网络工程设计与安装

1. 网络工程设计与安装 网络存储与备份设计 电子工业出版社

2. 第6章 网络存储与备份设计 • 知识目标： • 了解传统存储技术，网络附加存储，存储区域网络，iSCSI存储技术，以及各种存储技术的差异。 • 基本掌握NAS存储技术与SAN存储技术方案设计。基本掌握备份与恢复的概念、类型及技术；备份设备和介质的选择、备份软件的选择及方案选择。 • 掌握Windows 2000服务器的数据备份、还原、系统修复与磁盘容错技术。

3. 第6章 网络存储与备份设计 • 情感目标： • 亲历网络存储与备份需求分析的过程，获得网络存储与备份方案设计的感性认识。 • 关注用户网络存储与备份需求，关注网络存储与备份技术的演进，具有一定的价值判断能力和交流沟通能力。 • 技能目标： • 尝试、模仿网络存储与备份专家分析问题、解决问题的行为，能按照用户网络存储与备份的需求，设计简单的网络存储与备份方案。 • 能够在Windows 2000 Server服务器上进行数据备份、还原、系统修复与磁盘容错操作。

4. 第6章 网络存储与备份设计 • 本章重点： • 网络附加存储，存储区域网络， • NAS存储方案设计，SAN存储方案设计， • 数据备份方案， • Windows 2000的数据备份、还原、系统修复与磁盘容错。 本章难点： • 网络附加存储及方案， • 存储区域网络及方案

5. 6.1 网络存储技术 • 目前的网络存储技术有SAN、NAS和iSCSI。 • SAN • NAS • iSCSI SAN主要是基于光纤通道的、面向数据块的存储，可以看成是传统总线的扩展。 NAS是在TCP/IP协议基础上提供文件的存取服务。 iSCSI则是前面两种技术在TCP/IP网络上的融合，通过把面向数据块的SCSI协议封装在TCP/IP包中，以便在TCP/IP网络上传送

6. 图6.1 DAS存储模式 6.1.1传统存储技术 • DAS（Direct Attached Storage，译为“直接附加存储”或“直接连接存储”），又称SAS（Server Attached Storage，服务器附加存储）。DAS将存储设备直接与服务器相连，完全以服务器（或主机）为中心，作为服务器的组成部分。用于DAS的存储设备可以是磁盘、磁带、磁盘阵列或磁带库，最典型的DAS设备是各类磁盘阵列。DAS存储模式如图6.1所示 。

7. 6.1.1传统存储技术 • DAS特别适合于对存储容量要求不高、服务器的数量很少的中小型局域网，其主要的优点在于存储容量扩展的实施非常简单，投入的成本少而见效快。 • 具体地讲，DAS问题主要有以下几点：（1）容易形成服务器到存储设备的瓶颈。 （2）影响数据的可用性。 （3）存储设备分散，不便于管理监控。 （4）容易造成存储空间浪费。 （5）对重要的数据进行备份时将会极大地占用网络的带宽。

8. 图6.2 NAS存储模式 6.1.2网络附加存储技术 1. NAS的组成 NAS（Network Attached Storage，译为“网络附加存储”或“网络连接存储”）的意思是连接在网上的存储设备 。NAS设备直接连接到TCP/IP网络（可以是LAN或WAN）上，在功能上完全独立于网络服务器。如图6.2所示。

9. 6.1.2网络附加存储技术 2. NAS的特性（1）易于安装。 （2）易于部署。 （3）方便使用和管理。 （4）整体性能高。 （5）跨平台使用。 （6）提高数据可用性。 （7）性能价格比优异。 • ① 采用磁盘阵列技术，NAS可保证硬件设备和数据的安全与完整。 • ② 通过网络共享数据，即使相应的应用服务器不再工作了，仍然可以读取数据。 • ③ 采用嵌入式操作系统，具有很强的稳定性和可靠性。 • ④ 网络管理员可方便地设置用户或用户组对NAS服务器的访问权限。 • NAS产品是真正即插即用的产品，内置专门用于数据存储的简化操作系统和网络协议，可以直接挂接到网络上。 • 用户可根据需要来确定NAS的物理位置，一般将其放置在访问频率最高的地方，以进一步缩短用户的访问时间并提高网络吞吐量。 • 客户不需安装任何额外软件，NAS服务器的设置、升级及管理均可通过Web浏览器远程实现。NAS服务器与网络直连，当增加或移去NAS设备时不会中断网络的运行。 • 无需应用服务器的干预，NAS设备允许用户在网络上存取数据；这样既可减小CPU的开销，也能显著改善网络的性能。 • NAS独立于操作系统平台，可以支持Windows、UNIX、Mac、Linux和Netware等不同操作系统。 • NAS是精简型服务器，在硬件架构上只需CUP、内存、硬盘、网卡和主机板等。在软件方面，操作系统也是精简型系统，有些甚至是免费的Linux。

10. 6.1.2网络附加存储技术 3. NAS的应用场合NAS主要面向高效的文件共享任务，适用于那些需要通过网络传送大量文件数据的场合。 资源库 课件 多媒体 课件 PPT 素材库 光纤通道 交换机 NAS引擎 NAS 网络存储 磁带库 101010 101010 海量存储

11. 图6.3 SAN存储模式 6.1.3存储区域网络技术 1. SAN的组成 存储区域网络（SAN，Storage Area Network）是一种类似于普通局域网的高速存储网络，SAN通过专用的集线器、交换机和网关建立起与服务器和磁盘阵列之间的直接连接。SAN存储模式如图6.3所示。

12. 6.1.3存储区域网络技术 2. SAN的特性 SAN更适合网络关键任务的数据存储，与其他存储技术相比，SAN具有以下特性： • （1）高可用性 • （2）高性能 • （3）便于扩展 • （4）可实现高效备份 • （5）支持服务器的异构平台 • （6）支持集中管理和远程管理

13. 6.1.3存储区域网络技术 3. SAN的应用场合 SAN作为网络存储设施，旨在提供灵活、高性能和扩展的存储环境，擅长在服务器和存储设备之间传输大块数据。特别适于以下应用场合： （1）对响应时间、可用性和可扩展性要求高的关键任务数据库应用。 （2）对性能、数据完整性和可靠性要求高的集中存储备份，以保证关键数据的安全，可极大地提高企业数据备份和恢复操作可靠性和可扩展性。 （3）海量存储的应用环境。例如，图书馆，企业或组织的数据中心。 （4）支持服务器及其连接设备之间提供光纤通道高性能和扩展的距离。

14. 250 200 150 Terabytes ('000) 100 50 0 在一个随需应变的存储环境…… 3. SAN的应用场合 一个随需应变的存储环境，数据是能够被分类整理的。即除了有用的数据，还会有很多垃圾数据需要清理，来腾出更多的可用存储空间，这样就可以减少存储设备的购买从而降低存储费用。 获得更多 剩余存储容量 非业务数据：存储在公司储存设备上的一些员工从网络下载的文件或者个人文件，在某些情况下这些文件甚至会造成法律问题。 • 数据分类 删除 存储带来的开销，占IT投资的 百分比不断上升 磁盘存储快速增长 复制数据：多个员工或程序拷贝的文件副本，通过共享来减少文件数量和所占用的存储空间 Server-based disk storage 删除/共享 应用冗余数据, log files, dump files, 临时文件 删除 – 定期 陈旧/孤立数据：还有一些数据不会再被用到，如财务年终报表，个人数据等 归档 – 定期 有效数据：包括数据库数据，应用数据等，这些数据能够带来revenue，需要得到很好的投资保护，放置于企业级的存储介质中 加强投资进行保存、访问和保护

15. 存储池 存储池 存储池 虚拟文件系统 在一个随需应变的存储环境…… 3. SAN的应用场合 • Active文件保存在存储池内，可以被pool和共享。 有效数据（能够创造价值的数据）能够被pool，例如，你可以将数据库数据存储在左边的pool里，把共享的工作目录存储在中间的pool里，而把个人的目录存放在右边的pool里。这么做的目的是集中投资，将数据的价值和存储的费用相关联。 SAN存储域网络

16. 在一个随需应变的存储环境…… 3. SAN的应用场合 除了active 数据，大多数的IT环境还必须管理inactive数据， 如季度财务报告之类的文件，和为了容灾而备份的active 数据复本。 介质管理： inactive文件随着其变得更加陈旧而向更便宜个存储介质转移 复制管理：将文件在从有介质损坏考虑的磁盘RAID向磁带转移时其做一个复制，为了防止由于介质损坏而造成的数据丢失 分层管理：Inactive 文件保存在成本变化的分层存储空间 。 Compress? Automated Manual Mid-range Low-cost Enterpriseclass Encrypt? 长期保存管理：一些inactive 数据可能需要被保存很多年，很长时间，使用新技术来保存这些数据，透明的将这些新类型的数据转移到新的存储介质上并自动更新目录 WORM WORM WORM 离线管理：为了容灾地考虑， 也许需要把一些文件离线管理

17. 存储池 存储池 存储池 VirtualDisk VirtualDisk VirtualDisk VirtualDisk JBOD 虚拟化磁盘 虚拟磁盘系统 虚拟文件系统 non-IBM FAStT ESS ESS 在一个随需应变的存储环境…… 3. SAN的应用场合 存储基础设施可以作无影响的变更，即：存储设施的改变不能影响到服务器对存储设施的连接、也不应该影响在其上运行的业务应用。通过文件系统和磁盘卷管理的虚拟化来实现 主机系统和应用系统不会感觉到存储系统的变化 为数据库文件扩展可用的存储空间 SAN存储域网络 共享路径转移到另外的存储设备 替换旧的存储子系统 Move LoadBalance non-IBM FAStT Move

18. 6.1.4 NAS与SAN的比较

19. 6.1.5 iSCSI存储技术 • iSCSI通过TCP/IP网络传送SCSI命令（SCSI over IP）。 • 如图6.4所示。 • iSCSI在IP网络上传输iSCSI数据块需要进过3个步骤： • （1）iClient（初始化程序）代码重新确定SCSI指令通过IP网络的路径； • （2）iSCSI目标代码从IP网络接收SCSI指令； • （3）随后将SCSI指令直接发送到嵌入式存储（iSCSI设备）或FC SAN（iSCSI网关）。 图6.4 iSCSI（IP上的SCSI）设备

20. 6.1.5 iSCSI存储技术 • iSCSI协议模型如图6.5所示

21. 6.1.5 iSCSI存储技术 • 一个完整的iSCSI网络存储结构是由iSCSI服务端和客户端两部分组成的。iSCSI服务端包括服务器及其连接的iSCSI网络。 • 客户端一般是Windows 2000或Linux系统，iSCSI客户端必须能够通过网络访问到服务端。对于客户端的操作系统来说，和本地硬盘完全相同（直接访问存储设备）。可以对iSCSI作任何能在本地硬盘上进行的操作，彻底抛开了NFS的限制，更好地支持各种应用。 • iSCSI不必通过文件系统直接存取磁盘系统，特别适合基于IP网络的数据库应用环境。

22. 6.2 网络存储系统设计 6.2.1中小型网络存储技术选择 1. 与现有应用系统的兼容性 2. 存储系统未来升级和扩展 3. 选用DAS的场合 4. 网络存储首选NAS 5. 慎选SAN和iSCSI

23. 6.2 网络存储解决方案 DAS、NAS、SAN与ISCSI的性能特点比较如表6.3所示。

24. 6.2.2 NAS存储案例 1. 网络存储需求 某大学网络中心建立了多种资源服务器：Web主页、教工和学生E-mail、FTP软件下载，网络课程，精品课程，电子考试和电子校务等。这些资源的操作系统包括UNIX、Linux和Windows 2000 Advanced Server平台，是一个异构系统，分布在数十台DAS上。这些服务器数据量较大，数据的安全性很重要（如邮件系统约有2万用户），因此对数据存储的管理和备份就显得非常重要。

25. 6.2.2 NAS存储案例 2. NAS产品选型 MaxAttach NAS 4100文件服务器 • 提供了定时的备份功能，可以为“按需存储”的企业或组织提供了理想的解决方案。 • MaxAttach的互用性使Windows、UNIX、Linux、NetWare和Macintosh的等不同平台的用户可以简单的分享存储数据。 • MaxAttach的备份软件具有简单直观的安装设置界面，使任何一个从来没有这方面经验的管理员也可以轻松操作。 • NAS4100提供了很高的磁盘响应速度和快速的网络接口，可以大大改善原先由磁带机作为主要备份设备的网络响应慢的状况。

26. 图6.6 NAS数据存储结构 6.2.2 NAS存储案例 3. NAS解决方案

27. 6.2.3 SAN存储案例 1. 网络存储需求：企业应用系统类型 Web 服务器 FTP 服务器 数据库 服务器 生产计划 服务器 邮件 服务器 Web 服务器 资源库 VOD 服务器 计费 服务器 计费 服务器 数据库 服务器 财务 服务器 库存 服务器 电子商务 服务器 素材库 基础网络 应用 ERP系统 电子商务系统 电子资源库 存储设备较多，管理维护复杂。 存储空间利用率低，浪费存储资源。 速度问题、容量问题。 信息资源分散，不便于共享。 数据备份、远程容灾安全性问题。

28. 6.2.3 SAN存储案例 SAN数据中心（大中规模） 群集热备 群集热备 群集热备 群集热备 FTP 服务器 Web 服务器 数据库 服务器 生产计划 服务器 邮件 服务器 Web 服务器 资源库 电子商务 服务器 VOD 服务器 计费 服务器 计费 服务器 数据库 服务器 财务 服务器 库存/销售 服务器 素材库 NAS引擎 高速存储 光纤通道 交换机 NAS 网络存储 离线备份 SCSI-FC 转换器 101010 远程同步复制 磁带库 原有磁盘阵列 FS8600 光纤磁盘阵列 101010 101010 海量存储 远程灾备

29. 基础网络应用 ERP系统 ERP 生产管理 电子商务 客户机 千兆 以太网 6.2.3 SAN存储案例 SAN数据中心（中大规模） 千兆 以太网 远程异步复制 多级数据保护。 信息资源统一管理，使用方便。 磁盘容量利用率高，保护投资。 海量高性能SAN存储系统。 数据集中存储，管理维护简单。 101010 磁带库 DS5600i 光纤磁盘阵列 磁带库备份 远程离线备份 远程复制 快照 远程在线备份 卷复制 快照 本地在线备份 卷复制 快照 本地镜像备份 远程同步复制 分公司区 灾备中心 光纤通道 交换机 磁带库 光纤通道 交换机 1KM~几百KM 磁带库备份 本地离线备份 FS8600 光纤磁盘阵列 本地同步复制 FS8600i 光纤磁盘阵列 101010 101010 101010 101010 101010 101010 网络中心 数据中心 300M~2KM 企管处 数据中心

30. 6.3 数据备份和恢复 6.3.1 备份与恢复的概念 1. 备份与恢复 • 备份就是保留一套后备系统，做到有备无患。数据备份就是保存数据的副本。数据备份的目的是为了预防事故（如自然灾害、病毒破坏和人为损坏等）造成的数据损失。 • 数据恢复就是将数据恢复到事故之前的状态。数据恢复总是与备份相对应，实际上可以看成备份操作的逆过程。备份是恢复的前提，恢复是备份的目的，无法恢复的备份是没有意义的。

31. 6.3.1 备份与恢复的概念 2. 数据备份不仅仅是数据复制 • 数据复制是指将重要的数据复制到其他存储介质，并保存在其他地方，当数据遭到意外损坏或者丢失时，再将保存的数据副本恢复到系统。 • 完善的备份必须在数据复制的基础上，提供对数据复制的管理，彻底解决数据的备份与恢复问题。单纯的数据复制无法提供文件的历史记录，也无法备份系统状态等信息，不便于系统的完全恢复。

32. 6.3.1 备份与恢复的概念 3. 数据存储硬件容错 • 硬件容错是指用冗余的硬件来保证系统的连续运行。硬件容错的目的为了保证系统数据的可用性和不间断运行，即保护系统的在线状态，保证数据可信且可用。 • 数据备份则是将整个系统的数据或状态保存下来，以便将来挽回因事故带来的数据损失，保存的数据副本处于离线状态。备份数据的恢复需要一定的时间，在此期间，系统往往是不可用的。

33. 6.3.1 备份与恢复的概念 4．备份软件 • 专业的数据备份是软件级备份，即通过备份软件，将系统数据保存到其他介质上，当系统出错时可将系统恢复到备份时的状态。 5．数据库备份和恢复 • 专业的数据备份是系统级的，能够将数据从正在运行的数据库文件中提取出来，实现在线备份。

34. 6.3.1 备份与恢复的概念 6．专业备份系统的特性 • （1）备份作业集中式管理。 • （2）跨平台备份与恢复。 • （3）自动化备份与恢复。 • （4）大型数据库的备份和恢复。 • （5）系统灾难恢复。 • （6）节省系统资源和网络带宽。 • （7）备份设备和介质管理。 • （8）安全性与可靠性。

35. 6.3.1 备份与恢复的概念 6.备份系统的逻辑结构 备份系统的逻辑结构包括以下三个部分： （1）备份源系统 （2）备份管理器 （3）备份目标系统 用于管理和运行备份任务，提供备份用户管理、作业调度管理、备份数据库管理、备份跟踪和审计及数据迁移等功能。备份管理器与备份源系统进行通信，并将来自源系统的数据传送到目标系统。 主要用于从特定的系统中提取备份数据。操作系统、数据库和备份任务都需要相应的备份源代理程序，获得备份数据。 主要完成把备份数据保存到不同备份介质的工作，提供备份设备管理和介质管理等功能。

36. 6.3.2 数据备份的类型 1. 数据备份分类 数据备份，一般可以划分为以下类别： （1）根据备份设备与系统的相对位置可分为本地备份和远程（异地）备份。 （2）根据备份介质的不同可分为磁带备份、磁盘备份和光盘备份等。 （3）根据备份时间的不同，可分为即时备份（立刻进行备份）和定时备份。

37. 6.3.2 数据备份的类型 • （4）根据备份的自动化程度，可分为手工备份和自动备份。自动备份包括按照备份时间计划的定时自动备份和满足备份条件的自动备份。 • （5）按照备份数据的在线状态和备份的实时性，可分为冷备份（离线备份、非实时备份）和热备份（在线备份、实时备份）。 • （6）根据备份对象，可分为文件备份和映像备份。 • （7）根据数据备份的网络实现方式，可分为单机备份和网络备份。

38. 6.3.2 数据备份的类型 2．完全备份、增量备份和差异备份 • 完全备份：对服务器上的所有数据进行完全备份，包括系统文件和数据文件 。完全备份所需时间最长，但恢复时间最短，操作最方便。当系统中的数据量不大时，采用完全备份最可靠。 • 增量备份：只对上一次备份后增加的和修改过的数据进行备份 。其优点很明显，由于没有重复的备份数据，既节省磁盘空间，又缩短了备份时间。但是一旦发生灾难，恢复数据则比较麻烦，因而实际应用中一般不采用这种方式。 • 差异备份：对上一次完全备份（而不是上次备份）之后新增加的和修改过的数据进行备份 。降低增量备份存储空间不足的可能性；在恢复数据时，只需两份数据，一份是上一次完全备份，另一份是最新的差异备份

39. 6.3.2 数据备份的类型 3. 单机备份和网络备份 （1）单机备份：备份设备（如磁盘、磁带和光盘库等）直接连接到网络服务器上，形成基于主机的备份结构。这种备份系统较为简单，备份系统直接将服务器硬盘上的数据保存到备份设备。目前流行的操作系统自带的备份系统大多基于此种结构。如图6.9所示，单机备份配置简单，适合只有1~3台服务器的网络。 （2）网络备份。网络备份支持基于网络的数据备份和恢复功能。如图6.10所示，对于有多台服务器的网络，部署专用的备份服务器，在其他服务器上部署备份代理软件，使用专用的备份管理软件将网络上任一服务器的数据通过网络集中备份到备份服务器上。

40. 图6.9单机备份图6.10 网络备份 6.3.2 数据备份的类型 3. 单机备份和网络备份 网络备份为整个网络建立一套备份体系，能满足实时备份、远程数据保护及快速系统恢复等要求。网络备份可进一步分为局域网备份和广域网备份。局域网备份需要配置备份服务器和专业备份软件，存储设备和介质的管理维护负担重，需专业技术人员，投资较大。广域网备份提供远程异地备份，备份数据远离本地网络现场，可降低安全风险，提高容灾能力。

41. 6.3.3 网络存储备份技术 1. 基于NDMP的NAS备份 • Network Appliance和Legato Systems两个存储厂商共同开发了NDMP（网络数据管理协议），解决了文件服务器与备份设备的通信问题。如图6.11所示，支持NDMP的NAS设备、NDMP磁带机（磁带库）与备份服务器之间可以建立网络连接。 图6.11基于NDMP的NAS备份

42. 图6.12 基于SAN的LAN-free备份 6.3.3 网络存储备份技术 2．LAN-free备份 • LAN-free备份是指释放网络资源的数据备份方式。在SAN架构中，LAN free备份的实现机制一般如图6.12所示。备份数据只简单地从LAN中“搬移到”SAN中，备份服务器向应用服务器发送指令和信息，指挥应用服务器将数据通过SAN直接从磁盘阵列中备份到磁带库中。

43. Solaris Windows Solaris Linux Linux Solaris 6.3.3 网络存储备份技术 2．LAN-free备份实例 客户机 客户机 客户机 客户机 以太网 Oracle 数据库 服务器 Oracle 数据库 服务器 JBOSS 服务器 JBOSS 服务器 Web 服务器 备份 服务器 LanFree Backup Server-less Backup 磁带库备份离线备份 Brocade Silkworm 3200 卷复制 快照 在线备份 FS8600 光纤磁盘阵列 101010 数据库 快照 数据库 数据库 卷复制 MSS VCS DAA

44. 6.3.3 网络存储备份技术 3．无服务器备份 • 无服务器备份是在LAN-free备份的基础上的进一步改进，克服了LAN-free备份需要服务器参与的问题；从而全面释放网络和服务器资源，由SAN上独立的备份管理系统把各个服务器的备份工作接管过来，在SAN的两种存储设备间（典型地是磁盘阵列与磁带之间）实现数据的直接传送。

45. 6.4 中小型网络数据备份 • 备份设备和介质 • 备份软件 • 数据备份方案

46. 6.4 中小型网络数据备份 1. 磁盘、磁带和光盘 • 磁盘介质 • 磁带介质 • 光盘介质 • 备份介质选择建议 ① 业务规模小的小型网络，可以使用外置硬盘，或者在网络上其他计算机上加装内置硬盘作为备份介质。 ② 有的数据系统以数值数据为主，容量很小，可使用光盘作为备份介质。 ③ 对于数据量大的，且具有安全与可靠性要求高的系统，如金融、证券的数据库，最好选择磁带。磁带为专业备份系统所必备。 ④ 可根据需要组合使用多种介质。如将磁带与磁盘组合使用，对实时性强的数据使用硬盘，对实时性要求不高的数据使用磁带。 ⑤ 光盘刻录时间较长，大容量数据备份不宜采用光盘。

47. 6.4.1备份设备和介质 2. 如何选择磁带产品 • 确定备份策略 • 选择合适的驱动技术 • 选择磁带设备类型 • 考察磁带产品的兼容性

48. 6.4.2 备份软件 VERITAS公司的Backup Exec软件是一种多线程、多任务的C/S网络备份管理解决方案。VERITAS的Backup Exec备份管理软件的特点： （1）稳定性高。 （2）高效性。 （3）可扩展性。 （4）易使用和维护。 （5）集中式管理。 （6）异构备份平台的互操作。

49. 6.4.2 备份软件 （2）LEGATO的备份软件 LEGATO NetWorker是目前能够完全满足异构型企业环境下存储管理需要的唯一产品，能够在DAS、NAS和SAN环境下保护UNIX，Windows 2000/2003，Linux和Netware服务器以及所有桌面平台中的数据。 NetWorker采用一个统一的方案保护多平台环境，具有保护多平台环境所需的可管理性、可用性等性能。它支持跨平台备份、自动介质处理、可互操作的磁带格式、数据流并行性、远程管理以及在线数据备份等特性。

50. 6.4.2 备份软件 （3）CA的备份软件产品 ① 提供用于客户机的备份代理。通过备份代理，备份系统可以协同工作，设置安全权限，提高备份效率。 ② 支持磁带、MO、ZIP和JAZ等备份介质。 ③ 支持RAID方式，可用RAID5为备份数据提供安全保证。 ④ 可备份打开了的数据库，在记录级进行备份。 ⑤ 支持灾难恢复（Disaster Recovery）。 2．小型备份工具软件