i HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG NGUYỄN ĐĂNG NINH NGHIÊN CỨU MẠNG LƯU TRỮ SAN VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRIỂN KHAI TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ ĐIỆN VÀ XÂY DỰNG BẮC NINH Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính Mã số: 60.48.15 Người hướng dẫn khoa học: TS HOÀNG XUÂN DẬU TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2013 ii MỞ ĐẦU Với sự phát triển mạnh mẽ của Internet, mạng Web toàn cầu và sự xuất hiện ngày càng nhiều ứng dụng và dịch vụ trên Internet, lượng dữ liệu được tạo ra cần lưu trữ, quản lý trên mạng ngày càng lớn. Theo thống kê [6], hiện nay mỗi ngày khoảng 1 exabytes (10 18 bytes hay 1 tỷ gigabytes) được tạo ra trên toàn thế giới. Vì thế, nhu cầu cần có các giải pháp lưu trữ, quản lý dữ liệu một cách an toàn và hiệu quả là rất cấp thiết. Một số giải pháp lưu trữ tiên tiến như RAID (Redundant Array of Independent Disks), NAS (Network Attached Storage) và SAN (Storage Area Network) đã ra đời nhằm đáp ứng được nhu cầu của các công ty, tổ chức về dung lượng lưu trữ lớn, tốc độ truy nhập cao và tính an toàn, tin cậy cao. Trong khi RAID thường gắn liền với một hệ thống máy tính và NAS thường cung cấp dịch vụ lưu trữ cho một mạng cỡ nhỏ, mạng lưu trữ SAN thường được dùng để cung cấp dịch vụ quản lý và lưu trữ dữ liệu cho các hệ thống cỡ vừa và lớn. SAN có khả năng cung cấp dịch vụ lưu trữ với dung lượng rất lớn, tốc độ truy nhập rất cao và độ an toàn, tin cậy rất cao. iii Mạng lưu trữ SAN là một mạng máy tính chuyên dùng cho mục đích quản lý và lưu trữ dữ liệu. SAN thường gồm nhiều máy chủ được kết nối mạng tốc độ cao với nhau. Gigabit LAN hoặc kết nối sử dụng cáp sợi quang thường được sử dụng trong mạng lưu trữ SAN. Ngoài hệ thống phần cứng bao gồm các máy chủ và các thiết bị mạng, SAN cần có hệ thống các phần mềm phục vụ quản lý và cung cấp dịch vụ tìm kiếm và truy nhập dữ liệu. Các hệ thống phần mềm này thường được biết dưới dạng các hệ thống file phân tán (DFS – Distributed File System). Công nghệ SAN đã được nghiên cứu, phát triển và đã được sử dụng khá rộng rãi trên thế giới. Các hãng công nghệ và cung cấp dịch vụ nổi tiếng trên Internet như Google, Yahoo và Amazon đều có các SAN của riêng mình. Ở Việt Nam, SAN còn khá mới mẻ do các dịch vụ trực tuyến chưa thực sự phát triển và chi phí đầu tư lớn. Do vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ SAN cho các mạng doanh nghiệp và tổ chức cỡ nhỏ và vừa với chi phí thấp là điều cần thiết. Đây cũng là mục đích của đề tài “Nghiên cứu mạng lưu trữ SAN và xây dựng mô hình iv triển khai tại Trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Xây dựng Bắc Ninh” của luận văn này. Luận văn gồm 3 chương chính với các nội dung sau: Chương 1 – Tổng quan về mạng lưu trữ giới thiệu khái quát về mạng lưu trữ SAN, các đặc trưng, cũng như ưu và nhược điểm của mạng lưu trữ. Chương 2 – Công nghệ mạng lưu trữ trình bày các công nghệ truyền thông trong mạng lưu trữ và hai loại công nghệ mạng lưu trữ thông dụng là FC SAN và IP SAN. Chương 3 – Xây dựng mô hình triển khai SAN tại trường Cao đẳng nghề cơđiện và xây dựng Bắc Ninh phân tích hiện trạng hạ tầng mạng và các yêu cầu xây dựng hệ thống lýu trữ tập trung tại trýờng. Trên cõ sở đó, đưa ra mô hình triển khai mạng lưu trữ nhằm phục vụ tốt hơn yêu cầu lưu trữ dữ liệu hiện tại và tương lai. Luận văn cũng tiến hành cài đặt thử nghiệm mô hình hệ thống lưu trữ dựa trên hệ thống file phân tán và ứng dụng cân bằng tải cho các máy chủ Web. 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG LƯU TRỮ 1.1.Khái niệm mạng lưu trữ Mạng lưu trữ SAN (Storage Area Network) là một mạng riêng tốc độ cao (thường đạt tốc độ Gigabit/sec) dùng cho việc truyền dữ liệu giữa các máy chủ tham gia vào hệ thống lưu trữ cũng như giữa các thiết bị lưu trữ với nhau. SAN cho phép thực hiện quản lý tập trung và cung cấp khả năng chia sẻ dữ liệu và tài nguyên lưu trữ. Hình 1.1: Mô hình mạng lưu trữ SAN 1.2.Lịch sử phát triển của các giải pháp lưu trữ 1.3.Các yêu cầu đối với hệ thống lưu trữ -Hệthốngcầncókhảnăngmởrộng(Scalability) - Hệthốnglưutrữphảicókhảnăngnângcấptốcđộtruycậpdễdàng 2 : -Hệthống lưutrữphảicókhảnăngdễdàngcài đặt thêmcác máy chủ vào hệthống: -Tínhổnđịnh(Stability): -Tốcđộ(Speed): -Khảnăngchiasẻ,dùngchungdữliệu(Shareability): -Tínhđơngiản(Simplicity): 1.4. Các đặc trưng cơ bản của mạng lưu trữ 1.4.1 Fibre Channel: giải pháp SAN mở. Bảng 1.1: Các công nghệ SAN, LAN, WAN Công nghệ Băng thông hiện tại Băng thông tương lai Các ứng dụng ATM 622 Mbps 1 Gbps LAN và WAN Ethernet 100 Mbps 1 Gbps LAN và WAN FC-AL 1 Gbps 4 Gbps SAN 1.4.2 Băng thông cao Bảng 1.2: So sánh giữa FC-AL và Ultra SCSI Thuộc tính UltraSCSI limit * FC-AL SAN Truyền dữ liệu Băng thông dữ liệu 40 MB/sec 200 MB/sec 3 hiệu dụng ** Hỗ trợ giao thức SCSI SCSI, IP, nhiều loại khác Khả năng mở rộng kết nối 15 drievrs/bus 126 nodes per loop Khoảng cách kết nối 25m 10km Khả năng lưu trữ *** 136 Gbytes 9 172 Gbytes 1.4.3 Mở rộng server và thiết bị lưu trữ. Hình 1.3: Mô hình hướng mở rộng của Server - Storage truyền thống Mô hình trên làm cho khả năng của server và khả năng lưu trữ không linh họat và cũng không hiệu quả. Sự kết hợp này chỉ khoảng từ 4 đến 10 ổ đĩa. Muốn mở rộng khả năng lưu trữ thì việc thêm nhiều server-storage là cần thiết. 4 Nhưng với mô hình mạng SAN thì khả năng mở rộng này cung cấp tính linh hoạt hơn và chi phí hiệu quả hơn, giúp cho khả năng lưu trữ cũng như thực hiện trên server được độc lập mà ở đây mỗi phần có thể mở rộng để cân bằng việc lưu trữ tốt nhất. Hình 1.5: Mô hình mở rộng của SAN 1.4.4 Kết nối theo modular. 1.4.5 Tính khả dụng và khả năng chịu lỗi cao. 1.4.6 Tính dễ điều khiển. 1.4.7 Dễ tích hợp. 1.4.8 Khả năng ứng dụng nâng cao. 5 1.5. Ưu và nhược điểm của SAN với các hệ thống lưu trữ khác Ưu điểm:  Có khả năng sao lưu dữ liệu với dung lượng lớn và thường xuyên mà không làm ảnh hưởng đến lưu lượng thông tin trên mạng.  SAN đặc biệt thích hợp với các ứng dụng cần tốc độ và độ trễ nhỏ ví dụ như các ứng dụng xử lý giao dịch trong ngành ngân hàng, tài chính.  Dữ liệu luôn ở mức độ sẵn sàng cao.  Dữ liệu được lưu trữ thống nhất, tập trung và có khả năng quản lý cao. Có khả năng khôi phục dữ liệu nếu có xảy ra sự cố.  Hỗ trợ nhiều giao thức, chuẩn lưu trữ khác nhau như: iSCSI, FCIP, DWDM  Có khả năng mở rộng tốt trên cả phương diện số lượng thiết bị, dung lượng hệ thống cũng như khoảng cách vật lý.  Mức độ an toàn cao do thực hiện quản lý tập trung cũng như sử dụng các công cụ hỗ trợ quản lý SAN. 6 Nhược điểm:  Chiphíđầutưcao(thêmserverbackup,sửdụngtapelibr arycổngquang,phần mềmbackuptrongSAN).  Cần nhân lực có trình độ cao quản trị 1.6. Kết chương Mạng lưu trữ SAN là một mạng chuyên dụng, được thiết kế phục vụ cho việc quản lý và lưu trữ các kho dữ liệu lớn. SAN có nhiều ưu điểm trong việc xây dựng một hệ thống lưu trữ có hiệu năng cao, dung lượng lớn, tính an toàn, tin cậy cao và khả năng mở rộng tốt. Mặc dù chi phí đầu tư còn khá lớn, nhưng với sự phát triển của công nghệ truyền thông và đặc biệt là IP SAN, mạng lưu trữ có nhiều tiềm năng triển khai cho các cơ sở cỡ nhỏ và vừa với mức đầu tư hợp lý. CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ MẠNG LƯU TRỮ 2.1. Công nghệ truyền thông trong mạng lưu trữ 2.1.1. Cấu hình điểm-điểm 2.1.2. Cấu hình Arbitrated Loop 2.1.3. Cấu hình SAN Fabric 2.1.3.1 Director-Based Fabric [...]... có thể sử dụng mạng Internet làm môi trường truyền dẫn mà không phải đầu tư các kênh riêng Tuy nhiên, các mạng IP SAN thường có độ trễ và overhead lớn hơn FC SAN do các gói tin có phần mào đầu lớn hơn 14 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRIỂN KHAI SAN TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ ĐIỆN VÀ XÂY DỰNG BẮC NINH 3.1 Phân tích yêu cầu lưu trữ dữ liệu tại trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Xây dựng Bắc Ninh 3.1.1 Hiện... dịch vụ web có khả năng sẵn sàng cao KẾT LUẬN Xuất phát từ yêu cầu thực tế về yêu cầu quản lý và lưu trữ dữ liệu của trường Cao đẳng nghề cơ điện và xây dựng Bắc ninh, luận văn tập trung nghiên cứu các các giải pháp xây dựng hệ thống lưu trữ theo mô hình mạng lưu trữ SAN Nhìn chung, SAN cho phép xây dựng các mạng lưu trữ đáp ứng các yêu cầu cao về hiệu năng, dung lượng và tính an toàn, tin cậy Cụ thể,...  Nghiên cứu tổng quan về mạng lưu trữ SAN; 20  Nghiên cứu về các công nghệ truyền thông sử dụng trong SAN;  Nghiên cứu sâu về hai loại SAN thông dụng là FC SAN dựa trên mạng truyền thông cáp quang và IP SAN dựa trên bộ giao thức TCP/IP của mạng Internet;  Phân tích hiện trạng, đề ra các yêu cầu và đề ra mô hình SAN cho hệ thống lưu trữ tập trung của trường Cao đẳng nghề cơ điện và xây dựng Bắc ninh; ... triển khai dựa trên công nghệ SAN hiện đại, đáp ứng được các yêu cầu sử dụng hiện tại đồng thời có khả năng nâng cấp mở rộng trong tương lai 3.3 Xây dựng mô hình triển khai SAN Hình 3.4 : Mô hình kết nối hệ thống lưu trữ SAN dự kiến Hệ thống lưu trữ mới được xây dựng tách biệt với cơ sở hạ tầng Công nghệ thông tin hiện có Hệ thống lưu trữ chuyên biệt này sử dụng công nghệ SAN cung cấp 16 nhiều tính năng... có khả năng giảm chi phí đầu tư mà vẫn đảm bảo hiệu năng cần thiết, thích hợp với các hệ thống lưu trữ cỡ nhỏ và vừa 21  Triển khai thiết kế và cài đặt mô hình SAN trên thực tế tại trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Xây dựng Bắc ninh, phục vụ tốt hơn yêu cầu tin học hóa công tác quản lý và đào tạo của nhà trường ... 2: Cấu hình Network Load Balancing Cluster 18 Hình 3.6 Giao diện Network Load Balancing Cluster Bước 3: Cài đặt máy chủ web sử dụng tính năng cân bằng tải 3.5 Kết chương Do nhu cầu phát triển của Trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Xây dựng Bắc Ninh là cần phải tập trung dữ liệu và phát triển hệ thống ứng dụng tích hợp, nêncác cơ sở dữ liệu và các ứng dụng trong Trường CĐN CĐXDBN cần được lưu trữ và quản... 11.57MBvà37.22làtổngkíchcỡtiêuđềtươngứngvớitừngtrườ ng hợp 2.5 Kết chương Chương 2 trình bày về các công nghệ và các cấu hình truyền thông được sử dụng trong mạng lưu trữ SAN, 13 như các cấu hình điểm – điểm, cấu hình Arbitrated Loop và cấu hình SAN Fabric Mỗi cấu hình có các ưu và nhược điểm riêng và có thể được ứng dụng vào từng trường hợp cụ thể Mạng lưu trữ FC SAN là dạng được sử dụng phổ biến do mạng. .. thống mạng cáp quang, có thông lượng lớn và độ trễ nhỏ Tuy nhiên, mạng FC SAN thường thích hợp với một không gian hẹp như một tòa nhà hoặc các phòng ban trong một công ty Ngoài ra, chi phí xây dựng mạng FC SAN thường khá cao Mạng lưu trữ IP SAN và đặc biệt là iSCSI SAN mới được phát triển trong những năm gần đây, nhưng có nhiều tiềm năng do giá thành thấp và có thể hỗ trợ khoảng cách xa iSCSI SAN có...7 2.1.3.2 Cấu hình chuyển mạch nối tầng (Cascaded Switch Fabric) 2.1.3.3 Cấu hìnhFabric lưới (Mesh Fabric) 2.1.3.4 Cấu hình SAN Building-Block Fabric 2.1.3.5 Cấu hình SAN Island 2.1.3.6 Cấu hình mạng Metropolitan và Wide Area SAN 2.1.4 Cấu hình dự phòng 2.1.4.1 Dự phòng cơ bản 2.1.4.2 Cấu hình Remote Mirroring 2.2 Mạng lưu trữ FC SAN 2.2.1 Kiến trúc Fibre Channel 2.2.1.1... toàn, tin cậy dữ liệu Mạng lưu trữ 19 SAN là một lựa chọn phù hợp cho giai đoạn trước mắt và cả lâu dài Chương cũng trình bày việc triển khai mô hình hệ thống lưu trữ dựa trên hệ thống file phân tán DFS của hệ điều hành Windows 2008 Server Hệ thống DFS cho phép tạo một hệ thống lưu trữ được quản lý tập trung, có tính an toàn, tin cậy cao với chi phí thấp Hơn nữa, luận văn cũng triển khai tính năng cân . SAN TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ ĐIỆN VÀ XÂY DỰNG BẮC NINH 3.1. Phân tích yêu cầu lưu trữ dữ liệu tại trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Xây dựng Bắc Ninh. NGUYỄN ĐĂNG NINH NGHIÊN CỨU MẠNG LƯU TRỮ SAN VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRIỂN KHAI TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ ĐIỆN VÀ XÂY DỰNG BẮC NINH Chuyên