網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器容災(zāi)技術(shù)應(yīng)用研究

李新紅

（南京工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 南京 211135）

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器容災(zāi)技術(shù)應(yīng)用研究

李新紅

（南京工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 南京 211135）

容災(zāi)技術(shù)通過建立異地災(zāi)備中心，提供一個防止用戶業(yè)務(wù)環(huán)境系統(tǒng)遭受各種災(zāi)難性破壞的信息系統(tǒng)，使其具備在災(zāi)后快速恢復(fù)的能力，能滿足信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)連續(xù)性需求。

本文首先對幾種容災(zāi)技術(shù)進(jìn)行比較并展開深入研究，簡要分析了容災(zāi)技術(shù)的評價指標(biāo)以及目前常用的容災(zāi)技術(shù)—IP SAN的技術(shù)原理。最后，論文針對南京工程高等職業(yè)學(xué)校網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行容災(zāi)方案的整體設(shè)計(jì)。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器；容災(zāi)；SAN

1、引言

隨著Internet的快速發(fā)展，越來越多的人通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽自己感興趣的資料、網(wǎng)上購物、視頻聊天及會議、遠(yuǎn)程教育、在線影院、網(wǎng)絡(luò)游戲等，上網(wǎng)的方式也多元化，人們常見的上網(wǎng)方式由網(wǎng)吧轉(zhuǎn)為家庭ADSL、公司寬帶、無線網(wǎng)絡(luò)、Intranet等。由于網(wǎng)絡(luò)的迅速普及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最初設(shè)計(jì)的開放性，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的安全性、高可用性也日益受到人們的關(guān)注，服務(wù)器數(shù)據(jù)丟失以及間斷，將會導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)2009年國家網(wǎng)絡(luò)安全統(tǒng)計(jì)報告顯示，2008年上半年我國大陸地區(qū)被篡改的.gov.cn網(wǎng)站數(shù)量比2007年上半年增加41%，共計(jì)2242個，占被篡改網(wǎng)站總數(shù)的比例達(dá)到7%，而gov.cn域名僅占.cn域名總數(shù)的2.3%；同時國家互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)急中心(CNCERT)的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2008年上半年，國家互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)急中心(CNCERT)通過技術(shù)平臺共捕獲約90萬個惡意代碼，比去年同期增長62.5%；通過國內(nèi)外合作渠道接收到惡意代碼樣本49.6萬個。

針對上述的一系列問題，如何使網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供7*24不間斷的服務(wù)，保證終端用戶的服務(wù)質(zhì)量？本文我們通過災(zāi)備方案的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的不間斷服務(wù)。

2、幾種常見的容災(zāi)方案分析

在我們?nèi)粘Ｉ钪袑τ谡I(yè)務(wù)而言，僅IT系統(tǒng)的保障還是不夠的，有些用戶需要構(gòu)建業(yè)務(wù)級容災(zāi)。根據(jù)方式的不同，通常將網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)分為基于主機(jī)的容災(zāi)、基于存儲的容災(zāi)和基于網(wǎng)絡(luò)的容災(zāi)。

1、基于主機(jī)的容災(zāi)

基于主機(jī)的容災(zāi)就是通過安裝在服務(wù)器的數(shù)據(jù)復(fù)制軟件（如Veritas Volume Replicator），或者應(yīng)用程序提供的數(shù)據(jù)復(fù)制、災(zāi)難恢復(fù)工具（如Oracle Flash Recovery Area）,利用網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)端的災(zāi)備服務(wù)器，以異步方式進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制。這種方式其優(yōu)點(diǎn)在于服務(wù)器較少的情況下，所需的成本較低，用戶不需要更換太多現(xiàn)有的系統(tǒng)架構(gòu)，也不用擔(dān)心后端存儲系統(tǒng)的兼容性問題，只需支付軟件的授權(quán)費(fèi)和災(zāi)備端的硬件設(shè)備費(fèi)用即可。但當(dāng)服務(wù)器較多的時候，管理的復(fù)雜程度會增加，整體成本也會增加。同時軟件的運(yùn)行會消耗主機(jī)的運(yùn)行資源，使服務(wù)器的性能受到一定影響。其一般工作模型圖如下：

圖1 基于主機(jī)的容災(zāi)模型

2、基于存儲的容災(zāi)

基于存儲的容災(zāi)是通過在存儲設(shè)備上安裝軟件，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)以同步或異步的方式復(fù)制到遠(yuǎn)端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在存儲設(shè)備間的復(fù)制。與基于主機(jī)的容災(zāi)相比，基于存儲的容災(zāi)優(yōu)點(diǎn)是將數(shù)據(jù)與運(yùn)行分開，對主機(jī)系統(tǒng)的資源占用較小。在這種技術(shù)下，目前大多數(shù)設(shè)備利用鏡像技術(shù)來復(fù)制數(shù)據(jù)，并借助高速緩存器加速存取，兩端的數(shù)據(jù)差異時間點(diǎn)比較小，提高了容災(zāi)的性能和可靠性。

圖2 基于存儲的容災(zāi)模型

3、基于網(wǎng)絡(luò)的容災(zāi)

基于網(wǎng)絡(luò)的容災(zāi)是通過在本地和異地的存儲網(wǎng)絡(luò)中增加存儲虛擬化和遠(yuǎn)程復(fù)制功能模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在存儲設(shè)備之間的復(fù)制。基于存儲網(wǎng)絡(luò)的容災(zāi)綜合了以上兩種容災(zāi)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。由于數(shù)據(jù)復(fù)制是通過存儲網(wǎng)絡(luò)來執(zhí)行，通過虛擬化技術(shù)，可以整合前端異構(gòu)平臺的服務(wù)器和后端不同品牌的存儲設(shè)備，本地端和災(zāi)備端的設(shè)備無需成對配置。用戶可以在遠(yuǎn)端建立完整的熱備份中心，當(dāng)本地端發(fā)生災(zāi)難時立即接管業(yè)務(wù)運(yùn)行；也可以僅在災(zāi)備端安裝存儲設(shè)備，先保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性和安全性，在本地端修復(fù)完成后再進(jìn)行恢復(fù)。

圖3 基于網(wǎng)絡(luò)的容災(zāi)模型

3、IPSAN技術(shù)分析

3.1 IP SAN發(fā)展歷程

早先的存儲形式是存儲設(shè)備與應(yīng)用服務(wù)器上的其他硬件直接安裝于同一個機(jī)箱內(nèi)，并且該存儲設(shè)備是給本臺應(yīng)用服務(wù)器獨(dú)占使用的。隨著服務(wù)器數(shù)量的增多，磁盤數(shù)量也在增加，且分散在不同的服務(wù)器上，這使數(shù)據(jù)被分割成雜亂分散的“數(shù)據(jù)孤島”，無法在系統(tǒng)間自由流動，資源的充分利用和數(shù)據(jù)的共享變得相當(dāng)困難。如果要更換磁盤，需要拆開服務(wù)器，這樣會中斷應(yīng)用。于是，一種希望將磁盤從服務(wù)器中分離出來，進(jìn)行集中管理的需求出現(xiàn)了。

為了實(shí)現(xiàn)存儲設(shè)備從服務(wù)器中分離出來，廠商提出了使用專用的線纜將服務(wù)器的總線和存儲設(shè)備連接起來，通過專門的SCSI指令或FC指令來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲。最初出現(xiàn)的DAS結(jié)構(gòu)，通過每臺服務(wù)器掛接一臺獨(dú)立的存儲設(shè)備，頂替原先內(nèi)置的硬盤存儲的功能。但是由于資源的浪費(fèi)和管理的困難等等原因，這種結(jié)構(gòu)越來越滿足不了應(yīng)用的需求。之后逐步出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)存儲，比如NAS和SAN，不僅將存儲設(shè)備從應(yīng)用服務(wù)器中分離出來，進(jìn)行集中管理，而且可以通過各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備共同組成整個系統(tǒng)，提供網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的信息存取和共享服務(wù)。其中存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)：SAN(Storage Area Network)具體模型見圖4。

圖4 SAN存儲架構(gòu)

3.2 IP SAN的數(shù)據(jù)安全保障技術(shù)

IPSAN提供了數(shù)據(jù)安全保障技術(shù)如：訪問控制技術(shù)、身份驗(yàn)證、傳輸安全、管理安全、硬盤RAID陣列、鏡像、卷復(fù)制、數(shù)據(jù)快照、本地盤DiskSafe保護(hù)、鏈路冗余。數(shù)據(jù)快照：在容災(zāi)系統(tǒng)中可設(shè)定策略使Timemark快照功能全自動連續(xù)進(jìn)行，管理簡單。當(dāng)災(zāi)難發(fā)生時，通過Timeview功能可以查看各個快照所對應(yīng)的數(shù)據(jù)狀態(tài)，并選擇完整、正確、最新的數(shù)據(jù)版本進(jìn)行快速恢復(fù)。同時，災(zāi)備中心通過Timeview功能可以進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘、測試等工作。通過災(zāi)備中心數(shù)據(jù)的再利用，提高用戶的投資回報?？煺栈谖锢頂?shù)據(jù)塊增量，存放快照的存儲空間可以自動擴(kuò)容，既節(jié)省了備份空間，又提高了備份、恢復(fù)的速度。連續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了“漸變式災(zāi)難”（如人為操作錯誤、應(yīng)用自身錯誤、系統(tǒng)溢出、病毒入侵及黑客入侵等）的保護(hù)和恢復(fù)?？煺帐窃猩a(chǎn)卷的增量備份，而且此增量是基于變化的物理塊（非文件級別）。其原理如下：

圖5 快照原理流程圖

RAID陣列：RAID(Redundant Array of inexpensive Disks)廉價磁盤冗余陣列，即將多個獨(dú)立的物理硬盤按照不同的方式組合起來，形成一個虛擬的硬盤。它可以充分發(fā)揮多塊磁盤的優(yōu)勢，提升讀寫性能，增大容量，提高容錯功能以確保數(shù)據(jù)安全性，同時也易于管理，在任何一塊磁盤出現(xiàn)問題的情況下都可以繼續(xù)工作，不會受到磁盤失效的影響。RAID存取數(shù)據(jù)采用并行和獨(dú)立兩種存取方式，其分類為 RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5、RAID10等。其中以RAID10應(yīng)用最為廣泛，工作原理如下：

圖6 RAID10工作原理圖

4、容災(zāi)技術(shù)應(yīng)用探析

4.1 學(xué)校網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀與需求分析

江蘇省南京工程高等職業(yè)學(xué)校成立于1956年，現(xiàn)有兩個教學(xué)區(qū)，其中總校地處中山門外麒麟門、分校地處江寧百家湖，學(xué)校主要依山而建。由于學(xué)校地勢較高，學(xué)校的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備經(jīng)常會出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的癱瘓，給學(xué)校的招生就業(yè)、成績查詢、信息查詢、在線考試帶來較大的損失。黑客攻擊、人員的誤操作，停電等現(xiàn)象也同樣給我們的數(shù)據(jù)安全帶來了考驗(yàn)。

鑒于上述情況，我們須進(jìn)行校園網(wǎng)絡(luò)的重新規(guī)劃和設(shè)計(jì)，利用現(xiàn)有的技術(shù)將兩個校區(qū)進(jìn)行功能規(guī)劃，在兩個校區(qū)之間，可以在提高校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)性能和出口流量的同時實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的遠(yuǎn)程容災(zāi)，當(dāng)總校服務(wù)器出現(xiàn)異常的情況時，遠(yuǎn)端服務(wù)器能及時接管業(yè)務(wù)，確保學(xué)校各種重要數(shù)據(jù)的安全和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器24小時不間斷服務(wù)。

4.2 容災(zāi)技術(shù)解決方案

4.2.1 整體方案設(shè)計(jì)

目前，我單位主機(jī)房有一臺IBMDS3400磁盤陣列連接服務(wù)器組成基于SAN架構(gòu)的IT基礎(chǔ)計(jì)算環(huán)境，擬在30公里外百家戶校區(qū)新建的副機(jī)房中建立異地容災(zāi)系統(tǒng)，與主機(jī)房通過2M帶寬的專線相連，保證在主機(jī)房IT環(huán)境發(fā)生毀滅性災(zāi)難時，副機(jī)房能夠順利承擔(dān)工作。

在設(shè)計(jì)方案中，我們在南京工程高等職業(yè)學(xué)校副機(jī)房提供一臺穩(wěn)定性極高，高性價比的4Gb光纖存儲陣列浪潮AS400，通過光纖通道SAN的架構(gòu)連接副機(jī)房一臺浪潮NF5220新平臺高效能服務(wù)器系統(tǒng)。

主機(jī)采用雙光纖通道卡設(shè)計(jì)，同時配置浪潮存儲鏈路冗余軟件，來實(shí)現(xiàn)主機(jī)通道負(fù)載均衡及故障及時切換，充分保障主機(jī)系統(tǒng)的高可用性。

通過浪潮BCP軟件實(shí)現(xiàn)異地容災(zāi)，方案示意圖如下：

圖8 容災(zāi)解決方案

4.2.2 連接方案選擇

連接方案選擇有兩種：全冗余連接方案和基礎(chǔ)方案。全冗余連接方案從主機(jī)到存儲所有的部件都是冗余的，不會出現(xiàn)單點(diǎn)故障，從而保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性。如果某個I/O路徑發(fā)生故障，鏈路冗余軟件會自動將I/O負(fù)荷切換到幸存的路徑，并在發(fā)生故障的路徑得到修復(fù)后立即恢復(fù)其使用。針對本單位的現(xiàn)狀以及設(shè)計(jì)容災(zāi)方案的目標(biāo)，我們擬采用全冗余連接方案。具體連接方案見下圖：

圖9 具體連接方案

4.2.3 存儲設(shè)備及管理軟件

在我們設(shè)計(jì)的異地容災(zāi)方案中，在學(xué)校分校采用浪潮AS系列光纖存儲產(chǎn)品，AS400存儲陣列1臺，浪潮AS400具有強(qiáng)冗余體系架構(gòu)設(shè)計(jì)，在控制器、電源、風(fēng)扇、磁盤通道都采用冗余設(shè)計(jì)，能較好地實(shí)現(xiàn)整個信息系統(tǒng)應(yīng)用和存儲系統(tǒng)的無單點(diǎn)故障。AS400其主機(jī)帶寬為1600MB/s，最多可支持256臺主機(jī)。

在上述學(xué)校需求分析的基礎(chǔ)上，我們采用300GB/15000 RPMSAS通道磁盤，配置容量為：300GB×9＝2.7TB。并且將每個磁盤陣列最后一塊硬盤配置為全局動態(tài)熱備盤，滿足本項(xiàng)目對磁盤陣列的性能，可靠性，可擴(kuò)展性，兼容性及可管理性的要求。未來可以快速的通過在AS400上增加SAS或SATA磁盤擴(kuò)展柜，輕松實(shí)現(xiàn)將存儲的總體容量的擴(kuò)展，供前端多臺服務(wù)器共享使用，滿足了本單位信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲和應(yīng)用的需求。浪潮AS400存儲系統(tǒng)具有一定的擴(kuò)展性，其最大擴(kuò)展磁盤可達(dá)到48個，充分滿足未來3-5年的數(shù)據(jù)存儲需求。

在軟件配置方面，我們增加路徑冗余軟件以實(shí)現(xiàn)FC 4Gb環(huán)境下的路徑冗余，通過統(tǒng)一的存儲管理軟件Active Storage Manager提供直觀的圖形用戶界面，可對磁盤陣列實(shí)現(xiàn)全面、靈活的配置與管理，支持多種數(shù)據(jù)應(yīng)用功能。同時利用AS400在線式存儲擴(kuò)展、在線式動態(tài)RAID級別遷移、動態(tài)碎片整理等高級功能，可以在不中斷業(yè)務(wù)的前提下實(shí)現(xiàn)對存儲空間的動態(tài)調(diào)優(yōu)?？梢栽趯碛行枰臅r候，系統(tǒng)通過快照軟件升級支持基于磁盤柜的數(shù)據(jù)快照，保護(hù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

4.2.4 主機(jī)端HBA卡

我們在服務(wù)器端配置HBA卡，通過4Gb/s Fiber Channel通道與光纖存儲陣列浪潮AS400連接，構(gòu)架存儲區(qū)域網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)的集中整合。

我們在服務(wù)器端配置2個（或以上）HBA卡，通過4Gb/s Fiber Channel通道連接，消除單點(diǎn)故障，通過鏈路冗余軟件實(shí)現(xiàn)異地容災(zāi)服務(wù)器有2（或多）個load balance的I/O通道連接至高性能浪潮AS光纖存儲系統(tǒng)。

4.2.5 容災(zāi)備份系統(tǒng)軟件

我們選用的浪潮BCP軟件，可以遠(yuǎn)程管理并支持郵件故障通知。可輕松、快速構(gòu)建集群，并實(shí)現(xiàn)在線的編輯方式，集群配置信息直接上傳到集群并生效。BCP軟件支持集群配置文件的導(dǎo)入、導(dǎo)出和離線編輯，稍作修改就可輕松配置出大量結(jié)構(gòu)相似的集群。在發(fā)生故障更換服務(wù)器時，只需要將備份的配置文件導(dǎo)入新服務(wù)器即可迅速完成恢復(fù)。

浪潮BCP軟件不僅支持共享、鏡像等多種業(yè)務(wù)連續(xù)保護(hù)模式，同時也支持遠(yuǎn)程容災(zāi)功能，并且BCP軟件創(chuàng)造性的將鏡像模式應(yīng)用于遠(yuǎn)程共享模式中，實(shí)現(xiàn)容災(zāi)功能。利用BCP軟件的遠(yuǎn)程容災(zāi)功能，不但能夠異地備份業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，還可以對軟硬件資源進(jìn)行監(jiān)視，在主主機(jī)發(fā)生故障時，還能夠自動在備份主機(jī)恢復(fù)業(yè)務(wù)。將業(yè)務(wù)服務(wù)的停止控制在最小限度。

圖10 BCP容災(zāi)方案

BCP軟件除了對本地磁盤，共享存儲，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，操作系統(tǒng)，以及應(yīng)用程序的服務(wù)和進(jìn)程等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控外，BCP自身的服務(wù)狀態(tài)也被列為監(jiān)視范圍之內(nèi)。為了時刻確保系統(tǒng)的完整有效，BCP同時也對待機(jī)服務(wù)器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。通過全方位的故障監(jiān)視，BCP可以實(shí)時地掌握整個系統(tǒng)的軟硬件資源的狀態(tài)，這樣，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，就能夠準(zhǔn)確診斷，并及時進(jìn)行恢復(fù)處理。

4.2.6 方案的具體配置

根據(jù)學(xué)校的具體情況，我們增加了下列配置：

項(xiàng)目 名稱 型號 基本配置 數(shù)量服務(wù)器 NF5220 1磁盤陣列 AS400 單控4GB 12盤位 1硬盤 300GSAS 9 HBA卡 Qlogic 4GB 1容災(zāi)軟件 BCP軟件基本模塊 1 BCP鏡像模塊 2

上述表中具體說明如下：

1、AS400存儲磁盤陣列中配置9塊300GB 15000RPM SAS磁盤，采用RAID5數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制，提供存儲裸容量為2.7TB。

2、我們采用第9塊硬盤作為全局熱備盤，隨時替換失效硬盤，保護(hù)數(shù)據(jù)安全。

3、配置中分別含2塊主機(jī)光纖通道卡（HBA），接口為PCI-E,提供一個4Gb/s光纖端口。

4、我們將Active Storage Manager軟件安裝到服務(wù)器上，對存儲系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理。

5、總結(jié)

容災(zāi)技術(shù)是現(xiàn)階段研究的一個熱點(diǎn),隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步普及，人們對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量要求也越來越高。如何實(shí)現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)的及時恢復(fù)和重建，將會越來越受到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商及廣大網(wǎng)絡(luò)需求者的關(guān)注。本文在這一領(lǐng)域作了初步的研究，結(jié)合學(xué)校發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀,使用浪潮BCP技術(shù)，通過租用2M帶寬實(shí)現(xiàn)與百家湖分校的異地容災(zāi)方案的搭建。

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Network Server Disaster Recovery Technology Application Research

LI Xin-hong
（Nanjing Engineening Vocational Collage,Nanjing 211135,Jiangsu）

Disaster recovery technology through the establishment of remote disaster recovery center,provide a means for preventing user service environment system subjected to various disaster destruction of information system,make its have in post-disaster recovery ability,can meet the needs of information system business continuity.Firstly,several disaster recovery technology for more in-depth research,a brief analysis of the disaster tolerance technology evaluation index and current disaster tolerancetechnology-the IPprincipleof SANtechnique.Finally,aimingat the Nanjingengineeringhigher occupation school network server disaster recovery schemefor theoverall design.

Network server；disaster recovery；SAN

TM11

A

1671-5004（2011） 04-0029-04

2011-7-30

李新紅（1979-），男，南京工程高等職業(yè)學(xué)校信息工程系講師，碩士，主要從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)路安全研究。