网络集中存储项目技术方案.docx

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网络集中存储项目技术方案

教育网网络存储系统项目

项目方案

科技发展有限公司

二〇〇九年一月

第1章总体概述

1.1项目需求

教育网因建设需要，现需增加一套网络存储设备。

1.2建设目标

增加一套网络存储设备

1.3建设内容

教育网网络存储系统项目下网络存储设备及其附件辅材的供货（包括设备、线材和其它所有附件、附材）、现场保管、安装（包括设备安装、导线连接等）、调试、培训及维护服务。

1.4建设原则

技术成熟先进性：

设计要符合技术发展的潮流，设备选型要充分调研、科学论证、力求技术先进、设计合理、适当超前，能满足建成后5－7年内的使用需求，采用成熟的技术产品。

灵活性：

方案的设计要有技术的延续性、灵活的扩展性和广泛的适应性及良好的用户界面，注意分布实施的可操作性，保证前期投资的有效和后期投入的接续，最大限度的保证其继承性和经济性。

实用性：

根据系统需求出发，按照系统投入结合具体运用和实际来设计系统，最大限度的满足各项功能要求，确保实用性，系统应具有良好的性能价格比。

开放性：

系统设计采用的各项设备（软、硬件）均应符合国际通用标准，符合开放性原则，组网使用的技术要与技术发展的潮流吻合，保证系统的开放性和技术延伸性，与日后的技术应具有良好的亲和性。

能够有效地保护已有的各类应用体系和数据资源。

可靠性：

必须保证系统的高可靠性，对重要系统、设备、部件采用冗余、容错、备份等技术设计，以保证局部的失效或错误不影响整个系统的运行。

环保和环境协调性：

采用低噪声、低功耗、无污染的技术和产品，色彩柔和与工作环境协调。

经济合理性：

不设计作用甚少的系统；不选用繁杂无大用的功能，操控性简易可靠，节省投资。

维护性：

系统的管理、维护和维修应具有简易性和可操作性。

1.5设计依据

本方案所遵守的技术标准但不限于以下标准：

《有线网络建设技术规范》DG/TJ08-2009-2006

《计算机信息系统安全等级保护网络技术要求》GA/T387-2002

《信息安全技术网络基础安全技术要求》GB/T20270-2006

《国家电子政务网络技术和运行管理规范》GB/T21061-2007

《基于网络的企业信息集成规范》GB/Z18729-2002

《网络信息分类系统》SJ/T11268-2002

《IP网络技术要求-网络总体》YD/T1170-2001

《IP网络技术要求——网络性能测量方法》 YD/T1381-2005

《公众IP网络安全要求--安全框架》YD/T1613-2007

《系统设计方案建议书》

《信息技术互连国际标准》（ISO/IEC11801-95）；

《信息技术、软件包质量要求和测试》（GB/T17544-1998）；

《软件工程标准分类法》（GB/T15538-1995）；

《软件开发规范》（GB8566-88）；

《软件维护指南》（GB/T14079-93）；

《计算机软件可靠性和可维护性管理》（GB/T12394-93）。

第2章技术方案设计

2.1存储系统

2.1.1存储技术发展趋势

信息或数据在IT系统中，总是必然处于“计算”、“存储”、“传输”三个状态之一。

这三个方面也正好对应于整个IT技术的三个基础架构单元——计算、存储和网络。

1、DAS系统

传统上，主机系统既负责数据的计算，也在通过文件系统、数据库系统等手段对数据进行逻辑和物理层面的管理，而存储设备，则是以直连存储（DAS）方式连接在主机系统中。

然而，由于历史发展的原因，各种标准和各种版本的操作系统、文件系统拥挤在用户的系统环境中，使数据被分割成杂乱分散的“数据孤岛”（dataisland），无法在系统间自由流动，自然也就谈不上设备的充分利用和资源共享。

有鉴于此，人们开始寻找存储网络化和智能化的方法，希望通过提高存储自身的数据管理能力，独立于主机系统之外，以网络方式连接主机和存储系统，以设备资源透明的方式为计算提供数据服务。

从而将数据管理的职能，从标准混乱、应用负荷沉重的主机中分离出来。

在网络存储的发展过程中，SAN（存储区域网络）和NAS（网络附加存储）得到了迅速的发展。

2、NAS（网络附加存储）

NAS是一种直接利用局域网，基于文件的存储架构，存储数据的传输也是基于局域网。

NAS的最大优点是可以很容易实现异构平台的文件共享，NAS的另一个优点在于其扩展性，因为存储单元可以比较容易地加入到网络中。

然而，NAS存储在数据备份或存储过程中会占用网络的带宽，可扩展性有限，并且访问需要经过文件系统格式转换，所以是以文件一级来访问，不适合Block级的应用，尤其是要求使用裸设备的数据库系统。

而SAN存储架构的出现弥补了NAS的不足，为存储系统的发展产生了巨大的推动力。

3、SAN（存储区域网络）

SAN（StorageAreaNetwork）存储区域网络，是一种通过网络方式连接存储设备和应用服务器的存储架构，这个网络专用于主机和存储设备之间的访问。

当有数据的存取需求时，数据可以通过存储区域网络在服务器和后台存储设备之间高速传输。

A、SAN的组成

SAN由服务器、后端存储系统和SAN连接设备组成；后端存储系统为SAN解决方案提供了存储空间。

B、SAN的优点：

设备整合：

多台服务器可以通过存储网络同时访问后端存储系统，不必为每台服务器单独购买存储设备，减轻维护工作量和维护费用；

数据集中：

不同应用和服务器的数据实现了物理上的集中，大大提高了存储资源利用率；

高扩展性：

存储网络架构使得后续服务器可以方便的接入现有SAN环境，很好的适应了应用变化的需求；

总体拥有成本低：

存储设备的整合和数据集中管理，大大降低了重复投资率和长期管理维护成本。

C、FCSAN和IPSAN的比较

目前业界主流的存储技术包括FCSAN和IPSAN二种形式

1、FCSAN的问题：

●兼容性差：

FC协议发展时间短，开发和产品化的大厂商较少，而且厂商之间各自遵循内部标准，导致不同厂商的FC产品之间兼容性和互操作差，即使同一厂商的不同版本不同型号的FC产品也存在类似的问题；

●成本高昂：

FCSAN的成本包括先期设备成本和长期维护成本，由于兼容性差，导致了用户无法自己维护FC设备，每年花在FC-SAN的系统保修服务的费用占当年采购成本的15%左右。

如果再算上系统安装部署阶段的专业服务费用支出，以5年计算，整个服务费用支出与系统采购达到1:

1！

●扩展能力差：

FC-SAN高昂的成本和协议封闭，使得产品的开发、升级、扩容代价高昂。

●异构化严重：

不同厂商FCSAN存储设备之间功能无法互通，重复投资严重。

SAN的出现，从根本上是要建立一个开放、高性能、高可靠、高可扩展性的存储资源平台，从而能够应对快速的业务变化和数据增长，然而以上问题使得用户使用网络存储的目标产生了严重的偏离。

2、IPSAN分析

IP技术至今已经成为整个IT行业中最成熟、最开放、发展最迅速、成本最低、管理最方便的数据通讯方式。

成熟可靠、成本更低的IP技术，将更适应广域网数据应用、大规模服务器数据集中、海量数据存储等应用对新一代存储系统的要求。

●IP网是国际互连网，企业内部网络的主要形式。

经过多年发展，IP网络实现了最高的可管理性和互操作性。

●TCP/IP协议弹性强，适应网络的各种变化，无需停止服务即可实网络变更。

●1G的以太网已经普及，2006年已扩展到10G。

FC在2008年才能到4G。

●不同厂家的IP网设备兼容性好。

网络设备采购成本低廉。

●以太网知识普及，以太网多年的发展培养了无数的网络管理人员。

IPSAN是通过高速以太网络连接服务器和后端存储系统。

将SCSI指令和数据块经过高速以太网传输，继承以太网的优点，实现建立一个开放、高性能、高可靠性，高可扩展的存储资源平台。

IPSAN继承了IP网络的优点：

●实现弹性扩展的存储网络，能自适应应用的改变；

●已经验证的传输设备保证运行的可靠性；

●以太网从1G向10G及更高速过渡，只需通过简单的升级便可得到极大的性能提升，并保护投资；

●IP跨长距离扩展能力，轻松实现远程数据复制和灾难恢复；

●大量熟悉的网络技术和管理的人才减少培训和人力成本将以太网的经济性引入存储降低用户总体拥有成本。

2.1.2需求分析及架构选择

2.1.2.1存储架构构建原则

在信息日益膨胀的今天，存储系统应该得到和主机、网络、应用一样的重视。

未来的信息系统规划和建设，必须从主机、存储和网络这三个方面入手，取得最佳的均衡，从而得到功能强大、扩展性强、易于管理、高投入产出的信息系统。

在数据中心信息系统建设过程中，需要针对存储系统做整体规划。

需要关注以下方面：

1、存储容量扩展能力；

2、存储系统扩展能力：

磁盘阵列必须具备性能、功能上的扩展能力。

如存储容量能够满足未来几年的发展需求，存储系统能够从本地存储扩展为远程容灾。

3、提高设备和存储空间利用率：

采用SAN联结方式，提高设备和存储资源的共享能力。

4、简化管理：

选用标准的技术搭建存储环境，降低管理和维护工作的难度；

2.1.2.2信息中心存储系统技术及架构选择

为了满足应用系统对于存储的需求，并考虑到性能、扩展性、可靠性等因素。

在数据中心的建设存储区域网络（SAN），统一为应用系统提供存储服务。

这样即可以有效的提高整套系统的存储利用率，简化管理和维护的工作量，并且有利于实现数据的集中备份；同时利用SAN－存储局域网的融合性和可扩展性，实现“服务器群－SAN网络－存储池”新一代IT架构，保护系统投资，降低系统的总拥有成本（TCO，TotalCostofOwnership）。

构建集中的SAN存储，优点如下：

●设备整合：

多台服务器可以通过存储网络同时访问后端存储系统，不必为每台服务器单独购买存储设备，减轻维护工作量和维护费用；

●数据集中：

不同应用和服务器的数据实现了物理上的集中，大大提高了存储资源利用率；

●高扩展性：

存储网络架构使得后续服务器可以方便的接入现有SAN环境，很好的适应了应用变化的需求；

●总体拥有成本低：

存储设备的整合和数据集中管理，大大降低了重复投资率和长期管理维护成本。

在架构选择上，采用先进的IP-SAN存储设备来增加存储系统容量，并按照业务发展的需要，建立灾难备份系统，能获得更好的系统性价比。

采用IPSAN技术有如下优点：

●符合存储发展的趋势：

标准化、IP化，与各种系统整合和共享能力

●操作维护简便：

对IP存储网络的管理，就是对以太网的管理，实现网络架构的统一

●扩充性强：

增加服务器和扩充网络简单易行

●带宽和性能提升迅速：

千兆以太网已经到桌面、万兆以太网也打规模部署,而且下一代100G标准已经确定，预计2011年商用。

●跨地域部署简便：

突破距离限制，IP可达，数据可达。

●总体成本低：

初期采购总成本、管理维护成本、人员成本、升级扩容成本等都具有很大优势。

2.1.3存储架构规划及设计

2.1.3.1服务器集中存储方案设计

根据教育局数据信息的分布，在IP-SAN的方案规划中，可分为两个部分，分别是服务器集中存储和远程容灾备份，系统首先实现的是集中存储。

集中存储方案说明：

•服务器通过IPSAN网络（GE）与主存储链接；

•IPSAN网络是普通千兆以太网，采用双机可以增强可靠性；

•主存设备为高性能（万兆架构）、高可靠（双控制器、冗余电源等）的IX3040（8GE、最大224块硬盘）,实现对服务器群的集中存储；

•存储组建RAID10、RAID5等逻辑卷，提高阵列IO性能以及可靠性；

•在集中存储的基础上，可选配利用时间点快照等技术，实现在线CDP（连续数据保护），解决误删除、病毒等引起的数据软故障；

•IX3040还能支持远程复制、镜像、快照等技术，可进一步组建基于存储的远程灾备系统，实现异地容灾；

所有需要连接IX3040的服务器，如数据库服务器，只要安装千兆网卡，并安装软件的iSCSIInitiator，就可以通过以太网获得存储设备，从而不需要购置价格昂贵的HBA卡。

如果有一些CPU负荷比较重的服务器，可以安装通过iSCSI的HBA卡的方式连接到系统，将部分存储运算交给HBA卡完成，从而减轻主机CPU的负荷。

IX3000能够利用多种集群软件实现双机热备。

例如IBM集群软件HACMP，ROSE等，保证Oracle数据库等系统的高可用性。

IX3040还可为应用主机提供多链路负载均衡和故障切换功能。

为了实现多链路冗余，数据库服务器需要在原有2块网口的基础上，增加新的网卡。

日后如果需要扩展应用服务器的存储，可以随时安装操作系统所对应的iSCSIInitiator，配合以太网卡连接到存储系统。

IX3000通过划分不同的卷，以保证各个应用系统互不干扰。

2.1.4集中存储方案产品技术说明

2.1.4.1集中存储设备组成

在集中存储中，以IX3000为核心存储系统，配置2个存储控制模块的IX3620能够提供优异的存储性能，满足多台服务器的读写需求。

系统支持采用多块网卡的高可靠性设计，满足数据库服务器等关键业务对于存储区域网络的性能和可靠性的要求。

IX3000支持高速SAS盘与高性价比SATA盘的混插，对于一些对IO要求高的业务可以配置SAS磁盘提供高性能访问；对于需要大容量的的业务应用（如图像、视频等），可以采用高性价比的SATA磁盘提供存储空间。

并根据需要，可以配置时间点连续保护功能，提供数据的本地持续保护，为数据的软故障（病毒、误操作等）提供更加安全的保护功能。

2.1.4.2集中存储设备技术说明

NeoceanIX3000系列是H3C公司推出的全新中高端网络存储产品，定位于性能要求高、业务需求丰富的各种数据应用，是高性能、高品质、高智能的IP存储系统。

IX3000系列采用先进的设计理念和体系架构，融入SAS、多核处理器、缓存镜像等多项先进的数据处理和传输技术，保证了系统的高可靠性、高性能和强大的扩展能力。

IX3000系列还提供丰富的软件功能，提供从在线到近线、从本地到远程的全面可靠的数据保护，轻松实现存储容量动态扩展、连续数据保护、远程数据灾备和海量数据迁移，与Neocean全系列存储产品配合，为用户提供多层次、跨地域的存储解决方案，满足用户对于数据管理的各种需求。

IX3000包括IX3040和IX3080两个型号。

其中，IX3040具有8个前端千兆网口，支持224块磁盘，满足较重负荷的电子邮件/即时消息、大中型数据库、WEB服务等应用的存储需要；IX3080具有16个前端千兆网口，支持336块磁盘，满足高性能应用、IO操作频繁的OLTP或电子邮件以及其他高要求应用领域的存储需求。

NeoceanIX3040NeoceanIX3080

2.1.4.2.1.产品特点

（一）先进的体系架构，高性能的存储平台

Ø“10G+”磁盘访问通道

后端磁盘访问带宽的限制，往往成为整个存储系统的瓶颈，IX3000采用先进的SAS总线技术，每条SAS总线能够提供超过万兆（12Gb）的访问带宽，大幅度提高了后端磁盘访问通道的性能。

72Gb磁盘访问带宽：

SAS是一种先进总线技术，以串行通讯为协议基础架构，采用SCSI-3扩展指令集，综合了现有并行SCSI和串行连接技术的优势，并能兼容SATA设备。

此外，SAS特有的宽端口技术，可以在一条链路上整合多条物理通道，使传输带宽得到成倍的提升。

IX3000后端采用SAS通道作为控制器和磁盘的数据交换链路，提供高达72Gb的数据交换带宽。

相比传统光纤环路结构，从传输带宽、效率、可靠性方面，都带来巨大的提升。

⏹超高交换带宽：

控制器和磁盘柜之间的SAS通道均采用4路宽端口设计，单条通道可提供12Gb的数据交换带宽，远远超过了光纤的4Gb带宽。

整个系统最多采用了6条SAS宽端口链路，共提供72Gb的数据传输带宽，使控制器和磁盘的数据交换能力得到飞跃。

⏹多通道并发访问：

在光纤环路的结构中，存储控制器在同一时间只能与一块硬盘进行数据交换，通道的带宽往往得不到有效的利用。

SAS特有的多端口多通道设计和点对点传输机制，允许存储控制器在同一时间可以与多块硬盘进行数据传输，不仅大大提高了数据的传输速度，而且使通道的带宽得到了有效的利用。

⏹冗余和负载均衡：

一条光纤环路只有一条通道，如果该通道发生故障，那么整个环路的传输将会中断。

一条SAS链路的多个通道之间具备冗余和负载均衡功能，在4路宽端口设计中，在3条传输通道发生故障的情况下，仍然可以进行数据传输，大大提高了链路的可靠性。

全交换智能磁盘柜：

IX3000磁盘柜采用SAS交换技术，其内部交换吞吐量高达72Gb。

每个磁盘都有独立的数据访问链路，不受其它磁盘的干扰，完全避免环形架构下多块磁盘共享带宽导致性能下降的问题。

Ø领先的磁盘技术

IX3000支持SAS磁盘和SATA磁盘混插，其中SAS磁盘采用双端口、全双工的串行传输，不仅继承了传统SCSI磁盘的高可靠性和易管理性，而且进一步提高了数据的传输能力。

IX3000使用的SAS磁盘转速15000转，平均无故障时间（MTBF）高达140万小时，适合对性能尤其是随机读写性能要求极高、访问密集的高性能业务应用。

IX3000使用的企业级SATA磁盘，平均无故障时间（MTBF）也高达120万小时，在保证用户业务高可靠性的同时能够有效的降低用户的投入和使用成本。

Ø高性能多核存储控制器

IX3000存储控制器在设计上融入多核处理器、PCI-E总线、FBD内存等多项业界领先的数据处理技术，保证了控制器的高I/O性能和业务扩展能力。

多核处理器：

IX3000选用Intel高性能多核处理器，该处理器基于65nm工艺，采用“双独立总线”，支持新一代的处理器虚拟化（VT）技术，处理性能比同频率Intel至强单核处理器提升300％以上。

IX3000集成4个双核处理器，提供更快更可靠的存储能力、更强的虚拟化能力和更快的IO处理能力。

PCI-E高速总线：

在控制器的内部互联上，IX3000选用PCI-E总线接口标准。

PCI-E采用业界领先的点对点串行传输，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，从而大大提高了数据传输率。

存储控制器内部采用的多条高速PCI-E总线，为多核处理器、多主机通道、SAS磁盘通道之间提供了万兆数据交换的纽带，保证了端到端无阻塞的数据传输能力。

此外，IX3000的存储控制器采用新一代串行传输FBD内存，支持内存多通道同时读写，提供比DDR更快的内存访问速度和更好的扩展能力；采用独立的硬件RAID处理模块，在提供高效的磁盘访问的同时，大幅度减轻了处理器的计算负担。

（二）全方位的高可用设计，确保数据可靠

NeoceanIX3000采用多项高可用技术，提供全面的系统故障保护，最大限度的保证用户数据的可用性和安全性。

Ø多路径冗余和控制器负载均衡

IX3000存储控制器集成路径冗余和智能负载均衡功能，提供从应用服务器到存储阵列的端到端的业务分担和冗余保护。

在主机访问链路、磁盘访问通道、存储控制器出现故障时，能够避免单点故障，保证存储业务的连续性。

更重要的是，不管是路径切换还是控制器切换，整个过程都不需要应用主机的参与，最大限度的减少了对应用的影响。

Ø写缓存镜像和数据保护

IX3000采用写缓存镜像技术，同一份数据被同时写入到两个控制器的缓存当中，避免了由于单个控制器失效所导致的缓存数据丢失。

此外，系统为写缓存配置了后备电池保护，能够提供长达100小时的断电数据保护。

Ø冗余电源保护

IX3000的主要部件全部采用冗余电源设计，当其中一路电源发生故障时，另一路电源仍可支持正常工作。

对于处于核心位置的存储控制器，专门采用了2+2的冗余电源保护，提供了更高的可靠性。

此外，电源支持热插拔和在线更换，并提供完善的保护功能，能够在输出过流、输出短路、输出过压等异常情况下保证设备的安全性。

（三）丰富的软件功能，多样化的解决方案

IX3000提供丰富的数据管理功能，比如全自动连续数据快照、网络复制、快照代理、DiskSafe等，实现了从在线到近线、从本地到远程的数据保护，为用户轻松提供多层次、跨地域的存储解决方案。

全自动连续快照：

IX3000支持TimeMark全自动连续快照功能，可以按策略为数据卷自动创建基于增量的多时间点标记（可达255个）。

创建时间点标记策略可随需制定，比如每天晚上12点创建，每隔1个小时或每隔10分钟创建等等。

当发生软件程序导致的数据损坏、病毒破坏、意外删除及其它人为误操作引起的数据丢失或错误时，可以通过对合适的时间点标记进行“回滚”来快速恢复数据。

该功能特别适用于关键性业务的连续数据保护。

TimeView（与TimeMark同时提供）：

TimeView可将数据卷的任意时间点状态抓取出来，作为一个独立的数据卷提供给主机，用于数据测试、数据分析和数据备份。

TimeView是在生产卷出现故障时查找正确时间点数据的重要工具，每一个TimeMark标记的时间点，都可以作为这样的数据卷提取出来进行分析。

数据快照拷贝（与TimeMark同时提供）：

IX3000系列还支持数据快照拷贝（也称数据卷克隆或者卷拷贝）功能。

快照拷贝是对源数据卷从物理上“克隆”出一个数据完全一致的卷，这个克隆卷与原数据卷是物理上完全独立的两个卷，原数据卷的损坏不会影响克隆卷。

网络复制：

IX3000基于IP的网络复制可以为用户数据实现异地的备份，在发生意外灾难时能够对数据进行快速恢复，确保用户的业务持续性。

IX3000的内部系统会智能地将指定卷虚拟划分为最小以512字节为单位的数据块，在应用系统不断修改数据时，IX3000会智能地识别出那些被更改的数据块，只将这些数据块复制出去，而不是整个文件、整个表或者整个目录。

这样就保证了复制在最短时间、最低带宽连接要求情况下高效实现。

IX3000的远程复制功能支持基于时间间隔、数据增量和设定时间点三种策略复制模式，可根据应用需求进行灵活的设置。

IX3000的复制技术同时还能提供加密和压缩可选项，能够对特殊业务数据进行特殊处理，保证数据的安全性和带宽利用的最大化。

此外，IX3000还支持自适应复制功能，可将写入主资源的每一个IO实时复制到副本资源上，最大限度的降低灾难发生时的数据丢失量。

主机数据一致性（快照代理）：

当主机应用程序正常运行时，部分数据并未写到后端磁盘上，而是驻留在主机内存中。

如果仅仅是对磁盘中的数据进行快照操作，就往往会发现快照出来的数据“不对”，与预期中的数据不一致。

IX3000为用户提供了快照代理功能，保证了用户在设定了TimeMark、复制策略后，IX3000在按照指令执行这些操作时会自动与主机端的快照代理联动，自动通知快照代理将应用程序暂留在内存中的数据“刷”到磁盘上，由此保证了快照或复制出来的数据保持严格的数据一致性和数据完整性。

快照代理提供对各种平台的支持，包括运行在Windows/Linux/IBMAIX/HP-UX/Solaris上的SQLServer/Oracle/Sybase/DB2/Informix/Exchange/Domino等应用系统和各种操作系统自带的文件系统。

快照代理能够保证当用户使用以上主流系统，均能获得数据一致性和完整性保证。

操作系统保护与恢复（DiskSafe）：

通过选配IX3000系列的客户端软件DiskSafe，还可以将Windows主机上的操作系统或数据实时复制同步到后端的IX3000上，实现对操作系统和数据的持续保护。

当Windows操作系统损坏或出现主机硬盘故障时，可以通过随机提供的恢复光盘启动主机，连接到IX3000系列上进行快速数据恢复。

如果用户在Windows主机上配置iSCSIHBA卡，还能够直接从IX3000系列中远程启动