論高可靠集群技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用PAGEPAGE1XX大學(xué)XX學(xué)院（課程論文）網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用學(xué)院：班級：學(xué)號：姓名：目錄一.摘要 1二．正文 12.1網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的分類 22.2NAS、SAN和DAS的比較 32.3NAS和SAN的比較 42.4網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)的特性要求 6三存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 73.1存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 73.2存儲系統(tǒng)架構(gòu)概述 8四未來趨勢分析 84.1.基于InfiniBand的存儲系統(tǒng) 84.2．采用DAFS技術(shù)。 94.3．NASD技術(shù)。 104.4．統(tǒng)一虛擬存儲。 10之為瘦服務(wù)器(ThinServer)。數(shù)據(jù)服務(wù)器通過局域網(wǎng)的接口和應(yīng)用服務(wù)器連接。由于采用局域網(wǎng)上通用數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，如NFS，CIFS等，所以能夠在異構(gòu)的服務(wù)器間共享數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在Windows和UNIX混合環(huán)境下是十分重要的。（3）存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(StorageAreaNetwork,SAN)。存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN采用高速數(shù)據(jù)連接光纖通道(FiberChannel，F(xiàn)C)連接服務(wù)器和存儲系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上看，服務(wù)器和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)相互獨(dú)立。將設(shè)備連接到FC集線器或交換機(jī)上，便于擴(kuò)展系統(tǒng)規(guī)模。FC的傳輸速率和可靠性極高，能夠滿足當(dāng)前音／視頻業(yè)務(wù)的需求。在SAN中，所有的存儲設(shè)備和存儲數(shù)據(jù)均可采用中心化管理，使得整個(gè)存儲系統(tǒng)具有可伸縮性。2.2NAS、SAN和DAS的比較（1）獨(dú)立性。存儲系統(tǒng)的獨(dú)立性反映了服務(wù)器和存儲系統(tǒng)間的依靠程度。獨(dú)立性越強(qiáng)，服務(wù)器和存儲系統(tǒng)之間的相關(guān)性就越小。實(shí)際上，獨(dú)立性強(qiáng)的存儲系統(tǒng)可以自成體系，不必考慮和服務(wù)器物理連接的細(xì)節(jié)。（2）帶寬和瓶頸。在傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)中，應(yīng)用程序必須通過服務(wù)器訪問存儲設(shè)備?？紤]到所有的訪問都必須穿透服務(wù)器，輕易形成瓶頸，因此要求服務(wù)器有很大的吞吐速率。LAN的速率和服務(wù)質(zhì)量(QoS)取決于網(wǎng)絡(luò)類型。（3）共享性。在傳統(tǒng)存儲服務(wù)器體系中，存儲設(shè)備并非直接面向網(wǎng)絡(luò)用戶或應(yīng)用程序，而是以服務(wù)器作為訪問的人口。作為存儲設(shè)備，無論是硬盤、還是陣列，都是間接地提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)，真正意義上的物理連接只有服務(wù)器的連接。NAS具有數(shù)據(jù)存儲獨(dú)立性，可以通過LAN上運(yùn)行的NFS、CIFS協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。SAN直接支持服務(wù)器和存儲系統(tǒng)之間的多對多連接，具有共享特性。（4）可擴(kuò)展性。DAS體系只能通過增加服務(wù)器和磁盤存儲量來擴(kuò)展容量，單一擴(kuò)展容量幾乎不可行；業(yè)務(wù)增長造成的訪問流量增加會使服務(wù)器成為瓶頸，而擴(kuò)展服務(wù)器價(jià)格過高且管理難度加大。NAS可以通過擴(kuò)展I／0節(jié)點(diǎn)而增加容量，其帶寬可以通過新增的網(wǎng)絡(luò)接口而得以提高。SAN具有可擴(kuò)展性，可增加存儲設(shè)備而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)充。（5）可管理性。傳統(tǒng)的DAS造成企業(yè)中有大量的服務(wù)器和存儲系統(tǒng)，其異構(gòu)型和分布性使管理工作難以展開。NAS、SAN均采用中心化數(shù)據(jù)管理，便于控制網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)存儲點(diǎn)。（6）存儲介質(zhì)的多樣性。雖然DAS可以采用多種存儲介質(zhì)，但是它和服務(wù)器之間緊密的物理連接，在使用上受到較多限制?；赟AN的存儲系統(tǒng)內(nèi)，存儲設(shè)備和文件服務(wù)器被有效地分離，使得整個(gè)系統(tǒng)可以采用多種存儲介質(zhì)；并且利用不同存儲介質(zhì)和設(shè)備的特征，通過統(tǒng)一的中心數(shù)據(jù)管理，建立多層次的異構(gòu)存儲體系。2.3NAS和SAN的比較NAS、SAN和DAS相比而言，無論是從網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬、數(shù)據(jù)共享性還是從存儲容量的可擴(kuò)充性、數(shù)據(jù)的一體化和平安性等各方面來說，其優(yōu)越性是不言而喻的。所以，現(xiàn)在眾多的用戶在對其存儲方案進(jìn)行選擇時(shí)，實(shí)際上也就成為對NAS和SAN的選擇了。NAS和SAN有許多共同的特征。它們都提供集中化的數(shù)據(jù)存儲和整合優(yōu)化，都能有效地存取文件，都能在眾多的主機(jī)間共享并支持多種操作系統(tǒng)，都能從應(yīng)用服務(wù)器上分離存儲。而且，它們都提供數(shù)據(jù)的高可用性，都能通過冗余部件和RAID保證數(shù)據(jù)的完整性。NAS和SAN也有著一些不同點(diǎn)。首先，實(shí)施和維護(hù)的難易程度解不同。上面曾提到，NAS的存儲設(shè)備和眾多訪問客戶的連接是通過標(biāo)準(zhǔn)的LAN進(jìn)行的，也就是說，直接將NAS存儲設(shè)備接入LAN中就可以使用了，管理者所要做的只是來定義網(wǎng)絡(luò)存取權(quán)限或?yàn)槊總€(gè)用戶定義磁盤限額。而且由于NAS采用了熱插拔和即插即用技術(shù)，所以在新設(shè)備接人時(shí)無需關(guān)閉數(shù)據(jù)服務(wù)器或進(jìn)行重新配置，新增的存儲空間可以立即為眾多的應(yīng)用服務(wù)器和客戶機(jī)所共享。而SAN的存儲設(shè)備和客戶之間的聯(lián)系是通過專用FC集線器和交換機(jī)來進(jìn)行的，假如客戶端增加，就要對交換機(jī)進(jìn)行級連，這就大大增大了安裝和設(shè)置難度。其次，二者的設(shè)備管理難易程度不同。由于NAS中每一個(gè)I／O節(jié)點(diǎn)都有自己的存儲設(shè)備，而這些設(shè)備又沒有一個(gè)統(tǒng)一的管理的界面，所以管理人員就必須逐一管理每個(gè)NAS設(shè)備，從而使管理成本隨網(wǎng)絡(luò)上的NAS設(shè)備的增多而線性增加。而SAN對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的存儲設(shè)備的管理，是采用SAN專用管理軟件來進(jìn)行集中式管理的，用戶可以通過簡單的圖形界面來管理不同平臺和介質(zhì)上的數(shù)據(jù)，也就是說，在SAN中，其整個(gè)存儲網(wǎng)絡(luò)成為了一個(gè)集中化的存儲池，這樣，管理人員管理起來就非常簡單了。再者，NAS和SAN是管理對象也不相同。SAN管理的是磁盤空間，而NAS管理的是文件，也就是說，SAN是個(gè)磁盤工廠，而NAS只是一個(gè)文件服務(wù)器。最后，也是最重要的一點(diǎn)，那就是二者在性能上有所不同。NAS是基于傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的存取設(shè)備，雖然減輕了服務(wù)器所承擔(dān)的壓力，但勢必嚴(yán)重增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷。2.4網(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)的特性要求要達(dá)到存儲系統(tǒng)獨(dú)立的數(shù)據(jù)管理目標(biāo)，對存儲系統(tǒng)的特性有如下幾個(gè)方面的要求，按照重要性排列分別是：（1）可靠性。數(shù)據(jù)集中到存儲系統(tǒng)中，必然對系統(tǒng)設(shè)備的可靠性提出更高的要求。同時(shí)需要建立數(shù)據(jù)備份、容災(zāi)系統(tǒng)進(jìn)行配合，提高數(shù)據(jù)安全性。（2）可擴(kuò)展性。網(wǎng)絡(luò)時(shí)代業(yè)務(wù)發(fā)展的不確定性和數(shù)據(jù)的高速膨脹，對獨(dú)立于計(jì)算系統(tǒng)之外的存儲系統(tǒng)，必然提出高可擴(kuò)展性的要求。這種擴(kuò)展性并非是簡單的容量擴(kuò)展，同時(shí)還必須包括數(shù)據(jù)處理能力、數(shù)據(jù)交換帶寬和數(shù)據(jù)管理功能的擴(kuò)展。（3）兼容性。雖然存儲系統(tǒng)已分離于計(jì)算系統(tǒng)之外，但今天主機(jī)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的使用方式，仍舊以文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為主要手段。存儲系統(tǒng)要適應(yīng)各種主機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)I/O要求，就必須能夠兼容各種操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等各種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理手段。（4）可管理性。支持各種主流的管理協(xié)議和管理架構(gòu)，能夠與網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)等各種設(shè)備統(tǒng)一管理和集中管理，能夠在各種復(fù)雜的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)方便統(tǒng)一的設(shè)備和數(shù)據(jù)管理功能。（5）性能。能夠根據(jù)不同應(yīng)用類型要求，提供帶寬、IOPS（IOPerSecond,每秒IO操作數(shù)）、OPS（OperationsPerSecond，每秒并發(fā)操作數(shù)）、ORT（OverallResponseTime，總響應(yīng)時(shí)間）等不同指標(biāo)側(cè)重點(diǎn)的性能服務(wù)。高端系統(tǒng)還應(yīng)能夠?qū)ο到y(tǒng)性能進(jìn)行動態(tài)的擴(kuò)展和調(diào)整。（6）功能。各種數(shù)據(jù)遷移、數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)版本管理、數(shù)據(jù)復(fù)制、在線擴(kuò)容等數(shù)據(jù)管理功能。三存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)3.1存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則為了確保存儲的現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)和運(yùn)營數(shù)據(jù)萬無一失，設(shè)計(jì)方案滿足以下幾個(gè)要求：（1）采用基于SAN的存儲網(wǎng)絡(luò)，保證數(shù)據(jù)高安全性、高可靠性、高可用性等３個(gè)基本要求。支持在任何需要的時(shí)候增加存儲網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)設(shè)備（服務(wù)器設(shè)備，存儲設(shè)備等）能力，適應(yīng)未來的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓展和容量增加。（2）考慮到由于設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單點(diǎn)故障給未來系統(tǒng)運(yùn)行帶來的不可預(yù)知的影響，在整體網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中硬件設(shè)備選型和數(shù)據(jù)鏈路設(shè)計(jì)中全部采用冗余結(jié)構(gòu)：設(shè)備選型在關(guān)鍵部件采取冗余結(jié)構(gòu)，部件可以全部做到在線更換設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)通路利用軟件功能配合硬件的雙鏈路設(shè)計(jì)，有效消除數(shù)據(jù)通路的故障隱患。（3）存儲系統(tǒng)管理對每臺主機(jī)的雙鏈路做出統(tǒng)一管理，自動偵測每條鏈路的完好性，一旦一條數(shù)據(jù)鏈路出現(xiàn)故障在沒有用戶干預(yù)的情況下自動切換到健康的數(shù)據(jù)鏈路，保證數(shù)據(jù)訪問的實(shí)時(shí)性；另外,還具備數(shù)據(jù)流量的負(fù)載均衡能力，在每臺主機(jī)可用的數(shù)據(jù)鏈路中根據(jù)不同的策略,如應(yīng)用程序的優(yōu)先級別，每條鏈路的隊(duì)列長度等等，優(yōu)化數(shù)據(jù)通路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，從而充分利用雙數(shù)據(jù)鏈路連接的優(yōu)勢。3.2存儲系統(tǒng)架構(gòu)概述存儲系統(tǒng)采用存儲區(qū)域網(wǎng)（SAN）架構(gòu)，其中硬件設(shè)備包括高端小型機(jī)、高性能PC服務(wù)器、企業(yè)級SAN交換機(jī)、企業(yè)級存儲陣列、虛擬帶庫、磁帶庫、負(fù)載均衡交換機(jī)。小型機(jī)部分通過劃分硬件分區(qū)，定制和分配硬件資源來組成數(shù)據(jù)服務(wù)器集群，并在應(yīng)用環(huán)境中進(jìn)行有效的負(fù)載均衡。多個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)部署在不同的硬件小型機(jī)和PC服務(wù)器上，每個(gè)業(yè)務(wù)均有應(yīng)用負(fù)載均衡配置，系統(tǒng)訪問認(rèn)證、身份認(rèn)證服務(wù)器通過F54層交換機(jī)進(jìn)行負(fù)載均衡。高端存儲陣列通過快速的、專用的SAN網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，并通過鏈路冗余提高可靠性，存儲陣列根據(jù)不同應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)量的需求進(jìn)行存儲空間劃分，存儲陣列硬件配置有主機(jī)柜和擴(kuò)展柜，存儲陣列之間使用LVMMirror（卷管理器）的數(shù)據(jù)鏡像方式來實(shí)現(xiàn)本地冗余數(shù)據(jù)備份，并配置硬件虛擬磁帶庫來提高數(shù)據(jù)備份性能，最終數(shù)據(jù)可通過磁帶庫使用磁帶備份介質(zhì)進(jìn)行異地保存。四未來趨勢分析在未來，網(wǎng)絡(luò)存儲將在以下幾個(gè)方面得到發(fā)展。4.1.基于InfiniBand的存儲系統(tǒng)４InfiniBand是被用來取代PCI總線的新I/O體系結(jié)構(gòu)。InfiniBand把網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入I/O體系中，形成一個(gè)I/O交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主機(jī)系統(tǒng)通過一個(gè)或多個(gè)主機(jī)通道適配器（HCA）連接到I/O交換網(wǎng)上，存儲器、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備通過目標(biāo)通道適配器（TCA）連接到該I/O交換網(wǎng)上InfiniBand體系結(jié)構(gòu)把IP網(wǎng)絡(luò)和存儲網(wǎng)絡(luò)合二為一，以交換機(jī)互連和路由器互連的方式支持系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。服務(wù)器端通過主機(jī)通道適配器（HCA）連接到主機(jī)內(nèi)存總線上，突破了PCI的帶寬限制，存儲設(shè)備端通過終端通道適配器（TCA）連接到物理設(shè)備上，突破了SCSI和FC-AL的帶寬限制。在InfiniBand體系結(jié)構(gòu)下，可以實(shí)現(xiàn)不同形式的存儲系統(tǒng)，包括SAN和NAS。基于InfiniBandI/O路徑的SAN存儲系統(tǒng)有兩種實(shí)現(xiàn)途徑：其一是SAN存儲設(shè)備內(nèi)部通過InfiniBandI/O路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，InfiniBandI/O路徑取代PCI或高速串性總線，但與服務(wù)器/主機(jī)系統(tǒng)的連接還是通過FCI/O路徑;其二是SAN存儲設(shè)備和主機(jī)系統(tǒng)利用InfiniBandI/O路徑取代FCI/O路徑，實(shí)現(xiàn)徹底地基于InfiniBandI/O路徑的存儲體系結(jié)構(gòu)。4.2．采用DAFS技術(shù)。作為一種文件系統(tǒng)協(xié)議，直接存取文件系統(tǒng)DAFS可以在大量甚至過量負(fù)載時(shí)有效地減輕存儲服務(wù)器的計(jì)算壓力，提高存儲系統(tǒng)的性能。DAFS把RDMA的優(yōu)點(diǎn)和NAS的存儲能力集成在一起，全部讀寫操作都直接通過DAFS的用戶層——RDMA驅(qū)動器執(zhí)行，從而降低了網(wǎng)絡(luò)文件協(xié)議所帶來的系統(tǒng)負(fù)載。DAFS的基本原理是通過縮短服務(wù)器讀寫文件時(shí)的數(shù)據(jù)路徑來減少和重新分配CPU的計(jì)算任務(wù)。它提供內(nèi)存到內(nèi)存的直接傳輸途徑，使數(shù)據(jù)塊的復(fù)制工作不需要經(jīng)過應(yīng)用服務(wù)器和文件服務(wù)器的CPU，而是在這兩個(gè)物理設(shè)備預(yù)先映射的緩沖區(qū)中直接傳輸。也就是說，文件可以直接由應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)酱鎯Ψ?wù)器內(nèi)存，而不必先填充各種各樣的系統(tǒng)緩沖區(qū)和網(wǎng)絡(luò)接收器。DAFS可以直接集成到NAS存儲服務(wù)器中，一方面實(shí)現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)傳輸，另一方面也可以更好地支持?jǐn)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，如Oracle數(shù)據(jù)庫等。4.3．NASD技術(shù)。NASD（Network-AttachedSecureDisk）是CMU大學(xué)目前正在研究的網(wǎng)絡(luò)存儲項(xiàng)目，它是一個(gè)類似NAS存儲設(shè)備的智能磁盤驅(qū)動器，但將管理、文件系統(tǒng)語義和存儲轉(zhuǎn)發(fā)相分離，僅實(shí)現(xiàn)基本的存儲元語，由文件管理器實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)的高層管理部分。它對外提供以太網(wǎng)、ATM等數(shù)據(jù)通信接口與IP網(wǎng)絡(luò)相連，或者通過FC接口連接到SAN上。NASD設(shè)備嵌入了低層的磁盤管理功能并提供了可變化長度的對象存儲接口。客戶端可以直接存取NASD設(shè)備中的存儲資源。文件管理器負(fù)責(zé)每個(gè)客戶對NASD設(shè)備存儲資源的存取控制和檢查工作。存儲管理器則負(fù)責(zé)NASD存儲資源的映射管理和RAID管理等工作。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)通信可以通過公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)采用普通的通信協(xié)議完成，因而NASD需要提供安全機(jī)制，目前采用的是基于私鑰/公鑰驗(yàn)證技術(shù)的安全機(jī)制。4.4．統(tǒng)一虛擬存儲。統(tǒng)一的虛擬存儲將不同廠商的FC-SAN、NAS、IP-SAN、DAS等各類存儲資源整合起來，形成一個(gè)統(tǒng)一管理、監(jiān)控和使用的公用存儲池。虛擬存儲的實(shí)質(zhì)是資源共享，因此，統(tǒng)一虛擬存儲的任務(wù)有兩點(diǎn)：其一是如何進(jìn)一步增加可共