建設(shè)、數(shù)據(jù)中心建設(shè)運(yùn)維。

一、數(shù)據(jù)中心容災(zāi)備份系統(tǒng)的建設(shè)背景和技術(shù)分析

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用對教育信息化的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響，同時(shí)也不可避免地帶來了一些網(wǎng)絡(luò)安全問題。網(wǎng)絡(luò)安全中最重要的是數(shù)據(jù)安全，為了保障相關(guān)教育業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)性，必須進(jìn)行容災(zāi)備份。數(shù)據(jù)中心容災(zāi)備份系統(tǒng)簡稱“災(zāi)備系統(tǒng)”，[1]又稱為“災(zāi)難恢復(fù)系統(tǒng)”或“災(zāi)難備份系統(tǒng)”。災(zāi)備系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心保護(hù)數(shù)據(jù)的最后手段，[2]其建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，不但涉及數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)，還涉及業(yè)務(wù)流程、規(guī)章制度、外部協(xié)作、資金投入等各個(gè)方面。從其對系統(tǒng)的保護(hù)程度來分，可以將容災(zāi)系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)容災(zāi)和應(yīng)用容災(zāi)。[3]數(shù)據(jù)容災(zāi)指建立一個(gè)異地的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是本地關(guān)鍵應(yīng)用數(shù)據(jù)的一個(gè)可用復(fù)制。[4]在本地?cái)?shù)據(jù)及整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)出現(xiàn)災(zāi)難時(shí)，系統(tǒng)至少在異地保存有一份可用的關(guān)鍵業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)。應(yīng)用容災(zāi)是在數(shù)據(jù)容災(zāi)的基礎(chǔ)上，在異地建立一套完整的與本地生產(chǎn)系統(tǒng)相當(dāng)?shù)膫浞輵?yīng)用系統(tǒng)（可以是互為備份），[5]在災(zāi)難發(fā)生的情況下，遠(yuǎn)程系統(tǒng)迅速接管業(yè)務(wù)運(yùn)行。數(shù)據(jù)容災(zāi)是抵御災(zāi)難的保障，[6]而應(yīng)用容災(zāi)則是容災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)。

（一）背景介紹

《江蘇省“十四五”教育信息化發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃》提出8項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)，即加快教育新基建布局、優(yōu)化教育大資源服務(wù)、深化智慧校園建設(shè)、打造未來學(xué)習(xí)空間、普及人工智能教育、提升師生信息素養(yǎng)、推進(jìn)數(shù)字化教育治理。隨著教育信息化的深度發(fā)展，未來教育管理者、師生、家長等用戶對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的依賴程度會(huì)越來越高，因此對業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)的連續(xù)性、安全可靠性提出了更高的要求，尤其是一些關(guān)鍵事務(wù)如招生報(bào)名、教育繳費(fèi)、在線教育等。單一數(shù)據(jù)中心的服務(wù)能力和可靠性是有限的，外網(wǎng)線路故障、設(shè)備故障、供電故障、突發(fā)訪問高峰時(shí)資源不足等都是單一數(shù)據(jù)中心服務(wù)的局限性所在，需要進(jìn)行災(zāi)備建設(shè)。另外，各類網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)范要求和數(shù)據(jù)安全法也都要求信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)異地災(zāi)備。

在有效利用南京市現(xiàn)有教育城域網(wǎng)的資源、結(jié)合市級和各區(qū)縣教育信息化實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，南京市推進(jìn)了教育城域網(wǎng)市區(qū)協(xié)同一體化災(zāi)備中心建設(shè)，開始區(qū)域教育城域網(wǎng)數(shù)據(jù)中心容災(zāi)機(jī)制的應(yīng)用探索。目前已建成以市教育城域網(wǎng)數(shù)據(jù)中心為主中心、江寧教育城域網(wǎng)數(shù)據(jù)中心為分中心、各區(qū)縣教育城域網(wǎng)數(shù)據(jù)中心為節(jié)點(diǎn)的區(qū)域教育城域網(wǎng)數(shù)據(jù)中心容災(zāi)體系。

（二）關(guān)鍵技術(shù)分析

1.遠(yuǎn)程鏡像技術(shù)。

容災(zāi)備份的核心技術(shù)采用的是遠(yuǎn)程鏡像，又叫遠(yuǎn)程復(fù)制。[7-8]這種技術(shù)可以讓分屬不同物理位置的存儲設(shè)備通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接，在異地維護(hù)一套本地的數(shù)據(jù)鏡像。遠(yuǎn)程鏡像是保持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)同步和實(shí)現(xiàn)災(zāi)難恢復(fù)的基礎(chǔ)。按照主機(jī)的寫入是否需要遠(yuǎn)程鏡像站點(diǎn)的確認(rèn)信息，遠(yuǎn)程鏡像技術(shù)又可分為同步遠(yuǎn)程鏡像和異步遠(yuǎn)程鏡像（如表1所示）。

2.快照技術(shù)。

快照是通過軟件對要備份的磁盤子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速掃描，建立一個(gè)要備份數(shù)據(jù)的快照邏輯單元號LUN和快照cache。它可使用戶在正常業(yè)務(wù)不受影響的情況下（主要指容災(zāi)備份系統(tǒng)），實(shí)時(shí)提取當(dāng)前在線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。[10]其“備份窗口”接近于零，可大大增加系統(tǒng)業(yè)務(wù)的連續(xù)性，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)真正的“7×24”運(yùn)轉(zhuǎn)提供了保證?？煺帐峭ㄟ^內(nèi)存作為緩沖區(qū)（快照cache），由快照軟件提供系統(tǒng)磁盤存儲的即時(shí)數(shù)據(jù)映像，存在緩沖區(qū)調(diào)度的問題。

3.IP網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。

利用基于IP網(wǎng)絡(luò)的互連協(xié)議，將主數(shù)據(jù)中心內(nèi)的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)有的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程復(fù)制到備援中心的專用備份容災(zāi)設(shè)備內(nèi)。

二、數(shù)據(jù)中心容災(zāi)備份系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

（一）系統(tǒng)目標(biāo)

建成以市級教育數(shù)據(jù)主中心為主節(jié)點(diǎn)，區(qū)級教育數(shù)據(jù)中心為分節(jié)點(diǎn)，可互為災(zāi)備的同城異地容災(zāi)體系，滿足市區(qū)兩級信息系統(tǒng)二級等保和三級等保的要求，并實(shí)現(xiàn)市區(qū)兩級教育關(guān)鍵應(yīng)用系統(tǒng)的高可靠性，提升服務(wù)質(zhì)量。主節(jié)點(diǎn)與其他分節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)級的異地備份，可相互將重要數(shù)據(jù)備份到對端，實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)功能。

1.系統(tǒng)具有對應(yīng)用文件、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)卷等不同層級數(shù)據(jù)的備份能力。

2.實(shí)現(xiàn)主中心和分中心之間的數(shù)據(jù)相互備份，其他區(qū)級數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵應(yīng)用數(shù)據(jù)可備份至市級主中心或分中心。

3.為其他數(shù)據(jù)中心提供關(guān)鍵及重要應(yīng)用系統(tǒng)或數(shù)據(jù)備份。

4.能夠提供針對物理機(jī)、虛擬機(jī)以及可兼容類型數(shù)據(jù)存儲設(shè)備相應(yīng)的備份手段。

（二）通用型數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

在南京市江寧電化教育中心建立容災(zāi)分中心，部署一套分布式數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)（如圖1所示）。此系統(tǒng)配置3個(gè)備份節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)擁有相同數(shù)量和相同大小的硬盤，為主數(shù)據(jù)中心和其他區(qū)級數(shù)據(jù)中心提供通用型數(shù)據(jù)容災(zāi)備份方式。

在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上，3個(gè)備份節(jié)點(diǎn)組成備份集群，備份空間進(jìn)行池化，同時(shí)使用統(tǒng)一管理界面進(jìn)行集中式管理，形成一個(gè)統(tǒng)一的備份存儲資源池。

在每個(gè)集群里，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是活動(dòng)節(jié)點(diǎn)。集群虛擬IP在其中某一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，當(dāng)接收到訪問請求時(shí)，會(huì)對請求做負(fù)載均衡，分配到不同的節(jié)點(diǎn)來處理;當(dāng)此節(jié)點(diǎn)宕機(jī)，集群虛擬IP自動(dòng)轉(zhuǎn)移到其他節(jié)點(diǎn)上，以此來保證集群的高可用性（如圖2所示）。而對于個(gè)體業(yè)務(wù)系統(tǒng)來說，通過直接訪問統(tǒng)一的虛擬IP，簡化了備份的配置。

2.數(shù)據(jù)備份。

市級主中心和容災(zāi)分中心可在關(guān)鍵應(yīng)用服務(wù)器中部署備份客戶端軟件，客戶端軟件定期將需要備份的關(guān)鍵應(yīng)用數(shù)據(jù)通過全市教育城域網(wǎng)相互發(fā)送至對端的通用型數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)，對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和存檔（如圖3所示）。同理，其他區(qū)級中心只需要在關(guān)鍵應(yīng)用服務(wù)器中部署備份客戶端軟件，做好備份規(guī)則，客戶端軟件會(huì)定期將需要備份的關(guān)鍵數(shù)據(jù)發(fā)送至市級主中心或容災(zāi)分中心內(nèi)的通用型數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)，對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和存檔。

通過配置客戶端軟件，可以實(shí)現(xiàn)文件級和數(shù)據(jù)卷級（如圖4所示）的備份。

3.備份系統(tǒng)災(zāi)備保護(hù)。

市級主中心和容災(zāi)分中心均配置了本地通用型數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)，可定期將本地?cái)?shù)據(jù)備份系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)發(fā)送至對端通用型數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)，對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和存檔。其他具備本地可兼容的通用型數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)的區(qū)級中心節(jié)點(diǎn)，也可將關(guān)鍵應(yīng)用數(shù)據(jù)發(fā)送至市級主中心或容災(zāi)分中心進(jìn)行備份和存檔。

（三）存儲級數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

在容災(zāi)分中心部署一套存儲級遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)，為主數(shù)據(jù)中心和其他區(qū)級數(shù)據(jù)中心提供存儲級數(shù)據(jù)備份（如下頁圖5所示）。在存儲級遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)上增加一個(gè)快照功能授權(quán)和一個(gè)遠(yuǎn)程鏡像功能授權(quán)，提供存儲級數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程備份功能和充足的備份空間。將存儲控制柜接入容災(zāi)分中心業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，主中心和其他區(qū)級中心需要遠(yuǎn)程備份的存儲能夠通過全市教育城域網(wǎng)連接至該存儲控制器，進(jìn)行遠(yuǎn)程備份任務(wù)。容災(zāi)分中心業(yè)務(wù)也可連接至市級主中心存儲控制器，將存儲數(shù)據(jù)卷備份至主中心。

2.功能實(shí)現(xiàn)。

能夠支持遠(yuǎn)程鏡像技術(shù)的數(shù)據(jù)存儲，是經(jīng)由全市教育城域網(wǎng)和各數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，對數(shù)據(jù)存儲上各關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)卷進(jìn)行定時(shí)備份。實(shí)現(xiàn)此功能需要滿足如下條件：目標(biāo)數(shù)據(jù)存儲和存儲級容災(zāi)系統(tǒng)滿足IP網(wǎng)絡(luò)可達(dá);存儲系統(tǒng)需要支持遠(yuǎn)程鏡像功能;存儲級容災(zāi)系統(tǒng)設(shè)備配置快照功能，支持?jǐn)?shù)據(jù)卷備份時(shí)執(zhí)行快照，保留備份卷還原點(diǎn)。

（1）存儲級數(shù)據(jù)卷定時(shí)備份功能。

通過對兼容現(xiàn)有容災(zāi)分中心存儲控制器的存儲設(shè)備配置復(fù)制功能授權(quán)，定期將關(guān)鍵數(shù)據(jù)卷利用遠(yuǎn)程鏡像技術(shù)備份到容災(zāi)分中心內(nèi)的存儲級容災(zāi)系統(tǒng)內(nèi)（如圖6所示）。

（2）依據(jù)還原點(diǎn)恢復(fù)。

在容災(zāi)分中心備份存儲上配置快照功能，配置遠(yuǎn)程鏡像任務(wù)時(shí)啟用快照，在配置快照還原點(diǎn)數(shù)量后，每次完成遠(yuǎn)程鏡像備份任務(wù)后數(shù)據(jù)副本相應(yīng)生成一個(gè)還原點(diǎn)，這樣定期執(zhí)行快照任務(wù)后即可提供多還原點(diǎn)的備份副本，提高數(shù)據(jù)備份的安全性。如當(dāng)建鄴區(qū)數(shù)據(jù)中心的教育信息數(shù)據(jù)庫所在的數(shù)據(jù)卷出現(xiàn)故障時(shí)，可通過江寧區(qū)災(zāi)備中心的備份數(shù)據(jù)，利用最近的一次還原點(diǎn)副本進(jìn)行數(shù)據(jù)回備，寫入建鄴區(qū)數(shù)據(jù)中心存儲設(shè)備內(nèi)，同時(shí)刪除損壞的數(shù)據(jù)卷;待數(shù)據(jù)卷回備完成后，將數(shù)據(jù)卷重新掛載于應(yīng)用主機(jī)，教育信息數(shù)據(jù)庫即可恢復(fù)使用。

三、 數(shù)據(jù)中心容災(zāi)備份系統(tǒng)的特點(diǎn)

一是能有效利用現(xiàn)有的教育城域網(wǎng)資源。南京教育城域網(wǎng)覆蓋全市各教育節(jié)點(diǎn)，全網(wǎng)IP網(wǎng)絡(luò)可達(dá)，為全市異地容災(zāi)體系的快速構(gòu)建打下基礎(chǔ);各區(qū)縣教育城域網(wǎng)數(shù)據(jù)中心可利用現(xiàn)有的兼容災(zāi)備資源，只要做相應(yīng)的技術(shù)和資源配備，就能方便接入全市的災(zāi)備體系中來。

二是系統(tǒng)支持多級別數(shù)據(jù)備份功能，支持文件級至數(shù)據(jù)卷級，兼容性廣泛;系統(tǒng)也支持基于數(shù)據(jù)存儲設(shè)備底層數(shù)據(jù)塊的復(fù)制和校驗(yàn)，備份效率高，備份量大，傳輸速度快。

三是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，IP網(wǎng)絡(luò)可達(dá)即可實(shí)現(xiàn)容災(zāi)備份;系統(tǒng)支持重刪技術(shù)（重刪率最高可達(dá)99%），從而大幅度減少備份數(shù)據(jù)總量，降低備份數(shù)據(jù)所占用的存儲空間，提升存儲設(shè)備的利用率。

四是系統(tǒng)效率高，災(zāi)備時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為已完成源端重刪的數(shù)據(jù)，同時(shí)基于數(shù)據(jù)塊增量的復(fù)制技術(shù)，大大降低對網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用。系統(tǒng)支持秒級數(shù)據(jù)保護(hù)功能，能夠快速恢復(fù)關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

五是系統(tǒng)支持復(fù)制與數(shù)據(jù)快照聯(lián)動(dòng)，在復(fù)制觸發(fā)時(shí)，主存儲會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)快照，將當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)狀態(tài)保存下來，并將這個(gè)快照點(diǎn)的狀態(tài)傳送到災(zāi)備中心存儲，以保證復(fù)制完成的時(shí)候該時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài)是完整可用的，多個(gè)數(shù)據(jù)還原點(diǎn)可保證容錯(cuò)性更高。

六是系統(tǒng)安全可靠，增量備份的數(shù)據(jù)和普通備份數(shù)據(jù)在傳輸過程中可進(jìn)行加密處理，存儲同樣支持加密處理，數(shù)據(jù)安全性得到保證;遠(yuǎn)程鏡像技術(shù)將有邏輯關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)卷組成一個(gè)“組”，復(fù)制、快照等策略以組為單位進(jìn)行，保證這些數(shù)據(jù)卷的內(nèi)在邏輯一致性，確保災(zāi)備數(shù)據(jù)的可靠性。

七是系統(tǒng)擴(kuò)縮性好，支持橫向和縱向擴(kuò)容，系統(tǒng)容量和性能擴(kuò)容方便快捷。

目前基于通用型容災(zāi)系統(tǒng)備份功能和存儲級數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程鏡像功能已經(jīng)在南京教育城域網(wǎng)內(nèi)初步實(shí)現(xiàn)跨數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)容災(zāi)，但還是異步備份的方式。后續(xù)工作實(shí)踐中將針對容災(zāi)數(shù)據(jù)的同步備份做有針對性的探索研究，同時(shí)結(jié)合虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用容災(zāi)技術(shù)探究，乃至基于教育城域網(wǎng)建設(shè)同城雙活教育數(shù)據(jù)中心。

【參考文獻(xiàn)】

[1]康芬.容災(zāi)中心容災(zāi)體系規(guī)劃與設(shè)計(jì)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2006.

[2]劉昕洋.金融交易系統(tǒng)的數(shù)據(jù)災(zāi)備技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2014.

[3]陳劉忠，展亞南，張旭東.云平臺容災(zāi)技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2021（5）：87-89.

[4]胡玲敏.數(shù)據(jù)容災(zāi)方案在會(huì)計(jì)信息系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海：華東師范大學(xué)，2011.

[5]蔣鴻城，戚偉強(qiáng)，裘煒浩，等.基于遠(yuǎn)程鏡像的數(shù)據(jù)容災(zāi)技術(shù)在浙江電力的應(yīng)用[J].電力信息化，2011，9（11）：16-20.

[6]王尉宇，孫卓.數(shù)據(jù)容災(zāi)備份的方法及實(shí)現(xiàn)[J].電子世界，2017（1）：158-159.

[7]郭天杰，曹強(qiáng)，謝長生.遠(yuǎn)程鏡像技術(shù)和方法研究[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2006（10）：38-41，49.

[8]賈偉.大數(shù)據(jù)中心容災(zāi)備份的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2018.

[9]閆瑾，宮思明，姚丹，等.信息系統(tǒng)容災(zāi)備份技術(shù)探討[J].信息與電腦：理論版，2020，32（12）：46-48.

[10]余向前，劉曉昆，肖興峰.基于快照技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫快速恢復(fù)的方法研究[J].通訊世界，2020，27（7）：107-108.

3629501908271