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 (tt)

i HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG NGUYỄN ĐĂNG NINH NGHIÊN CỨU MẠNG LƯU TRỮ SAN VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH TRIỂN KHAI TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ ĐIỆN VÀ XÂY DỰNG BẮC NINH Chuyên ngành: Truyền liệu mạng máy tính Mã số: 60.48.15 Người hướng dẫn khoa học: TS HỒNG XN DẬU TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2013 ii MỞ ĐẦU Với phát triển mạnh mẽ Internet, mạng Web toàn cầu xuất ngày nhiều ứng dụng dịch vụ Internet, lượng liệu tạo cần lưu trữ, quản lý mạng ngày lớn Theo thống kê [6], ngày khoảng exabytes (1018 bytes hay tỷ gigabytes) tạo tồn giới Vì thế, nhu cầu cần có giải pháp lưu trữ, quản lý liệu cách an toàn hiệu cấp thiết Một số giải pháp lưu trữ tiên tiến RAID (Redundant Array of Independent Disks), NAS (Network Attached Storage) SAN (Storage Area Network) đời nhằm đáp ứng nhu cầu công ty, tổ chức dung lượng lưu trữ lớn, tốc độ truy nhập cao tính an tồn, tin cậy cao Trong RAID thường gắn liền với hệ thống máy tính NAS thường cung cấp dịch vụ lưu trữ cho mạng cỡ nhỏ, mạng lưu trữ SAN thường dùng để cung cấp dịch vụ quản lý lưu trữ liệu cho hệ thống cỡ vừa lớn SAN có khả cung cấp dịch vụ lưu trữ với dung lượng lớn, tốc độ truy nhập cao độ an toàn, tin cậy cao iii Mạng lưu trữ SAN mạng máy tính chuyên dùng cho mục đích quản lý lưu trữ liệu SAN thường gồm nhiều máy chủ kết nối mạng tốc độ cao với Gigabit LAN kết nối sử dụng cáp sợi quang thường sử dụng mạng lưu trữ SAN Ngoài hệ thống phần cứng bao gồm máy chủ thiết bị mạng, SAN cần có hệ thống phần mềm phục vụ quản lý cung cấp dịch vụ tìm kiếm truy nhập liệu Các hệ thống phần mềm thường biết dạng hệ thống file phân tán (DFS – Distributed File System) Công nghệ SAN nghiên cứu, phát triển sử dụng rộng rãi giới Các hãng công nghệ cung cấp dịch vụ tiếng Internet Google, Yahoo Amazon có SAN riêng Ở Việt Nam, SAN cịn mẻ dịch vụ trực tuyến chưa thực phát triển chi phí đầu tư lớn Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ SAN cho mạng doanh nghiệp tổ chức cỡ nhỏ vừa với chi phí thấp điều cần thiết Đây mục đích đề tài “Nghiên cứu mạng lưu trữ SAN xây dựng mơ hình iv triển khai Trường Cao đẳng nghề Cơ điện Xây dựng Bắc Ninh” luận văn Luận văn gồm chương với nội dung sau: Chương – Tổng quan mạng lưu trữ giới thiệu khái quát mạng lưu trữ SAN, đặc trưng, ưu nhược điểm mạng lưu trữ Chương – Cơng nghệ mạng lưu trữ trình bày công nghệ truyền thông mạng lưu trữ hai loại công nghệ mạng lưu trữ thông dụng FC SAN IP SAN Chương – Xây dựng mơ hình triển khai SAN trường Cao đẳng nghề cơđiện xây dựng Bắc Ninh phân tích trạng hạ tầng mạng yêu cầu xây dựng hệ thống lýu trữ tập trung trýờng Trên cõ sở đó, đưa mơ hình triển khai mạng lưu trữ nhằm phục vụ tốt yêu cầu lưu trữ liệu tương lai Luận văn tiến hành cài đặt thử nghiệm mơ hình hệ thống lưu trữ dựa hệ thống file phân tán ứng dụng cân tải cho 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) mạng riêng tốc độ cao (thường đạt tốc độ Gigabit/sec) dùng cho việc truyền liệu máy chủ tham gia vào hệ thống lưu trữ thiết bị lưu trữ với SAN cho phép thực quản lý tập trung cung cấp khả chia sẻ liệu tài ngun lưu trữ Hình 1.1: Mơ hình mạng lưu trữ SAN 1.2.Lịch sử phát triển giải pháp lưu trữ 1.3.Các yêu cầu hệ thống lưu trữ -Hệthốngcầncókhảnăngmởrộng(Scalability) Hệthốnglưutrữphảicókhảnăngnângcấptốcđộtruycậpdễdàng : -Hệthống lưutrữphảicókhảnăngdễdàngcài đặt thêmcác máy chủ vào hệthống: -Tínhổnđịnh(Stability): -Tốcđộ(Speed): -Khảnăngchiasẻ,dùngchungdữliệu(Shareability): -Tínhđơngiản(Simplicity): 1.4 Các đặc trưng 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 Băng thông Các ứng tương lai dụng ATM 622 Mbps Gbps LAN WAN Ethernet 100 Mbps Gbps LAN WAN FC-AL Gbps Gbps SAN 1.4.2 Băng thông cao Bảng 1.2: So sánh FC-AL Ultra SCSI Thuộc tính UltraSCSI FC-AL SAN limit * Truyền liệu Băng thông liệu 40 MB/sec 200 MB/sec hiệu dụng ** Hỗ trợ giao thức SCSI SCSI, IP, nhiều loại khác Khả mở rộng kết 15 drievrs/bus 126 nodes per loop Khoảng cách kết nối 25m 10km Khả lưu trữ *** 136 Gbytes 172 Gbytes nối 1.4.3 Mở rộng server thiết bị lưu trữ Hình 1.3: Mơ hình hướng mở rộng Server - Storage truyền thống Mơ hình làm cho khả server khả lưu trữ không linh họat không hiệu Sự kết hợp khoảng từ đến 10 ổ đĩa Muốn mở rộng khả lưu trữ việc thêm nhiều server-storage cần thiết 4 Nhưng với mơ hình mạng SAN khả mở rộng cung cấp tính linh hoạt chi phí hiệu hơn, giúp cho khả lưu trữ thực server độc lập mà phần mở rộng để cân việc lưu trữ tốt Hình 1.5: Mơ hình mở rộng SAN 1.4.4 Kết nối theo modular 1.4.5 Tính khả dụng khả chịu lỗi cao 1.4.6 Tính dễ điều khiển 1.4.7 Dễ tích hợp 1.4.8 Khả ứng dụng nâng cao 5 1.5 Ưu nhược điểm SAN với hệ thống lưu trữ khác Ưu điểm:  Có khả lưu liệu với dung lượng lớn thường xuyên mà không làm ảnh hưởng đến lưu lượng thông tin mạng  SAN đặc biệt thích hợp với ứng dụng cần tốc độ độ trễ nhỏ ví dụ ứng dụng xử lý giao dịch ngành ngân hàng, tài  Dữ liệu ln mức độ sẵn sàng cao  Dữ liệu lưu trữ thống nhất, tập trung có khả quản lý cao Có khả khơi phục liệu có xảy cố  Hỗ trợ nhiều giao thức, chuẩn lưu trữ khác như: iSCSI, FCIP, DWDM  Có khả mở rộng tốt phương diện số lượng thiết bị, dung lượng hệ thống khoảng cách vật lý  Mức độ an toàn cao thực quản lý tập trung sử dụng 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 mạng chuyên dụng, thiết kế phục vụ cho việc quản lý lưu trữ kho liệu lớn SAN có nhiều ưu điểm việc xây dựng hệ thống lưu trữ có hiệu cao, dung lượng lớn, tính an tồn, tin cậy cao khả mở rộng tốt Mặc dù chi phí đầu tư cịn lớn, với phát triển công nghệ truyền thông đặc biệt IP SAN, mạng lưu trữ có nhiều tiềm triển khai cho sở cỡ nhỏ vừa với mức đầu tư hợp lý CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ MẠNG LƯU TRỮ 2.1 Công nghệ truyền thông 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 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 Wide Area SAN 2.1.4 Cấu hình dự phịng 2.1.4.1 Dự phịng 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 Lớp vật lý (Physical Layer) Lớp vật lý bao gồm lớp đến lớp 2: • FC-0: định nghĩa tốc độ truyền phương tiện vật lý gồm cáp, kết nối, ổ đĩa, phát thu • FC-1: định nghĩa sơ đồ mã hóa, dùng để đồng liệu truyền • FC-2: định nghĩa giao thức framing điều khiển dòng 2.2.1.2 Các lớp (Upper Layers) 8 • FC-3: định nghĩa dịch vụ chung cho node • FC-4: định nghĩa ánh xạ giao thức lớp Các giao thức như: FCP (SCSI), FICON IP ánh xạ đến dịch vụ truyền tải Fibre Channel 2.2.1.3 Topologies (Các cấu trúc liên kết) • Point-to-point ; Loop ; Switched: 2.2.1.4 Các lớp dịch vụ •Lớp 1: Dịch vụ kết nối có báo nhận • Lớp 2: Dịch vụ khơng kết nối có báo nhận: • Lớp 3: Dịch vụ khơng kết nối khơng có báo nhận: • Lớp 4: Dịch vụ định hướng kết nối phần băng thơng: • Lớp 5: Dịch vụ kết nối đơn giản: 2.2.2 Các thành phần phần cứng mạng SAN 2.2.2.1 Hệ thống RAID 2.2.2.2 Switches, Hubs Bridges 2.2.3 Lợi ích mạng lưu trữ FC SAN: Tăng hiệu hoạt động, tăng tính linh hoạt hệ thống lưu trữ, giảm chi phí sở hữu 9 2.3 Mạng lưu trữ IP SAN 2.3.1.GiaothứciFCP( InternetFibreChannelProtocol ) iFCPlàgiaothứctừcổngmạngtớicổngmạng(gatewaytoga teway),kếtnốicácthiếtbịkênhquanghọcđãcóbằngcáchsửdụn gmạngIPnhằmcungcấpdịch vụkênhquanghọc(FibreChannelServices)chocácthiếtbịcuối cócổnglàkênh quanghọcdựatrênmạngTCP/IP 2.3.1.1.KiếntrúcmạngiFCP Hình 2.15 – Kiến trúc iFCP 2.3.1.2.Địa chỉiFCP 10 2.3.1.3.Giảlậpdịchvụkênhquang họccủaiFCP 2.3.1.4.ĐiềukhiểnkếtnốiTCPvàiFCP 2.3.1.5.KiểmsoátlỗicủaiFCP 2.3.1.6.AnninhiFCP 2.3.1.7.CácvấnđềcủaiFCP 2.3.2.GiaothứciSCSI(InternetSCSIProtocol) 2.3.2.1.MơhìnhlớpcủagiaothứciSCSI Hình 2.22-MơhìnhgiaothứciSCSI 2.3.2.2.Địa chỉiSCSIvàquiướcđặttên 2.3.2.3Quản lýphiêngiaodịchiSCSI 11 2.3.2.4.KiểmsốtlỗiiSCSI - Lỗikhndạng(formaterror): - Lỗinộidung(DigestContentError): 2.3.2.5AnninhiSCSI *DiscoveryDomains(DDSs): *LUNMasking: *Danhsáchđiềukhiểnquyềntruycập(AccessControlL ists-ACL): *Mạngảo(VLAN): * IPSec:IPSecgồmhaicơchếchính: 2.4.SosánhFCPSANvàIPSAN Sosánhcácchỉtiêu: Khoảngcáchkếtnối: Khảnăngtươngtác: Chiphí: Kếtnối: Hiệunăng,thơnglượngtruyềntải: * FCP: 12 256 M B * 36 B *  M B 2112 B Trong đó: + 2112Blàkíchcỡdữliệutốiđacó thểmangtronggóisốliệuFCP + 4.36MBlàtổngkíchcỡtiêuđề *Ethernet: 66 B *  11.57 MB 1460 B 1 66 B 256MB * *  37.22 MB 454 B 256MB * Trong đó: + 1460Blàkíchcỡdữliệutốiđacó thểmangtronggóisốliệuEthernet + 454B kích cỡ liệu tối thiểu mang gói số liệuEthernet + 11.57MBvà37.22làtổngkíchcỡtiêuđềtươngứngvớitừngtrườ ng hợp 2.5 Kết chương Chương trình bày cơng nghệ cấu hình truyền thơng sử dụng mạng lưu trữ SAN, 13 cấu hình điểm – điểm, cấu hình Arbitrated Loop cấu hình SAN Fabric Mỗi cấu hình có ưu nhược điểm riêng ứng dụng vào trường hợp cụ thể Mạng lưu trữ FC SAN dạng sử dụng phổ biến mạng dựa phương tiện truyền dẫn hệ thống mạng cáp quang, có thơng lượng lớn độ trễ nhỏ Tuy nhiên, mạng FC SAN thường thích hợp với khơng gian hẹp tịa nhà phịng ban cơng ty Ngồi ra, chi phí xây dựng mạng FC SAN thường cao Mạng lưu trữ IP SAN đặc biệt iSCSI SAN phát triển năm gần đây, có nhiều tiềm giá thành thấp hỗ trợ khoảng cách xa iSCSI SAN sử dụng mạng Internet làm mơi trường truyền dẫn mà đầu tư kênh riêng Tuy nhiên, mạng IP SAN thường có độ trễ overhead lớn FC SAN gói tin có phần mào đầu lớn 14 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TRIỂN KHAI SAN TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ ĐIỆN VÀ XÂY DỰNG BẮC NINH 3.1 Phân tích yêu cầu lưu trữ liệu trường Cao đẳng nghề Cơ điện Xây dựng Bắc Ninh 3.1.1 Hiện trạng Hiện Trường Cao đẳng nghề Cơ điện Xây dựng Bắc Ninh ( CĐN CĐXDBN ) phục vụ cơng tác quản lý đào tạo gồm có: 01 Server, 68 máy tính bàn dùng cho cán phịng, khoa, trung tâm trực thuộc trường; 240 máy tính bàn dùng giảng dạy; 135 giáo viên sử dụng máy tính xách tay; khoảng 2600 học sinh - sinh viên có máy tính cá nhân thường xun kết nối hệ thống mạng; 01 modem đường truyền cáp quang 1Gbps; 36 Switch; phát Wireless nhiều thiết bị thực hành khác 3.1.2 Nhu cầu Nhằm khắc phục nhược điểm có sở hạ tầng cơng nghệ thơng tin Trường CĐN CĐXDBN, địi hỏi phải xây dựng hệ thống lưu trữ tập trung đại với khả mở rộng, độ tin cậy, hiệu suất hoạt động cao với chi phí đầu tư ban đầu thấp 15 3.2 Các u cầu mơ hình triển khai SAN Hệ thống thiết kế triển khai dựa công nghệ SAN đại, đáp ứng yêu cầu sử dụng đồng thời có khả nâng cấp mở rộng tương lai 3.3 Xây dựng mơ hình triển khai SAN Hình 3.4 : Mơ hình kết nối hệ thống lưu trữ SAN dự kiến Hệ thống lưu trữ xây dựng tách biệt với sở hạ tầng Công nghệ thông tin có Hệ thống lưu trữ chuyên biệt sử dụng cơng nghệ SAN cung cấp 16 nhiều tính hiệu quản lý thiết bị lưu trữ, tính sẵn sàng hệ thống… 3.4 Triển khai thử nghiệm mơ hình mạng lưu trữ SAN 3.4.1 Triển khai thử nghiệm mơ hình hệ thống cung cấp dịch vụ lưu trữ dựa Windows Server 2008 3.4.1.1 Giới thiệu  Phần cứng: 01 máy tính vật lý có dung lượng RAM 4GB; 03 máy chủ ảo chạy Windows Server 2008, máy chủ có dung lượng RAM 1GB;  Phần mềm: Phần mềm ảo hóa VMWare Server 1.06, Windows Server 2008 3.4.1.2 Quá trình cài đặt: Bước 1: Cài đặt Phần mềm ảo hóa VMWare Server máy tính vật lý Bước 2: Tạo 03 máy tính ảo VMWare Server cài đặt hệ điều hành Windows Server 2008 máy Bước 3: Cấu hình máy chủ chạy Windows Server 2008 Bước 4: Cài đặt, cấu hình thử nghiệm hệ thống file phân tán DFS máy chủ 17 Hình 3.5 Giao diện quản lý hệ thống DFS sau cài đặt 3.4.2 Triển khai thử nghiệm ứng dụng cân tải chạy hệ thống lưu trữ Bước 1: Cài đặt tính Network Load Balancing máy chủ Bước 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 cân tải 3.5 Kết chương Do nhu cầu phát triển Trường Cao đẳng nghề Cơ điện Xây dựng Bắc Ninh cần phải tập trung liệu phát triển hệ thống ứng dụng tích hợp, nêncác sở liệu ứng dụng Trường CĐN CĐXDBN cần lưu trữ quản lý tập trung, nhằm đảm bảo tốc độ truy nhập, tính an tồn, tin cậy liệu Mạng lưu trữ 19 SAN lựa chọn phù hợp cho giai đoạn trước mắt lâu dài Chương trình bày việc triển khai mơ hình hệ thống lưu trữ dựa hệ thống file phân tán DFS hệ điều hành Windows 2008 Server Hệ thống DFS cho phép tạo hệ thống lưu trữ quản lý tập trung, có tính an tồn, tin cậy cao với chi phí thấp Hơn nữa, luận văn triển khai tính cân tải, kết hợp với hệ thống DFS để cung cấp dịch vụ web có khả sẵn sàng cao KẾT LUẬN Xuất phát từ yêu cầu thực tế yêu cầu quản lý lưu trữ liệu trường Cao đẳng nghề điện xây dựng Bắc ninh, luận văn tập trung nghiên cứu các giải pháp xây dựng hệ thống lưu trữ theo mơ hình mạng lưu trữ SAN Nhìn chung, SAN cho phép xây dựng mạng lưu trữ đáp ứng yêu cầu cao hiệu năng, dung lượng tính an tồn, tin cậy Cụ thể, luận văn đạt kết sau:  Nghiên cứu tổng quan mạng lưu trữ SAN; 20  Nghiên cứu công nghệ truyền thông sử dụng SAN;  Nghiên cứu sâu hai loại SAN thông dụng FC SAN dựa mạng truyền thông cáp quang IP SAN dựa giao thức TCP/IP mạng Internet;  Phân tích trạng, đề u cầu đề mơ hình SAN cho hệ thống lưu trữ tập trung trường Cao đẳng nghề điện xây dựng Bắc ninh;  Cài đặt thử nghiệm mơ hình hệ thống lưu trữ dựa hệ thống file phân tán Windows 2008 Server;  Cài đặt thử nghiệm ứng dụng cân tải cho máy chủ chạy hệ thống file phân tán Windows 2008 Server Trong tương lai, luận văn phát triển theo hướng sau:  Nghiên cứu sâu mạng iSCSI SAN Đây mạng SAN có nhiều triển vọng ứng dụng, thiết kế dựa mạng Internet, có khả giảm chi phí đầu tư mà đảm bảo hiệu cần thiết, thích hợp với hệ thống lưu trữ cỡ nhỏ vừa 21  Triển khai thiết kế cài đặt mơ hình SAN thực tế trường Cao đẳng nghề Cơ điện Xây dựng Bắc ninh, phục vụ tốt yêu cầu tin học hóa cơng tác quản lý đào tạo nhà trường  ... HÌNH TRIỂN KHAI SAN TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ ĐIỆN VÀ XÂY DỰNG BẮC NINH 3.1 Phân tích yêu cầu lưu trữ liệu trường Cao đẳng nghề Cơ điện Xây dựng Bắc Ninh 3.1.1 Hiện trạng Hiện Trường Cao đẳng nghề. .. lý lưu trữ liệu trường Cao đẳng nghề điện xây dựng Bắc ninh, luận văn tập trung nghiên cứu các giải pháp xây dựng hệ thống lưu trữ theo mơ hình mạng lưu trữ SAN Nhìn chung, SAN cho phép xây dựng. .. lưu trữ Chương – Công nghệ mạng lưu trữ trình bày cơng nghệ truyền thơng mạng lưu trữ hai loại công nghệ mạng lưu trữ thông dụng FC SAN IP SAN Chương – Xây dựng mơ hình triển khai SAN trường Cao