数字化校园网_SAN网络数据存储在数字化校园网中的设计和应用

　　摘要：该文主要研究将基于SAN的网络数据存储应用到常州刘国钧高等职业技术学校的校园网建设中，解决目前该校网络数据存储过程中遇到的问题，全面提升该校的校园网质量和效率，为实现该校提出的“现代化管理”目标奠定基础。
　　关键词：SAN；数据存储；校园网；架构
　　中图分类号：TP37文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012) 05-0999-03
　　The Design and Application of SAN in Digital Campus Network
　　WU Ting
　　（Changzhou Liu Guo-jun Vocational Technology College, ChangZhou 213000, China）
　　Abstract: This thesis mainly studies the network based on SAN data storage technology applied to Changzhou LiuGuojun higher vocation? al. The school network data storageis designed to solve the current problems in the process. The school’s campus network plans to raise the overall quality and efficiency.
　　Key words: SAN; data storage; campus network; architecture
　　现今的校园网不仅应具有更高的带宽、强大的性能以及保证校园网无中断运行的可靠性，还必须能对不同数据流进行合理有效的管理，以便有效和充分的利用网络传输带宽。如何选择合适的网络数据存储体系结构解决网络数据存储问题，如何实现校园网教育资源的有效管理，对建设现代化数字校园的学校而言，已经是势在必行。
　　 1校园网数据存储需求分析
　　1.1校园网应用背景
　　学校提出建设“新校区高效数字化校园网和现代化信息管理”的目标，数字化校园网的建设项目成为新校区建设项目中的重点项目。该项目主要包含网络基础建设和网管中心建设两个子项目。网络基础建设项目主要涉及常州刘国钧高等职业技术学校办公教学专网、一卡通系统专网和安防监控专网这三个专网络的建设，具体包括新校区各楼宇内部各室、各楼宇之间的综合布线，以及各楼宇配电间的网络设备的安装、配置与调试，具体建设场所包括：图文信息楼、基础教学楼、财经综合楼、培训综合楼、动漫教学工厂、机电教学工厂、汽车教学工厂、体育馆、师生公寓、餐饮服务中心等。网管中心建设项目主要针对新校区图文信息楼7楼网管中心的建设，具体包括：网管中心机房网络核心设备的安装、配置和调试，以及服务器与存储设备的安装、配置和调试。
　　1.2应用需求分析
　　随着数字化校园网建设项目的继续推进，尤其是新校区正式运行之后，众多内容丰富、功能强大应用平台陆续启用，如鹏达网络办公系统、瑞博数字化教学平台、一卡通网络系统、安防监控系统、网络视频点播系统、以及用于各系部专业教学的大量专业教学软件系统等，产生了大量需要存储的数据信息，校园网数据存储问题随之而来，需求主要包括以下几方面的应用：
　　1）网站宣传的需求网。
　　2）网络数据存储的需求。
　　3）一卡通系统数据存储的需求。
　　4）校园网计费系统的需求。
　　5）图书馆汇文系统的需求。
　　6）网络课程建设的需求。
　　不同的软件系统，不同的应用范围，不同的使用对象，都对网络数据存储系统有着相同的需求，那就是高准确性、高安全性、高保密性。常州刘国钧高等职业技术学校网络数据存储系统的数据访问要求，基本上代表了全市、全省、乃至全国各职业学校对数据存储和应用的各种需求。
　　 2网络数据存储系统
　　2.1存储区域网络（SAN）
　　存储区域网络SAN(Storage Area Network)技术是近年兴起的一种全新的存储理念，它为业务数据的级数增长和应用系统的高速 扩展提供了广阔的天地，为校园网络存储系统的构建提供了很好的方案。SAN是一种以网络为中心的存储结构，按照SNLA定义，SAN是一种利用FC（Fiber Channel）等互联协议连接起来的可以在服务器和存储系统之间直接传送数据的存储网络系统。SAN是一种体系结构，它是采用独特的技术（如FC）构建的专用存储网络，与原有LAN网络并不相互连通，存储设备和SAN中的应用服务器之间采用Block I/O的方式进行数据交换。
　　SAN作为一个独立于服务器网络系统之外的高速存储网络，这种网络采用高速的光纤通道作为传输媒体，以FC+SCSI的应用协议作为存储访问协议，将存储子系统网络化，实现了真正高速存储的目标。
　　在基于SAN存储局域网的解决方案中，当系统有海量数据的存取需求时，数据完全可以通过SAN网络在相关服务器和后台的存储设备之间高速传输，对于LAN的带宽占用几乎为零，而且服务器可以访问SAN上的任何一个存储设备，提高了数据的可用性。
　　2.2存储区域网络的分类
　　简单而言，SAN技术又可以分为两类：FC SAN技术和IP SAN技术。
　　2.2.1 FC SAN技术
　　FC SAN是一个相对独立的网络，与用户应用网络不直接相连。它可以进行数据的集中式管理，并真正实现数据共享，主要由LAN（以太网）和FC（光纤通道网络）共同构成。其中LAN负责在用户与服务器之间利用网络进行数据的交换与传输，FC负责网络数据在服务器与存储设备之间进行高速传输与存储。如图1所示。
　　
　　图1 FC SAN双网结构示意图
　　2.2.2 IP SAN技术
　　为充分利用已有的网络软硬件资源，在FC SAN技术的基础上又发展出IP SAN技术。在该技术应用过程中，普通网络交换机代替了高档的光纤交换机，客户端安装的iSCSI卡代替了服务器主机上的HBA卡，具有iSCSI接口的存储设备代替了昂贵的光纤磁盘阵列，利用iSCSI(Internet SCSI)标准，将SCSI数据块映射成以太网数据包。如图2所示。
　　
　　图2 IP SAN双网结构示意图
　　2.3 FC SAN和IP SAN的应用
　　在对安全、高效、稳定性要求较高的网络存储系统中，多采用FC SAN技术，主要集中在金融、电信、航空电子系统等领域，国内高校如复旦、华东理工等多所院校的网络存储也采用FC SAN。但成本高、与应用网络的异构性所造成的兼容性问题、由于覆盖范围不超50公里而容易形成存储孤岛等问题是FC SAN的缺点，尤其表现在异地容灾系统设计上。
　　而单纯的IP SAN技术虽然具有成本投入小、管理门坎及维护成本低、无距离限制、组建方式灵活，可扩展性高等优势，从而在一些中小型单位广受青睐。但IP SAN扰人的噪声碰撞问题、传输速率不高，加之IP网络环境复杂，安全性也相对地令人质疑。
　　 3常州刘国钧校园网数据存储的实现
　　3.1设计方案
　　综合校园网用户的需求和网络数据存储系统的设计原则，设计方案如图3所示。
　　
　　图3网络数据存储系统设计方案
　　3.2方案说明
　　本方案主要由2台光纤交换机、2台光纤硬盘阵列、3台刀片服务器机箱构成。为保证系统的正常稳定，本系统中所有的设备（刀片服务器及机箱、光纤交换机、主存储/辅助存储）都采用DELL公司的相关设备。
　　1）24口光纤交换机
　　24口光纤交换机（DELL BRC 300）是在本方案中实现存储子系统功能的核心设备。它提供集成化的虚拟存储管理服务，实现高速数据传输，能有效避免数据传输过程中的“瓶颈”问题。
　　2）以太网连接
　　在3个刀片服务器机箱（DELL PowerEdge M1000e）中，各配置2个三层千兆以太网交换机模块，使得以太网交换机模块对内能够与刀片服务器进行连接，对外能够连接到LAN。这种配置情况下，所有千兆以太网交换机模块都有冗余，不存在单点故障，具有很好的可用性。
　　3）SAN存储网络连接
　　在3个刀片服务器机箱（DELL PowerEdge M1000e）中，各配置1个SAN网络光纤通道直通模块、SAN光纤通道直通模块对内连接所有刀片服务器，对外和2台24口光纤交换机连接，再连接到光纤存储设备进行数据存取。这种配置情况下，所有SAN网络光纤通道设备都有冗余，不存在单点故障，具有更好的可用性。
　　4）主存储设备
　　在存储系统的选型上，我们为主存储系统选择了在技术水平、体系架构、使用弹性、扩展能力以及软件配置方面都极为先进的DELL EMC CX4-240全光纤架构硬盘阵列系统。
　　5）辅助存储设备
　　在辅助存储设备的选型上，我们选择了与主存储设备类似的DELL EMC AX4-5存储系统，这是DELL EMC中端存储系统系列中的入门级产品，在性能、扩展能力和成本上具有极好的竞争力，并且在配置方面都超过了学校的要求。
　　3.3服务器的应用
　　由于光纤交换机端口（24口）以及DELL服务器机箱模块（光纤模块）的限制，能够直接连入新校区网络数据存储系统的服务器数量受到限制。根据各应用软件系统的重要性、应用范围、存储需求的不同，对网络数据存储系统中相关的服务器与应用软件进行了分配。
　　1）一些使用频繁、对数据的响应要求较高的软件，如一卡通系统、网络OA办公系统、数字化教学平台等；以及一些数据存储量大的软件系统，如图书馆汇文管理系统、网络课程系统等，都安装在一号、二号DELL机箱中，并分配给各服务器相应的存储空间大小。
　　2）各系部的专业网络教学软件，如流通大师、会计实训平台、电子商务、银行模拟软件、外贸实习平台等，这些软件使用频率较低（每周一两次课），网络用户较少（某个专业的某一两个班级），需要存储的数据量小，因此将这些软件安装在没有光纤模块的三号DELL机箱中。
　　3.4存储空间的应用
　　网络数据存储系统分为主存储与辅助存储两种。其中，主存储采用DELL EMC CX4-240设备，总存储容量较小，提供快速响应的数据存储，主要针对要求数据存储高速响应的软件系统；辅助存储采用DELL EMC AX4-5设备，总存储容量较大，提供大容量的数据存储，主要针对要求大容量数据存储的软件系统。
　　1）公用服务器的数据存储空间都进行了大容量扩充。
　　公用服务器上运行的软件系统都是面向全校师生的日常工作与生活，数据量大，应用频繁，如一卡通综合管理系统、安防监控系统等，本项目在进行存储空间分配时主要以这些服务器为对象，扩展的存储空间一般是原服务器自带硬盘空间容量的2倍以上，个别服务器的扩展空间是原有的20倍以上。专业教学软件系统一般只面向某个专业的部分学生，而且一周只有几天时间的集中应用，此类服务器自带的硬盘空间容量足够存放相关的数据信息，因此这类非公用服务器不再分配网络数据存储系统中的存储空间。
　　2）相关服务器之间实现存储空间的共享。
　　由于涉及应用角度不同，校园网中不同的服务器承担不同的任务，但需要对相同的存储空间进行不同的操作，以提高服务器的响应速度，本网络数据存储系统对相关的服务器实行了存储空间共享的配置。如一卡通综合管理系统，由7台DELL PowerEdge M605服务器共享6TB的网络存储空间，分别实现实时数据采集、信息查询浏览、数据库备份等功能。
　　 4结论
　　校园网已经成为常州刘国钧高等职业技术学校日常办公与学习的基础，网络信息正常、稳定、准确地流通成为数字化校园建设的保证，网络数据存储技术则是实现这个目标的技术保障之一。当前，网络数据存储技术已经引发了IT技术的第三次浪潮，在新的技术浪潮中，数据存储的应用将面临一个全新的发展时期。常州刘国钧高等职业学校数字化校园网要保持持续稳定的发展势头，就应该密切关注这些技术的发展，及时更新与应用，不断提升校园网的活力与质量。
　　参考文献：
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