存储备份解决方案.docx
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存储备份解决方案
存储及备份系统解决案
技术建议书
华为技术有限公司
市西科隆科技有限公司
2016年7月
1整体概述
1.1项目背景
xxxxxx厂是一个快速发展且具有强大竞争力的工厂。
伴随着各种商业信息和数据的指数性增长，及IT行业不断增加的需求，对于xxxxxx厂来说，建立一套安全稳定的存储及备份系统，并可以短时间恢复目标数据已是迫在眉睫。
目前xxxxxx厂已经意识到搭建一个企业级的存储系统对其生产数据的备份、恢复及其业务的持续运行所起到的重要作用，并且正致力于解决企业当前存储系统结构的短板。
但是目前要在高可用计算环境下搭建集中式的备份系统存在很多的挑战。
举例如下：
1、备份窗口缩短：
随着数据量的快速增长和企业对于数据7X24小时可用的要求，可用于备份的时间急剧缩短。
2、备份系统的高TCO：
企业往往希望在有限的预算下，找到性价比最高的法来提升企业数据备份和恢复的表现，实现对短期和长期数据的保存。
3、分布式的数据中心：
远程站点被当作备份孤岛，缺乏集中式的管理、策略和可视化。
有限的在线IT资源、WAN带宽不足以及磁带硬件的低自动化和易失效，都导致数据备份不足，数据恢复无法有效完成。
4、管理过程需简化：
在异构的生产和备份系统环境下，希望尽量简化人员操作和管理资源。
5、虚拟机备份：
虚拟机备份时大量的拷贝数据会占用很多的带宽和存储资源；且由于虚拟机承担的生产任务越来越重要，备份导致虚拟机停工将不可接受。
1.2使用备份系统的原因
Ø高性能
集中式的备份系统满足当前xxxxxx厂的额外高性能需求，保证生产数据的持续可获取和遵从性，同时减少对生产系统造成的影响。
通过集中化的式分析和优化数据传送过程的性能瓶颈，可以更好的利用备份存储介质，也因此使恢复更高效。
Ø高可用性和稳定性
增强备份系统的可靠性和稳定性，也有助于通过平台来加强服务，确保生产系统使用的高速和可靠，满足生产数据所要求的RTO/RPO。
Ø数据容灾
数据中心和子站点的多份备份数据降低数据丢失的风险。
可建立一个数据备份中心和一个容灾中心的策略可以将数据备份到本地，并备份到作为容灾中心的一个远程站点，达到数据容灾的目的。
Ø易管理
在真正的统一平台下更容易实现复杂异构环境下的数据保护。
基于图形界面的管理让管理员能更好的管理备份系统，并降低管理难度及资源消耗。
在统一平台下，整个系统都由一个单独平台来控制，因而对备份系统进行全局的配置也变得简单。
统一的报告也大大简化，它可以提供自动警报、标准读出、高定制化搜索功能和其它服务，比如：
各种趋势、容量分析及基本卷次序。
Ø安全性
集中式备份解决案利用权限分级的用户认证、数据加密和网络安全接入等法来确保系统和网络安全。
在多站点和各级别的存储中都提供数据安全管理，包括基本数据、近线数据、磁带和云。
Ø以生产业务为依据的备份策略
根据生产业务的各类应用、数据类型、有效时间窗口和生产系统的数据量，定制备份与恢复策略，因此能更好的适用于生产环境。
1.3备份系统的组成部分
Ø备份软件
一套出色的备份软件在统一的平台，将加速、自动化操作、容灾和一致化策略集中到单一的控制平台，同时省略了不少多余的处理过程，从而提高操作速度、降低存储开销、简化管理操作。
这样也有助于备份系统的安全性、有效性、稳定性和可扩展性。
Ø备份服务器
备份服务器在备份系统中一个管理节点，通过部署备份软件、配置备份策略等操作，将数据从业务服务器中备份到存储介质中。
Ø备份存储介质
备份存储介质是数据的载体，它可以划分成两个重要类型：
物理的和虚拟的。
存储介质必须非常可靠，否则介质上承载的数据便会丢失。
2客户环境分析
本次设计的备份组件需要在xxxxxx厂的数据机房布置。
目前本地站点都涵盖了各类应用系统，如数据库、部OA、FTP、WEB等主要信息系统，主要操作系统类型为windows，数据库有Oracle和MySQL，将来数据库还会有一定增长。
2.1客户现网架构
图1客户网络架构现状
目前所有业务数据均存储在对应服务器本地硬盘，唯一的数据保护措施只有硬盘RAID，一旦RAID失效，将面临数据丢失的灾难，所以急需建立数据备份体系。
希望将本地各个应用的生产数据通过备份服务器备份到本地存储中。
后期还通过设计业务系统集群和存储高可靠等系统。
本地站点的数据量和具体配置如下。
2.2本地数据中心业务现状
编号
信息系统名称
服务器数量
是否有双机或集群
操作系统
服务器型号、配置
数据容量
数据库类型
1
某业务系统
1台
否
Windowsserver2008
2T
Oracle
2
OA系统
1台
否
Windowsserver2003
2T
MySQL
3
EHR系统
1台
否
Windowsserver2003
2T
MySQL
4
WEB
1台
否
Windowsserver2008
2T
MySQL
5
论坛
1台
否
Windowsserver2003
2T
MySQL
6
其他应用
5台
否
Windowsserver2008
10T
MySQL
2.3案关键需求点
根据xxxxxx厂本次对备份设计的需求，所设计的案应达成以下目标：
1）将业务系统的备份系统进行整合，统一进行数据备份，统一管理。
2）要能对各种数据实现快速、可靠的备份及恢复，并能很好地支持断点续传功能；
3）备份系统必须具备良好的可扩充性，并且支持在不变更系统架构的情况下无缝升级、增加备份客户端；备份平台需很好地支撑数据及业务增长要求；
4）在备份窗口完成所有预定的备份作业，减少对生产业务的影响；
5）备份系统具备良好的备份及恢复验证机制，成功率高；
6）将来可灵活扩展本地高可用、异地备份等案；
华为公司提出的备份案和架构不仅能够实现本地数据中心的备份需求，而且还可以更灵活的适应企业未来对备份环境的升级。
3备份解决案设计
3.1总体设计原则
3.1.1可恢复性
数据备份的目的是恢复数据。
如果一个集中式的备份系统无法完成备份功能，或者无法保证系统数据能在合理的时间恢复，这个备份系统是毫无意义的。
容灾系统可以协助完成关键生产数据的保护，因此容灾系统的设计必须考虑稳定性和可靠性，并保证关键数据能够持续稳定的传输到非本地的容灾中心。
当业务系统发生故障时，容灾中心的数据就可以用以恢复业务系统。
3.1.2平衡系统负载
设计案时应对备份系统和容灾中心的各部分进行性能评估，以避免性能瓶颈的出现。
数据备份、恢复和查找的负载应尽量均分到各个网络适配器、交换机、磁带驱动等等。
若仅注重局部性能而忽视了系统整体性能的平衡，那么整个备份系统不会达到高性能。
3.1.3稳定性
备份产品的主要目的是为生产系统提供一种数据保护的法，所以其稳定性和可靠性是衡量产品的最重要面之一。
首先，备份软件应该与操作系统100%完全兼容；其次，针对意外故障应该能够快速高效的进行数据恢复。
3.1.4兼容性
在一个复杂的计算机网络环境中，通常存在多种操作系统（例如：
UNIX、NetWare、WindowsNT和VMS），多种应用（例如：
ERP、数据库和其他可用软件）。
所以选择的备份软件必须能够支持多种操作系统和典型应用。
3.1.5自动化
多系统都会根据实际情况来确定时进行备份，以及备份操作的时间窗口。
为减少网络负担，备份应该选择夜间进行；系统管理员可能会由于深夜疲劳而频繁出错，这就会导致备份出现一些潜在故障；因此，时间表确定的自动备份系统必须在该案中可用。
在自动备份期间，若出现意外情况日志功能必须支持自动发出报警，DR操作也同样必须自动进行。
3.1.6可扩展
备份系统和容灾系统应具备易扩展和易升级的特性，这样才能满足客户日益增长的数据备份需求，同时又可以保护和充分利用现有投资的投入。
3.1.7易操作
数据备份应用于不同领域，进行数据备份的操作人员也处于不同的层次。
这就需要一个直观的、操作简单的图形化用户界面，缩短操作人员的学习时间，减轻操作人员的工作压力，使备份工作得以轻松地设置和完成。
容灾系统的设计也应具备易管理，易维护，易操作和易配置的特点，同时容灾系统的故障应该易于监测。
3.1.8实时性
一些关键业务需要24小时不间断运行，在备份的时候，有一些文件可能仍然处于被使用的状态。
那么在进行备份的时候，要采取措施，实时地查看文件大小、进行事务跟踪，以保证正确地备份系统中的所有文件。
3.1.9安全性
备份系统和容灾系统备份了业务系统的关键数据。
因此，备份系统和容灾系统的设计必须确保数据传送和存储的安全性。
容灾案也必须遵守相关和国际的安全标准，以确保系统可公开和各容灾案的相互协作。
3.2备份架构的选择
对数据的保护，有多种法，包括备份、复制、快照和数据容灾等等。
目前用得最多、最有效的手段是数据备份。
而备份的法也很多，有手工备份、自动备份、LAN-Base备份、LAN-Free备份等。
不同的备份法，其效果不同，主要表现在性能、自动化程度、对现有系统应用的影响程度、管理、可扩展性等面。
传统的LAN备份式：
传统的备份式系统管理员将磁带机/库或虚拟带库连接在本地备份服务器上，只对本地网络的数据进行系统备份。
在这种案中，磁带机/库或虚拟带库只由本地服务器进行备份操作，欲备份的数据全部通过网络传输到备份服务器，再经由备份服务器备份到磁带机/库或虚拟带库中。
这种式价格较低，且不需要改变原有的网络架构。
SAN备份：
SAN存储区域网基于高速光纤通道（FibreChannel）技术，在服务器之间以及服务器和存储设备之间建立了高速的数据传输链路。
在SAN进行大量数据的传输、复制、备份时不再占用宝贵的LAN资源，使得LAN的带宽得到极大的释放，服务器能以更高的效率为前端网络客户机提供服务。
这种式能充分发挥SAN高速数据流网络的优势，从而体现出高速磁带设备的性能；SAN备份式缺点是成本较高，且往往要改变现有的网络架构。
NAS系统是用一个装有优化的文件系统和瘦操作系统的专用数据存储服务器，提供跨平台的文件共享功能。
NAS产品与客户之间的通讯采用NFS（NetworkFileSystem）协议、CIFS（CommonInternetFileSystem）协议，这些协议运行在IP之上。
NAS集成了系统、存储和网络技术，具有扩展性强、使用与管理简单、跨平台文件共享、性能优化等特点
另外为了避免由于地震、水灾和火灾等造成数据丢失，实现用户对关键数据的容灾要求，我们建议采搭建数据异地容灾平台，将xxxxxx厂本地数据中心的备份数据通过WAN网络远程复制到异地灾备数据中心，达到异地灾备的目的。
本次选择的备份式为LAN-Base备份式。
3.3备份软件的选择
备份管理软件的选择对于整个系统的性能至关重要。
备份软件要提供良好的备份恢复能力，简便的管理法和技术领先性；不仅可以胜任目前的备份恢复管理，也提供良好的扩展性与前瞻技术能力。
因此，备份软件的选取主要参考以下几面来选择：
1、备份软件是主流的、成熟的产品，有大量的成功案例；
2、备份软件支持能对文件系统、系统、数据库、虚拟机系统、应用系统、台式机以及在线存储系统中的数据进行多项数据管理：
数据备份和恢复、文件及归档、在线存储设备快照管理、连续数据复制、容搜索、数据分析、重复数据删除、备份/归档数据加密。
3、备份软件支持当前主流平台系统，包括企业当前使用的Windows、Linux、AIX、VMwareESX等，而且对上述系统提供系统的裸机恢复支持；对X86平台的异机恢复都有很好的支持，可以将物理服务器恢复到不同品牌机型号的服务器中；将来还支持将物理机恢复到虚拟机中。
因此管理员可以很便地对备份的系统以及生产数据，进行同机裸机或者异机裸机恢复，以快速恢复业务系统或者进行可用性恢复验证。
4、备份软件支持智能索引：
支持数据对象、数据容、数据分类等的索引，并采用分布式索引架构，满足大数据时代海量数据管理的需求；
5、备份软件支持统一管理备份设备、介质和备份/恢复任务、用户，针对客户端可统一定义和修改备份计划策略，存储策略和恢复计划策略等。
6、备份软件可以对多备份域进行集中管理，总部备份域定期收集所有备份域的索引记录，实现多中心统一数据查询、恢复和报告；
7、为了保证备份数据安全性，备份软件应支持多个级别的加密式，包括：
客户端加密，介质服务器端，网络和介质服务器加密，仅网络加密（介质服务器端解密）、备份磁带加密以及仅备份拷贝加密等等，以满足不同级别的加密需求；
8、可提供全面的系统管理法，包括：
策略管理、安全管理、可用性管理、恢复管理、系统监控、报告以及工作流管理。
本次备份软件选择CommVaultSimpana。
3.4备份介质的选择
目前市场上可以作为备份设备的有磁带库和磁盘阵列设备。
下面从可靠性、性能、可扩展性、投资回报率几个面来比较一下磁盘存储备份和物理带库备份。
●可靠性
物理磁带库完全由机械设备构成，磁带库的机械手、磁带驱动器和磁带均为非封闭的精密部件，它们的可靠性远不像磁带库厂商宣传的那样高，平均无故障使用时间、平均无故障换带次数等关键指标并不能作为实际应用的参考基准，多个部件组合后整体系统的可用性将更低：
磁带驱动器、磁带存储槽、机械臂系统、控制器、条码扫描系统、磁带入库和磁带出库装置等部件任的单点故障均可能会导致整个磁带库运转异常，增加宕机时间，甚至影响整个应用系统的正常运转。
同时磁带库不具备容错能力，很容易受灰尘、潮湿等环境因素的影响而导致故障。
有相当大比例的使用中端以下（包括中端）磁带库的用户至少都经历过一次导致备份失败的磁带库故障。
尤其令用户烦恼的是，磁带库修复必须由专业人员进行，而且维修响应时间长，造成日常运营混乱。
用户因此而被迫购买多个磁带驱动器，而驱动器恰恰是磁带库中的最主要的昂贵部件，这进一步加大了用户的总体拥有成本。
磁盘存储设备没有磁带库设备的介质可靠性低、维护成本高等面的困扰；同时，磁盘阵列采用RAID技术，因而基于磁盘存储的备份设备又具有极强的容错能力。
●性能
技术的发展远远落后于数据量的增长，由于其读写速率低下，因而它已经成为整个备份系统的瓶颈。
另一面，磁带加载所需要的时间，有时候比磁带读写需要的时间还要长，如果用户要恢复的数据在多盘磁带上，那么要进行一次完整的系统恢复将是漫长的过程，恢复性能将极其低下。
随着业务的增长，每个系统能留给备份的时间越来越少，为了能够在更短的时间完成更多数据量的备份，用户只能在磁带库安装更多的磁带机，这也意味着更高的支出，更高的故障率，当磁带技术更新的时候还意味着更大的投资浪费，更糟糕的是，由于磁带库库体设计的限制，能够增加的磁带机数量也是很有限的。
磁盘阵列设计在性能上不存在磁带库具有的读写速率瓶颈，同时磁盘存储不存在物理磁带库加载磁带的过程。
●可扩展性
随着数据量不断增长，物理磁带库存储空间的扩展就显得极其有限。
而如果一开始就采购比较大型的磁带库（如200槽以上），即使采用较低的初始配置，其价格仍然很高。
另外磁带库支持的驱动器数目有限，其性能扩展也将受到很大限制。
磁盘存储空间的扩展只需要增加更多的磁盘即可，十分便简捷。
●投资回报率
一面，物理磁带插槽很快就不够用，另一面，几乎绝大部分磁带库其磁带空间都无法充分利用（由于备份管理上的要求，很多磁带只写入了几十GB甚至几GB的数据，就由于保存期和磁带分类管理等要求，而不能写入新的数据），这样，一台号称几十TB的磁带库，可能只能利用不到一半的空间就必须考虑扩容了。
由于物理磁带库较为封闭，大部分配件的维修、更换必须由磁带库原厂商工程师完成，这使得实际故障排除时间难以控制，维修成本也很高。
最终，用户会发现，用于数据保护的投资往往超出预期，而备份系统本身又极大地增加了系统维护的工作量，最终的结果却依旧不能令人满意。
使用SAN阵列作为备份介质，其优势在于：
1．可以使用备份软件的重删功能，通过备份软件的源端重删功能，大大减少传输数据量，从而降低带宽需求，缩短备份窗口，节省备份设备空间。
2．规避了磁带加载卸载对备份性能的影响，其持续读写性能达到或超过了中端磁带。
3．磁盘阵列设备在用户环境中很常见，一般的系统管理员不需要过多的专业知识都可以自行维护，降低了维护成本。
4．磁盘阵列成本较低，降低IT投入。
本次选择备份介质为磁盘阵列。
4华为集中存储、备份解决案
4.1整体案设计
本次建设主要解决数据安全问题，同时提升数据服务能力，建设容包括：
1、建立一套本地备份体系；
2、构建统一外部存储系统；
3、建设异地容灾存储（可放在后期建设）。
4.2规划备份系统
4.2.1定制备份策略
下表描述xxxxxx厂企业网络的总体备份策略，该策略可根据操作人员的要求进行适当的修改。
以下表格示例
表11中心备份系统的备份策略
No.
备份对象
增量备份频率
增备保留期限（天）
增备副本份数
全量备份频率
全备保留期限（天）
全备副本份数
1
虚拟机
每天
90
90
每月
90
3
2
文件
每天
90
90
每
90
15
3
E-Mail
每天
365
365
每月
365
13
4
数据库
每天
90
90
每
90
15
4.2.2计算备份容量
下表列出了所有生产数据容量。
其中红色部分需要详细计算和预估一下
表12中心备份系统的备份容量
No.
站点
备份对象
初始容量
容量增长率
总容量（GB）
数据重删比
重删后容量（GB）
1
本地数据中心
某业务系统
2T
每月0.05%
150075
2:
1
75038
2
OA系统
2T
每月1%
37875
3:
1
12625
3
EHR系统
2T
每年0.05%
13007
8:
1
1626
4
WEB
2T
每天2%
76500
2:
1
38250
5
论坛
2T
6
其他应用
10T
11
共计:
23TB
4.2.3定制重删配置
在配置重删时需要根据客户的业务和网络环境，配置如下参数。
表13配置重删参数
No.
备份对象
是否压缩
块大小
过期数据清理（数据老化）
DDB全量拷贝
1
某业务系统
是
128K
上午3点开始，每8小时检查一次
上午6点开始，每8小时检查一次
2
OA系统
3
EHR系统
4
WEB
否
论坛
其他应用
4.2.4备份存储容量
本要预估备份的数据量大约为20TB，因此建议部署1台备份存储即可。
4.2.5定制复制策略
企业网络全部站点的总体复制策略描述如下表。
该策略可根据操作技术人员的要求做适当修改。
表15备份系统的复制策略
No.
源站点
目标站点
复制类型
复制触发类型
复制时间窗口
1
业务服务器
备份服务器
SimpanaDASH拷贝
时间触发，自动拷贝
7:
00~11:
00
4.2.6备份案确定
华为提供的解决案解决了传统备份法的固有缺陷，有效的降低成本，面向包括数据中心和远程站点在的整个企业，保证快速可靠的数据备份和恢复。
该案的具体策略如下，企业的每个远程站点使用独立的存储策略和重删策略，备份站点部产生的数据，同时，企业数据中心会将各站点的备份数据首先拷贝一份到备份中心，在拷贝过程中会使用全局重删技术。
通过使用重删策略，远程站点和数据中心的冗余数据可以完全删除，从而节省备份存储空间。
在该案中，远程站点数据到数据中心的备份是通过WAN完成的，因此大大减少了对生产带宽的损耗；各站点独立备份和数据中心的二次重删策略也使该案对备份存储容量的要求降低很多。
通过平衡LAN和WAN的带宽利用，该案在有效缩短备份窗口的同时，实现了对所有站点的数据备份进行统一的管理和控制。
考虑到贵企业的业务特点和备份需求，一是数据中心未涉及备份系统，以及不断增长的数据均需要进行备份。
我们设计了一款以SAN设备作为后端介质的LAN-base的集中式备份解决案。
配置统一存储OceanStor5300V3，25块1.2TB10KRPMSAS硬盘做本地备份空间，可用容量约20TB。
4.3本地集中存储
目前所有业务系统数据均在服务器本地硬盘存储，不但性能很有限，业务数据的可靠性也很低，只有本地RAID自身数据容错能力。
对于高可用业务，包括HA、集群等，以及虚拟化、桌面云等后续新增业务系统，须将所有数据（包括虚拟化平台、操作系统、业务数据）设置存放在外置存储中，以实现高可用的相关特性，如虚机热迁移，业务高可用等。
备份建设部署了一套高性能、高扩展性统一存储，服务器外部集中存储只需要在原有阵列上增加相应硬盘（推荐用高性能SAS盘），即可承载相应业务，存储建设可以保护原有投资。
本次设计在备份存储上增加25块1.2TB10KRPMSAS硬盘，配置热备和RAID后可用空间不低于20TB。
在存储组网面，后期随着业务服务器的增多，可能有几台、几十台服务器需要连接到存储阵列上，因此不建议用一期的直连式（备份服务器直接连存储阵列），到时候增加2台FC交换机，组件冗余链路FC-SAN存储网络。
服务器上需配置2单端口HBA卡，整个存储路径从服务器-存储阵列（双控）均为冗余链路，保障整个存储系统的稳定可靠。
每台光纤交换机分别存储A、B控的2个FC后连接，即每台光纤交换机占与存储需要2*2=4个口，可支持20台服务器冗余链路的接入。
组网设计如下：
图2整体拓扑图
5案组件介绍（根据实际使用组件选择保留容）
5.1CommVaultSimpana
本节介绍CommVaultSimpana的架构、功能。
5.1.1软件架构特点
CommVault的Simpana平台不仅仅是一个备份系统，更是一整套企业级数据管理平台，体系架构如图3所示。
图3Simpana体系架构
Simpana平台能对文件系统、系统、数据库、虚拟机系统、应用系统、台式机以及在线存储系统中的数据进行多项数据管理：
1.数据备份和恢复
2.在线存储设备快照管理
3.连续数据复制
4.容搜索
5.数据分析
6.重复数据删除
7.备份/归档数据加密
当采用Simpana一体化信息管理的法来进行数据管理，可以得到意想不到的操作性能，因为一体化架构能共享共同的服务功能来进行备份、恢复、复制和容搜索操作。
Simpana一体系架构也被称为CTE（CommonTechnologyEngine），这个通用技术引擎能提供更好地移动数据、更好地存放数据、更好地查找数据、更安全地管理数据，也能便地进行扩展来支持变化的业务需求。
针对所有的数据管理，利用共同的软件服务为用户提供价值。
5.1.2软件功能介绍
Simpana备份软件的主要功能及优势见下表。
表19
升级会员 