存储局域网在电信IT支撑系统中的应用

刘勇

(广州亿阳信息技术有限公司，广东广州510095；广州科技职业技术学院，广东广州510550)

1.引言

当前，电信运营商已经深刻认识到，有效利用信息技术，构建合理的IT支撑系统，是提升企业的管理和服务水平、降低成本提高效益、提升企业的竞争能力、实现企业集约式经营的最有效的手段。未来电信运营商取胜的法则不再是电信资源，而是越来越多地取决于以信息技术支持的管理能力[1]。IT支撑系统是电信运营商的重要组成部分，是运营商差异化竞争的关键因素。运营商的IT支撑系统主要有面向客户服务及业务管理的业务支撑系统、面向通信网络管理的网管系统和面向企业内部管理的管理信息系统，三个系统都是自上而下的全国性大型信息系统。目前各大电信运营商正在积极地推进支撑系统集中化建设，因此对存储设备的需求急剧增长。

2.数据存储面临的问题

随着运营商服务种类和用户数量的日益增长，企业服务器的数目和存储的数据也急剧增长。2010年日立数据系统首席执行官Jack Domme先生在演讲中称，目前数据正在以每年约50%的速率高速增长，移动应用数据更是爆炸性增长，而处理这些迅速膨胀的数据所消耗的运营成本也在日益攀升——目前已超过存储总成本的65%，企业正面临很大挑战。据估计，目前，企业在数据存储方面的花费超过整个IT成本的75%。高效地存储和访问数据已经成为整个行业的焦点。对信息提供源的存储系统而言，传统的存储技术受到空前的挑战。就存储而言，大型的信息系统的存储主要存在以下几个问题：

(1)主机设备数量大，数据存储海量。大型的信息系统包含多个业务子系统，每个业务子系统都需要多台主机，用户基数巨大，业务数据规模庞大；

(2)各个业务发展不平衡导致业务数据增长不平衡。每台主机的应用可能不同，随着业务的发展，各台主机对存储需求的增长率也有明显的差异，主机负载不均衡，各个独立的存储设备之间不能自动均衡；

(3)海量数据访问占用了局域网(LAN)的带宽，LAN的带宽已经成为影响整个系统性能的瓶颈。传统的存储数据解决方案通常是将磁盘阵列或磁带库等设备连接到LAN，因此海量的数据传输占用了大量的LAN网络带宽，导致客户端的响应变得缓慢；

(4)传统的独立存储扩容维护困难。由于主机体系结构和SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口的应用协议)的限制，每台主机都只有一定的存储容量，如果存储容量达最大时，就不能再扩容，除非升级主机系统，这势必造成前期投资的浪费；

(5)业务数据的安全面临挑战。大型的信息系统存储了巨量的用户资料，尽管系统采用了双机／集群等数据安全的措施，但所有的主机和存储设备都在同一机房，这无疑存在潜在的风险，一旦发生火灾等灾害，可能导致整个系统和业务的崩溃。

3.存储局域网简介

SAN（Storage Area Network，存储局域网）是独立于服务器网络系统之外，几乎拥有无限存储能力的高速存储网络，这种网络采用高速的光纤通道作为传输媒体，以FC(Fiber Channel，光通道）+SCSI作为存储访问协议，将存储子系统网络化，实现真正高速共享存储。SAN与服务器、客户机的数据通信通过SCSI命令而非TCP/IP，数据处理是“块级”（block level）。

SAN不但提供了对数据设备的高性能连接，提高了数据备份速度，还增加了对存储系统的冗余连接，提供了对高可用群集系统的支持。简而言之，SAN是关联存储设备和服务器的网络，它和以太网有类似的架构。以太网由服务器、以太网卡、交换机及工作站所组成，SAN则由服务器、HBA卡、光纤交换机和存储装置所组成。

SAN出现之前，服务器和存储设备的连接采用点对点的DAS(直接连接存储)方式，通过IDE或并行SCSI接口实现。但随着计算机运算速度越来越快，存储子系统变得越来越多，外部存储设备变得庞大起来，磁带库、RAID(冗余磁盘阵列)和其它SCSI设备需要占用更多的空间。同时，更高的I/O速率以及对SCSI连接距离和数目的限制也摆在了人们面前。

为了满足这些新的需求，人们开发了为存储设备提供千兆串行网络访问能力的光纤通道(Fiber Channel)协议，并取代并行SCSI协议，应用于存储区域网络。以光纤网络搭建的SAN，具有三个主要元素：接口(FC)、连接设备(光纤交换机等)、协议，加上附加光纤接口存储设备以及服务器就构成了SAN系统。

4.存储局域网的优点

SAN方案是目前当之无愧的大型IT信息系统存储方案的首选。由于SAN是通过一个高速光纤网络把存储设备和挂接在LAN上面的服务器群相连，当有海量数据的存取需求时，数据完全可以通过SAN网络在相关服务器和后台的存储设备之间高速传输，对于LAN的带宽占用几乎为零。而且服务器可以访问SAN上的任何一个存储设备，提高了数据的可用性。具有以下优点：

(1)具有统一性，不同的物理存储介质在逻辑上构成了统一的存储池，可实现数据集中管理，满足了企业级用户的需求[2]；

(2)采用开放的标准，支持多个厂家的光纤设备、磁盘阵列和磁带库，还支持HP-UNIX、AIX、Solaris和NT等多平台的服务器；

(3)扩展性好，如果现有存储容量不能满足要求时，可以在光纤交换机上增加新的磁盘阵列，轻松实现对存储容量的扩充[3]；

(4)负载均衡方便，可以根据需要在不同的主机之间动态地调节存储容量；

(5)容错能力强、可靠性高和可用性好，SAN中的存储系统具备可热插拔的冗余部件以确保可靠性，数据的吞吐量大，设备间距可以长达数千米[4]；

(6)能提供企业级的备份，备份程序简单，磁带子系统可以被众多的服务器共享，备份时不会影响到整个网络的性能；

(7)能够有效地减少信息系统的总体拥有成本。

5.大型IT支撑系统的SAN设计

设计一个企业存储区域网络包含许多相对复杂的技术，需要考虑网络互连结构、管理软件和存储系统等部分的设计。为了得到最佳的实际应用和现有应用程序的无缝支持，规划和集成显得格外重要。

经过业务数据的估算，某移动集团南方基地IT支撑系统的磁盘阵列容量不低于89TB。一期工程配置一台HP XP24000磁盘阵列，368块300GB容量的SCIS硬盘，总容量为100TB。本工程的存储采用存储区域网络方案，主机服务器通过高速光纤交换机与磁盘阵列、磁带库设备相连。脱机备份采用一台HP EML磁带库，容量为96TB。SAN光纤交换机采用一对HP 4-256光纤交换机。磁盘阵列、磁带库和SAN光纤交换机由各子系统共享。根据性能、安全性及使用空间考虑，规划了两种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。该存储区域网络同时为话务网管、传输网管、数据网管和信令网管等多个网管系统所共享使用，根据各个网管子系统的业务发展，可以调整各自的存储空间大小。

SAN组网如图1所示：

图1 电信IT支撑系统SAN组网拓扑图

由于整个结构均采用了高速的光纤技术，大大地提高了数据传输速度，每秒的数据传输速率为100-800Gb。而且在整个结构中实现了服务器与存储系统之间的真正隔离，这样实现了整个结构中存储系统被所有子系统的服务器共享，并实现跨平台的支持，实现NT、UNIX等异构平台共享存储。SAN避免了传统的SCSI盘阵连接节点数及节点间距离的局限性，实现存储系统的集中管理。本设计中采用Volume Manage管理软件，实施对整个SAN结构中的存储系统进行集中的管理，包括：RAID级的设置、监控及多路径之间的重新定向等。

其次，本设计方案中每台服务器到存储系统的数据通道均采用了冗余的设计理念，当其中一条数据访问路径发生故障时（包括从服务器到光纤交换机、光纤交换机到存储系统），Volume Manage检测到后，会将当前的数据流通过另一条冗余的路径进行数据提取。从而，避免了系统的单点故障造成应用服务器不能提供连续的数据服务，增强了系统的高可用性和高可靠性。该系统试运行一年多以来稳定可靠，达到设计的预期目标。

6.结语

存储区域网络设备为信息技术领域的专业人员提供了对服务器和存储进行扩展的弹性空间，极大减少了停工期，提高了数据中心的生产力，同时也提供了初级存储区域网络设备产品难以提供的存储区域网络级别的安全性。在大型的信息系统的建设中，存储局域网的使用越来越广泛。

参考资料：

[1]云亮.电信运营商企业信息化现状及发展趋势[J].通信世界，2005，(30)：28-29.

[2]陈俭喜，冯丹，张江陵.基于VIA的存储局域网的设计与研究[J].小型微型计算机系统，2005，26(09)：1488.

[3]韩德志，袁俊红.附网存储与存储局域网技术[J].微机发展，2000，(03)：11-13.

[4]张江陵，冯丹.海量信息存储[M].北京：科学技术出版社，2003.