網絡服務器容災技術應用研究

李新紅

（南京工程高等職業學校，江蘇 南京 211135）

網絡服務器容災技術應用研究

李新紅

（南京工程高等職業學校，江蘇 南京 211135）

容災技術通過建立異地災備中心，提供一個防止用戶業務環境系統遭受各種災難性破壞的信息系統，使其具備在災后快速恢復的能力，能滿足信息系統業務連續性需求。

本文首先對幾種容災技術進行比較并展開深入研究，簡要分析了容災技術的評價指標以及目前常用的容災技術—IP SAN的技術原理。最后，論文針對南京工程高等職業學校網絡服務器進行容災方案的整體設計。

網絡服務器；容災；SAN

1、引言

隨著Internet的快速發展，越來越多的人通過網絡瀏覽自己感興趣的資料、網上購物、視頻聊天及會議、遠程教育、在線影院、網絡游戲等，上網的方式也多元化，人們常見的上網方式由網吧轉為家庭ADSL、公司寬帶、無線網絡、Intranet等。由于網絡的迅速普及網絡技術最初設計的開放性，網絡服務器的安全性、高可用性也日益受到人們的關注，服務器數據丟失以及間斷，將會導致巨大的經濟損失。據2009年國家網絡安全統計報告顯示，2008年上半年我國大陸地區被篡改的.gov.cn網站數量比2007年上半年增加41%，共計2242個，占被篡改網站總數的比例達到7%，而gov.cn域名僅占.cn域名總數的2.3%；同時國家互聯網應急中心(CNCERT)的監測數據顯示，2008年上半年，國家互聯網應急中心(CNCERT)通過技術平臺共捕獲約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，如何使網絡服務器提供7*24不間斷的服務，保證終端用戶的服務質量？本文我們通過災備方案的設計來實現服務器的不間斷服務。

2、幾種常見的容災方案分析

在我們日常生活中對于正常業務而言，僅IT系統的保障還是不夠的，有些用戶需要構建業務級容災。根據方式的不同，通常將網絡容災分為基于主機的容災、基于存儲的容災和基于網絡的容災。

1、基于主機的容災

基于主機的容災就是通過安裝在服務器的數據復制軟件（如Veritas Volume Replicator），或者應用程序提供的數據復制、災難恢復工具（如Oracle Flash Recovery Area）,利用網絡連接遠端的災備服務器，以異步方式進行數據復制。這種方式其優點在于服務器較少的情況下，所需的成本較低，用戶不需要更換太多現有的系統架構，也不用擔心后端存儲系統的兼容性問題，只需支付軟件的授權費和災備端的硬件設備費用即可。但當服務器較多的時候，管理的復雜程度會增加，整體成本也會增加。同時軟件的運行會消耗主機的運行資源，使服務器的性能受到一定影響。其一般工作模型圖如下：

圖1 基于主機的容災模型

2、基于存儲的容災

基于存儲的容災是通過在存儲設備上安裝軟件，通過網絡將數據以同步或異步的方式復制到遠端，實現數據在存儲設備間的復制。與基于主機的容災相比，基于存儲的容災優點是將數據與運行分開，對主機系統的資源占用較小。在這種技術下，目前大多數設備利用鏡像技術來復制數據，并借助高速緩存器加速存取，兩端的數據差異時間點比較小，提高了容災的性能和可靠性。

圖2 基于存儲的容災模型

3、基于網絡的容災

基于網絡的容災是通過在本地和異地的存儲網絡中增加存儲虛擬化和遠程復制功能模塊，實現數據在存儲設備之間的復制。基于存儲網絡的容災綜合了以上兩種容災架構的優點。由于數據復制是通過存儲網絡來執行，通過虛擬化技術，可以整合前端異構平臺的服務器和后端不同品牌的存儲設備，本地端和災備端的設備無需成對配置。用戶可以在遠端建立完整的熱備份中心，當本地端發生災難時立即接管業務運行；也可以僅在災備端安裝存儲設備，先保護數據的完整性和安全性，在本地端修復完成后再進行恢復。

圖3 基于網絡的容災模型

3、IPSAN技術分析

3.1 IP SAN發展歷程

早先的存儲形式是存儲設備與應用服務器上的其他硬件直接安裝于同一個機箱內，并且該存儲設備是給本臺應用服務器獨占使用的。隨著服務器數量的增多，磁盤數量也在增加，且分散在不同的服務器上，這使數據被分割成雜亂分散的“數據孤島”，無法在系統間自由流動，資源的充分利用和數據的共享變得相當困難。如果要更換磁盤，需要拆開服務器，這樣會中斷應用。于是，一種希望將磁盤從服務器中分離出來，進行集中管理的需求出現了。

為了實現存儲設備從服務器中分離出來，廠商提出了使用專用的線纜將服務器的總線和存儲設備連接起來，通過專門的SCSI指令或FC指令來實現數據的存儲。最初出現的DAS結構，通過每臺服務器掛接一臺獨立的存儲設備，頂替原先內置的硬盤存儲的功能。但是由于資源的浪費和管理的困難等等原因，這種結構越來越滿足不了應用的需求。之后逐步出現了網絡存儲，比如NAS和SAN，不僅將存儲設備從應用服務器中分離出來，進行集中管理，而且可以通過各種網絡設備和網絡存儲設備共同組成整個系統，提供網絡信息系統的信息存取和共享服務。其中存儲區域網絡：SAN(Storage Area Network)具體模型見圖4。

圖4 SAN存儲架構

3.2 IP SAN的數據安全保障技術

IPSAN提供了數據安全保障技術如：訪問控制技術、身份驗證、傳輸安全、管理安全、硬盤RAID陣列、鏡像、卷復制、數據快照、本地盤DiskSafe保護、鏈路冗余。數據快照：在容災系統中可設定策略使Timemark快照功能全自動連續進行，管理簡單。當災難發生時，通過Timeview功能可以查看各個快照所對應的數據狀態，并選擇完整、正確、最新的數據版本進行快速恢復。同時，災備中心通過Timeview功能可以進行相關數據挖掘、測試等工作。通過災備中心數據的再利用，提高用戶的投資回報。快照基于物理數據塊增量，存放快照的存儲空間可以自動擴容，既節省了備份空間，又提高了備份、恢復的速度。連續數據保護技術真正實現了“漸變式災難”（如人為操作錯誤、應用自身錯誤、系統溢出、病毒入侵及黑客入侵等）的保護和恢復。快照是原有生產卷的增量備份，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。它可以充分發揮多塊磁盤的優勢，提升讀寫性能，增大容量，提高容錯功能以確保數據安全性，同時也易于管理，在任何一塊磁盤出現問題的情況下都可以繼續工作，不會受到磁盤失效的影響。RAID存取數據采用并行和獨立兩種存取方式，其分類為 RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5、RAID10等。其中以RAID10應用最為廣泛，工作原理如下：

圖6 RAID10工作原理圖

4、容災技術應用探析

4.1 學校網絡現狀與需求分析

江蘇省南京工程高等職業學校成立于1956年，現有兩個教學區，其中總校地處中山門外麒麟門、分校地處江寧百家湖，學校主要依山而建。由于學校地勢較高，學校的各種網絡設備經常會出現雷擊現象，導致網絡服務器的癱瘓，給學校的招生就業、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，停電等現象也同樣給我們的數據安全帶來了考驗。

鑒于上述情況，我們須進行校園網絡的重新規劃和設計，利用現有的技術將兩個校區進行功能規劃，在兩個校區之間，可以在提高校內網絡性能和出口流量的同時實現服務器的遠程容災，當總校服務器出現異常的情況時，遠端服務器能及時接管業務，確保學校各種重要數據的安全和網絡服務器24小時不間斷服務。

4.2 容災技術解決方案

4.2.1 整體方案設計

目前，我單位主機房有一臺IBMDS3400磁盤陣列連接服務器組成基于SAN架構的IT基礎計算環境，擬在30公里外百家戶校區新建的副機房中建立異地容災系統，與主機房通過2M帶寬的專線相連，保證在主機房IT環境發生毀滅性災難時，副機房能夠順利承擔工作。

在設計方案中，我們在南京工程高等職業學校副機房提供一臺穩定性極高，高性價比的4Gb光纖存儲陣列浪潮AS400，通過光纖通道SAN的架構連接副機房一臺浪潮NF5220新平臺高效能服務器系統。

主機采用雙光纖通道卡設計，同時配置浪潮存儲鏈路冗余軟件，來實現主機通道負載均衡及故障及時切換，充分保障主機系統的高可用性。

通過浪潮BCP軟件實現異地容災，方案示意圖如下：

圖8 容災解決方案

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方案。全冗余連接方案從主機到存儲所有的部件都是冗余的，不會出現單點故障，從而保證業務的連續性。如果某個I/O路徑發生故障，鏈路冗余軟件會自動將I/O負荷切換到幸存的路徑，并在發生故障的路徑得到修復后立即恢復其使用。針對本單位的現狀以及設計容災方案的目標，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 存儲設備及管理軟件

在我們設計的異地容災方案中，在學校分校采用浪潮AS系列光纖存儲產品，AS400存儲陣列1臺，浪潮AS400具有強冗余體系架構設計，在控制器、電源、風扇、磁盤通道都采用冗余設計，能較好地實現整個信息系統應用和存儲系統的無單點故障。AS400其主機帶寬為1600MB/s，最多可支持256臺主機。

在上述學校需求分析的基礎上，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熱備盤，滿足本項目對磁盤陣列的性能，可靠性，可擴展性，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磁盤擴展柜，輕松實現將存儲的總體容量的擴展，供前端多臺服務器共享使用，滿足了本單位信息系統數據存儲和應用的需求。浪潮AS400存儲系統具有一定的擴展性，其最大擴展磁盤可達到48個，充分滿足未來3-5年的數據存儲需求。

在軟件配置方面，我們增加路徑冗余軟件以實現FC 4Gb環境下的路徑冗余，通過統一的存儲管理軟件Active Storage Manager提供直觀的圖形用戶界面，可對磁盤陣列實現全面、靈活的配置與管理，支持多種數據應用功能。同時利用AS400在線式存儲擴展、在線式動態RAID級別遷移、動態碎片整理等高級功能，可以在不中斷業務的前提下實現對存儲空間的動態調優。可以在將來有需要的時候，系統通過快照軟件升級支持基于磁盤柜的數據快照，保護關鍵數據。

4.2.4 主機端HBA卡

我們在服務器端配置HBA卡，通過4Gb/s Fiber Channel通道與光纖存儲陣列浪潮AS400連接，構架存儲區域網，完成數據的集中整合。

我們在服務器端配置2個（或以上）HBA卡，通過4Gb/s Fiber Channel通道連接，消除單點故障，通過鏈路冗余軟件實現異地容災服務器有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。

4.2.5 容災備份系統軟件

我們選用的浪潮BCP軟件，可以遠程管理并支持郵件故障通知。可輕松、快速構建集群，并實現在線的編輯方式，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入、導出和離線編輯，稍作修改就可輕松配置出大量結構相似的集群。在發生故障更換服務器時，只需要將備份的配置文件導入新服務器即可迅速完成恢復。

浪潮BCP軟件不僅支持共享、鏡像等多種業務連續保護模式，同時也支持遠程容災功能，并且BCP軟件創造性的將鏡像模式應用于遠程共享模式中，實現容災功能。利用BCP軟件的遠程容災功能，不但能夠異地備份業務數據，還可以對軟硬件資源進行監視，在主主機發生故障時，還能夠自動在備份主機恢復業務。將業務服務的停止控制在最小限度。

圖10 BCP容災方案

BCP軟件除了對本地磁盤，共享存儲，網絡環境，操作系統，以及應用程序的服務和進程等進行實時監控外，BCP自身的服務狀態也被列為監視范圍之內。為了時刻確保系統的完整有效，BCP同時也對待機服務器的狀態進行監控。通過全方位的故障監視，BCP可以實時地掌握整個系統的軟硬件資源的狀態，這樣，在系統發生故障時，就能夠準確診斷，并及時進行恢復處理。

4.2.6 方案的具體配置

根據學校的具體情況，我們增加了下列配置：

項目 名稱 型號 基本配置 數量服務器 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數據保護機制，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，保護數據安全。

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

4、我們將Active Storage Manager軟件安裝到服務器上，對存儲系統進行統一的管理。

5、總結

容災技術是現階段研究的一個熱點,隨著計算機網絡的進一步普及，人們對網絡服務質量要求也越來越高。如何實現丟失數據的及時恢復和重建，將會越來越受到網絡服務提供商及廣大網絡需求者的關注。本文在這一領域作了初步的研究，結合學校發展和網絡的現狀,使用浪潮BCP技術，通過租用2M帶寬實現與百家湖分校的異地容災方案的搭建。

[1][美]Marc F.SAN存儲區域網絡[M].孫功星,蔣文保,等譯.北京:機械工業出版社,2002.

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[8]謝雯華，施亮，吳智銘.基于IP的網絡的存儲[J].微型電腦應用.2002(11):55-57

[9]浪潮集團技術網站.http://www.inspur.com/

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，南京工程高等職業學校信息工程系講師，碩士，主要從事計算機網路安全研究。