基于网络环境下的数据备份与容灾技术研究

■ 宋凯 李美玲 张毅 王海臻 高彦彦

1 数据备份与容灾的重要性

计算机网络技术在信息获取、储存、管理、分配与传递中发挥了很重要的作用，实现效率提高的同时，网络灾难事故也频繁发生，给人们的生产生活带来较大的损失[1]。通过对以往的网络灾难事故进行深入研究发现，计算机基础设施故障、信息系统故障等因素均可导致网络数据丢失风险发生。计算机基础设施是一个信息系统的基石，因为产品质量不佳或使用不当等问题，可以破坏计算机基础设施，导致网络通信中断、数据库错误等现象出现。当信息系统因自身设计问题、人员违规操作以及稳定性可靠性差等因素，信息系统很可能瘫痪，无法使用。在网络技术具体应用过程中，如遭受黑客的病毒攻击、拒绝服务攻击、移植木马程序和其他恶意软件，均可导致网络灾难事故发生。在信息系统正常工作的过程中，由于每日都会生成海量的历史数据，为保证其稳定性，通常都会采用数据保护系统来实现数据备份、还原以及容灾，即便设备出现了异常也可以在较短时间内迅速恢复正常，从而保障了系统服务的顺利进行。

2 数据容灾备份技术架构

2.1 数据容灾备份系统组成及功能

数据容灾备份系统主要由备份系统、容灾系统以及存储系统所构成，其中备份系统主要用来对存储系统进行数据保护和备份；而容灾系统主要用来对存储系统进行“异地”信息的维护和备份，为将来业务系统的成功恢复创造了条件。存储系统通常用来为上层各类应用系统提供实时信息访问和存储业务。数据容灾备份体系的三个部分相互协同、共同支撑，存储系统分别为备份系统和容灾系统储备大量的数据源业务，备份系统、容灾系统与存储系统之间通过“FC SAN”数据传输通道，利用异步复制、备份策略技术使数据信息实现同步[2]。

2.2 各系统模块之间的相互协作

数据容灾备份系统具有数据保存、数据恢复、数据备份和数据容灾等多重保障机制。各系统模块间通过双活架构进行相互配合，数据库与上层应用之间将重要数据存放于不同的存储器上，以实现“双重数据保护”的目的。通过备份系统软件结合业务与安全保障系统的需求，可以借助备份系统软件，按照既定备份规划与策略，将原存储系统中的重要数据定期备份至备用存储器上，也可以将备用数据利用技术手段，直接恢复到原来的存储系统中，达到数据库表级或文件级的操作[3]。容灾系统通过使用存储设备中的“异步复制”技术，将卷复制策略配置在预定义中，将存储系统中的数据定期拷贝备份至容灾存储设备上，还可以从原来的存储系统中进行恢复备份数据操作，从而实现了卷级的数据操作。

3 数据容灾备份系统核心技术

3.1 快照技术

快照技术是指利用专门的软件对需要备份的存储磁盘子系统上的信息实施高速扫描，从而形成了一个需要备份信息数据的快照cache 和快照逻辑单元号LUN。利用高速扫描这段时间，可以将在备份文件中马上将要改变的数据块同时高速复制到快照cache 中去。而快照LUN 本质上就是一种指针组合，用来指向在整个备份期间磁盘子系统以及在快照cache 中固定的数据块[4]。在系统常规工作的时候，还通过快照LUN 完成了对原有数据的一次全面备份。它可以做到用户在系统一般服务不受影响的情况下，即时读取系统当前在线的所有服务数据。其“备份窗口” 基本为零，可以大大提高系统服务的持续性，为完成系统全时工作提供了技术保障。

3.2 远程镜像技术

远程镜像技术主要应用于主、备数据中心之间的信息备份。镜像指在众多硬盘和磁盘子系统上，生成了完全相同的某个信息的镜象视图数据储存过程，分为主镜像系统和从镜像系统。根据主、从镜象的存储系统所在地点不同，又可以分成远程镜像和本地镜像两种[3]。远程数据复制工作一般以后台同步方式完成，因此对本地系统性能的影响相对较小，最大数据传输距离可以达到一千千米以上，同时对网络带宽需求不高。远程镜像技术可以和快照技术有效融合进行远程备份，即利用镜像将信息备份至远程存储系统中，然后利用快照技术将远程存储系统中的数据资料备份到远程存储单元中[5]。

3.3 互联技术

以往的主用和备用数据中心间的信息备份，大多是使用SAN 实现远程复制(镜像)，即使用光纤信道FC，将两个SAN 相连，再进行远程镜像(复制)。在事故出现后，由备用数据中心升级为主数据中心，从而确保信息系统运行的可靠性。但是这种远程容灾备份方法具有一定的缺陷，比如信息系统设备互通性较差、实施成本费用高、传输距离不长等，这些问题限制了其使用与普及。当前，发明了一种新型基于IP 的SAN的远程数据容灾备份方法。即使用一个IP 的SAN 的互连协议(主要有FCIP、Infiniband、iFCP、iSCSI等协议)，使用目前的TCP/IP 网络系统把主数据中心SAN 上的所有数据，远程拷贝到备份数据中心SAN 中[6]。当备用数据中心内部存放的数据源数量过大时，可以通过快照功能直接将数据备份到存储单元中去。采用IP 的SAN 的远程容灾备份技术能够横跨局域网、城域网、广域网，具备了成本小、可延伸性强等特性。

4 容灾备份技术应用实例

某单位尝试使用Symantec NetBackup 8.1 备份管理软件对数据实施备份保护，将数据利用光缆或者网线备份到物理带库或者虚拟带库。由于该单位规模迅速发展壮大，其软件和硬件设备早已无法适应当前数据备份要求，所以该单位便决定选择引进一款新型先进的备份装置，并采取了新型备份技术架构以提高集中备份系统的工作效能[6]。首先，单位需要确定设备需求。该公司所需要购买的软件与硬件，依次是一套Symantec NetBackup 8.1备份软件和两台Symantec NetBackup Appliance 备份一体机；其次，单位需要备份原始数据。为防止原始数据损坏，单位要对原有系统实行更新扩展改造，随后采取建立全新的备份技术框架、建立三层架构逻辑关系、调通介质和备份主服务器、调通备份介质、建立SAN Client 备份通道、重新划分备份池等多项举措，保证了原始数据备份工作得以安全顺利的实现；最后，单位进行检查验收。单位还需要先对备份服务器的操作系统、光纤交换机和网络交换机接口等设备完成统筹规划，更新备份软件的版本并配置调试客户端。之后再根据网络的架构设计，采用集群部署的方式，或者通过虚拟化等其他方式对系统数据实施备份。

5 结语

在互联网信息技术广泛应用的今天，数据存储安全也日益引起了人们的高度重视。网络数据容灾与备份技术已成为保证数据存储安全的核心技术之一，具有较高的应用价值和广泛的应用前景。因此，构建完善的网络数据容灾备份系统将是一个长远而有意义的课题。