基于IP SAN技术的数字图书馆网络存储系统构建

●徐 茜（华东交通大学 图书馆，南昌 330013）

1 数字图书馆网络存储系统构建需求分析

数字图书馆是用数字技术处理和存储各种文献的图书馆，是基于网络环境下共建共享的可扩展的知识网络系统。在构建数字图书馆网络存储系统时，所有的考虑都以数据为中心：如何确保数据的安全存储？如何使数据有最大的高可用性？如何使系统持续运行服务不间断？这些问题是架构图书馆数字化信息管理系统的网络计算环境必须优先考虑的。

目前，在高校数字图书馆，用户的环境复杂，应用数据量大，应用数据增长速度极快，从而造成多服务器、多操作系统、多数据库的复杂应用环境，因此需要构建完善的存储体系结构来集中管理这些存储资源，这样才能适应变化的存储量、性能和实用性的需求。

基于IP SAN技术存储体系平台，无须采用昂贵的光纤设备，在普通的以太网上，使用经济的SCSI设备，就可以接近光纤的传输速率，真正实现大规模的图书馆信息资源共享。

2 IP SAN网络技术

目前高端服务器所使用的专业存储方案有DAS、NAS、SAN、iSCSI几种，通过这几种专业的存储方案使用RAID技术提供高效安全的存储空间。

2.1 IP SAN网络存储技术

SAN（Storage Area Network，存储区域网络） 是一个由存储设备和系统部件构成的网络。所有的通信都在一个与应用网络隔离的单独的网络上完成，可以被用来集中和共享存储资源。SAN不仅提供了对数据设备的高性能连接和高效数据备份，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。简单地说，SAN是关联存储设备和服务器的网络，与以太网有类似的架构。［1］

2.2 IP SAN关键技术——iSCSI

IP存储就是使用IP，而不是光纤通道，把服务器与存储设备连接起来的技术，除了标准已获通过的iSCSI，还有FCIP、iFCP等正在制定的标准。而iSCSI发展最快，已经成了IP存储一个有力的代表。

iSCSI（互联网小型计算机系统接口，internet SCSI）是一种在Internet协议网络上，特别是以太网上进行数据块传输的标准。是一个供硬件设备使用的可以在IP协议上层运行的SCSI（小型计算机系统接口）指令集。SCSI是以一种广泛使用的连接硬盘和计算机的技术标准，iSCSI这种技术则是将SCSI技术应用到传统的以太网络连接上，iSCSI技术的性价比要高于基于光纤的产品。［2］

iSCSI的出现解决了开放性、容量、传输速度、兼容性、安全性等问题，其优越的性能使其自发布之日始便受到市场的关注与青睐。

2.3 IP SAN的特点及优势

2.3.1 系统的高可扩展性

采用IP存储方案，只要联入局域网的计算机都可以使用存储系统里的存储空间，并不需要改变网络体系，使得整个存储系统具有高扩展性。

2.3.2 系统的高性价比、低成本

采用iSCSI标准，只要计算机有网卡，就可以使用存储系统中的存储空间，以实现低成本的IP SAN。

2.3.3 系统的高可靠性

采用互为热备的存储设备。光纤磁盘阵列采用双控制器，而且两台磁盘阵列互为备份；两台存储交换机进行群集，提供双机热备负载均衡，从而保证整个系统的高可靠性。部分重要应用的服务器进行双机工作，从而保证关键业务不被中断，提供系统的可靠性和稳定性。

2.3.4 系统的高性能

IP SAN的速度可达2Gb，虽然速度仍比不上FC SAN的2Gb，但效能上已超越大部分的NAS。更重要的是，一旦下世代的10Gb以太网络普及的时候，IP SAN就可能以10Gb的高速狂飙，甚至比FC SAN的下世代版本———4Gb还要快。［3］

2.3.5 存储空间整合及统一管理

IP SAN的虚拟存储交换机。可以对磁盘阵列(Raid)、JBOD等不同的物理磁盘空间进行统一管理，同时支持Raid0、Raid1、Raid10、Raid0+1等方式。支持 FC 1Gbps、FC 2Gbps、Ultra 2 SCSI、Ultra 3 SCSI等接口的磁盘阵列系统，可以对不同类型的磁盘阵列系统进行存储空间的整合。这一切对于服务器来说是完全透明的，简化服务器对存储空间的管理。［4］

图 基于IP SAN技术的高校数字图书馆网络存储系统结构

3 基于IP SAN技术的数字图书馆存储系统设计

在华东交通大学图书馆，存储设备主要用于：图书馆管理系统、多种数据库服务系统、WWW服务、FTP服务、邮件服务器等服务；服务器的操作系统有Linux、Windows Server 2000、Windows Server 2003；后台数据库有SQL Server2000，Oracle。目前，我馆共有8台服务器和一台容量为32T的磁盘存储阵列共同承担各种不同的应用，每个应用每时每刻都会产生海量数据，因此，为了满足日益增长的存储需求，华东交通大学图书馆决定在不改变原有局域网结构的前提下，通过新增存储设备，利用IP SAN技术，统一解决局域网内所有服务器的海量存储服务。

在本解决方案中，需要新增的设备是SANRAD iSCSI V SwitchTM虚拟存储交换机和Cisco Catalyst 3750系列数据交换机，以此来实现IP SAN的存储解决方案（如下图）。

SANRAD iSCSI V SwitchTM虚拟存储交换机这种设备是一种虚拟化的存储设备管理产品，用它通过基于IP的局域网LAN、城域网MAN和广域网WAN去构造存储区域网SAN，因此具备了无限延伸与扩展的性能。本方案选择两台V Switch 3000交换机进行双机热备负载均衡。两套磁盘阵列互相冗余备份，保持数据一致性。两个 iSCSI交换机负载均衡且互相备份。故障能自动切换，无须人工干预，且故障解除后数据和系统能自动恢复一致。虽然物理上存在两套磁盘阵列设备，但对于服务器使用来说是透明的一个存储设备和空间。

Cisco Catalyst 3750系列数据交换机主要是用来优化高密度千兆位以太网部署，以满足接入小型网络骨干连接需求。它作为IP SAN的核心交换机，连接2台V Switch 3000交换机，每台V Switch 3000交换机与3750G-24TS交换机以6Gbps的带宽连接，实现全双工。

应用系统现存的所有服务器主机都使用双千兆网卡分别连接到Cisco Catalyst 3750千兆以太网交换机上。所有存储设备连接到V Switch 3000虚拟存储交换机上。这样，整个系统形成一个完全冗余的结构。

4 结束语

数据是数字图书馆服务的基础，是数字图书馆重要的财富。基于这种以数据为中心的数字图书馆，数字化信息管理系统的中心是数据的安全存储。以上提供的存储IP SAN方案采用的是iSCSI存储技术，普通服务器或PC机只需要具备网卡即可以共享、使用大容量的存储空间。与传统的分散直接存储方式不同，采用集中的存储方式，极大提高了存储空间的利用率，方便用户的维护管理。本方案利用无所不在的IP网络，减少了配置、维护、管理的复杂度，并且一定程度上保护了现有投资。由于IP存储超越了地理距离的限制，IP能延伸到多远，存储就能延伸到多远，基于IP SAN技术的数字图书馆网络存储系统是一个划时代的革命。

［1］张宗利．基于IP SAN的高校数字图书馆解决方案研究［J］．计算机与信息技术，2009（5）：1－4.

［2］罗丽艳．IP SAN存储服务器系统典范案例推荐［EB/OL］．［2008－ 04－ 22］．http://www.chinawe.net/network/NAS_SAN_DAS/20080905_47650.html.

［3］向建均．数字图书馆关于选择 FC SAN与IP SAN的比较研究［J］．现代情报，2008（2）：1－3.

［4］马东．基于IP-SAN架构的数字图书馆混合存储系统构建研究［J］．河南图书馆学刊，2008（4）：1－3.