點擊下載利用MDS 9000系列產品來實現備份和恢復解決方案
目的
本白皮書的目的是討論備份和恢復的結構以及解決方案，并闡述思科MDS 9000系列多層Director和結構交換機的適用特性。
介紹
在服務器上駐留有要害任務數據的全球企業都要求他們的應用具備持續可用性。供給鏈治理（SCM）、企業資源規劃（ERP）、以及客戶關系治理（CRM）等應用正在生成大量數據，企業必須不惜任何代價加以保護。至少，這些數據必須被定期備份到磁帶，作為一種防止數據丟失的保險策略。但，數據量的日益增加要求更大的存儲容量，更快的服務器，同時還要求更長的備份時間。企業還必須考慮，有時幾個小時才能備份的數據還需要同樣長的時間來全部恢復。這么長的恢復時間通常是令人無法接受的，因為這會因停機時間的延長而使收入遭受損失。因此，在許多情況下，磁盤備份被認為是最低水平的災難恢復（DR）計劃。
為了確保企業應用要求的99.999%的正常運行時間，存儲設計方案必須在每個級別都要結合其他高可用性考慮因素。所有企業都必須制定災難恢復計劃來解決停機時間潛在延長的問題，并在發生嚴重停機時可以無縫地切換到備用站點。
除了磁帶備份外，各企業在他們的災難恢復計劃中經常利用復制技術來遠程復制整個數據中心。因此，除了從磁帶的數據恢復外，現在的恢復方案可能要包括到現有遠程位置的故障切換。災難可由許多因素引起，很難猜測。以下是一些主要的災難情形：
每家企業必須為災難恢復隨時做好預備，并要確定為實現連續訪問而必須予以保護的要害數據。為了確定對企業最為要害的位置、功能、或應用，企業還必須進行業務影響和風險分析。遠程數據中心——主數據中心映像——可用于在發生重大災難后提供對數據的全面訪問。許多災難恢復解決方案都要保持數據的實時映像，并結合磁帶備份。復制技術還為滿足各種應用要求提供了許多選項。盡管復制可以幫助您更快地從災難中恢復，但這種技術還有局限性，因為它會將訛誤數據和有效數據一起復制。因此，經常需要將磁帶備份作為存儲有效數據的一種方法。本文討論的重點是磁帶備份技術、結構、以及作為災難恢復總體計劃一部分的各種選項。
磁帶備份
在當今的企業環境下，大多數的應用服務器都通過并行SCSI鏈路直接連接到了專用磁帶驅動器。專用資源的部署和維護都很昂貴，因為要治理的磁帶設備數量與應用服務器的數量呈比例增加。不過，直連磁帶驅動器可以保證性能，因為服務器是使用驅動器的唯一設備。成本考慮因素促使企業向網絡備份模式移植，在這種模式中，磁帶驅動器被放置在LAN上，并在多臺服務器之間共享。基于LAN的一般備份方案如下圖所示。在這種模式中，數據和備份流量都穿過同一LAN。網絡化備份模式優化了磁帶的利用率，增強了可治理性，但也引起了以下一些問題。
圖1
首先，大量備份數據增加了LAN上的流量，會導致應用性能的下降。備份一般在下班以后進行，以便最大程度地減少數據流量的中斷。數據量的日益增加導致了備份時間的延長，從而潛在地會占用正常業務時間。由于全天候的正常運行要求，企業的全球化不斷地縮短可用備份時間。其次，備份和應用流量共享LAN會導致備份中斷，造成備份工作一同失敗。
再者，共享同一LAN的備份和數據應用成本經常很高，因為一種應用環境下的固件升級或不穩定性可能會導致其他環境的服務中斷。為了緩解LAN中的這些潛在沖突，治理員們曾建議在應用和備份域之間實現隔離。在最新的實施方式中，客戶正在向獨立于LAN的結構移植，以便根據以下的方法來隔離備份流量和應用。有大量客戶已經開始部署專用備份存儲網絡。
當前的備份實施流程都是手工、勞動密集型流程，充斥著大量因人為錯誤導致的問題。失敗的備份經常不會被發覺，導致在發生故障后潛在地丟失數據。磁帶必須手工插入、倒帶、和取出，以進行異地運輸，確保可恢復性。由于手工治理的巨大成本，應該進行自動化案例分析，利用自動設備來改善磁帶的治理。集中式的備份將磁帶分組成多個“池”，從而許多備份可以被復用到一個磁帶。假如磁帶已滿，備份繼續使用池中其他空白磁帶，這樣，顯著地增強了可治理性。被治理的磁帶驅動器數量的減少可以轉化為成本的節約。
備份要求增加應用服務器的活動，以便從磁盤提取數據再寫入磁帶。應用服務器通常忙于處理對延遲和性能敏感的大量數據。需要指定額外的CPU循環來轉移和調度數據，同時，對應用自身來講，執行備份的成本經常都很高。不用服務器的解決方案是為了消除應用服務器自身執行備份時對性能產生的影響。這種結構將數據轉移器和連接代理器的角色轉移給了專用備份服務器。強勁的備份解決方案必須解決以下一些問題：
下一節將具體討論應用最普遍的備份解決方案。
獨立于LAN的備份
獨立于LAN的備份能夠使每臺應用服務器將數據直接轉移到存儲網絡上的磁帶驅動器，不經過專用備份服務器。利用大家熟知的共享存儲選項，每臺應用服務器都作為媒介服務器，以便將備份數據直接轉移到磁帶。每臺服務器然后決定磁帶驅動器，并在備份過程中保留該磁帶驅動器。應用服務器經配置后，還可以擁有到磁帶庫單元中磁帶驅動器的專門訪問權限，而不是共享選項。通過存儲網絡的數據流可以降低LAN的流量。磁帶還可以在應用中共享，而將多個備份流復用到可治理的磁帶庫和驅動器中。LAN仍可以用于傳輸元數據、關系表，它們可以跟蹤數據改變的位置，在備份服務器和客戶端之間往返傳輸，但實際備份數據在存儲網絡上傳輸。獨立于LAN的一般實施方法如下圖。
獨立于LAN的備份可以隔離數據和備份域，但無法緩解仍必須從磁盤中提取數據的應用服務器CPU負荷。如下所述，無服務器備份可以解決這一問題。
圖2
無服務器備份
無服務器（或獨立于服務器）的備份要將備份數據從磁盤轉移到磁帶，數據不會通過應用服務器。在無服務器備份中，將被備份的數據快照最大程度地降低或消除了服務器上應用的中斷。數據快照然后被智能地從磁盤轉移到磁帶，不經過服務器。這種流程緩解了應用服務器的CPU額外負荷，因為它不經過備份路徑。用于在磁盤和磁帶之間直接轉移數據的這種機制是SCSI擴展拷貝命令。執行擴展拷貝SCSI命令的組件可以位于SAN結構或服務器軟件中。當前實施的無服務器備份，如Legato Celestra Power 和 Veritas NetBackup，通過備份服務器來治理整個流程。一般的無服務器備份方案如下圖所示。由于對隔離域的擔心，大多數客戶目前首選單獨部署SAN來實現備份。因此他們可能沒有部署這種解決方案，因為磁盤子系統和磁帶驅動器必須共存于同一SAN中。
圖3
備份行業和產品概述
許多軟件廠家都開發了集中式的備份軟件，如Veritas Netbackup、 Veritas BackupExec、 Legato Networker、及Computer Associates BrightStor ARCserve 2000 Advanced Edition等。所有這些產品都遵循集中式機制，其中備份通過專門的備份服務器來完成，并直接連接到存儲設備。集中式備份模式還可能需要多種不同的軟件和硬件模塊。很重要的一點是，要了解備份解決方案的不同組成部分以及它們各自的作用和對性能的影響。
首先，中心服務器或主服務器控制整個備份環境，包括索引、備份時間表、客戶組定義、以及硬件配置。主服務器還負責解決備份的記錄問題，并將這些問題報告給系統治理員。有時，該功能被稱為“連接代理”。
集中式備份系統中的第二種服務器為媒介服務器或存儲節點。媒介服務器與備份的存儲媒介類型相關，存儲媒介通常是通過光信道或并行SCSI連接的磁帶設備。媒介服務器負責將數據發送到磁帶。該服務器從主服務器獲得指令，以決定要備份的文件和將使用的特性媒介集。媒介服務器也被稱為“數據移動器”。
第三種也是最重要的一種是備份客戶端，在實際中指備份服務器。客戶端軟件被安裝在要求備份服務的所有系統中。每臺主服務器和媒介服務器通常都安裝了客戶端軟件，以便進行自身備份。
SAN備份的主要優勢
如上所述，企業已經開始部署基于專用光信道的存儲網絡，以解決共享LAN的性能瓶頸問題。存儲網絡的其他優勢如下：
數據可用性
存儲網絡基礎設施提供了到存儲子系統的多條路徑，包括磁盤和磁帶，以實現高可用性和擴展性。客戶可以實施更完善的災難恢復解決方案，非凡是在開放系統環境下。在傳統的實施方法中，遠程站點的災難恢復一般通過LAN上的服務器到服務器通信來實施。在網絡化模式中，數據還可以在兩臺存儲子系統之間鏡像，節約了昂貴的服務器LAN資源。將備份流量移植到存儲網絡限制了每個域中潛在的中斷，因此，可以防止LAN數據流備份發生故障，反之亦然。
降低總擁有成本
存儲整合可以使多臺服務器共享相同的存儲設備，減少了數據中心要求的磁帶庫數量。整合還可以使所有服務器中非使用容量的再分配更加輕易，提高了利用率和效率。客戶可以節約更多成本，因為他們可以實施企業備份/恢復解決方案，降低連接服務器的磁帶驅動器的治理和維護成本。由于手工流程很有可能導致人為錯誤，從而增加了每個單獨組件的治理成本。遠程磁帶連接通過部署自動設備消除了站點間的人工磁帶運輸，這些機制有助于減少人為錯誤。它們還消除了搬運、可能的丟失、和可用性而造成的損失，從而增強了可靠性，因為需要恢復的數據永遠無需運輸。存儲網絡還可以實現每臺服務器都要依靠的備份資源存儲，消除了個別備份設備故障導致的限制。更低的總擁有成本（TCO）還可以通過共享備份資源擴展性、可用性、性能、以及可治理性的提高來實現。
靈活的備份選擇方案
企業現在延長了經營時間，并要支持要求獲得全天候服務的全球客戶。現在已經有兩種備份選擇方案，包括熱備份和冷備份。冷備份是指在備份期間應用數據要停止運行的情形。而熱備份是指在應用更新數據的同時系統仍正常運行的情形。
更新前拷貝（copy-on-write ）以及分割鏡像（split-mirror）等熱備份技術使用在特定瞬間創建的原始數據鏡像來在線備份數據，不會影響應用。更新前拷貝和分割鏡像這兩種選擇方案都將數據塊復制到未被使用的存儲區域，以創建即時拷貝，且大多數數據庫都支持這兩種技術。更新前拷貝和分割鏡像技術可以治理物理數據塊的映射過程以及他們與文件系統或數據庫的關聯性。支持這些選擇方案的存儲子系統廠家包括EMC Timefinder，他們在IBM企業存儲服務器（ESS）和模塊化存儲服務器（MSS）中使用了Business Continuance Volume (BCV)、HDS ShadowImage、及FlashCopy。
各種備份實施方法都在努力降低備份所需要的時間，最大程度地降低用戶流量的中斷（非凡是對于冷備份），并提高性能。熱備份利用本地或遠程鏡像來確保應用的持續可用性。下面將具體討論遠程鏡像技術。
遠程數據鏡像/數據復制
遠程數據鏡像，或遠程復制，是為快速恢復應用和數據使用最普遍的一種機制。自然，這意味著，要在磁盤子系統中創建鏡像卷以提供保護功能。應用使用的主卷被認為是主用卷，而鏡像卷為備用卷。已經被實施的兩種主要遠程復制技術為：
大家熟知的已有遠程復制設備包括EMC的Symmetrix RemoteData Facility (SRDF)、IBM的eXtended Remote Copy (XRC)和Peer-to-Peer Remote Copy (PPRC)、HDS的TrueCopy、Compaq的 Data Replication Manager (DRM)和Veritas 的Volume Replicator (VVR)。IBM的XRC和Veritas的VVR解決方案都是基于主機、軟件復制的數據鏡像設備，而PPRC、SRDF、 TrueCopy和 DRM為基于硬件控制器的遠程復制設備。需要重點指出的是，Veritas (VVR)在ip網絡而不是光信道或ESCON（Enterprise Serial CONnection）上提供遠程數據鏡像。
思科的災難恢復產品和解決方案
由于數據可用性成為了企業的一種要害優勢，因此越來越多的資源被用于確保運行的連續性。如上所述，專用網絡是為了保證性能標準和備份應用的安全性。智能存儲網絡為備份和恢復提供了一種新的思路。另外，遠程數據復制解決方案可以實現更高水平的可用性，可以根據企業的需求來擴展。思科系統公司提供最先進的技術，幫助企業構建擴展性更高、更安全、更經濟的端到端備份和恢復解決方案以及災難恢復解決方案。
圖4
思科MDS 9000系列多層Director和結構交換機。從左向右： MDS 9506 Director、 MDS 9513 Director、MDS 9509 Director、MDS 9216 結構交換機
思科MDS 9000系列多層Director和結構交換機針對的是企業和服務供給商存儲網絡環境，可以提供更高的端口密度、更高的交換帶寬、更高的性能、多協議、以及更高的靈活性。MDS 9000系列產品還針對異質存儲區域網絡，其中總存儲環境由多家供給商的產品構成。在這些環境中，思科MDS 9000系列產品可以作為集中式系統，提供互連和高級服務。
MDS 9000系列產品包括MDS 9500系列多層Director和MDS 9216 多層機構交換機。MDS 9000系列產品是一些模塊化系統，專為高端口密度和高性能的數據中心應用而優化。對于用于備份和災難恢復的遠程數據中心，MDS 9216 多層結構交換機提供了一種更小巧的產品，并具有和MDS 9500系列Director同樣的特性。
除了這些交換設備的大小優勢外，思科MDS 9000系列多層Director和結構交換機還提供了廣泛的特性和服務，包括虛擬SAN、高級ISL鏈路集中、LUN分區、回撥、高可用性和無接觸固件升級。現在，使大多數客戶感到煩惱的一個問題是可治理性和工具的缺乏，以便為存儲提供足夠的支持。思科MDS 9000系列產品包含有強勁的內置式結構治理器應用程序，可以對存儲網絡進行配置、監控和故障排除。
虛擬SANs (VSAN)
在現有的許多環境中，備份解決方案的設計都需要為備份流量構建單獨的并行網絡。從技術和運行的角度講，這種單獨網絡方法盡管提高了成本，但仍是一種靈活、安全、高度可用的備份解決方案。磁帶存儲網絡與磁盤存儲網絡的隔離消除了因磁帶庫單元（TUL）的電源重置等導致的故障對應用生產的影響。單獨網絡還防止了因應用域中設備重置導致的備份故障。因此，這種方法實際上是隔離磁帶設備和磁盤子系統的一種通用方法。通過這種隔離，結構配置的改變可以保持在本地而不會引起中斷，促進了隔離SAN的持續部署。
盡管這些單獨存儲網絡有助于保證整個結構內中斷的緩解，但這種解決方案成本很高，要求單獨的交換機，并增加了治理復雜性。另外，這經常導致端口被浪費，要使部署這些解決方案的客戶承擔高額成本。思科提供的先進技術使用被稱為虛擬SAN或VSAN的功能實現了存儲網絡部署的創新。VSAN為在同一冗余物理基礎設施上構建虛擬隔離的單獨結構提供了一種方法。因此，VSAN保證了這些設計方案要求的SAN域安全性和隔離。思科MDS 9000系列多層Director和結構交換機能夠在同一物理基礎設施內最多創建4092個隔離SAN拓撲結構或布局。這種實施方法有點類似于以太網中的VLAN。VSAN實現了SAN部署的創新，因為它利用了被證實的技術以及易于配置的以太網在SAN環境下提供流量隔離和安全性等特性。VSAN的一些主要特性如下：
VSAN利用以太網中已經被證實的技術來滿足光信道存儲網絡的性能和隔離要求，以提供最佳解決方案。為了保證邊緣接入的安全性，在結構內設備之間接入和流量的限制方面，分區是非常有用的。VSAN為隔離結構內的所有服務提供了一種補充功能，并將它們“封裝”在VSAN中，因此，實現了在邏輯上獨立的結構。
圖5 利用VSAN實現層疊結構
通過VSAN創建的存儲網絡域不僅超越了現有的安全性機制，而且甚至能夠將單一交換機分割成多個虛擬環境。它們在不同VSAN中實現了完全隔離，保證將設備故障或結構不穩定性隔離到單一VSAN內，不會造成整個結構的中斷。所有這一切都無需實施要求多臺物理隔離結構交換機的昂貴解決方案。VSAN還降低了存儲網絡的總擁有成本，因為它最大程度地提供了端口利用率，從而降低了每端口的有效成本。這種類型的實施非常有效，因為多個用戶社區可以被組合在一起，從而可以利用更少的設備通過一臺結構交換機來為他們提供服務。思科MDS 9000系列產品提供了領先的安全性和服務，同時一降低了資本和運行費用。
這種結構降低了數據中心內SAN或結構的總數量。同時可以保持備份/恢復和遠程數據鏡像域與應用SAN的隔離狀態。考慮到數據中心的占地空間以及客戶正在采用的存儲整合模式，VSAN為企業提供了一種總擁有成本更低的解決方案。
多協議支持
MDS 9000系列多層Director和結構交換機將FCIP和iSCI集成到單一交換模塊中，以便實現集成多協議功能。多協議解決方案為災難恢復等應用提供了IP上的連接選項。多協議服務以及高速、高容量光信道交換功能到單一平臺的集成，使客戶能夠利用相同的平臺，但獨立地滿足他們整個公司及部門的應用要求。集成FCIP功能可以通過TCP/IP訪問遠程數據中心，以便在發生重大故障時，實現無縫切換。盡管應用要求最終決定要部署的解決方案，但FCIP適合于大多數的遠程數據鏡像應用。FCIP是通過各種速度的WAN鏈路在兩個數據中心之間實現廣域連接的理想選擇。
集成iSCSI功能是一種低成本的主機連接選擇方案，可以利用現有的IP/以太網基礎設施。iSCSI技術有助于優化昂貴的存儲和磁帶子系統的利用，因為它經濟地將存儲網絡的范圍擴展到中程和低端服務器。這種集成代表了業內第一種可在Director平臺中實施的光信道和IP存儲集成解決方案。處理部門或工作組應用的低端服務器可以方便地集成到同一存儲網絡結構中，更加方便地訪問公司資源。現在的工作組應用不再受有限存儲容量的約束，也不會遭受容量升級導致的服務中斷。另外，性能沒有受到影響，成本更低。而且，iSCSI為部門和工作組應用提供了集中式、共享磁帶選項以及獨立于LAN、無服務器的備份和恢復解決方案。
很明顯，思科的智能存儲網絡所具備的一套功能，結合對數據中心可用性要求的關注，實現了業內目前無與倫比的一系列解決方案。思科的產品提供了增強型治理功能，可以解決企業面臨的問題，即希望減少因意外停機和計劃內升級導致的服務中斷。FCIP和iSCSI等技術使企業能夠降低基礎設施成本，同時在兩種技術中仍提供集成治理功能。
圖6
用于災難恢復的同步鏡像應用也可以通過思科的DWDM解決方案來實現，包括ONS 15540 DWDM交換機以及ONS 15454 SONET交換機平臺等產品。DWDM是在兩個數據中心之間實現可靠城域連接的理想選擇，而SONET可以在更遠的距離內提供較高的TDM帶寬。兩種技術都能夠為光信道或FCIP上的遠程數據復制提供卓越的傳輸選項。關于思科DWDM解決方案的更多信息，請訪問思科網站：http://www.cisco.com/warp/public/44/jump/optical_platforms.sHtml。
總結
思科MDS 9000系列多層Director和結構交換機為災難恢復、備份和恢復應用提供了一流的解決方案。利用豐富的一套技術，思科 MDS 9000系列產品能夠充分滿足低端、中程、及高端企業的需求。思科9000系列產品為在異質傳輸環境中部署了多種應用的客戶提供了一種端到端的解決方案。MDS 9000系列產品為客戶提供了一條無縫移植路徑，使他們可以部署新的技術，并使新技術與傳統環境共存。假如客戶關注的是性能、端口密度、投資保護、和治理，那么思科MDS系列產品可以使他們大規模部署高效的SAN解決方案。
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