目的
本白皮书的目的是讨论备份、恢复架构和解决方案，并介绍Cisco MDS 9000系列多层导向器和网络交换机的相关特性。
简介
服务器上存有要害业务数据的全球企业都要求应用能够连续可用。对于供给链治理（SCM）、企业资源规划（ERP）和客户关系治理（CRM）等应用产生的大量数据，企业必须不惜一切代价保护它们的安全性。这些数据至少必须定期保存到磁带上，以防止数据丢失。但是，随着数据量的增加，不但需要越来越大的存储量，还需要越来越快的服务器，以及越来越多的备份时间。一般情况下，假如数据备份需要好几个小时才能完成，那么，数据恢复将需要同样长的时间。对于许多企业来讲，这么长的恢复时间是不可接受的，因为这样会因长时间业务停运而损失收入。因此，在许多情况下，磁带备份只是灾难恢复（DR）规划的最低要求。
为保证这些企业应用需要的99.999%的可用性，存储设计必须考虑各个环节的高可用性。所有企业都必须制订的灾难恢复计划必须解决停运时间延长问题，并在发生大故障后能够无缝恢复到备用站点。在DR计划中，除磁带备份外，企业还经常使用复制技术远程复制整个数据中心。因此，除了从磁带恢复数据外，当前的恢复计划还可以包括利用远程备用数据中心恢复。引发故障的因素很多，事先很难猜测，主要包括：
每个企业都必须随时做好灾难恢复预备，并确定哪些要害数据必须能够连续访问。为了确定企业最重要的位置、职能或应用，必须进行业务影响和风险分析。作为主数据中心的映射图像，远程数据中心可以在发生大灾难后提供全面访问。除磁带备份外，许多DR解决方案都包括实时复制数据图像。另外，复制技术还能提供许多其它功能，以满足各种应用要求。虽然复制技术能够帮助企业快速从灾难性故障中恢复，但复制过程中也有可能出现错误。因此，企业还需要将磁带备份作为有效数据存档的一种方式。本文将主要讨论整个DR计划中的磁带备份技术、架构和各种方法。
磁带备份
在当今的企业环境中，多数应用服务器都通过并行SCSI连接直接与专用磁带驱动器相连。由于需要治理的磁带设备的数量与应用服务器成比例增加，因此，专用资源的部署和维护都很昂贵。但是，直连磁带驱动器有性能保证，因为只有一台服务器使用驱动器。处于成本考虑，直连磁带驱动器逐渐向网络备份模式转移，即将磁带驱动器挂在LAN上，由多台服务器共享。典型的LAN备份方式如下图所示。在这种模式中，数据和备份流量都通过同一个LAN传输。网络备份能够提高磁带利用率和可治理性，但带来了如下问题。
图1 
首先，大量备份数据增加了LAN流量，因而可能会降低应用性能。为减小对数据流量的干扰，备份任务一般在下班时间进行。但是，随着数据量的增加，备份时间越来越长，将逐渐扩展到上班时间。目前，许多企业都需要24×7运作，留给备份的时间越来越短。其次，备份流量和应用流量共用一个LAN可能会影响甚至扰乱备份工作的进行。第三，备份和数据应用共用一个LAN比较昂贵，因为一个应用环境的固件升级或不稳定将导致另一个环境的停运。为解决共用一个LAN存在的这些问题，治理员提出了应用和备份的分离。如下所示，在新的实施方案中，客户将移植到无LAN架构中，将备份流量与应用分开。目前，许多客户都已经开始部署专用备份存储网络。
当前的备份流程实施需要人工完成，不但费力，还轻易出现人工错误。备份错误一般不轻易被发现，因而很有可能导致数据丢失，进而引发故障。另外，磁带不但在操作中需要人工插入、倒带和取出，录制好之后还需要人工搬运到储藏地点。由于人工治理的成本较高，因而可以利用机器人改善磁带治理。集中备份可以将磁带以池的方式组织在一起，即可以在同一盘磁带上执行多种数据的备份。一盘磁带录满后，将继续使用池中的下一盘空白带执行备份，从而提高了可治理性。减少需要治理的磁带驱动器有助于降低成本。
备份的增加将导致应用服务器操作的增加，因为必须从磁盘中取出数据，然后再写到磁带上。应用服务器通常忙于处理大量对延迟和性能敏感的数据，需要用额外的 CPU周期处理数据移动和规划，因此，执行备份对应用服务器本身来讲负担太重。无服务器解决方案的目的在于消除应用服务器本身执行备份时对性能的影响。这种架构能够将数据移动者和连接中间人的角色转交给专用备份服务器。强大的备份解决方案必须能解决以下问题：
下面将具体介绍最常用的备份解决方案实施方法。
无LAN备份
利用无LAN备份，每台应用服务器可以通过存储网络直接将数据移动到磁带设备，而不需要通过专用备份服务器。利用大家熟知的共享存储方法，每台应用服务器可以作为媒介服务器，直接将备份数据转移到磁带。然后，每台服务器将请求一个磁带驱动器，并在备份过程中占用这个磁带驱动器。另外，应用服务器还可以专门使用磁带库单元中的某些磁带驱动器，而不是采用共享方式。由于数据在存储网络中流动，因而减少了LAN流量。另外，磁带还可以由多个应用共享，将多股备份流传至磁带库和驱动器上。与此同时，LAN仍然用于传输元数据，即用于跟踪备份服务器与客户机之间的数据位置变化表，而实际备份数据则通过存储网络传输。典型的无LAN实施方案如下图所示。
无LAN备份将数据域和备份域分隔开，但并没有减轻应用服务器上的CPU负担，因为应用服务器仍然需要从磁盘获取备份数据。如下所示的无服务器备份能够解决这个问题。
图2
无服务器备份
无服务器备份指备份数据从磁盘转移到磁带时，数据并不穿越应用服务器本身，因而数据备份几乎不会影响服务器上的应用。备份数据不需要穿越服务器就能从磁盘移动到磁带。这个过程减轻了应用服务器上的CPU负担，因为应用服务器并不参与备份过程。直接用于磁盘与磁带间数据移动的机制是SCSI扩展复制命令。执行扩展复制SCSI命令的组件可以配置在SAN交换域（Fabric）或服务器软件中。Legato Celestra Power和Veritas NetBackup等当前的无服务器备份实施方法通过备份服务器治理整个过程。典型的无服务器备份过程如下图所示。目前，多数客户都希望部署独立的备份 SAN，以便实现域的分离。因此，这些客户可能不会部署这种解决方案，因为这种方法的磁盘子系统和磁带驱动器必须共存于同一个SAN上。
图3
备份行业和产品概述
许多软件厂商都开发了集中备份软件，例如Veritas Netbackup、Veritas BackupExec、Legato Networker和Computer Associates BrightStor ARCserve 2000 Advanced Edition。这些产品都采用了中心备份方法，即通过专用备份服务器执行备份，并直接连接归档设备。另外，中心备份方法可能还包含若干其它软件和硬件模块。使用时，必须了解这些备份解决方案的各种组件，以及组件的作用和对性能的影响。
首先，中心或主服务器将控制整个备份环境，包括索引、备份计划、客户组定义和硬件配置。另外，主服务器还负责记录备份问题，并向系统治理员报告。这个功能有时称为连接中间人。
中心备份系统中的第二种服务器是媒介服务器或存储节点。媒介服务器与备份存储介质的类型相关，通常指通过光纤通道或并行SCSI连接相连的磁带设备。媒介服务器负责将数据传送到磁带。该服务器接受主服务器的命令，包括备份文件和需要使用的介质等。另外，媒介服务器也称为数据移动器。
第三也是最重要的是备份客户机，实际是指正备份的服务器。客户机软件安装在需要执行备份服务的每个系统上。主服务器和媒介服务器上通常也安装客户机软件，以便执行自我备份。
SAN备份方法的主要优点
如上所述，为解决共享LAN的性能瓶颈问题，企业已经开始部署专用光纤通道存储网络。存储网络的其它优点如下：
数据可用性高
为提高可用性和可扩展性，存储网络基础设施利用多条路径与存储子系统相连，例如磁盘和磁带。客户可以实施改进过的灾难恢复解决方案，尤其是在开放系统环境中。在以前的方案中，远程站点的灾难恢复一般通过LAN服务器到服务器通信实现。在网络模式中，数据还可以在两个存储子系统之间映射，以释放昂贵的服务器和LAN资源。将备份流量转移到存储网络后可以限制域内故障的影响范围，即防止LAN数据流量故障影响备份流量，或者备份流量故障影响数据流量。
TCO低
利用存储整合，可以让多台服务器共享存储设备，从而减少数据中心需要的磁带库的数量。另外，通过整合还可以简化所有服务器之间的空闲容量重分配，以提高利用率和效率。另外，实施企业备份/恢复解决方案之后，客户还能够降低与服务器相连的磁带驱动器的治理和维护成本。假如用人工治理每个组件，不但成本高，还易于出错。假如利用机器人执行远程磁带储藏，就不再需要人工搬运磁带，从而减小了人工出错的可能性。另外，由于减少了搬运过程中可能出现的损坏、丢失或延误，因而提高了可靠性。存储网络可以将备份资源组成池，由多台服务器共享，而不受某台故障备份设备的影响。不仅如此，随着共享备份资源的可扩展性、可用性、性能和可治理性的增强，还可以进一步降低总拥有成本（TCO）。
灵活的备份方法
目前，许多企业都延长了工作时间，以便支持要求企业全天候运作的全球客户。备份方法包括两种：热备份和冷备份。冷备份指备份过程中应用数据保持不变的备份，而热备份指备份过程中应用数据不断更新的过程。
写复制和分离镜像快照等热备份技术使用某个时刻产生的原始数据的镜像实现联机备份，而不会影响应用。写复制和分离镜像方法都将数据块复制到空闲存储上，以产生多数数据库都支持的定时复制。写复制和分离镜像方法不但治理物理数据块的映射过程，还治理与文件系统或数据库的关联。支持这些方法的存储子系统厂商包括使用业务连续卷（BCV）的EMC Timefinder，HDS ShadowImage 和在IBM 企业存储服务器（ESS）或模块化存储服务器（MSS）中的FlashCopy。
备份实施的目标是缩短备份时间，减小对用户流量（尤其对等备份）的干扰，并提高性能。热备份使用远程或本地映射保证应用连续可用。下面将具体介绍远程映射技术。
远程数据映射/数据复制
远程数据映射或称远程复制，是最常见的快速应用和数据恢复方法。这种方法将在磁盘子系统中创建映射卷，以提供保护。应用使用的卷称为主卷，映射卷称为备用卷。实施的两种主要远程复制技术包括：
目前，市场上提供的最常见的远程复制设施包括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 解决方案都是基于主机、由软件辅助的映射设施，而PPRC、SRDF、TrueCopy,和 DRM 都是基于硬件控制器的远程复制方法。需要指出的是， Veritas（VVR） 通过ip网络而不是光纤通道或ESCON（企业串行连接）提供远程数据映射。
思科的灾难恢复产品和解决方案
随着企业对数据可用性重视程度的提高，用于保障连续运作的资源越来越多。如上所述，专用网络的目的就是保证备份应用的性能和安全性。智能存储网络将备份和恢复的水平提高到了一个新的层次。另外，远程数据复制解决方案还能显著提高可用性，并通过扩展满足企业的新要求。利用思科系统公司提供的先进技术，各企业能够以更安全、经济、有效的可扩展方式建立端到端备份和恢复解决方案以及灾难恢复解决方案。
图4 CiscoMDS 9000系列多层导向器和网络交换机，从左至右：MDS 9506导向器、MDS 9513导向器、MDs9509导向器和MDS 9216网络交换机。
Cisco MDS 9000系列多层导向器和网络交换机面向企业和服务供给商的存储网络环境，能提供更高的端口密度、交换带宽、性能、多协议和可靠性。另外，MDS 9000系列产品还面向整个存储环境包含多厂商产品的异类存储局域网。在这些环境中，Cisco MDS 9000系列产品可以作为提供互联和高级服务的中心系统。
MDS 9000系列包含MDS 9500系列多层导向器和MDS 9216多层网络交换机。MDS 9000系列产品为模块化系统，能够为数据中心应用提供高端口密度和性能。对于用于备份和灾难恢复的远程数据中心，可以使用规模较小、但功能和服务与MDS 9500系列导向器相当的MDS 9216多层网络交换机。
除交换设备应该提供的功能外，Cisco MDS 9000系列模块化导向器和网络交换机还提供许多其它的特性和服务，包括虚拟SAN、高级ISL链路汇聚、LUN分区、呼叫到家、高可用性和无缝固件升级等。目前困扰多数客户的问题之一是缺乏合理支持存储网络的可治理性和工具。Cisco MDS 9000系列产品包含强大的嵌入式交换域（Fabric）治理器应用，以便实现存储网络的配置、监控和排障。
虚拟SAN（VSAN）
在当前的很多环境中，备份解决方案设计都为备份流量建立独立的并列网络。从技术和运作角度看，这种独立网络方法虽然成本较高，但能够提供灵活、安全、高度可用的备份解决方案。磁带存储网络与磁盘存储网络的隔离能够避免磁带库单元（TLU）电源复位等故障带来的应用级影响。另外，独立网络还能防止应用域设备复位对备份造成影响。事实上，这种方法已经变成了隔离磁带设备与磁盘子系统的实用方法。通过这种隔离，交换域（Fabric）配置改动的影响将局限在本地，因而不会影响分离SAN的连续部署。
虽然这些独立存储网络有助于保证性能，减少网络级干扰，但它们的实施比较昂贵，不但需要另配交换机，还增加了治理复杂性。另外，这种方式还会浪费端口，增加客户的财务负担。为解决这些问题，思科利用虚拟SAN（VSAN）彻底改变了存储网络的部署方式。VSAN能够在同一个冗余物理基础设施之上建立虚拟独立网络，从而保证了不同SAN域的安全性和隔离性。Cisco MDS 9000系列多层导向器和网络交换机能够在一个物理基础设施上创建4092个隔离的VSAN拓扑。这种方法有点像以太网中的VLAN。VSAN是对SAN 部署的革命，利用以太网切实可行的技术和易于配置性，在SAN环境中提供流量隔离和安全等特性。VSAN的主要特性包括：
VSAN 采用了以太网中的成熟技术，以满足光纤通道存储网络对性能和隔离的要求，提供了最佳解决方案。分区的作用是保护边缘接入，将设备间的访问和流量流动限制在交换域（Fabric）内。另外，VSAN还能隔离提供给某个交换域（Fabric）的所有服务，将它们“封装”在一个VSAN内，以便建立逻辑上独立的交换域（Fabric）。
图5 
用VSAN 建立的存储网络域不但能越过现有的安全机制，还能将一台交换机融入到多个虚拟环境中。不同VSAN之间能够实现彻底隔离，以保证一个VSAN内的设备故障或交换域（Fabric）不稳定不会造成整个交换域（Fabric）停运。这些功能不需要实施需要安装多台物理上隔离的网络交换机的解决方案就能实现。另外，VSAN还能提高端口利用率，降低每端口成本，因而能降低存储网络TCO。这种实施十分有效，因为多个用户群可以组织在一起，由一台交换机提供服务，从而减少需要的设备。Cisco MDS 9000系列不但能提供领先的边缘安全性和服务，还能降低资本和运作开支。
这种架构不但能减少数据中心内部署的SAN或交换域（Fabric）的总数量，还能分开记录备份/恢复和远程数据映射域与应用SAN的状态。考虑到客户采用的数据中心和存储整合模式，可以利用VSAN帮助企业实施低TCO解决方案。
多协议支持
为提供集成式多协议功能，MDS 9000系列多层导向器和网络交换机将FCIP和iSCSI集成到同一个交换模块上。多协议解决方案能够为灾难恢复等应用提供IP连接方式。将多协议服务以及高速高容量光纤通道集成到一个平台之后，客户将能够利用相同的平台独立满足企业级和部门级应用要求。集成式FCIP功能通过TCP/IP提供对远程数据中心的访问，以便在发生灾难时顺利转移。虽然由应用要求决定应该部署的解决方案，但FCIP适用于多数远程复制映射应用。FCIP适合通过各种速度的 WAN链路建立两个数据中心之间的广域连接。
集成式iSCSI功能是一种利用现有IP/以太网基础设施建立的低成本主机连接。iSCSI技术能够经济有效地将存储网络扩展到中低端服务器，从而提高昂贵的存储和磁带子系统的使用率。这种集成是建立在高度可用的导向器平台上的业界第一个光纤通道和IP存储综合解决方案。面向部门或工作组应用的低端服务器可以轻易地集成到同一个存储网络交换域（Fabric）中，以简化对公司资源的访问。现在，工作组应用不再与固定存储相连，也不会因容量升级而停运。另外，不但性能没有降低，成本还低了很多。不仅如此，iSCSI还为部门或工作组应用提供集中式、共享磁带式、无LAN式和无服务器式备份和恢复解决方案。
显而易见，由于思科提供了智能存储网络特性集，而且注重数据中心的可用性要求，因而能够提供当今业界无与伦比的各种优秀解决方案。为帮助企业解决计划外停机和计划内升级引起的业务中断，思科产品提供了许多增强治理特性。利用FCIP和iSCSI等技术，企业不但能降低基础设施成本，还能提供对两种技术的综合治理。
图6
另外，思科还通过ONS 15540 DWDM交换机和ONS 15454 SONET交换机平台等产品为灾难恢复提供同步映射应用。DWDM能够在两个数据中心之间提供可靠的城域连接，SONET则能够在较长距离上提供高TDM 带宽。这两种技术都能为通过光纤通道或FCIP远程复制的数据提供卓越的传输性能。假如想具体了解思科的DWDM解决方案，请访问思科的Web站点：http://www.cisco.com/warp/public/44/jump/optical_platforms.sHtml。
总结
Cisco MDS 9000多层导向器和网络交换机系列能够为灾难恢复、备份和恢复应用提供最佳解决方案。利用各种新技术，Cisco MDS 9000系列能够满足高、中、低端企业的各种要求。Cisco 9000系列能够为在异类传输环境中部署了多种应用的客户提供端到端解决方案。利用MDS 9000系列，客户既能无缝部署新技术，又能使新环境与老环境共存。Cisco 9000系列注重性能、端口密度、投资保护和治理，支持高度有效的SAN解决方案的大规模部署。
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