热备网络存储系统的研究与设计

1.引言

随着计算机技术的高速发展，信息或数据已然成为了人们生活中必不可少的重要组成部分。计算、存储、传输是的数据信息存在的三种状态。通常情况下，由主机系统负责数据的计算，同时也会通过文件系统、数据库系统等手段对数据进行管理，而存储设备往往是使用物理直连的方式连接在主机系统中。为了能够更好地实现设备的充分利用和资源共享，人们将存储方式转向网络化存储，希望通过提高存储系统自身的数据管理能力，将 数据存储独立于主机系统之外，以网络方式连接主机和存储系统。随着对数据的依赖性逐渐增加，人们通常采用对数据进行备份的方式来防止数据丢失。

根据网络与存储系统结合的不同形式，网络存储技术也随之发展。目前主流的技术有 NAS(网络连接存储)、 SAN(存储区域网络)基于IP的存储。NAS是一种基于文件的、直接利用局域网进行数据传输的存储架构，主要优势在于可以很容易的实现异构平台的文件共享、多用户同时访问。NAS是基于局域网的存储，而SAN的功能是将存储设备从局域网中分离出来，使其被看成是负责存储的“后端”网络，而“前端”网络则负责正常的TCP/IP传输，从而降低了网络的拥塞，简化了数据存储和传输。基于IP的存储是指利用IP网络来实现类似SAN的块级数据处理。目前正处于广泛研究中的基于IP的存储技术有FCIP(FibreChannel over IP)，IFCP(Internet Fibre Channel)，iSCSI(Internet SCSI)等。基于IP的存储技术主要优点是可以很好地实现数据共享和远程访问，系统造价低、便于构建和维护，将共享存储扩展到局域网甚至是Internet上，克服了光纤通道对数据传输距离的限制。本文主要研究的是利用热备的方式来提高网络存储系统的安全性和可靠性。

2.热备网络存储系统整体框架

本系统主要由主从两台网络存储设备组成，每台网络存储设备集成了磁盘阵列及相关控制器。主从网络系统设备内的磁盘阵列可组成RAID，提高磁盘的读写速度并提供数据保护。另外，主从网络存储设备的磁盘阵列可组成镜像关系，进一步提高系统的可用性。热备网络存储系统的组成框图如图1所示。

图1 热备网络系统组成框图

从图中可以看出，主设备和从设备是互为备份的网络存储设备，两台设备系统之间通过心跳线和数据同步线相连，分别用于实现设备的心跳检测和设备间的数据同步。客户端和 服务器可以通过万兆网络实现对网络存储系统的数据访问。热备网络存储系统所有 软件集成于热备网络存储设备中，不需要在用户服务器上安装专用软件，不占用用户资源。