校园网数据平台规划设计中的若干问题研究

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  摘要:校园网数据平台包括服务器系统和存储系统,对服务器系统中的服务器选择标准、服务器管理以及机柜等服务器辅助设施的要求进行了阐述,对地方本科院校校园网存储需求和四种主流的存储技术进行了分析,结论是IP SAN 是地方本科院校校园网存储系统的较好选择。
  关键词:PC Cluster;FC SAN;IP SAN
  中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2007)17-31311-02
  Research on Planning and Designing of University Campus Network Data Platform
  ZHONG Jia-ming
  (Network Center,XiangNan University,Chenzhou 423000,China)
  Abstract: campus network data platforms, including servers and storage systems, the server system of the server selection criteria, server management and rack servers support facilities at the request of the exposition on the Local Colleges campus network storage needs and four mainstream storage technology for the analysis, IP SAN is concluded that the Local Colleges campus network storage systems better choice.
  Key words:PC Cluster;FC SAN;IP SAN
  
  在高校信息化建设中,网络平台建设是基础,但核心的问题和最终目的是网络应用。在网络应用的建设和使用中,服务器和数据存储设备是必不可少的。由于C/S、B/S计算模型的广泛采用,服务器都带有自己的存储系统,信息分散到各个服务器上,形成了所谓的“信息孤岛”,不利于信息整合与数据共享。而网络存储就是一种利于信息整合与数据共享,且易于管理的、安全的新型存储结构和技术。同时随着信息化程度的提高,相应的设备不断增加,但设备的利用率却在下降,设备的维护成本在上升,为了降低建设成本和运行成本,建立集中管理各种服务器和存储设备的数据中心是一个必然的选择。建设好数据中心给学校带来的好处有:提高服务器的利用率;利用专业化运行环境和专业化管理,提高质量,降低运行成本;通过机器的集群应用提高系统性能;便于数据共享和数据备份等。
  
  1 服务器系统
  
  1.1服务器选择标准
  服务器设备位于IT系统的核心位置,所有的应用程序都要在服务器上运行,服务器系统的好坏直接影响整个IT项目建设的成败。
  所以,我们认为服务器系统的选择应遵循以下几条原则:
  (1)可扩展性
  服务器具有良好的扩展性,包括CPU、硬盘、内存、扩展槽等,以满足不断发展的需求,保护投资,降低整体TCO。
  (2)易用性
  服务器系统容易实施,方便网管人员操作,提供各种指导手册,比如导航光盘等。
  作者简介:钟嘉鸣(1966-),男,副教授,网络中心主任,研究方向:计算机网络、人工智能。
  (3)可管理性
  管理对服务器系统的使用率非常重要,服务器系统应提供良好的工具,方便网络管理人员管理服务器。
  (4)可用性
  服务器系统能够提供长期、稳定的服务能力。
  (5)先进性
  选用的服务器系统应采用当前主流的硬件,可以保证在满足当前的需求下还可以满足未来2-3年的需求。
  (6)安全性
  对关键的部件做过相应的测试,保证重要部门的文件安全。
  (7)经济性/投资保护
  在购买服务器时,既要有整体规划,又要注意投资效率,特别是信息化建设的初级阶段更不要贪大求洋,应避免服务器过早被淘汰的悲剧。按照“低档高配”原则,提高服务器投资效率。
  此外品牌、价格、服务、厂商实力等因素也是要考虑的因素。
  1.2 服务器管理需求
  随着服务器数量的日益增多,传统的管理方法已经不能够有效管理所有的服务器设备,迫切需要一个统一的管理平台和一个单一的控制界面来进行监控和管理。此外,对服务器的管理和维护应该更加细化,并且能够更加快速地发现问题和解决问题,因此,对服务器系统要求有统一的监控管理。为了实现以上目标,我们可以采用和借鉴大规模集群系统的经验和优点,对服务器系统管理方面进行有针对性的优化选择:
  (1)每个服务器节点都配置硬件监控模块,收集服务器的硬件配置信息、各模块的运行状况(包括电压、温度、风扇转速等等),当某部分出现故障时,可以发出报警信息。
  (2)服务器通过集群的方式进行管理,整个服务器系统必须有一个统一的监控管理平台和专门的监控软件系统,通过这个统一的平台,可以集中地监控各台服务器,例如每个服务器的硬件配置信息、IP地址、CPU使用率、内存使用率、网络流量、网络包出错率,以及环境温度、电源状态、电压、风扇转速等全方位的信息,使得管理人员只要通过一块监控屏,就能全局掌握服务器系统的运行状况,大大简化管理,整个系统的良好运行更加有保障。同时要求监控工具提供报警功能,当出现故障点时(如温度异常、风扇停止转动等),可以及时提醒系统管理员进行处理,避免或减少系统故障和由其引起的用户损失。
  (3)在控制台视频切换方面,传统的KVM系统存在很多弊端,如布线复杂、线缆数量多而且粗、扩展性差、控制距离较短不能远程切换、性价比低等问题。
  1.3对管理机柜的要求
  我们在规划一个包含服务器、存储产品在内的数据中心时特别要注意机柜、电源等配套设施,这些辅助设施同样对系统的可靠性有着举足轻重的影响。
  (1)可靠的质量保证,不管是哪一个品牌的产品,质量都是首先要考虑的环节。
  (2)承重保证,随着机柜内所放置产品密度的加大,良好的承重能力,是对一款合格机柜产品的基本要求。不符合规格的机柜,不能有效妥善保护机柜内的设备,结果可能会影响整个系统。
  (3)配电系统,合理的电源分配直接关系到整个IT系统的可用性,而且是整个系统能否发挥其应有效能的重要基础环节。由于IT设备日益小型化,机柜内设备安装的密度不断增加,这就对机柜内配电系统提出了严峻的挑战。与此同时,输入、输出端口的增多,也对配电系统安装的可靠性提出了很高的要求。再考虑到目前大多数服务器双电源供电的需求,更使得机柜内电源分配越来越繁杂。合理的机柜电源分配系统的设计,则应遵循以可靠性设计为核心,专门针对机柜系统设计,与配电系统充分协调、无缝配合的原则,同时要考虑安装的方便性,以及智能化管理、适应性强、便于操作与维护等特点。机柜的配电系统,应使电源更接近负载,以减少电源通路中的故障点。同时应逐步实现负载电流的本地及远程监控,以及电源分配的远程控制,使电源分配管理纳入机房整体的智能化管理体系中。
  (4)温度控制系统,机柜内部有良好的温度控制系统,可避免机柜内产品的过热或过冷,以确保设备的高效运作。机柜可选择全通风系列,可配备风扇(风扇有寿命保证),在炎热的环境下可安装独立空调系统,在严寒环境下可安装独立加热保温系统。
  (5)布局,由于机柜配置密度更高,容纳的IT设备更多,大量采用冗余配件(如冗余电源、存储阵列等),机柜内设备配置不断变换,数据线和电缆不断增减。所以,机柜必须提供充足的线缆通道,能从机柜顶部、底部进出线缆。在机柜内部,线缆的敷设必须方便、有序,与设备的线缆接口靠近,以缩短布线距离;减少线缆的空间占用,保证设备安装、调整、维护过程中,不受到布线的干扰,并保证散热气流不会受到线缆的阻挡;同时,在故障情况下,能对设备布线进行快速定位。
  (6)抗干扰及其它,一款功能齐备的机柜应提供各类门锁及其它功能,例如防尘、防水或电子屏蔽等高度抗扰性能;同时应提供适合附件及安装配件支持,以让布线更为方便,同时易于管理,省时省力。
  (7)售后服务,厂商所提供的有效服务,以及所提供的全面设备保护方案,可为用户的安装、维护带来巨大的便利。
  
  2 存储系统
  
  2.1校园网数据存储需求分析
  校园网数据存储需求主要包括以下几方面:
  (1)Web网站:学校网站包括学校WWW服务器,各系部、机关处室的WWW 服务器,数目众多,这些数据都需要备份服务的支持。
  (2)邮件系统。
  (3)认证、计费系统,其数据重要性和安全性高,需要实时备份。
  (4)精品课程、视频会议等应用需要海量存储能力。
  (5)各类MIS应用(如教务管理、学生管理、人事管理、科研管理、资产管理等) 包含了大量有关学生学习、老师教学和学校资产等的重要数据。
  (6)数字化图书馆中的电子期刊、电子图书和馆藏借阅等数据。
  (7)校园一卡通系统。一卡通系统不仅要求数据的绝对准确和安全,而且要求24小时 工作,对稳定性、可靠性、并行处理能力和网络性能都要求很高。
  总的来说,校园网络存储需求包括如下几个方面:(a) 需要大容量的网络存储设备,存储日益增长的数据;(b) 对存储平台要求多用户、跨平台共享数据和具有安全的管理模式; (c) 服务器的地理位置分散,存在跨校区的网络数据处理与存储;(d) 要求能够集中管理数据和拥有完善的数据保护和恢复措施;(e)具有良好的存储可扩展性。
  2.2存储技术分析
  目前比较成熟的存储技术主要有四种:DAS(Directed At tached Area)、NAS(Network At2tachedStorage) 、SAN ( Storage Area Network)、IP SAN。
  2.2.1直接连接存储DAS
  直接连接存储DAS(Direct Attached Storage),是以服务器为中心的存储结构。各种存储设备通过IDE,SCSI 等I/O 总线,经过一个通用服务器连接在网络上。客户端如果要访问数据,必须先给服务器发送请求,服务器解析这个请求并给存储器发送访问信息,存储器访问数据并发送至服务器内存,最终由服务器把数据传送给客户机。在这种结构中,服务器实际上起到存储转发的作用。DAS有不可克服的缺点,已无法满足当今网络时代的应用需求。其缺点主要体现在:一是扩展性差。存储容量的扩展依赖于所连接的服务器,如果服务器的接口或可供挂接的驱动器已满,就只有另购服务器了。二是系统依赖于服务器平台, 且占用服务器的资源,对服务器压力较大。三是连接距离有限。并行SCSI 总线最长距离不超过25M。四是不易于共享和管理。数据依附于服务器的分散存储,不易共享和管理。DAS难以满足现代存储应用大容量、高可靠、高可用、高性能、动态可扩展、易维护和开放性等多方面的需求。解决这一问题的关键是将访问模式从以服务器为中心转化为以数据和网络为中心,实现扩展容量、增加性能和延伸距离,尤其是实现多个主机数据的共享,这推动了存储与计算的分离,即网络存储的发展。
  2.2.2网络附加存储设备NAS
  NAS(Network Attached Storage) 是直接连接到网络的一种存储器,在NAS 存储结构中,存储系统不再通过I/ O 总线附属于某个特定的服务器或客户机,而是直接通过网络接口与网络直接相连,允许客户机与存储设备间进行直接的数据访问。使用了TCP/ IP 等网络协议,通过LAN 实现数据交换和存储管理,其主要特征是把存储设备与网络接口集成在一起, 直接通过网络存取数据。用NFS( Network File System) 或者CIFS ( CommunalInternet File System) 等标准化的协议提供文件级的数据访问[1] 。计算机系统通过网络从NAS 中访问数据时, 将通过一个文件重定向器( FileRedirector) , 把对本地文件系统的存取转变成用TCP 实现的网络操作,连接到一个远程的服务器,其上运行的软件提供支持多个客户访问的文件系统。该远程服务器与它连接的存储器称为网络附加存储器。由于NAS 使用NFS 和CIFS 协议是标注的基于文件级共享的协议,因而NAS 实现的是“文件级I/ O”。尽管N A S集成了系统、存储和网络技术,具有扩展性强、使用与管理简单、跨平台文件共享、性能优化等特点。然而,NAS系统也有其潜在的局限性。首先是它受限的数据库支持,NAS文件服务器不支持需大量依赖于数据库处理结果的应用(块级应用)。其次是缺乏灵活性,它是一种专用设备。最后,NAS备份与恢复的实现相当困难。
  2.2.3存储区域网SAN
  SAN(存储区域网)是通过专用高速网将一个或多个网络存储设备(如磁盘阵列RAID)和服务器连接起来的专用存储系统。SAN以数据存储为中心,采用可伸缩的网络拓扑结构,提供SAN内部任意节点之间的多路可选择的数据交换,并且将数据存储管理集中在相对独立的存储区域网内,实现最大限度的数据共享和数据优化管理,以及系统的无缝扩充。正是由于光纤通道技术的发展,使得SAN得以支持远距离通信、易于扩展、能够解决网络数据的存储备份、高可用性、灾难恢复等有关问题,它可以提供高性能数据管道和共享的集中管理的存储设备。因此采用网络和通道技术相互融合的光纤通道接口的SAN将LAN上的存储
  转换到主要由存储设备组成的专用网络上,使得数据的访问、备份和恢复不影响LAN的性能,在大量数据访问时,不会大幅度降低网络性能。SAN主要用于存储量大的工作环境,并且SAN的适用性和通用性较差,在系统的安装和升级方面效率不高,且由于SAN使用专用网络(一般为光纤网络),相应的设备价格昂贵,总体实现费用较高,局限于大中型应用。
  2.2.4 IP存储
  传统的SAN一般采用光纤通道技术,其成本高,距离受限制,因此基于IP的存储正成为一个新的热点,主要有FCIP(FibreChannel over IP)、iFCP(Internet Fibre Channel Protocol)、mFCP(Metro Fibre Channel Protocol)、iSCS(IInternet SCSI)等技术。IP-SAN的优势在于:容易扩展成超大规模的存储网络;不必受光纤通道SAN的距离限制,连接在IP网络上的服务器都能享用网络存储服务;连接灵活多样,廉价成熟的网络架构成本,使得高端也能达到Gbps速率,有较高的性能价格比。
  2.2.5四种技术比较
  四种技术的比较见表1。
  通过以上分析,我们可以看出IP SAN 是地方本科院校校园网存储系统的较好选择。
  表1 DAS、NAS、FC SAN、IP SAN的比较
  
  参考文献:
  [1]舒继武.存储系统的体系结构[J].中国教育网络,2007,(3):66-68.
  [2]安鸿旭.NAS-SAN存储方案[J].中国教育网络,2007,(5):48-49.
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