存儲局域網(wǎng)在電信IT支撐系統(tǒng)中的應用

劉勇

(廣州億陽信息技術有限公司，廣東廣州510095；廣州科技職業(yè)技術學院，廣東廣州510550)

1.引言

當前，電信運營商已經(jīng)深刻認識到，有效利用信息技術，構建合理的IT支撐系統(tǒng)，是提升企業(yè)的管理和服務水平、降低成本提高效益、提升企業(yè)的競爭能力、實現(xiàn)企業(yè)集約式經(jīng)營的最有效的手段。未來電信運營商取勝的法則不再是電信資源，而是越來越多地取決于以信息技術支持的管理能力[1]。IT支撐系統(tǒng)是電信運營商的重要組成部分，是運營商差異化競爭的關鍵因素。運營商的IT支撐系統(tǒng)主要有面向客戶服務及業(yè)務管理的業(yè)務支撐系統(tǒng)、面向通信網(wǎng)絡管理的網(wǎng)管系統(tǒng)和面向企業(yè)內部管理的管理信息系統(tǒng)，三個系統(tǒng)都是自上而下的全國性大型信息系統(tǒng)。目前各大電信運營商正在積極地推進支撐系統(tǒng)集中化建設，因此對存儲設備的需求急劇增長。

2.數(shù)據(jù)存儲面臨的問題

隨著運營商服務種類和用戶數(shù)量的日益增長，企業(yè)服務器的數(shù)目和存儲的數(shù)據(jù)也急劇增長。2010年日立數(shù)據(jù)系統(tǒng)首席執(zhí)行官Jack Domme先生在演講中稱，目前數(shù)據(jù)正在以每年約50%的速率高速增長，移動應用數(shù)據(jù)更是爆炸性增長，而處理這些迅速膨脹的數(shù)據(jù)所消耗的運營成本也在日益攀升——目前已超過存儲總成本的65%，企業(yè)正面臨很大挑戰(zhàn)。據(jù)估計，目前，企業(yè)在數(shù)據(jù)存儲方面的花費超過整個IT成本的75%。高效地存儲和訪問數(shù)據(jù)已經(jīng)成為整個行業(yè)的焦點。對信息提供源的存儲系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)的存儲技術受到空前的挑戰(zhàn)。就存儲而言，大型的信息系統(tǒng)的存儲主要存在以下幾個問題：

(1)主機設備數(shù)量大，數(shù)據(jù)存儲海量。大型的信息系統(tǒng)包含多個業(yè)務子系統(tǒng)，每個業(yè)務子系統(tǒng)都需要多臺主機，用戶基數(shù)巨大，業(yè)務數(shù)據(jù)規(guī)模龐大；

(2)各個業(yè)務發(fā)展不平衡導致業(yè)務數(shù)據(jù)增長不平衡。每臺主機的應用可能不同，隨著業(yè)務的發(fā)展，各臺主機對存儲需求的增長率也有明顯的差異，主機負載不均衡，各個獨立的存儲設備之間不能自動均衡；

(3)海量數(shù)據(jù)訪問占用了局域網(wǎng)(LAN)的帶寬，LAN的帶寬已經(jīng)成為影響整個系統(tǒng)性能的瓶頸。傳統(tǒng)的存儲數(shù)據(jù)解決方案通常是將磁盤陣列或磁帶庫等設備連接到LAN，因此海量的數(shù)據(jù)傳輸占用了大量的LAN網(wǎng)絡帶寬，導致客戶端的響應變得緩慢；

(4)傳統(tǒng)的獨立存儲擴容維護困難。由于主機體系結構和SCSI（Small Computer System Interface，小型計算機系統(tǒng)接口的應用協(xié)議)的限制，每臺主機都只有一定的存儲容量，如果存儲容量達最大時，就不能再擴容，除非升級主機系統(tǒng)，這勢必造成前期投資的浪費；

(5)業(yè)務數(shù)據(jù)的安全面臨挑戰(zhàn)。大型的信息系統(tǒng)存儲了巨量的用戶資料，盡管系統(tǒng)采用了雙機／集群等數(shù)據(jù)安全的措施，但所有的主機和存儲設備都在同一機房，這無疑存在潛在的風險，一旦發(fā)生火災等災害，可能導致整個系統(tǒng)和業(yè)務的崩潰。

3.存儲局域網(wǎng)簡介

SAN（Storage Area Network，存儲局域網(wǎng)）是獨立于服務器網(wǎng)絡系統(tǒng)之外，幾乎擁有無限存儲能力的高速存儲網(wǎng)絡，這種網(wǎng)絡采用高速的光纖通道作為傳輸媒體，以FC(Fiber Channel，光通道）+SCSI作為存儲訪問協(xié)議，將存儲子系統(tǒng)網(wǎng)絡化，實現(xiàn)真正高速共享存儲。SAN與服務器、客戶機的數(shù)據(jù)通信通過SCSI命令而非TCP/IP，數(shù)據(jù)處理是“塊級”（block level）。

SAN不但提供了對數(shù)據(jù)設備的高性能連接，提高了數(shù)據(jù)備份速度，還增加了對存儲系統(tǒng)的冗余連接，提供了對高可用群集系統(tǒng)的支持。簡而言之，SAN是關聯(lián)存儲設備和服務器的網(wǎng)絡，它和以太網(wǎng)有類似的架構。以太網(wǎng)由服務器、以太網(wǎng)卡、交換機及工作站所組成，SAN則由服務器、HBA卡、光纖交換機和存儲裝置所組成。

SAN出現(xiàn)之前，服務器和存儲設備的連接采用點對點的DAS(直接連接存儲)方式，通過IDE或并行SCSI接口實現(xiàn)。但隨著計算機運算速度越來越快，存儲子系統(tǒng)變得越來越多，外部存儲設備變得龐大起來，磁帶庫、RAID(冗余磁盤陣列)和其它SCSI設備需要占用更多的空間。同時，更高的I/O速率以及對SCSI連接距離和數(shù)目的限制也擺在了人們面前。

為了滿足這些新的需求，人們開發(fā)了為存儲設備提供千兆串行網(wǎng)絡訪問能力的光纖通道(Fiber Channel)協(xié)議，并取代并行SCSI協(xié)議，應用于存儲區(qū)域網(wǎng)絡。以光纖網(wǎng)絡搭建的SAN，具有三個主要元素：接口(FC)、連接設備(光纖交換機等)、協(xié)議，加上附加光纖接口存儲設備以及服務器就構成了SAN系統(tǒng)。

4.存儲局域網(wǎng)的優(yōu)點

SAN方案是目前當之無愧的大型IT信息系統(tǒng)存儲方案的首選。由于SAN是通過一個高速光纖網(wǎng)絡把存儲設備和掛接在LAN上面的服務器群相連，當有海量數(shù)據(jù)的存取需求時，數(shù)據(jù)完全可以通過SAN網(wǎng)絡在相關服務器和后臺的存儲設備之間高速傳輸，對于LAN的帶寬占用幾乎為零。而且服務器可以訪問SAN上的任何一個存儲設備，提高了數(shù)據(jù)的可用性。具有以下優(yōu)點：

(1)具有統(tǒng)一性，不同的物理存儲介質在邏輯上構成了統(tǒng)一的存儲池，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中管理，滿足了企業(yè)級用戶的需求[2]；

(2)采用開放的標準，支持多個廠家的光纖設備、磁盤陣列和磁帶庫，還支持HP-UNIX、AIX、Solaris和NT等多平臺的服務器；

(3)擴展性好，如果現(xiàn)有存儲容量不能滿足要求時，可以在光纖交換機上增加新的磁盤陣列，輕松實現(xiàn)對存儲容量的擴充[3]；

(4)負載均衡方便，可以根據(jù)需要在不同的主機之間動態(tài)地調節(jié)存儲容量；

(5)容錯能力強、可靠性高和可用性好，SAN中的存儲系統(tǒng)具備可熱插拔的冗余部件以確?？煽啃?，數(shù)據(jù)的吞吐量大，設備間距可以長達數(shù)千米[4]；

(6)能提供企業(yè)級的備份，備份程序簡單，磁帶子系統(tǒng)可以被眾多的服務器共享，備份時不會影響到整個網(wǎng)絡的性能；

(7)能夠有效地減少信息系統(tǒng)的總體擁有成本。

5.大型IT支撐系統(tǒng)的SAN設計

設計一個企業(yè)存儲區(qū)域網(wǎng)絡包含許多相對復雜的技術，需要考慮網(wǎng)絡互連結構、管理軟件和存儲系統(tǒng)等部分的設計。為了得到最佳的實際應用和現(xiàn)有應用程序的無縫支持，規(guī)劃和集成顯得格外重要。

經(jīng)過業(yè)務數(shù)據(jù)的估算，某移動集團南方基地IT支撐系統(tǒng)的磁盤陣列容量不低于89TB。一期工程配置一臺HP XP24000磁盤陣列，368塊300GB容量的SCIS硬盤，總容量為100TB。本工程的存儲采用存儲區(qū)域網(wǎng)絡方案，主機服務器通過高速光纖交換機與磁盤陣列、磁帶庫設備相連。脫機備份采用一臺HP EML磁帶庫，容量為96TB。SAN光纖交換機采用一對HP 4-256光纖交換機。磁盤陣列、磁帶庫和SAN光纖交換機由各子系統(tǒng)共享。根據(jù)性能、安全性及使用空間考慮，規(guī)劃了兩種RAID方式：RAID 1+0（4D+4D)用于IO非常繁忙的VG，共10TB，RAID 5(6D+2P)用于IO非繁忙的VG，共79TB。該存儲區(qū)域網(wǎng)絡同時為話務網(wǎng)管、傳輸網(wǎng)管、數(shù)據(jù)網(wǎng)管和信令網(wǎng)管等多個網(wǎng)管系統(tǒng)所共享使用，根據(jù)各個網(wǎng)管子系統(tǒng)的業(yè)務發(fā)展，可以調整各自的存儲空間大小。

SAN組網(wǎng)如圖1所示：

圖1 電信IT支撐系統(tǒng)SAN組網(wǎng)拓撲圖

由于整個結構均采用了高速的光纖技術，大大地提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，每秒的數(shù)據(jù)傳輸速率為100-800Gb。而且在整個結構中實現(xiàn)了服務器與存儲系統(tǒng)之間的真正隔離，這樣實現(xiàn)了整個結構中存儲系統(tǒng)被所有子系統(tǒng)的服務器共享，并實現(xiàn)跨平臺的支持，實現(xiàn)NT、UNIX等異構平臺共享存儲。SAN避免了傳統(tǒng)的SCSI盤陣連接節(jié)點數(shù)及節(jié)點間距離的局限性，實現(xiàn)存儲系統(tǒng)的集中管理。本設計中采用Volume Manage管理軟件，實施對整個SAN結構中的存儲系統(tǒng)進行集中的管理，包括：RAID級的設置、監(jiān)控及多路徑之間的重新定向等。

其次，本設計方案中每臺服務器到存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道均采用了冗余的設計理念，當其中一條數(shù)據(jù)訪問路徑發(fā)生故障時（包括從服務器到光纖交換機、光纖交換機到存儲系統(tǒng)），Volume Manage檢測到后，會將當前的數(shù)據(jù)流通過另一條冗余的路徑進行數(shù)據(jù)提取。從而，避免了系統(tǒng)的單點故障造成應用服務器不能提供連續(xù)的數(shù)據(jù)服務，增強了系統(tǒng)的高可用性和高可靠性。該系統(tǒng)試運行一年多以來穩(wěn)定可靠，達到設計的預期目標。

6.結語

存儲區(qū)域網(wǎng)絡設備為信息技術領域的專業(yè)人員提供了對服務器和存儲進行擴展的彈性空間，極大減少了停工期，提高了數(shù)據(jù)中心的生產(chǎn)力，同時也提供了初級存儲區(qū)域網(wǎng)絡設備產(chǎn)品難以提供的存儲區(qū)域網(wǎng)絡級別的安全性。在大型的信息系統(tǒng)的建設中，存儲局域網(wǎng)的使用越來越廣泛。

參考資料：

[1]云亮.電信運營商企業(yè)信息化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].通信世界，2005，(30)：28-29.

[2]陳儉喜，馮丹，張江陵.基于VIA的存儲局域網(wǎng)的設計與研究[J].小型微型計算機系統(tǒng)，2005，26(09)：1488.

[3]韓德志，袁俊紅.附網(wǎng)存儲與存儲局域網(wǎng)技術[J].微機發(fā)展，2000，(03)：11-13.

[4]張江陵，馮丹.海量信息存儲[M].北京：科學技術出版社，2003.