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信息安全工程师教程:网络容灾备份系统的工作原理
来源: 作者: 时间;2018-02-01 16:54:44 点击数: 尚大软考交流群:376154208
网络容灾备份系统是指在相隔较远的异地,建立两套或多套功能相同的IT 系统,互相之间可以进行健康状态监视和功能切换,当一处系统因意外(如火灾、地震等)停止工作时,整个应用系统可以
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网络容灾备份系统是指在相隔较远的异地,建立两套或多套功能相同的IT 系统,互相之间可以进行健康状态监视和功能切换,当一处系统因意外(如火灾、地震等)停止工作时,整个应用系统可以切换到另一处,使得该系统功能可以继续正常工作。网络容灾技术是系统的高可用性技术的一个组成部分,网络容灾系统更加强调处理外界环境对系统的影响,特别是灾难性事件对整个IT 节点的影响,提供节点级别的系统恢复功能。
从根本上说,灾难恢复计划应当包括3 个重要部分:数据保护、灾难防备和事后恢复。数据系统的安全体系主要有数据备份系统、高可用系统两个方面,备份系统提供应用系统的数据后援,确保在任意情况下(包括人工操作失误)数据具有完整的恢复能力,高可用性系统提供故障检测和故障切换功能,确保系统在规定时间内恢复服务能力。
一个完善的网络容灾备份应包括硬件级物理容错和软件级数据备份,并且能够自动地跨越整个系统网络平台,其主要包括以下几个方面;
①构造双机容错系统:在企业业务网络中,最关键的设备是文件服务器,为了保证网络系统连续运行,必须采用文件服务器双机热备份容错技术,以解决硬件的故障。从物理上保证企业应用软件运行所需的环境。
②各类数据库的备份:如今企业应用系统的数据库已经相当复杂和庞大,单纯使用备份文件的简单方式来备份数据库已不再适用,能否将所需要的数据从庞大的数据库文件中抽取出来进行备份,是网络备份的重要一环。
③网络故障和灾难恢复:网络备份的最终目的是保障网络系统安全运行,当网络系统出现逻辑错误时,网络备份系统能够根据备份的系统文件和各类数据库文件在最短的时间内迅速恢复网络系统。
④备份任务管理:对于网络管理员来说,备份是一项繁重的任务,需要完成大量的手工操件,费时费力。因此,网络备份应具备实现定时和实时自动备份,从而减轻网管员的负担并消除手工操作带来的失误。
业务网络需要备份的数据包括各个平台系统数据和业务数据。其中系统数据主要包括数据字典、权限设置、存储分配,网络地址及系统配置参数。例如网络用户名称、用户属性,用户权限、用户注册文本、应用软件的可执行文件和配置文件等。对于容灾系统,以上几个部分不可或缺。例如,缺乏数据备份系统,即系统在抗御误操作、黑客攻击等方面就会十分脆弱;没有远程的数据复制系统,则远程的数据一致性得不到保障。在选择容灾系统的结构时,首先要考虑的就是选择采用合理的异地数据复制技术,其次,要建立多层次的广域网络故障切换机制。
在建立容灾备份系统时会涉及到多种技术,如:远程镜像技术、快照技术、基于IP的SAN 互连技术等。
1.远程镜像技术
远程镜像技术是在主数据中心和备援中心之间的数据备份时用到。镜像是在两个或多个磁盘或磁盘子系统上产生同一个数据的镜像视图的信息存储过程,一个叫主镜像系统,另一个叫从镜像系统。按主从镜像存储系统所处的位置可分为本地镜像和远程镜像。远程镜像又叫远程复制,是容灾备份的核心技术,同时也是保持远程数据同步和实现灾难恢复的基础。远程镜像按请求镜像的主机是否需要远程镜像站点的确认信息,又可分为同步远程镜像和异步远程镜像。
同步远程镜像(同步复制技术)是指通过远程镜像软件,将本地数据以完全同步的方式复制到异地,每一本地的I/O 事务均需等待远程复制的完成确认信息,方予以释放。同步镜像使拷贝总能与本地机要求复制的内容相匹配。当主站点出现故障时,用户的应用程序切换到备份的替代站点后,被镜像的远程副本可~保证业务继续执行而没有数据的丢失。但它存在往返传播造成延时较长的缺点,只限于在相对较近的距离上应用。
异步远程镜像(异步复制技术)保证在更新远程存储视图前完成向本地存储系统的基本操作,而由本地存储系统提供给请求镜像主机的I/O 操作完成确认信息。远程的数据复制是以后台同步的方式进行的,这使本地系统性能受到的影响很小,传输距离长(可达1000 公里以上) ,对网络带宽要求小。但是,许多远程的从属存储子系统的写没有得到确认,当某种因素造成数据传输失败,可能出现数据一致性问题。为了解决这个问题,目前大多采用延迟复制的技术(本地数据复制均在后台日志区进行) ,即在确保本地数据完好无损后进行远程数据更新。
2. 快照技术
远程镜像技术往往同快照技术结合起来实现远程备份,即通过镜像把数据备份到远程存储系统中,再用快照技术把远程存储系统中的信息备份到远程的磁带库、光盘库中。快照是通过软件对要备份的磁盘子系统的数据快速扫描,建立一个要备份数据的照逻辑单元号LUN (Logical Unit Number) 和快照cache。在快速扫描时,把备份过程中即将要修改的数据块同时快速拷贝到快照cache 中。快照LUN 是一组指针,它指向快照cache 和磁盘子系统中不变的数据块(在备份过程中)。在正常业务进行的同时,利用快照LUN 实现对原数据的一个完全的备份。它可使用户在正常业务不受影响的情况下(主要指容灾备份系统) ,实时提取当前在线业务数据。其"备份窗口"接近于零,可大大增加系统业务的连续性,为实现系统真正的7x24 运转提供了保证。
快照是通过内存作为缓冲区(快照cache) ,由快照软件提供系统磁盘存储的即时数据映像,它存在缓冲这调度的问题。
3. 互连技术
早期的主数据中心和备援数据中心之间的数据备份,主要是基于SAN ( Storage Area Network) 的远程复制(镜像) ,即通过光纤通道FC ,把两个SAN 连接起来,进行远程镜像(复制)。当灾难发生时,由备援数据中心替代主数据中心保证系统工作的连续性。这种远程容灾备份方式存在一些缺陷,如:实现成本高、设备的互操作性差、跨越的地理距离短(10公里)等,这些因素阻碍了它的进一步推广和应用。
目前,出现了多种基于IP 的SAN 的远程数据容灾备份技术。它们是利用基于IP 的SAN 的互连协议,将主数据中心SAN 中的信息通过现有的TCPIIP 网络,远程复制到备援中心SAN 中。当备援中心存锚的数据量过大时,可利用快照技术将其备份到磁带库或光盘库中。这种基于E 的SAN 的远程容灾备份,可以跨越LAN、MAN 和WAN ,成本低、可扩展性好,具有广阔的发展前景。基于E 的互连协议包括:FCIP 、iFCP 、Infiniband、iSCSI等。

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