目的
白皮書的目的是討論備份、恢復架構和解決方案，并介紹Cisco MDS 9000系列多層導向器和網絡交換機的相關特性。
簡介
服務器上存有關鍵業務數據的全球企業都要求應用能夠連續可用。對于供應鏈管理（SCM）、企業資源規劃（ERP）和客戶關系管理（CRM）等應用產生的大量數據，企業必須不惜一切代價保護它們的安全性。這些數據至少必須定期保存到磁帶上，以防止數據丟失。但是，隨著數據量的增加，不但需要越來越大的存儲量，還需要越來越快的服務器，以及越來越多的備份時間。一般情況下，如果數據備份需要好幾個小時才能完成，那么，數據恢復將需要同樣長的時間。對于許多企業來講，這么長的恢復時間是不可接受的，因為這樣會因長時間業務停運而損失收入。因此，在許多情況下，磁帶備份只是災難恢復（DR）規劃的最低要求。 為保證這些企業應用需要的99.999%的可用性，存儲設計必須考慮各個環節的高可用性。所有企業都必須制訂的災難恢復計劃必須解決停運時間延長問題，并在發生大故障后能夠無縫恢復到備用站點。在DR計劃中，除磁帶備份外，企業還經常使用復制技術遠程復制整個數據中心。因此，除了從磁帶恢復數據外，當前的恢復計劃還可以包括利用遠程備用數據中心恢復。引發故障的因素很多，事先很難預測，主要包括：
每個企業都必須隨時做好災難恢復準備，并確定哪些關鍵數據必須能夠連續訪問。為了確定企業最重要的位置、職能或應用，必須進行業務影響和風險分析。作為主數據中心的映射圖像，遠程數據中心可以在發生大災難后提供全面訪問。除磁帶備份外，許多DR解決方案都包括實時復制數據圖像。另外，復制技術還能提供許多其它功能，以滿足各種應用要求。雖然復制技術能夠幫助企業快速從災難性故障中恢復，但復制過程中也有可能出現錯誤。因此，企業還需要將磁帶備份作為有效數據存檔的一種方式。本文將主要討論整個DR計劃中的磁帶備份技術、架構和各種方法。 在當今的企業環境中，多數應用服務器都通過并行SCSI連接直接與專用磁帶驅動器相連。由于需要管理的磁帶設備的數量與應用服務器成比例增加，因此，專用資源的部署和維護都很昂貴。但是，直連磁帶驅動器有性能保證，因為只有一臺服務器使用驅動器。處于成本考慮，直連磁帶驅動器逐漸向網絡備份模式轉移，即將磁帶驅動器掛在LAN上，由多臺服務器共享。典型的LAN備份方式如下圖所示。在這種模式中，數據和備份流量都通過同一個LAN傳輸。網絡備份能夠提高磁帶利用率和可管理性，但帶來了如下問題。
圖1 
首先，大量備份數據增加了LAN流量，因而可能會降低應用性能。為減小對數據流量的干擾，備份任務一般在下班時間進行。但是，隨著數據量的增加，備份時間越來越長，將逐漸擴展到上班時間。目前，許多企業都需要24×7運作，留給備份的時間越來越短。其次，備份流量和應用流量共用一個LAN可能會影響甚至擾亂備份工作的進行。第三，備份和數據應用共用一個LAN比較昂貴，因為一個應用環境的固件升級或不穩定將導致另一個環境的停運。為解決共用一個LAN存在的這些問題，管理員提出了應用和備份的分離。如下所示，在新的實施方案中，客戶將移植到無LAN架構中，將備份流量與應用分開。目前，許多客戶都已經開始部署專用備份存儲網絡。 當前的備份流程實施需要人工完成，不但費力，還容易出現人工錯誤。備份錯誤一般不容易被發現，因而很有可能導致數據丟失，進而引發故障。另外，磁帶不但在操作中需要人工插入、倒帶和取出，錄制好之后還需要人工搬運到儲藏地點。由于人工管理的成本較高，因而可以利用機器人改善磁帶管理。集中備份可以將磁帶以池的方式組織在一起，即可以在同一盤磁帶上執行多種數據的備份。一盤磁帶錄滿后，將繼續使用池中的下一盤空白帶執行備份，從而提高了可管理性。減少需要管理的磁帶驅動器有助于降低成本。 備份的增加將導致應用服務器操作的增加，因為必須從磁盤中取出數據，然后再寫到磁帶上。應用服務器通常忙于處理大量對延遲和性能敏感的數據，需要用額外的 CPU周期處理數據移動和規劃，因此，執行備份對應用服務器本身來講負擔太重。無服務器解決方案的目的在于消除應用服務器本身執行備份時對性能的影響。這種架構能夠將數據移動者和連接中間人的角色轉交給專用備份服務器。強大的備份解決方案必須能解決以下問題：
利用無LAN備份，每臺應用服務器可以通過存儲網絡直接將數據移動到磁帶設備，而不需要通過專用備份服務器。利用大家熟知的共享存儲方法，每臺應用服務器可以作為媒介服務器，直接將備份數據轉移到磁帶。然后，每臺服務器將請求一個磁帶驅動器，并在備份過程中占用這個磁帶驅動器。另外，應用服務器還可以專門使用磁帶庫單元中的某些磁帶驅動器，而不是采用共享方式。由于數據在存儲網絡中流動，因而減少了LAN流量。另外，磁帶還可以由多個應用共享，將多股備份流傳至磁帶庫和驅動器上。與此同時，LAN仍然用于傳輸元數據，即用于跟蹤備份服務器與客戶機之間的數據位置變化表，而實際備份數據則通過存儲網絡傳輸。典型的無LAN實施方案如下圖所示。 無LAN備份將數據域和備份域分隔開，但并沒有減輕應用服務器上的CPU負擔，因為應用服務器仍然需要從磁盤獲取備份數據。如下所示的無服務器備份能夠解決這個問題。
圖2
無服務器備份 無服務器備份指備份數據從磁盤轉移到磁帶時，數據并不穿越應用服務器本身，因而數據備份幾乎不會影響服務器上的應用。備份數據不需要穿越服務器就能從磁盤移動到磁帶。這個過程減輕了應用服務器上的CPU負擔，因為應用服務器并不參與備份過程。直接用于磁盤與磁帶間數據移動的機制是SCSI擴展復制命令。執行擴展復制SCSI命令的組件可以配置在SAN交換域（Fabric）或服務器軟件中。Legato Celestra Power和Veritas NetBackup等當前的無服務器備份實施方法通過備份服務器管理整個過程。典型的無服務器備份過程如下圖所示。目前，多數客戶都希望部署獨立的備份 SAN，以便實現域的分離。因此，這些客戶可能不會部署這種解決方案，因為這種方法的磁盤子系統和磁帶驅動器必須共存于同一個SAN上。
圖3
備份行業和產品概述 許多軟件廠商都開發了集中備份軟件，例如Veritas Netbackup、Veritas BackupExec、Legato Networker和Computer Associates BrightStor ARCserve 2000 Advanced Edition。這些產品都采用了中央備份方法，即通過專用備份服務器執行備份，并直接連接歸檔設備。另外，中央備份方法可能還包含若干其它軟件和硬件模塊。使用時，必須了解這些備份解決方案的各種組件，以及組件的作用和對性能的影響。 首先，中央或主服務器將控制整個備份環境，包括索引、備份計劃、客戶組定義和硬件配置。另外，主服務器還負責記錄備份問題，并向系統管理員報告。這個功能有時稱為連接中間人。中央備份系統中的第二種服務器是媒介服務器或存儲節點。媒介服務器與備份存儲介質的類型相關，通常指通過光纖通道或并行SCSI連接相連的磁帶設備。媒介服務器負責將數據傳送到磁帶。該服務器接受主服務器的命令，包括備份文件和需要使用的介質等。另外，媒介服務器也稱為數據移動器。 第三也是最重要的是備份客戶機，實際是指正備份的服務器。客戶機軟件安裝在需要執行備份服務的每個系統上。主服務器和媒介服務器上通常也安裝客戶機軟件，以便執行自我備份。
SAN備份方法的主要優點 如上所述，為解決共享LAN的性能瓶頸問題，企業已經開始部署專用光纖通道存儲網絡。存儲網絡的其它優點如下：
數據可用性高 為提高可用性和可擴展性，存儲網絡基礎設施利用多條路徑與存儲子系統相連，例如磁盤和磁帶。客戶可以實施改進過的災難恢復解決方案，尤其是在開放系統環境中。在以前的方案中，遠程站點的災難恢復一般通過LAN服務器到服務器通信實現。在網絡模式中，數據還可以在兩個存儲子系統之間映射，以釋放昂貴的服務器和LAN資源。將備份流量轉移到存儲網絡后可以限制域內故障的影響范圍，即防止LAN數據流量故障影響備份流量，或者備份流量故障影響數據流量。
TCO低 利用存儲整合，可以讓多臺服務器共享存儲設備，從而減少數據中心需要的磁帶庫的數量。另外，通過整合還可以簡化所有服務器之間的空閑容量重分配，以提高利用率和效率。另外，實施企業備份/恢復解決方案之后，客戶還能夠降低與服務器相連的磁帶驅動器的管理和維護成本。如果用人工管理每個組件，不但成本高，還易于出錯。如果利用機器人執行遠程磁帶儲藏，就不再需要人工搬運磁帶，從而減小了人工出錯的可能性。另外，由于減少了搬運過程中可能出現的損壞、丟失或延誤，因而提高了可靠性。存儲網絡可以將備份資源組成池，由多臺服務器共享，而不受某臺故障備份設備的影響。不僅如此，隨著共享備份資源的可擴展性、可用性、性能和可管理性的增強，還可以進一步降低總擁有成本（TCO）。
靈活的備份方法 目前，許多企業都延長了工作時間，以便支持要求企業全天候運作的全球客戶。備份方法包括兩種：熱備份和冷備份。冷備份指備份過程中應用數據保持不變的備份，而熱備份指備份過程中應用數據不斷更新的過程。 寫復制和分離鏡像快照等熱備份技術使用某個時刻產生的原始數據的鏡像實現聯機備份，而不會影響應用。寫復制和分離鏡像方法都將數據塊復制到空閑存儲上，以產生多數數據庫都支持的定時復制。寫復制和分離鏡像方法不但管理物理數據塊的映射過程，還管理與文件系統或數據庫的關聯。支持這些方法的存儲子系統廠商包括使用業務連續卷（BCV）的EMC Timefinder，HDS ShadowImage 和在IBM 企業存儲服務器（ESS）或模塊化存儲服務器（MSS）中的FlashCopy。 備份實施的目標是縮短備份時間，減小對用戶流量（尤其對等備份）的干擾，并提高性能。熱備份使用遠程或本地映射保證應用連續可用。下面將詳細介紹遠程映射技術。
遠程數據映射/數據復制 遠程數據映射或稱遠程復制，是最常見的快速應用和數據恢復方法。這種方法將在磁盤子系統中創建映射卷，以提供保護。應用使用的卷稱為主卷，映射卷稱為備用卷。實施的兩種主要遠程復制技術包括：
— 基于主機的遠程復制軟件
— 基于存儲控制器的遠程復制硬件和固件 目前，市場上提供的最常見的遠程復制設施包括EMC的Symmetrix RemoteData Facility（SRDF、IBM eXtended Remote Copy （XRC）、IBM的 Peer-to-Peer Remote Copy （PPRC）、HDS的TrueCopy、Compaq的Data Replication Manager （DRM）和 Veritas Volume Replicator （VVR）。
IBM XRC 和Veritas VVR 解決方案都是基于主機、由軟件輔助的映射設施，而PPRC、SRDF、TrueCopy,和 DRM 都是基于硬件控制器的遠程復制方法。需要指出的是， Veritas（VVR） 通過IP網絡而不是光纖通道或ESCON（企業串行連接）提供遠程數據映射。
思科的災難恢復產品和解決方案 隨著企業對數據可用性重視程度的提高，用于保障連續運作的資源越來越多。如上所述，專用網絡的目的就是保證備份應用的性能和安全性。智能存儲網絡將備份和恢復的水平提高到了一個新的層次。另外，遠程數據復制解決方案還能顯著提高可用性，并通過擴展滿足企業的新要求。利用思科系統公司提供的先進技術，各企業能夠以更安全、經濟、有效的可擴展方式建立端到端備份和恢復解決方案以及災難恢復解決方案。
圖4 CiscoMDS 9000系列多層導向器和網絡交換機，從左至右：MDS 9506導向器、MDS 9513導向器、MDs9509導向器和MDS 9216網絡交換機。
Cisco MDS 9000系列多層導向器和網絡交換機面向企業和服務供應商的存儲網絡環境，能提供更高的端口密度、交換帶寬、性能、多協議和可靠性。另外，MDS 9000系列產品還面向整個存儲環境包含多廠商產品的異類存儲局域網。在這些環境中，Cisco MDS 9000系列產品可以作為提供互聯和高級服務的中央系統。 MDS 9000系列包含MDS 9500系列多層導向器和MDS 9216多層網絡交換機。MDS 9000系列產品為模塊化系統，能夠為數據中心應用提供高端口密度和性能。對于用于備份和災難恢復的遠程數據中心，可以使用規模較小、但功能和服務與MDS 9500系列導向器相當的MDS 9216多層網絡交換機。 除交換設備應該提供的功能外，Cisco MDS 9000系列模塊化導向器和網絡交換機還提供許多其它的特性和服務，包括虛擬SAN、高級ISL鏈路匯聚、LUN分區、呼叫到家、高可用性和無縫固件升級等。目前困擾多數客戶的問題之一是缺乏合理支持存儲網絡的可管理性和工具。Cisco MDS 9000系列產品包含強大的嵌入式交換域（Fabric）管理器應用，以便實現存儲網絡的配置、監控和排障。
虛擬SAN（VSAN） 在當前的很多環境中，備份解決方案設計都為備份流量建立獨立的并列網絡。從技術和運作角度看，這種獨立網絡方法雖然成本較高，但能夠提供靈活、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能夠避免磁帶庫單元（TLU）電源復位等故障帶來的應用級影響。另外，獨立網絡還能防止應用域設備復位對備份造成影響。事實上，這種方法已經變成了隔離磁帶設備與磁盤子系統的實用方法。通過這種隔離，交換域（Fabric）配置改動的影響將局限在本地，因而不會影響分離SAN的連續部署。 雖然這些獨立存儲網絡有助于保證性能，減少網絡級干擾，但它們的實施比較昂貴，不但需要另配交換機，還增加了管理復雜性。另外，這種方式還會浪費端口，增加客戶的財務負擔。為解決這些問題，思科利用虛擬SAN（VSAN）徹底改變了存儲網絡的部署方式。VSAN能夠在同一個冗余物理基礎設施之上建立虛擬獨立網絡，從而保證了不同SAN域的安全性和隔離性。Cisco MDS 9000系列多層導向器和網絡交換機能夠在一個物理基礎設施上創建4092個隔離的VSAN拓撲。這種方法有點像以太網中的VLAN。VSAN是對SAN 部署的革命，利用以太網切實可行的技術和易于配置性，在SAN環境中提供流量隔離和安全等特性。VSAN的主要特性包括：
VSAN 采用了以太網中的成熟技術，以滿足光纖通道存儲網絡對性能和隔離的要求，提供了最佳解決方案。分區的作用是保護邊緣接入，將設備間的訪問和流量流動限制在交換域（Fabric）內。另外，VSAN還能隔離提供給某個交換域（Fabric）的所有服務，將它們“封裝”在一個VSAN內，以便建立邏輯上獨立的交換域（Fabric）。
圖5 
用VSAN 建立的存儲網絡域不但能越過現有的安全機制，還能將一臺交換機融入到多個虛擬環境中。不同VSAN之間能夠實現徹底隔離，以保證一個VSAN內的設備故障或交換域（Fabric）不穩定不會造成整個交換域（Fabric）停運。這些功能不需要實施需要安裝多臺物理上隔離的網絡交換機的解決方案就能實現。另外，VSAN還能提高端口利用率，降低每端口成本，因而能降低存儲網絡TCO。這種實施十分有效，因為多個用戶群可以組織在一起，由一臺交換機提供服務，從而減少需要的設備。Cisco MDS 9000系列不但能提供領先的邊緣安全性和服務，還能降低資本和運作開支。 這種架構不但能減少數據中心內部署的SAN或交換域（Fabric）的總數量，還能分開記錄備份/恢復和遠程數據映射域與應用SAN的狀態。考慮到客戶采用的數據中心和存儲整合模式，可以利用VSAN幫助企業實施低TCO解決方案。
多協議支持 為提供集成式多協議功能，MDS 9000系列多層導向器和網絡交換機將FCIP和iSCSI集成到同一個交換模塊上。多協議解決方案能夠為災難恢復等應用提供IP連接方式。將多協議服務以及高速高容量光纖通道集成到一個平臺之后，客戶將能夠利用相同的平臺獨立滿足企業級和部門級應用要求。集成式FCIP功能通過TCP/IP提供對遠程數據中心的訪問，以便在發生災難時順利轉移。雖然由應用要求決定應該部署的解決方案，但FCIP適用于多數遠程復制映射應用。FCIP適合通過各種速度的 WAN鏈路建立兩個數據中心之間的廣域連接。 集成式iSCSI功能是一種利用現有IP/以太網基礎設施建立的低成本主機連接。iSCSI技術能夠經濟有效地將存儲網絡擴展到中低端服務器，從而提高昂貴的存儲和磁帶子系統的使用率。這種集成是建立在高度可用的導向器平臺上的業界第一個光纖通道和IP存儲綜合解決方案。面向部門或工作組應用的低端服務器可以容易地集成到同一個存儲網絡交換域（Fabric）中，以簡化對公司資源的訪問。現在，工作組應用不再與固定存儲相連，也不會因容量升級而停運。另外，不但性能沒有降低，成本還低了很多。不僅如此，iSCSI還為部門或工作組應用提供集中式、共享磁帶式、無LAN式和無服務器式備份和恢復解決方案。 顯而易見，由于思科提供了智能存儲網絡特性集，而且注重數據中心的可用性要求，因而能夠提供當今業界無與倫比的各種優秀解決方案。為幫助企業解決計劃外停機和計劃內升級引起的業務中斷，思科產品提供了許多增強管理特性。利用FCIP和iSCSI等技術，企業不但能降低基礎設施成本，還能提供對兩種技術的綜合管理。
圖6
另外，思科還通過ONS 15540 DWDM交換機和ONS 15454 SONET交換機平臺等產品為災難恢復提供同步映射應用。DWDM能夠在兩個數據中心之間提供可靠的城域連接，SONET則能夠在較長距離上提供高TDM 帶寬。這兩種技術都能為通過光纖通道或FCIP遠程復制的數據提供卓越的傳輸性能。如果想詳細了解思科的DWDM解決方案，請訪問思科的Web站點：http://www.cisco.com/warp/public/44/jump/optical_platforms.shtml。
總結
Cisco MDS 9000多層導向器和網絡交換機系列能夠為災難恢復、備份和恢復應用提供最佳解決方案。利用各種新技術，Cisco MDS 9000系列能夠滿足高、中、低端企業的各種要求。Cisco 9000系列能夠為在異類傳輸環境中部署了多種應用的客戶提供端到端解決方案。利用MDS 9000系列，客戶既能無縫部署新技術，又能使新環境與老環境共存。Cisco 9000系列注重性能、端口密度、投資保護和管理，支持高度有效的SAN解決方案的大規模部署。
