《网络存储》第1课-概述

网络存储与数据恢复技术主讲：冼敏仪自我介绍姓名:冼敏仪所属部门:计算机系网络技术教研室联系电话:[phone]E-Mail:[e-mail]QQ:1725949111.1学习内容：本课程为专科网络建设类学生提供有关网络存储与数据恢复技术的基本知识及相关操作。主要内容包括：网络存储概述、RAID、SAN、iSCSI、网络备份与恢复规划、文件备份、系统环境备份与恢复、备份与恢复ActiveDirectory、域控制器备份与恢复、备份与恢复数据库服务器、方案规划等1.2学习目标通过本课程学习，学生应该了解及掌握网络用到的备份与恢复技术，以及常用的高可用性技术，在同一个平台中完成操作系统、数据库、域控制器、ExchangeServer邮件系统、文件等的备份与恢复。1.3教学实施计划学时学分64学时；4学分。教学安排1学期，每周4学时。教学方法课堂讲授28学时；上机实习28学时。考查8课时考核方法考查1.3教学实施计划评分方法1．记分制：百分制，60分以上为及格2．期末总评分由三部分组成：考勤：占总评20％，每旷课一次扣4分，无故旷课3次（12课时）取消考试资格。迟到或早退一次扣2分。作业考核：占总评60％。6次实验满分为60分，各次实验满分为10分；期末考察实验满分为20分。1.4Bibliography刘洪发.《网络存储与灾难恢复技术》,2006,电子工业出版社姜宁康.《网络存储导论》,2007,清华大学出版社；郭玉东等.《基于对象的网络存储》,2007,电子工业出版社；张冬.《网络存储系统精解与最佳实践》,2008,清华大学出版社；孙晓南.《网络存储与数据备份》.2010,清华大学出版社。2.1存储技术的发展史存储在这里的含义为信息记录，是伴随人类活动出现的技术，数据存储是人类千年来都在应用并且探索的主题，在原始社会，人类用树枝和石头记录数据，用象形文字来记录发生的事件，记录的东西只能自己看懂。2.1.1竹简和纸张竹简是中国古代使用的记录文字的工具，后来被纸张所取代。2.1.2计数电子管20世纪中期出现的电子存储装置，容量从256到4096比特不等，其中4096比特的选数管有10英寸长，3英寸宽。因为成本太高，并没有获得广泛使用。2.1.3穿孔纸带穿孔纸带用来输入数据，输出同样也是在穿孔纸带上。它的每一行代表一个字符。2.1.4磁带磁带是从1951年起被作为数据存储设备使用的，从20世纪70年代后期出现了小型的盒式磁带，长度为90分钟的磁带每一面可以记录大约660KB的数据。2.1.5磁鼓存储器磁鼓存储器最初于1932年在奥地利被创造出来，在20世纪五六十年代被广泛用作内存，容量大约10KB。2.1.6硬盘驱动器第一款硬盘驱动器IBMModel350DiskFile,于1956年制造，其中包含了50张24英寸盘片，而总容量不到5MB。2.1.7软盘软盘由IBM在1971年引入，最初为8英寸盘，之后有了5.25英寸和3.5英寸盘，最早的软盘容量为79.7KB，软盘目前已经淘汰。2.1.8光盘第一款光盘于1987年进入市场，直径为30厘米，每一面可以记录60分钟的音频或视频。光盘技术已经突飞猛进，出现了CD-ROM、DVD、D9、D18、蓝光技术。2.1.9Flash芯片和卡式存储20世纪半叶固态硅芯片出现，可以将Flash芯片用USB接口接入主机总线网络，这种集成USB接口的小型便携存储设备就是U盘，或者说是闪存，2.1.10硬盘阵列SATA硬盘目前已经可以在一个盘体内实现1TB的容量、单碟320GB容量，但单块磁盘所能提供的容量和速度远远无法满足需求，所以磁盘阵列就应运而生。2.1.11大型网络化硬盘阵列随着磁盘阵列技术的发展和IT系统需求的不断升级，大型网络化磁盘阵列出现了。2.2存储的重要性企业已将数据存储视为核心竞争力的一部分，数据作为企业资产所具有的价值以一种罕见的速度显现出来。保证数据的可用性，完整性以及安全性已经成为关系到许多企业生死存亡的关键工作。2.2.1数据的价值数据类型损失Web商务所有的Web商务利润在线投资服务偿还量和诉讼费用软件开发工作重新设计和编码的花费产品设计重新产生工程文档的花费制造数据取消定单和延迟交货的罚金定单表目系统所有预算的利润接受账单所有偿还中的信贷债务支付账单发货清单的延迟费及利润库存管理重新库存管理花费软件和许可权数据重新购买软件的花费销售和示范数据销售定单量丢失数据的花费2.2.2数据资源的保护数据资源的保护包括以下三个方面的内容：①数据可用性：数据的供给就应该像电源的供给一样,在需要的时候就能获取.②数据完整性：避免数据的丢失③灾难恢复能力2.2.3选择存储系统时应考虑的因素①费用因素②存储系统的升级能力③性能因素④系统的可靠性⑤对系统的维护能否设计成不中断网络工作2.3现代存储技术RAMAC的诞生为存储编年史划上了一记浓厚的重墨。RAMAC的出现意味着现代存储技术的主流－磁盘技术的起源。现代存储发展史可以划分为两条主线：一条是磁盘技术，一条则是磁带技术。2.3.1磁盘技术发展在整个磁盘技术更新的过程中，IBM是功不可没的，几乎每一项革命性的磁盘技术都与IBM有着千丝万缕的关系。1956年9月，世界上第一块磁盘IBMRAMAC305诞生。1968年，IBM公司提出了“温彻斯特/Winchester”即所谓“温盘”技术，这是现代绝大多数磁盘的原型。1973年，IBM制造出了第一台采用“温彻斯特”技术的磁盘IBM3340，IBM3340可称为现代磁盘之父。1979年，IBM公司发明了薄膜磁头（ThinfilmHead）。1989年，IBM研发了MR磁阻磁头技术，使得个人用户的磁盘突破了1GB。1993年，IBM研发了GMR巨磁阻磁头，使磁头灵敏度进一步提升，进而提高了存储密度，增大了存储容量。1999年，单碟容量高达10GB的ATA磁盘面世。2002年，希捷率先推出SATA接口的酷鱼V。2007年，日立发布了首款1TB磁盘，存储业正式步入TB时代。2.3.2磁带技术发展磁带顺序读写的特性导致在存储介质上查找某个数据非常困难，数据存储需要大量的人工手动操作（装载、卸载和归档）。因此，磁带技术一直朝着简化使用、提升性能、提高容量的方向发展，可以把磁带技术的发展简单划分为三个时期：①1952–1987年：人工手动操作磁带存储②1987–2002年：自动带库创造“近线概念”③2002年–现在：2002年，磁带盒的容量在这一年首次超过了最大的磁盘驱动器的容量，达到了1TB。2.3.3磁带技术和磁盘技术的融合硬盘作为在线存储的一种选择，它的优势是能够迅速提高有效数据的获取时间和具备较高的可用性，缺点是牺牲了硬盘的寿命；磁带存储是离线进行的，在对有灾难备份需求的应用环境中能够发挥巨大的作用，但是改写数据和自动备份需要耗费大量时间。为了发挥两者的优势，基于硬盘的虚拟磁带库与磁带产品配合使用，可以有效提高数据存储的效率。在多种近线存储技术中，以“TapeBuffer/Cache”最为直接有效。它不将备份数据直接送入磁带库，而是先送到以“ATA或SATA接口硬盘”组成的磁盘阵列内，之后才转移至磁带库。2.4存储技术架构早期的存储形式是存储设备（通常是磁盘）与应用服务器其他硬件直接安装于同一个机箱之内，并且该存储设备是给本台应用服务器独占使用的。随着Internet的发展，在很多大的应用系统中，对磁盘的读写占用了服务器的大量时间，整个系统都处于对磁盘的等待状态，磁盘成了服务器的包袱，是整个网络的瓶颈。面临的问题：如何解决I/O系统作为整个网络系统的瓶颈问题？解决的方案：将磁盘从服务器中脱离出来，集中到一起管理。多个服务器可以通过SCSI线缆或光纤，利用专用的SCSI指令、FC协议建立与存储系统的连接，这样的方式称之为DAS（Direct-AttachedStorage，直接附加存储）。2.4.1DASDAS(DirectAttachedStorage)是指将存储设备通过SCSI接口或FC(FiberChannel)直接连接到一台计算机上，数据存储设备是整个服务器结构的一部分，在网络中各服务器的数据存储设备都是独立的。DAS的软件体系结构主机系统应用程序文件I/O系统调用系统内核文件系统卷管理器磁盘控制器或HBA块I/O磁盘系统磁盘系统设备驱动程序DAS即直连方式存储，在这种方式中，存储设备是通过电缆直接到服务器的。I/O请求直接发送到存储设备，它依赖于服务器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统，是完全独立与主机的RAID系统。产品介绍：浪潮英信NS3212提供2个Ultra160SCSI高速通道，单机可容纳12块硬盘，单盘支持80/120/160/200/250/300GB，单机最大容量（300×12）3.6TB，通过热插拔技术和冗余设计允许进行在线维护。支持Windows2000/2003、多种Unix、Linux操作系统，是一款DAS存储模式下的高性价比存储平台。DAS存储系统适用环境小型网络地理位置分散的网络DAS的问题与不足数据备份和恢复要求占用服务器主机资源连接通道通常采用SCSI连接，成为I/O瓶颈受到SCSIID的限制扩展性差当需要对存储和主机进行扩展时需要停机6.2.2NAS1.4.2NASNAS(NetworkAttachedStorage)全面改进了以前低效的DAS存储方式，NAS连接到普通的网络上，通常是以太网，使用一个优化的文件系统和瘦（剥离的）操作系统，NAS产品与客户间的通信使用NFS协议、CIFS协议，或同时使用两者。NAS服务器LAN客户机应用服务器6.2.2NAS在NAS存储系统中包含两类设备：客户端主机和NAS服务器。应用程序在客户端主机中产生文件I/O访问请求的系统调用——假如被访问的数据存在于本地文件系统中，那么文件I/O系统调用将会被本地文件系统处理；假设被访问的数据存在于远程文件系统中，那么I/O重定向器则通过命令将通过网络文件协议(NFS或CIFS)的消息报文，由NAS服务器处理.6.2.2NAS（续）NAS的软件体系结构主机系统应用程序文件I/O系统调用系统内核I/0重定向器网络文件协议（NFS、CIFS）NIC驱动程序远程文件I/O访问磁盘系统TCP/IP协议栈文件系统磁盘控制器或HBA磁盘系统设备驱动程序NIC卷管理器NAS设备NICNIC驱动程序TCP/IP协议栈网络文件协议（NFS、CIFS）系统内核NAS文件访问处理程序块I/O6.2.2NAS（续）NAS的优点真正的即插即用存储系统部署简单存储设备位置非常灵活管理容易且成本低NAS的缺点存储性能较低可靠性差2.4.3SAN数据量的增加使NAS出现了问题，大量的数据会充斥整个网络造成网络性能的下降，因此用户需要一个能支持大容量数据存储而又不会产生任何网络带宽瓶颈的数据存储系统。客户机应用服务器LAN存储设备SAN存储设备SAN(StorageAreaNetwork)是一种专用网络，可以把一个或多个系统连接到存储子系统。它是一种在服务器与外部存储资源或独立的存储资源之间实现高速、可靠访问的专用网络。在SAN中，每个存储设备并不隶属于任何一台单独的服务器。6.2.3SAN（续）SAN的软件体系结构主机系统应用程序文件I/O系统调用系统内核文件系统卷管理器HBA驱动程序块I/O存储设备光纤通道协议栈iSCSI协议TCP/IP协议栈NIC驱动程序光纤通道HBANIC在SAN的存储系统中，其软件体系结构基本上与DAS相同，关键区别是DAS系统中的磁盘控制器的驱动程序被替换成光纤通道协议栈(FC)或ISCSI、TCP/IP协议栈。它们提供了将块级别I/O指令传输到位于SAN网络另一端的存储设备的能力。6.2.3SAN（续）SAN的优点强大的扩展性能：无缝增加设备；高可用：消除了单点故障；开放的连接：可以将多操作系统和多厂商的存储设备作为统