NetApp FAS存储整合方案和配置清单.docx
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NetAppFAS存储整合方案和配置清单
广东恒峰信息技术有限公司
存储整合设计方案建议书
August29,2018
1前言
本文描述了NetApp公司针对揭阳榕城区政府的服务器整合存储工程的整体技术方案。
文中FAS/Filer是指NetApp的统一网络存储设备。
2NetApp公司介绍
NetApp（NASDAQ:
NTAP）是全球公认的存储界的领导厂商，提供统一的、可高度扩展的、高可用的以及可完全互操作的存储与数据管理解决方案。
NetApp的数据存储管理解决方案，构建于业界领先的硬件、软件与服务之上，经过充分测试并经过长期使用，充分证明能够使企业获得更好的竞争优势，改进盈利能力。
所有NetApp产品－（包括NearStore近线存储与SnapLock，NetApp法规遵从解决方案的标志）－被设计用于服务于多平台，分布的计算环境并能够熟练地控制复杂的数据存储与管理需求。
正象越来越多的企业所发现的，所有NetApp解决方案的优势非常清晰：
快速、更可靠、无缝集成、简单地安装与维护、以及比传统的存储技术更经济的成本。
作为一个1995年上市的公司，NetApp建立起了稳健成长的良好记录，达到了连续10个季度的与上年相比的收入与利润双增长。
NetApp在FY08年的年收入超过30亿美元，最近还被美国财富杂志评选为“增长最快的公司”。
NetApp公司还是美国标准普尔500与NASDAQ股市100的指标股成员。
99,00，01连续三年被财富杂志评为全美最快成长公司前十位;
被商业周刊杂志评为99年全美最佳业绩公司第19位；
99,00年连续两年名列高速增长公司前100位（20th/00）
其数据存储设备-FILER占2006年NAS存储市场的57%，处于绝对优势地位；占IPSAN市场的30%，处于市场领先位置；除此之外，NetApp公司在存储业界中率先实现了在同一物理设备上IPSAN与SAN结构的融合，成为一体化的存储解决方案的厂商。
3系统需求分析
揭阳榕城区政府目前有多个业务系统（企业办公、财务、邮件、网站服务、文件服务等业务）运行在Window2000、Windows2003平台上，数据主要存储在服务器主机的内置硬盘或磁盘阵列中，随着业务的不断增长和关键业务系统的性能提升，目前基于分布式存储的存在一定的安全性、可用性及管理问题，揭阳榕城区政府希望把多台服务器系统的存储进行整合，进一步提高数据安全性、可用性和性能，提高整个系统维护效率和降低系统维护成本，避免数据管理的风险。
目前有多个业务系统的数据存储要求，考虑未来的数据增量，可用数据量在1TB，考虑到存储系统投资成本和总体拥有成本的因素，揭阳榕城区政府希望用基于统一的网络存储架构来整合本次工程中的业务系统。
原有存储设备使用了服务器本地磁盘存放数据，此次工程中，可以通过整合的方式将所有不同连接方式的存储统一整合到1台网络存储设备中。
存储整合会带来如下的好处：
Ø减少维护成本
Ø减少维护复杂度
Ø提升整个系统性能
Ø提高系统可靠性
Ø统一数据备份管理
考虑到揭阳榕城区政府业务系统的连续性，不应该对主机和数据库软件进行改动，而应该只对存储部分进行更新换代来避免影响整个核心业务系统的稳定性。
目前有三种主要的网络存储技术：
SAN，NAS，iSCSI，各自有优缺点，针对揭阳榕城区政府的业务系统的实际情况，需要针对不同平台运行环境选择合适的网络存储技术。
但同时不应增加太多系统成本。
同时应用SAN和NAS技术的时候，对于存储设备来讲，系统能够动态灵活的调配SAN和NAS的使用空间来适应前端业务系统的变化。
系统性能是整个系统设计的另一个要点，考虑到已有的windows系统运行相对平稳，能够承载已有的业务系统。
因此新购系统的性能必须远好于原存储系统，来保证新购系统的性能可以满足业务系统要求。
数据安全性是存储系统最核心的问题，这里需要详细描述整个系统的数据保护能力。
4方案设计原则
1．标准性
存储系统设计应完全基于现有计算机和网络设备业界的开放标准，适应揭阳榕城区政府存储整合工程现有网络系统硬件环境要求。
2．可扩展性
在满足当前的业务需求的同时，还考虑到今后业务发展的需求，确保在未来扩容时能够扩展到更多的存储容量支持。
同时能够充分利用现有的资源，保护投资。
3．高可靠性
在确保系统可靠工作和数据的可靠性的原则基础上，尽可能的做到高起点，选用先进的技术和设备，使构建的存储系统有较高的技术水平，以适应今后的发展。
4．可管理性和可维护性
存储设备可以通过多种技术和方式实现了高可靠性，同时也增加了系统的复杂性，从而容易导致维护和管理的复杂性。
因此在方案设计中在提供高可靠性的同时，也要注重提供存储系统的可管理性和可维护性。
整个系统应该有灵活的系统扩容方案，能够进行不影响系统和应用工作的在线扩容。
能够采用基于Web的界面对存储设备进行配置管理。
系统配置工作应该简单明了，流程清晰。
系统应该能够提供远程告警。
5.高性能
整个存储系统应该提供较高的文件读写速率，IO操作次数，非常短的响应时延；而不是只提供单个指标的高性能，从而在整体上提升性能。
5网络存储架构的选择
数据存储是已经成为整个信息化建设的重要组成部分，需要提供多功能、多用途的存储资源整合、备份、容灾等能力。
在设计一个复杂的存储系统解决方案时，用户往往会在采用何种网络结构上举棋不定。
是采用光纤通道FCPSAN方式，是采用iSCSISAN方式，还是采用NAS方式？
这需要根据前端的业务类型、主机平台以及具体的应用需求，经过仔细的分析、评估之后才能够决定。
概略而言，以上列举出的三种存储网络架构是互相联系又互有区别的，在不同的业务应用环境之下，它们能够发挥不同的功用，分别提供各自独特的优势。
我们有必要对SAN（FCPSAN和iSCSISAN）、NAS，以及它们之间的比较进行简要的介绍。
5.1以太网文件系统存储区域网NAS（FSSAN）
NAS（NetworkAttachedStorage）网络存储，简单的说，NAS是通过TCP/IP以太网络连接的存储设备。
NAS存储设备通过标准的网络拓扑结构（Ethernet）连接到一群计算机或者服务器上，而不象FCSAN那样需要昂贵复杂的光纤交换机，NAS使用普通的以太网络交换机，即插即用。
NAS所使用的是存储设备自己的文件系统，数据传输协议是TCP/IPoverGbE，交换机是EthernetSwitch，资料存取的协议则有NFS、CIFS、HTTP、DAFS。
图表51：
FSSAN（NAS）
5.2光通道数据块存储区域网SAN（FCSAN）
FCSAN（FibreChannelStorageAreNetwork）光纤存储局域网络是允许存储设备和服务器之间建立直接的FC光纤连接，通过这种连接实现只受光纤线路长度限制的集中式存储。
SAN可以被看作是存储总线概念和DAS（DirectAttachedStorage）直连存储的一个扩展，通过FC光纤通道，前端的服务器象使用本地硬盘一样使用后端的存储。
FC-SAN的存储设备使用连接主机的文件系统，常见的主机文件系统有UFS（UnixFileSystem）、NTFS（NTFileSystem）、VxFS（VeritasFileSystem），数据传输协议是FCP（FibreChannelProtocol），交换机是FibreChannelSwitch，资料存取的协议是SCSI。
图表52：
FCSAN
5.3SAN（FCSAN）与NAS（FSSAN）的比较
以FC-SAN的架构来看，存储媒体的集中解决了磁带集中备份恢复与资料集中管理的问题，但仍无法解决资料共享与改善应用程序执行速度的问题。
以GbE-SAN架构的NAS来看，因为资料存取是透过存储设备本身的文件系统，并且提供安全的跨平台档案锁定，因此所有不同的主机（或不同平台的主机）皆可同时存取同一个档案，达到了实时性资料共享的目的。
另外对NAS而言，主机在进行资料存取时，并未透过主机的文件系统，因此主机并不需要负担存取资料时的硬盘区块（Block）I/O；而SAN所连接的主机仍必需负担硬盘区块（Block）I/O的负载，在相同的磁盘阵列系统和硬盘数量下的SAN和DAS，使用SAN的主机其效率将和DAS相同。
倘若NAS的文件系统效率够高、够稳定，主机的CPU就可以全速执行应用程序的运算，不必负担文件系统和底层的硬盘子系统的负载，就可缩短应用程序执行所需的时间。
由以上分析可整理成以下的比较表：
FC-SANAttachedStorage
NetworkAttachedStorage
与主机连接的传输协议
FibreChannel
GigabitEthernet
使用的资料存取协议
BlockProtocol
SCSIoverFCP
FileProtocol
NFS,CIFS,HTTP
文件系统
由所连接的主机决定
由NAS设备决定
集中化共享的项目
存储设备
存储设备及档案
兼容性
需考虑HBA、HUB、Switch、Router、Integrator、software
整合的兼容性
TCP/IP
IEEE802.3z（1000Base-SX）
IEEE802.3ab（1000Base-T）
IEEE802.3ac（VLANTAG）
IEEE802.3ad（LinkAggregation）
IEEE802.3ae（10Gb/sEthernet）
传输速度
1Gb,2Gb
100Mb,1Gb,10Gb
交换机平均单端口成本倍数
3x~5x
1x
资料集中备份
可以
可以
实时性档案共享
无法提供
可以
移除应用程序服务器对DiskI/O
的负载
无法提供
可以
无使用上的距离限制
无法提供
可以
表格51：
FCSAN和NAS的比较
虽然看起来NAS的确有它的优势，但是扮演一个信息时代转变的重要角色，要能够对现有资料满足存储、存取、备份恢复等所有数据管理的需求。
一个存储设备是否能担任NAS的角色，至少需符合以下的条件：
∙支持数据库的资料：
Oracle8i、9i、9iRAC、MS-SQLCluster、DB2、Sybase、Informix。
∙支持邮件服务器的资料：
MS-ExchangeCluster、LotusNotes、Domino、Sendmail。
∙支持跨平台（NFS及CIFS）锁定的安全资料共享，以防止资料损毁和读取错误的资料。
∙支持网络数据管理协议（NDMP），以达到网络无负载（LAN-free）及服务器无负载（Server-free）的备份方式，同时也能够支持具扩展性的TapeSAN（包括FC及GbE）架构的备份方式。
∙在大容量的文件系统（如单一volume为16TB或更高时）高负载运作下，文件系统不会损毁。
在不正常断电及关机时，文件系统不会损毁，也能快速激活并立刻提供服务。
∙能随时扩增所需硬盘数量（一颗或多颗）至使用中的文件系统，不用等待，就立刻可使用扩充后的新容量，同时不对系统造成停顿和效率的影响。
虽有一些名为NAS的设备在市场上出现，但是尚不能满足NAS的标准，也无法支持MicrosoftWindowsCluster和SQL/ExchangeCluster，以至于企业不能将所有类型的资料全部集中存储在NAS上面，于是只能使用SAN先暂时解决资料存储设备集中化与资料集中备份的问题。
理想中GbE-SAN的NAS一直无法实现。
5.4以太网数据块存储区域网iSCSI（IPSAN）
iSCSI（InternetSmallComputerSystemInterface）是由IETF（（InternetEngineeringTaskForce，国际互联网工程任务组））组织在2003年2月11日完成定义的一种基于IP网络协议的数据存储协议标准。
其根本点在于应用IP网络协议承载SCSI的命令，使数据块得以在广泛成熟部署的以太网环境下进行传输。
通过iSCSI协议，现有的计算平台可以从原来使用直连式存储（DAS）的环境迅速整合到网络存储（FAS）的环境，并且无需投资昂贵的SAN环境，和进行复杂的SAN管理。
我们知道，现在的存储环境，包括两大类：
直连式存储（DAS）和网络存储（FAS），而网络存储又包含两大类：
NAS和SAN。
虽然两者都是存储局域网（SAN）的概念：
IPSAN和FCSAN，但由于习惯上的原因，通常我们把通过以太网接入、并且拥有自己的文件系统的存储称为NAS；而通过光通道协议接入、承载裸数据块的存储称为SAN。
现在我们又拥有了新的一种存储设备iSCSI：
通过以太网接入，但却承载裸数据块。
为什么说iSCSI协议标准的完成是非常重要的呢？
关键在于两点：
1、FCSAN的部署是昂贵的，管理是复杂的；2、有极少部分的软件由于种种原因（往往存在商业的原因）不支持网络文件系统，即不能够在NAS上无缝使用。
以上两点导致了iSCSI的诞生。
因为，现在企业环境下都部署有完善的以太网络，采用了iSCSI技术后，我们可以直接充分利用企业现有的以太网环境，使得原来的网络投资得到充分的利用，并且无需对网管人员进行额外的培训。
毕竟，承载的货物（数据块）是一样的，差别仅在于交通工具而已。
而在千兆以太网上承载iSCSI协议本来其效率就可以，未来的发展更导致了“交通工具”和FCSAN的相比较就像飞机和火车的区别。
在2002年底，Intel公司的服务器侧的10G的以太网卡的推出是一个划时代的事件，从此，服务器的以太网环境可以向10G推进。
相比较千兆以太网，在带宽上是10倍的提高；即使和2G的光通道比较，也是5倍的增进。
更重要的是，所有的应用软件都可以使用iSCSI协议，因为本来他们就支持SCSI的命令。
所以现在需要作的一件工作是完善iSCSI主机侧的驱动软件，而这方面Intel又提供了巨大的支持，他们的IntelPRO/1000TIPStorageAdapter把iSCSI协议固化到了硬件的级别，使得在实现上大大地简化了相应的难度，而在性能上又有了一个质的飞跃，从而避免了当年IBM的覆辙。
图表53：
iSCSI框架图
在实现的方式上，业内目前有两种方式：
1、采用相应的存储交换机，如其MDS9000和5420、5428的存储路由器充当中间的交换机，存储设备则可以采用普通的磁盘阵列；2、采用标准的以太网（一般使用千兆以太网）交换机，但要求存储设备使用能够支持iSCSI协议的存储产品，如站在这种部署方式前列的NetworkAppliance公司的产品。
很显然，采用第一种方案需要新的投资和管理的知识，但第二种方案则是充分利用现有的投资，至于管理，当然是老一套。
于是我们可以在同一种拓扑下，开始我们新的游戏。
5.5SAN（FCSAN）与NAS（FSSAN）的融合
光纤通道存储局域网SAN（FC-SAN）的概念的确是一个先进的概念，一改原来分布式存储导致部署和管理上带来的诸多复杂性。
传统的NAS（FS-SAN）概念由于使用的是公网而导致业内对其有许多的偏见。
更新后引入千兆存储专网网的NAS充分满足了SAN定义对构建计算平台和存储平台之间的存储局域网的要求。
（因此也称为IPSAN。
）
但根据约定俗成的习惯，SAN偏指计算平台和存储平台间采用数据块进行传递的网络模型，而NAS狭义地定义计算平台和存储平台间采用文件的方式进行数据传递的网络模型。
iSCSI的诞生更加说明了网络模型的实现究竟使用光通道协议还是以太网协议是相对次要的环节。
这只是承载数据块的工具而已。
因此，SAN和NAS的区别在于传递的内容是数据块还是文件，更根本上来说是文件系统所处的位置。
对于企业来说，只有极少部分的数据是仅能应用在SAN或NAS的环境下的。
绝大部分的数据是既能应用在SAN上，又能应用在NAS上。
所以，人们意识到SAN和NAS融合的必要性：
减少管理复杂度，提高存储的有效利用率。
图表54：
NetApp公司的统一存储方案
目前业内实现NAS和SAN融合的方法有两个：
一种是在SAN前增加NAS网关；另一种是NetApp的统一网络存储。
在SAN前增加NAS网关的方式是在原有的SAN存储前面增加一个NAS网关，原有的SAN存储可以继续连接光通道交换机形成SAN网络，新增的NAS网关可以连接以太网交换机形成NAS网络。
这种方式需要宿主SAN存储物理隔离一部分空间供NAS网关来使用。
这种方式的缺点是：
彼此之间的空间无法进行有效利用；系统中存在两套设备（有可能NAS网关是另一个厂商的，如HDS的NAS方案，其实际采用的是NetApp的NAS网关gFiler），管理复杂度增加。
这种方式就像给病人换一条胳膊，虽然可以用，但毕竟不如自身本来的胳膊好用，而且两者偶尔可能还会出点问题。
业内另一实现的方式是NetApp的统一网络存储。
这种实现方式和SAN前加NAS网关正好相反，不是SAN到NAS的支持，而是NAS到SAN的支持，即在原有的NAS基础上，增加对FCP协议的支持就完成了。
由于NAS具有自己的操作系统和文件系统，因此增加的FCP和原有的NFS、CIFS、HTTP一样，仅是一个协议的支持。
同一网络存储可以通过不同的接口卡完成对SAN和NAS的同时支持，如通过以太网卡提供NAS的访问服务，而同时又可以通过HBA卡提供SAN的访问服务。
至于NAS和SAN则可以共同的有效使用所有虚拟化的空间。
同时，可以看到这种实现的模型其管理还是原有的NetApp的产品，因此管理复杂度没有大幅度的改动。
换言之，这种统一网络存储也给SAN的存储带来了一种简单化管理的实现方式。
所谓存储的融合也正是NetApp的理念所在，当前的NetApp的Filer真正实现了存储的统一。
他的一个设备不但支持NAS，同时也支持SAN，而且也支持iSCSI。
这也是其他厂商所无法比拟的。
用户在此基础上可以将不同需求的应用放在同一存储设备上，并根据应用的协议需求通过不同的存储协议进行支持。
这样既节约的大量采购成本，同时也提高了管理和维护以及备份的易操作性和所有数据的安全性，降低了总体拥有成本。
6技术方案建议
6.1方案总体设计
NetAppFAS存储系统可以在同一存储平台上同时支持FCSAN、iSCSI、NAS等多种存储架构的接入方式，便于企业用户集中管理业务系统的数据，简化管理和便于维护。
考虑揭阳榕城区政府的实际情况，NetApp认为可以采用iSCSI方式来整合存储。
iSCSI是基于IP的网络存储技术，可以在保证高性能的前提下降低系统的总体拥有成本和投资成本。
考虑揭阳榕城区政府业务系统的window2000、Windows2003服务器主机的情况，将现有各个业务系统的数据集中存储整合在一台高性能的存储系统，将现有业务系统的数据分别迁移到新的存储系统平台上，所有现有的操作系统平台、数据库类型和存储管理模式继续保留，采用iSCSI后的主要优势在于为块级协议，对应用的兼容性非常好。
相比较于FCSAN来所，iSCSI协议本身的兼容性非常好，没有FCSAN中复杂的兼容性问题，维护成本大大降低。
NAS和iSCSI是基于IP的网络存储技术，可以在保证高性能的前提下降低系统的总体拥有成本和投资成本，通过整合存储完全可以满足揭阳榕城区政府业务系统的数据存储要求。
IP－SAN（ISCSI）、NAS整合方案如下图所示：
NetAppFAS存储系统的SAN存储架构可以支持主流的主机平台，包括IBMAIX；HP-UX；SUNSolaris；Linux；Windows2000/2003等。
NetApp存储设备这里我们选择FAS2020A统一网络存储设备，FAS2020A是一款中低端的企业级存储设备。
容量及端口数量列表如下：
FAS2000系列产品概览
FAS2020
最大原始容量
68TB
最大磁盘驱动器数
68
双控制器
有
高速缓冲存储器
2GB
最大光纤通道端口数
4
最大以太网端口数
4
存储协议
FCP、iSCSI、NFS、CIFS
远程管理
有
NetApp存储设备这里我们选择FAS2020A统一网络存储设备，FAS2020A是中低端的企业级存储设备，最大容量为68TB，可以支持最多4个GE端口和4个FCP端口，完全可以满足揭阳榕城区政府的要求。
6.1.1iSCSI整合方案
对揭阳榕城区政府运行在Windows平台上的SQLServer、财务以及邮件系统及网站等应用，建议用iSCSI方式进行整合，主要原因是iSCSI可以提供非常好的应用兼容性和性能。
此种方式使用iSCSI作为Windows主机和NetApp存储设备之间的通信协议。
在Windows主机上需要安装iSCSIInitiator软件，该软件由微软免费提供。
在不需要非常高性能的前提下，可以不购买额外的HBA卡，在现有的千兆网络中即可实现SAN的块级存储要求，成本较低。
在服务器主机上看到的存储系统分区是本地的磁盘系统（LUN），而不是网络硬盘。
iSCSI位于存储的IP私网（使用隔离的私网IP地址），iSCSI可以利用IP网络本身的智能来实现网络路由的自动切换。
从而实现没有单点故障。
这一部分可以参见IP网络设计一节。
6.1.2NAS整合方案（可选）
在此种环境下，直接把NAS的网络端口接入网络，用于普通的用户文件共享服务。
此时使用公网IP地址或者OA网的私网地址。
提供文件共享服务时只需要在NAS侧设置NFS（Unix平台文件访问）和CIFS（windows平台文件访问）网络共享就可以提供服务了。
同时可以连接Windows2003/2000/NT4的域控制器对用户进行基于域的认证。
也可以连接UNIXNIS服务器作基于NIS服务的认证。
对运行在NT平台/UNIX/LINUX上的文件级应用，建议使用CIFS或NFS方式来整合。
对于运行在Windows2000上的应用，可以使用CIFS或iSCSI二种协议根据需要来进行整合。
图中采用了4个GE端口来连接前端主机。
为了安全考虑，构建存储私网提供数据库和高性能服务的端口和普通的文件共享服务端口应该区分使用。
如果端口数量不足则可以采取划分VLAN的方式进行安全隔离。
FAS2020A的2个控制器采用交叉连接的方式连接到不同的GE交换机，主机可以采用同样的方式，这样整个系统没有单点故障。
6.1.3配置列表
本方案推荐存储系统FAS2020A，配置如下：
1、FAS2020A配置双控制器，2GBCache，4个4GbGb光纤端口和4个1Gb以太网口；
2、FCP、iSCSI、CIFS（可选）等协议，同时支持FCSAN、IPSAN、NAS（windows平台文件共享）等多种存储方式；
3、存储容量按目前需求，先配置8块300GB15000转SAS磁盘，以后可根据数据增长情况可在线扩展容量；
4、配置存储集群Cluster、Snapshot快照软件、Dedup（A-SiS）重复数据删除软件，实现存储访问高可用性及数据快照备份；
详细配置清单请看附件。
这里需要说明的是整个FA
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