基于IP SAN构建校园网存储网络系统设计

彭英

（岳阳职业技术学院信息工程学院，湖南岳阳 414000）

基于IP SAN构建校园网存储网络系统设计

彭英

（岳阳职业技术学院信息工程学院，湖南岳阳 414000）

针对校园网对网络存储的需求特点，在当前流行的存储模式中选取SAN作为校园存储网络框架。在SAN的两个主流分支中，对比FC SAN，分析IP SAN技术的优势及可靠性，以此为基础，提出并设计基于IP SAN架构的校园网络存储解决方案，将方案实际上线运行。结果表明，所设计的方案能够满足应用需求。

存储；校园网；IP SAN

随着高校大力开展信息化教学，校园网上各种应用越来越多，越来越复杂，用户数也不断增长。做好大容量数据的存储，解决数据安全问题和传输问题的矛盾，成为迫切需要。校园网存储系统解决方案的设计是信息化校园建设与发展规划中的一个重要内容。

大数据量对存储系统提出很高要求，传统存储模式[1]如DAS（Direct Attach Storage，直接连接存储）和NAS（Network Attach Storage，网络附加存储）已经很难适应这种需求，SAN（Storage Area Network，存储区域网）应运而生。在SAN架构中，存储设备由专用网络设备连接起来，存储服务转移到存储区域网络，与应用网络服务分开，数据访问不占用网络带宽，从而达到快速、高效[2]。目前，SAN又出现两个主流分支：FC SAN和IP SAN[3]，其中，IP SAN随着iSCSI协议（internet SCSI协议）的发展已成为存储界最受关注的技术。

1 IP SAN系统的优势和特点

SAN架构中，存在IP SAN和FC SAN两种，其中，IP SAN基于iSCSI协议，而FC SAN基于FC（Fiber Channel，光纤通道）协议[4]。在存储领域，性能最高的传输协议非光纤通信协议莫属。FC SAN就是光纤通信协议在存储领域的成功应用，但其昂贵的价格和较高的管理门槛及技术成本，使中小企业只能望洋兴叹。相对而言，IP SAN更平民化，主要具有以下优势[5]：

1.1.1 购置成本低廉，易于管理维护

不论是适配卡交换机或缆线的配置，iSCSI都比FC便宜许多，其中适配卡只要Host端主机本身的一般网卡或网络芯片，搭配免费下载的iSCSI initiator驱动程序即可，其管理门槛及维护成本更低。

1.1.2 没有距离限制，传输速度增长快

由于iSCSI是透过IP网络来传输数据，理论上传输距离可达到无限远。千兆以太网络的出现使得IP SAN的传输速度可以和FC SAN处于同一层次。理论上，iSCSI的速度可达1Gb，虽然仍比不上FC SAN的2Gb，但效能上已超越大部分的NAS。

1.1.3 数据迁移和远程镜像很容易实现

iSCSI(internet小型计算机系统接口)是一个2003 IETF开发的网络存储标准，使用IP协议连接存储设备。通过IP网络发送SCSI命令和数据，同时促使数据的远程管理。由于IP网络广泛使用，ISCSI可以在LAN或WAN甚至Internet上数据传输，让数据存储不再受地理限制，无距离限制支持基础网络带宽，更好地支持远程灾难恢复。

在可靠性方面，IP SAN采用专门的数据保护介质，备份被保护的数据及文件；采用专门的数据管理系统，管理数据的安全备份[6]。

1.2.1 IP网络存储备份磁盘阵列可实现磁盘阵列的高性能。

1.2.2 可实现磁带库/光盘库的离线安全性，可以超越磁带实现随机访问。

1.2.3 可实现NAS的网络访问能力。

1.2.4 可实现通过普通网络供各种计算机直接访问。

1.2.5 具备多种优秀的存储备份特性。

IP SAN的典型拓扑如图1所示。

图1 IP SAN的典型拓扑

2 系统需求分析

岳阳职业技术学院校园网承担整个校园的教学、科研和综合信息服务。随着校园网信息数量的增长，原有的存储空间不能满足需求，急需扩展高容量存储网络技术。学校启动了“数字校园”建设项目，其目标是打造一个既能反映学校学科特色，又具有国内一流水平的电子资源管理中心；而实现这一目标的首要任务就是建设一个高水平的存储系统平台，这是由校园网特殊的“资源状况”与复杂的“应用需求”两方面因素决定的。

总量巨大、增大迅速的各类电子资源，特别是自建资源，要求校园网后台存储设备能够快速、安全、确保学校教学和科研的信息资源需求，同时必须解决容量、开放性、传输速度、兼容性、安全及其它问题。

3 系统设计

针对校园网系统需求，同时出于成本考虑，笔者设计了基于IP SAN构建的校园网存储系统。该系统采用3层架构：存储层、交换层和应用服务层。存储层主要由磁盘阵列组成，交换层包括高性能交换机和客户机上安装iSCSI initiator驱动程序的HBA（主机总线适配卡）及存储服务器上安装iSCSI target的HBA，应用服务层包括管理软件和服务。

在这个系统中，iSCSI以IP网络作为载体，使用以太网协议传送SCSI命令、响应和数据，实现应用程序到存储设备的数据访问。Initiator上的应用程序发起IO请求，生成SCSI命令，iSCSI将此命令封包，通过TCP/IP网络传输到target，target解包并在本地存储上执行命令，将返回的数据封包，通过TCP/IP网络传输到initiator，initiator解包后将数据返回给应用程序，由此实现应用程序到存储设备的数据访问，整个过程对应用程序是透明的。这里，网络和设备的通讯协议与传输物理介质隔离开，多种协议可在同一物理连接上同时传送。

实际校园网改造中，在原有的校园网环境基础上，主要网络设备保持不变，增加以下支持iSCSI 的IP网络存储的路由器和磁盘阵列设备：1个Adaptec的Snap Server 720i磁盘阵列；1台支持iSCSI协议的Cisco SN 5428-2存储路由器；2台Brocade 16口高性能SAN交换机，其中1台作为备份交换机，2台交换机组成1个VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议）工作组。这里，VRRP工作组的设计主要是为了实现数据链路层互通设备的冗余备份功能，它可以把来自服务器集群的数据访问请求动态分配到VRRP工作组设备中的一台，任何1台设备出现故障时数据访问请求自动发往工作组中另1台设备，有效避免单一链路发生故障后网络中断的问题，大幅提高了系统的可靠性。

各种应用程序（服务器集群），通过高性能以太网交换机连接到客户机。借助IP SAN存储区域网，基于iSCSI高速交换平台，运行带内虚拟化存储管理软件，将各种存储设备（包括磁盘及其它存储设施）连接起来。笔者选用技术成熟的VERITAS Volume Manager作为卷管理软件，VERITAS Manager作为备份软件。系统拓扑结构如图2所示。

图2 系统拓扑结构

4 系统实现

上述方案在岳阳职业技术学院校园网正式使用，并能稳定运行。方案的实施使岳阳职业技术学院校园网在电子资源的存储和管理方面突破了系统容量、响应速度，数据安全三大瓶颈。

在系统容量方面，配置后总空间可达45TB，为校园网各类电子资源的迅猛增长奠定了坚实的基础。系统上线后，资源引进和自建的步伐大大加快，以期最终实现“开放、共享”的建设目标。

在响应速度方面，系统同样表现出色。磁盘阵列的I/O处理能力能达到万次/s，可提供500MB/s的可持续带宽。SAN内部带宽资源非常充裕，VRRP工作组减轻了数据传输压力，使数据传输更加流畅。

iSCSI集成了web管理接口，因此仅需要现有网络功能可被管理，且设置方式很简单。所有连接到iSCSI服务器的集中管理和它们存储资源、数据的使用、统一管理、统一备份，提供了更好的安全性。

5 结论

基于IP SAN构建的校园网存储系统通过IP SAN的使用，允许以前的存储设备可被应用在IP网络中，极大地减少了硬件方面的投入。IP SAN存储解决方案的建立，使得整个校园的投资被保护，所有设备被理性使用，充分发挥了它们的作用。由于存储网络能使得存储扩展能够轻易实现，而得到一个统一存储空间的计划和管理，改善了存储空间的使用和访问速度。

[1]Ying Peng,Dong Xie.A Network Storage Framework for Internet of Things[C].IUPT,2013.

[2]宋振华.虚拟化技术中的存储管理问题研究[D].合肥：中国科学技术大学，2010.

[3]石方夏,岳凤芝.信息化建设中的RAID技术应用分析[J].现代电子技术，2010(17).

[4]张俊兰,郭金平,刘翼.高校校园网设计方案[J].延安大学学报：自然科学版，2010（1）.

[5]刘霖，赵跃龙，王东光.基于功耗性能的云环境虚拟机管理研究[J].电脑知识与技术：学术交流，2012（3）.

[6]姚文志,刘霖，王文丰.一种基于IPSAN的远程容灾存储方案研究[J].电脑知识与技术，2011，7（22）.

（责任编校：马余平）

Design of a Network-storage System Based on IP SAN

PENG Ying
(Department of Information Engineering,Yueyang Vocational and Technical College,Yueyang,Hunan 414000)

To satisfy the demands of network-storage of campus network,the suitable storage mode is chosen,that is SAN,one of the currently popular storage mode.And compared to the FC SAN,the advantages of IP SAN are analyzed.According to above works,a network-storage system based on IP SAN is designed and realized in Yueyang Vocational and Technical College.The result showed that the solution can meet the demands of the application.

storage;campus network;IP SAN

TP 393

A

1672-738X（2014）06-0082-03

2014-10-07

湖南省教育厅一般科研项目“校园网中存储方案的设计与应用”（14C1150）。

彭英（1973—），女，湖南岳阳人，计算机专业副教授，高级工程师，计算机应用专业硕士。主要研究方向：计算机网络。