第5章.网络存储备份技术

第五章.网络存储备份技术
１.网络存储产品有哪些?存储产品的主要性能指标：1.主要包括SAN存储区域网络或称存域网络和NAS网络连接存储或网络附属存储两大类.2.数据保护能力;性能;容量;连接性;管理性;附加功能.

２.流行的几种主要存储技术：RAID.DAS.SAN.NAS.ISCSI

３.RAID：
①定义：是指独立磁盘冗余阵列。RAID阵列技术允许将一系列磁盘分组,以实现提高可用性的目的,并提供为实现数据保护.
②实现方式：RAID可以通过硬件实现,也可以通过软件实现.RAID硬件阵列是使用专门的磁盘阵列卡来实现的.RAID软阵列是通过支持RAID的操作系统进行配置和管理而实现的.硬件RAID实现分为两种：一种是内置RAID控制器,一种是外置RAID控制器。
③相关技术：
Ａ.磁盘镜像技术：磁盘镜像就是在一台服务器内安装二个或多个独立的硬盘,即用一块磁盘控制器连接两个性能相同的硬盘,当系统工作时，将数据同时存入这两个硬盘,这两份数据称为镜像关系.当一个硬盘出现故障时,可以使用另一个硬 盘,从而保证网络系统正常运行。不足之处：1.不能并行写入,因此存储数据的时候并不能提升速度.不过,在读取数据的时候镜像可以提升速度;2.磁盘镜像可以防止单个硬盘的物理损坏,但无法防止逻辑损坏;3.一旦磁盘控制器出现故障,整个网络系统就完全不能运行了。
Ｂ.奇偶检验技术：是应用于RAID中的另一种冗余技术.必把数据镜像,对整个硬盘的数据进行奇偶校验运算,只需一个硬盘就能保证数据完整性,这就是奇偶校验技术相对于镜像技术的优势.考虑硬盘有可能崩溃,而多个硬盘同时崩溃的可能性极小,因此通过将奇偶校验数据分布在磁盘阵列的多个磁盘上,可实现更为可靠的分布式奇偶校验..主要缺陷是：1.需要进行大量的运算,对于计算机CPU有着相当高的要求.每一次读取/写入数据都要进行一次奇偶校验运算,必须具备硬件RAID控制器,运用软件RAID几乎是不可能实现的;2.恢复数据比镜像技术复杂,恢复速度也要慢的多。
Ｃ.条块技术：条块Striping技术是把进入RAID控制器的数据分割成很多部分,每一部分为一个条块,再采用并行处理方式把条块数据分布到RAID阵列的所有驱动器上。
举个例子说明条块技术的工作原理：假设需要存储的数据分为了4块A，B，C，D,且需要分布到3个硬盘上,那么第一个字节存储在第一个硬盘上,第二个字节存储在第二个硬盘上,第三个字节存储在第三个硬盘上,而第四个字节又存到一个硬盘上,如此循环.如果某一个磁盘出了故障,如磁盘2有故障,可以通过读取磁盘1的数据A、D、C以及磁盘3的数据C、B、A,恢复原始数据A，B，C，D..当需要移动,传输数据时,控制器将对两个硬

盘同时存取，从而提高性能。条块分割是RAID中最具代表性的技术,使得磁盘系统传输性能成倍提高.在一定的范围内,可以说RAID阵列中的硬盘越多，性能的提高就越明显,而硬盘驱动器数目决定了条块带宽.条块技术的数据分块有两个级别：字节一级的条块；数据块一级的条块.
Ｄ.双机集群的磁盘阵列技术

６.RAID级别及各特点：
Ａ.RAID0:在阵列中采用了条块算法,即读/写数据时多块硬盘同时操作,数据被分散地写在各个硬盘上.具有成本低,读写性能极高,存储空间利用率高等特点,适用于音视频信号存储,临时文件的转储等对速度要求极其严格的特殊应用.但由于没有数据冗余和校验,其安全性大大降低.构成阵列的任何一块硬盘的损坏都将带来灾难性的数据损失.通常建议还要在RAID0中配置4块以上的硬盘,目的是减少硬盘损坏的可能性.
Ｂ.RAID1：是指两块硬盘数据进行完全镜像,即通常说的磁盘镜像,这种方式安全性高,技术简单,管理方便,读写性能好.RAID0的缺点是无法扩展,数据空间浪费大.RAID0一般用在操作系统和应用系统硬盘上.
Ｃ.RAID10：即RAID0+1.综合了RAID1和RAID0的特点,独立磁盘配置成RAID0,两套完整的RAID0互相镜像RAID1.它的读写性能出色,安全性高.但缺点是构建阵列的成本投入大.数据空间利用率低.不是经济高效的方案.
Ｄ.RAID5：是将各块独立硬盘进行条块化分割,相同的条块区进行奇偶校验,校验数据平均分布在每块硬盘上.以n块硬盘构建的RAID5阵列可以有n－1块硬盘的实际可用容量,存储空间利用率非常高.任何一块硬盘上的数据丢失,均可以通过校验数据推算出来.RAID5具有数据安全,读写速度快,空间利用率高等优点,应用非常广泛..RAID5的缺点是写操作较慢,因为要进行校验数据的计算；另外,如果块硬盘出现故障,系统要通过计算来恢复丢失的数据,使整个系统的性能将大大降低..RAID5是目前应用最广泛的RAID技术。

７影响RAID级别因素: 可用性(数数冗余).性能,成本.

８.DAS存储技术
①定义：是直接连接存储或直接附属存储是指直接将存储设备连接到服务器上,连接方式有两种,即SCSI线缆和光纤通道.
②优点：是价格低廉,配置简单,使用方便.
③缺点：1.不能提供不同操作系统下的文件共享；2由于DAS设备与相应服务器或客户端SCSI接口连接,当存储容量不足时,想在网络中添加新的DAS设备就会遇麻烦；3.由于采用分散式管理.数据被存放在不同地方,每做一次数据整理或设备维护,需要耗费大量的人力物力,有时结果却事半功倍；4.为了保证数据的完整,安全,可靠,往往采取数据备份来保护数据；5.DAS数据存储设备不是独立的存储
系统,向DAS设备中存取数据时.服务器性能会

一目了然,甚至会造成服务器因为不堪重负而罢工.

９.SAN存储技术
①定义：是指在网络服务器群的后端,采用光纤通道协议连接成调整专用网络,使网络服务器与多种存储设备直接连接. SAN通常由存储设备和光纤交换机组成.
②优点：1性能相当高.2集中存取,更有效地利用存储资源.3简单集中的存储管理,降低了管理工作量.4存储设备到服务器的多对多连接方式,提高了灵活性和可扩充性.5集中的存储备份,缩短了数据备份和恢复时间,提高了吞吐量.6通过备份软件.可以减轻服务器和网络负担.7具备恢复能力的网络设计.8卓越的可扩展性和投资保护.9服务器和存储设备可以在物理上分离,存储环境安全性更高.10无需中断业务,即可添加或重新配置存储资源.11.保证短期和长期的投资回报.12.开放的,业界标准的光纤通道技术使得SAN非常灵活.
③缺点：1.成本较高.2.SAN可以取代基于服务器的存储模式.但SAN本身缺乏标准,互操作性也是一个主要问题.3.SAN是独立出的一个数据存储网络,整体网络内部
的数据传输率很快,但操作系统仍停留在服务器端,

１０.NAS存储技术：网络连接存储或网络附属存储，或称为网络直联存储设备、网络磁盘阵列。是一种将分布、独立的数据整合为大型、集中化管理的数据中心，以便于对不同主机和应用服务器进行访问的技术。
NAS服务器或称专用数据服务器，一般由处理器和磁带机、磁带库等存储硬件、存储操作系统以及其上的文件系统等几个部分组成。
优点：1.数据成为了网络的中心,简化了网络构架.2.将NAS连接到网络上非常方便.3.安装,高工,使用和管理非常简单..4.支持通用的网络存储数据.传输协议.5.采用集中式存储结构.摒弃了DAS分散存储方式.改善了网络性能.6.比较适合于文件存储.7.内置优化的独立存储操作系统.可以有效紧密地释放系统总线资源.全力I/O存储.8.一般会提供错误恢复系统.以求全面保护数据.9.真正即插即用的产品.
缺点：会战胜网络带宽资源. 2.在传输数据和处理过程需要战胜处理器资源来中断和重新访问数据流,.3.可扩展性也受到设备大小的限制.4.NAS环境中的数据备份不是集中化的.

１１.SAN和DAS的比较：1.SAN和DAS相比有很大的优势,SAN的可升级性/稳定性/可用性和性能都大大加强.不过,它最大的优势是集中的管理,这就降低了总拥有成本；2.无论是SAN还是DAS存储方案,服务器与存储设备交换的都是数据块,所以比较适合于数据库应用。

１２.NAS与RAID的区别：NAS是一台服务器,有自己的核心,而RAID只是一个存储介质.NAS直接接到交换机或集线器上,不依赖于服务器.RAID接到服务器后端,没有自己文件管理系统,完全依托于服务器

,当数据流量很大时,给服务器造成的压力很大,易形成I/O瓶颈,使整个网络系统性能降低.RAID技术的出现,是为了提高数据存储的可靠性.NAS把RAID技术融合在它的文件系统中,这样既提高了数据的可靠性,又利用磁盘的并行操作,提高了系统的整体性能.当通用文件服务器的CPU进行I/O操作时,系统发生中断,等待I/O完成后才能恢复应用运行.在有NAS的系统中,应用程序需要进行磁盘I/O操作时,I/O操作由NAS完成,在磁盘I/O操作中最费时间的是写操作,NAS将写请求先写到NVRAM中,这个动作完成后,应用程序即可恢复运行,所以效率要高得多。

１４.iSCSI存储技术优势：1.建立在稳定和熟悉的标准上,.2.以较低的总拥有成本建立了SAN,安装和维修费用很低.3.带来较高程度的可操作性.减少了异构网络和电缆.4.IP数据包可以在全球IP网上从数据源行走到终点.因此没有实际距离限制.

１５.如何选择合适的存储产品? 数据保护能力,性能,容量,连接性.管理性和附加功能等.

１６.备份
①主要内容：1.重要数据的备份2.系统文件的备份3.应用程序的备份4.整个分区或整个硬盘的备份5.日志文件的备份.
②层次：1.硬件级用冗余的硬件来保证系统的连续运行.如果主硬件损坏,后备硬件马上能够接替其工作.2.软件级备份指通过某种备份软件将系统数据保存到其他介质,当同岁地可以再通过软件将系统恢复到备份时的状态.3.人工级的备份最为原始和繁,也最有效.
③方式：1.完全备份：将系统中所有的数据信息全部备份.优是数据备份完整.缺是时间长,备份量大.2.增量备份：只备份上次备份以后变化过的数据信息.3.差分备份：只备份上次完全备份以后变化过的数据信息.
④类型：1.定期备份：即定期用磁带备份数据2.远程磁带库,光盘库备份3.远程数据库备份4.网络数据镜像5.远程镜像磁盘.

２０.网络备份的功能：集中式管理网络;全自动的备份;数据库备份和恢复;归档管理.

２１.主要存储备份介质：磁带;MO(磁光盘驱动器);硬盘;CD-ROM;WORM.最广泛采取的备份介质是磁带.

２２.硬盘存储备份介质：内部的磁盘机制(硬盘)和外部系统(磁盘阵列).

２３.光学存储备份介质：CD-ROM;WORM;MO(磁光盘驱动器)。

２４.MO磁光盘驱动器优点：传送速度快;可靠性高;使用寿命长,理论60年;可重复使用.
缺:价格较高.仅次于硬盘;容量有限.无法适应大量数据备份;理论寿命沿未经过实践检验;传输优选法与其他备份介质相比没有明显优势.

２５.磁带存储备份介质：包括硬盘介质和软件管理.
优点：能提供高容量、高可靠性及可管理性,而且价格较便宜.
２６.磁带机技术分类：数据流技术;螺旋扫描技术.

２７.目前流行于IT

主场的主要磁带机：有4MM、8MM、DLT、DAT、LTO磁带机等.

２８.好的备份软件应该具有以下特点：1.安装方便.界面好友,使用灵活2.备份软件应提供集中管理方式.3.支持跨平台备份4.支持文件打开状态备份5.支持备份介质自动加载和自动备份6.支持在网络中的远程集中备份7.支持多种文件格式的备份8.支持各种策略的备份方式9.支持多种备份介质10.支持快速的灾难恢复.

２９.常用的网络存储备份软件：CA的ARCsever2000、Veritas的BackupExee，以及Legato的Networker等.
(1).基于主机的备份软件技术方式：同步、异步方式.
Ａ.同步方式的数据备份过程：1.接收写数据请求2.将写入请求写到SRL.同时写入数据卷3.发送到远端服务器4.网络确认5.写入到目标郑6.数据写入确认.
Ｂ.异步数据备份过程：1.接收写数据请求.2.将写入请求写到SRL.同时写入数据卷3.向主要发出写完成信号4.写入数据卷.并发送给远端服务器5.网络确认.6.数据写入到目标卷.7.数据写入确认.
Ｃ.软件备份技术的局限性：1.基于主要的复制操作,主要资源的战胜2.基于TCP/IP的网络链接.网络的3.远程写入主机,远程的写确认不可信4.十分受限的”逆向”复制,应用系统返回困难5.十分受限的远程数据复用,远端资源浪费6.基于独立主要的复制技术,数据中心环境难于管理和扩展.
(2).基于存储的数据备份技术：包括SRDF、TrueCopy、PPRC.

３０.SRDF支持同步,半同步,适应性复制模式。SRDF灾难恢复的操作：Failover,Failback,Update.

３１.完整的系统备份方案：备份硬件和软件的选择；备份方案的设计；日常备份制度；灾难恢复措施.

３２.对备份硬件的要求：应价格便宜,可靠性强,可以重复使用,便于移动,备份介质容量应不小由于现有系统的平均数据量,备份硬件的技术成熟,可维护性好.
对备份软件的要求：备份硬件的要求，软件质量保证程度,软件对系统性能的影响,软件的可扩充性,软件的运行费用.

３３.ARC sever特性：满足对备份软件的各种要求；集中式管理、跨网络备份；灾难的防治与恢复；内置防毒软件；智慧预警系统；跨平台支持；支持多种备份介质；使用简单,自动化程度高；全面保护Netware和WindowsNT操作系统;支持打开文件.

３４.完善的备份系统必须符合稳定性、安全性、全面性、自动化、高性能、操作简单、实时性、容错性.

３５.DAS备份方案：一台与磁带机相连的服务器充当备份服务器,在其上安装BrightStor Enterprise Backup Server软件及BrightStor Tape Library选件,实现UNIX,WindowsNT,AS/400环境下的跨平台备份.该方案不仅对客户的多个介质单元有极高的容错能力,还可以自动跟踪磁带机的使用情况.

３６.NAS备份方案:BrightStor EB

安装在生产主机上,当生产主机上的数据需要备份时,BrightStor EB可以发出NDMP指令,将备份提交到NAS服务器,然后由NAS服务器控制磁盘阵列、磁带机进行数据备份.好处是NAS服务器可以数据直接从本地硬盘移动到磁带库,从而避免生产主机的资源,实现了无服务器备份.提高备份速度,具有很好的可扩展性.

３７.SAN备份解决方案：BrightStor EB,BrightStor ARC severBackup,BrightStor Mobile Backup等备份软件安装在生产主机和工作站上.生产主机的数据通过光纤协议集中到一个SAN交换机上,然后由该交换机把数据转移到路由器上,再由路由器控制磁带进行数据备份,或直接由交换机控制磁带库的备份.CA的SAN备份方案可以将众多的服务器和工作站集中管理,并将备份数据流从LAN迁移到SAN,从而缩短备份/恢复时间,减少LAN的拥挤,提高备份的效率,还具有无限的可扩展性.

３８.日常备份制度设计：描述了每天的备份以什么方式,使用什么备份介质进行,是系统备份方案的具体实施细则.在制订完毕后,应严格按照制度进行日常备份,否则将无法达到备份方案的目标.包括：磁带轮换策略;日常操作规程.

３９.磁带轮换策略
A.三带轮换策略:这种策略只需要三盘磁带。用户每星期五用一盘磁带对整个网络系统进行增量备份，因此，可以保存系统三个星期内的数据。适用于数据量小，变化速度较慢的网络环境。但这种策略有一个明显的缺点，就是周一到周四更新的数据没有得到有效的保护。如果周四的时候系统发生故障，就只能用上周五的备份恢复数据，那么周一到周四所做的工作就都丢失了。
B.六带轮换策略：这种策略需要六盘磁带。用户从星期一到星期四的每天都分别使用一盘磁带进行增量备份，然后星期五使用第五盘磁带进行完全备份。第二个星期的星期一到星期四重复使用第一个星期的四盘磁带，到了第二个星期五使用第六盘磁带进行完全备份
C.祖-父-子轮换策略：将六带轮换策略扩展到一个月以上，就成为祖-父-子轮换策略。这种策略由三级备份组成：日备份、周备份、月备份。日备份为增量备份，月备份和周备份为完全备份。日带共四盘，用于周一至周四的增量备份，每周轮换使用；周带一般不少于四盘，顺序轮换使用，用于星期五进行完全备份；月带数量视情况而定，用于每月最后一次完全备份，备份后将数据留档保存。这种轮换策略能够备份一年的数据。根据周带和月带的数量不同，常见的祖-父-子轮换策略有21盘制、20盘制、15盘制等。下面以20盘制为例介绍其轮换策略原理。每日增量备份（4盘）：周一至周四，每周轮换使用。每周完全备份（4盘）：每周五使用一盘，每

月轮换一次。每月完全备份（12盘）：每个月的最后一个周五，每年结束后可存档或重新使用。

４０．20盘制轮换策略的日常操作规程如下：1.准备工作：将20盘磁带分为4盘日带、4盘周带、12盘月带，并在磁带标签上标注周一~周四、第一周~第四周、1月~12月。2.日常操作：如果使用ARC Serve的自动备份功能，管理人员每天的备份工作仅仅是更换一下磁带，并看一看最近的备份记录是否正常；如果使用了磁带库，连磁带也不用人工更换，只需每天查看备份记录即可。

４１.更换磁带要遵循以下三条原则：周一~周四使用相应的日带；每月的最后一个周五使用该月的月带；其余周五根据当天是第几个周五使用对应周带。

４２.灾难恢复措施包括：灾难预防制度;灾难学演习制度;灾难恢复.灾难恢复的步骤：准备好最近一次的灾难恢复软盘和灾难恢复备份磁带,连接好磁带机,装入磁带,插入恢复软盘,打开计算机电源,灾难恢复过程就开始了.根据系统提示进行下去,就可以将系统恢复到进行灾难恢复备份时的状态.再利用其它备份数据,就可以将服务器和其它计算机恢复到最近的状态.

４３.基于CA ARC Serve的系统备份方案：环境及要求：两台Netware服务器，一台为文件服务器，另一台为数据库服务器，运行Betrieve。要求实现整个网络的数据及系统备份。
方案一：将数据库服务器作为备份服务器,软件配置为：ARC Serve for Netware + Disaster Recovery Option.这种方案可以实现以下功能：①整个网络中非活跃文件备份；②数据库关闭状态备份；③系统关键信息（NDS或Bindery）备份；④系统灾难恢复。
方案二：将数据库服务器作为备份服务器,软件配置为：ARC Serve for Netware + Disaster Recovery Option + Backup Agent for Betrieve.此可以实现以下功能：①整个网络中非活跃文件备份；②数据库打开状态备份；③系统关键信息（NDS或Bindery）备份；④系统灾难恢复。
方案三：将数据库服务器作为备份服务器,使用磁带库作为备份硬件.软件配置为：ARC Serve for Netware + Disaster Recovery Option + Backup Agent for Betrieve + Backup Agent for Open Files + Tape Library Option + RAID Optionfor Tape Library。这种可以实现以下功能：①整个网络的文件备份，包括活跃状态的文件；②数据库打开状态备份；③系统关键信息（NDS或Bindery）备份；④系统灾难恢复；⑤备份数据的RAID容错；⑥无人值守的备份。