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NetApp统一存储双活方案

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2020年4月19日
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NetAp统一存储双活方案
NetApp统一存储双活方案
1、双活存储架构建设目标
系统灾难是指IT系统发生重要业务数据丢失或者使业务系统停顿过长时间（不可忍受）的事故。可能引发系统灾难的因素包括：
· 系统软、硬件故障，如：软、硬件缺陷、数据库或其它关键应用发生问题、病毒、通信障碍等；
· 机房环境突发性事故，如：电源中断、建筑物倒塌、机房内火灾等；
· 人为因素，如：因管理不完善或工作人员操作不当、人为蓄意破坏、暴力事件等；
· 自然灾害：如火灾、地震、洪水等突发而且极具破坏性的事故。其特点是突发性、高破坏强度、大范围。在灾难性事故的影响下，计算中心机房的硬件设备会部分或完全损坏，造成业务的停顿。
请参见下图：

当前用户IT系统缺乏有效的灾难防范手段，难以在灾难发生后，不间断或者迅速地恢复运行。灾难恢复就是在IT系统发生系统灾难后，为降低灾难发生后造成的损失，重新组织系统运行，从而保证业务连续性。其目标包括：
l 保护数据的完整性、一致性，使业务数据损失最少；
l 快速恢复业务系统运行，保持业务的连续性。
灾难恢复的目标一般采用RPO和RTO两个指标衡量。

技术指标RPO、RTO：
RPO (Recovery Point Objective): 以数据为出发点，主要指的是业务系统所能容忍的数据丢失量。即在发生灾难，容灾系统接替原生产系统运行时，容灾系统与原生产中心不一致的数据量。RPO是反映恢复数据完整性的指标，在半同步数据复制方式下，RPO等于数据传输时延的时间；在异步数据复制方式下，RPO基本为异步传输数据排队的时间。在实际应用中，同步模式下，RPO一般为0，而在非同步模式下，考虑到数据传输因素，业务数据库与容灾备份数据库的一致性是不相同的，RPO表示业务数据与容灾备份数据的时间差。换句话说，发生灾难后，启动容灾系统完成数据恢复，RPO就是新恢复业务系统的数据损失量。
RTO (Recovery Time Objective):即应用的恢复时间目标。RTO主要指的是所能容忍的应用停止服务的最长时间，也是是反映业务恢复及时性的指标，表示业务从中断到恢复正常所需的时间。RTO值越小，代表容灾系统的数据恢复能力越强。各种容灾解决方案的RTO有较大差别，基于光通道技术的同步数据复制，配合异地备用的业务系统和跨业务中心与备份中心的高可用管理，这种容灾解决方案具有最小的RTO。容灾系统为获得最小的RTO，需要投入大量资金。
各种用户的应用对RTO要求不同，业务繁忙的关键业务需要较小的RTO，如果系统恢复时间过长就会影响到业务运行，而许多业务系统的RTO较长，如果一些较小灾难发生在非业务运行时间，那么对业务连续性几乎不会造成任何影响。各种容灾解决方案的RTO有较大差别，基于光通道技术存储区域网（SAN）的同步数据复制，配合远程备用业务系统和跨生产中心与容灾中心的高可用管理系统，这种容灾解决方案具有最小的RTO。相比较而言，普通磁带备份的RTO较长，当灾难发生时需要更长的时间恢复系统。
2、双活数据中心的价值和特点
双活数据中心技术，是当前业界最高级别的数据保护。如果和传统容灾技术相比，双活数据中心达到了SHARE 78中最高的Tier 6的所有要求。除此之外，双活数据中心还有以下特点和优势：
n 双活数据中心，实际上是跨数据中心的高可用。细分到单个组件看，形成了跨数据中心的主机高可用网络高可用和存储高可用，实现的是跨数据中心的应用高可用。
n 双活数据中心具有“故障自愈”的特点，不需要人为干预，发生故障后，应用自动转移到能够正常运行的部分。而应用的运行不会受到影响。即RPO = 0和RTO = 0。这是容灾技术完全不能够比拟的优势。
n 不同于容灾技术中“主中心-备中心”的主备概念，双活数据中心具有“双活”的特点，也就是说，业务能够分担到两个数据中心，同时运行，互为备份。相对于同步容灾，灾备中心设备往往处于空转状态，双活数据中心中的所有硬件资源都得到了重复的利用，避免了投资上的浪费，而网络要求完全是一样的。因此，双活技术不但降低了成本，而且增加了效率。
n 双活数据中心的常见架构如下：
n 两中心为对等配置
n 两中心之间需要低延迟的高带宽链路连接，一般需要裸光纤。xWDM设备往往被应用来实现链路复用，增加链路利用率

n 两中心之间为双活互备工作模式
注：双活存储也可部署在同机房，在这种情况下，双活架构对机房整体故障不具备防范能力。
3、NetApp统一存储双活方案概述
结合业界现有的技术和实施经验，我们建议进一步完善和健全现有系统架构，全面提升应用系统可用性，满足业务系统需求：
· 采用存储级别的镜像技术实现双活数据中心，利用业界领先的技术，实现数据中心级别的高可用，能够有效防范各类物理故障，包括主机故障、网络故障、存储故障、交换机故障、机房区域故障（不包括机房整体灾难）等；
· 对于逻辑故障，例如数据库损坏、主机逻辑设备故障，可利用新购存储的先进技术，提供快速的恢复手段，实现:
· RPO < 1小时
· RTO < 1小时
· 对于误操作造成的部分数据丢失，可利用先进的存储技术，在不中断生产库前提下，迅速从历史备份中恢复丢失数据，消除对业务的影响。恢复时间可低于1小时。
· 在双活存储架构建立后，未来进一步构建灾备系统，从而增强数据的安全性，灾备系统可按降档模式建设，在满足业务要求的前提下，避免过度投资。
综合以上的建设要点，能够分析得出，新购存储必须具备以下功能和技术特点：
· 具备秒级备份和秒级恢复功能，且该功能不影响生产性能
· 对于部分数据恢复，可从多个历史备份副本中选择，将备份库以只读打开，选择性地恢复数据
· 具备双活数据中心技术，获得第三方机构认证，例如VMware Metro Storage Cluster认证
结合NetApp多年方案经验，我们建议利用统一存储双活技术，构建同机房的应用级双活系统，具体拓扑图如下：

统一存储系统构建双活存储系统，共配置48块600GB 10K SAS磁盘和48块2TB 7.2K SATA磁盘，详细配置如下：
NetApp MetroCluster双活存储节点A
FAS 6220统一存储
类型
模块
配置描述
硬件
控制器架构
采用SAN + NAS 统一存储架构，与双活存储节点B共同构建MetroCluster双活系统
控制器缓存
每控配置48 GB一级缓存，支持将SSD和闪存卡作为二级缓存
前后端接口
配置*个8 Gb/s FC主机接口、4个10 Gb/s IP主机接口、6个1 Gb/s IP主机接口、4个后端磁盘接口
扩展磁盘柜
配置*个24槽位扩展磁盘柜
磁盘
配置24块600 GB 10K RPM SAS磁盘
配置24块2 TB 7.2K RPM SATA磁盘
软件
存储效率
配置FlexVol灵活卷管理软件、瘦供给功能、数据压缩和A-SIS块级重复数据删除功能
高可用性
配置多路径I/O软件和MultiStore安全多租户软件
数据保护
支持单磁盘RAID校验、双磁盘RAID校验和镜像保护技术
配置SnapShot秒级快照软件
性能优化
配置FlexShare存储性能优化软件
存储管理
配置OnCommand全图形化存储管理软件和Virtual Storage Console管理插件
服务
售后服务
3年7 x 24小时硬件和软件售后服务

NetApp MetroCluster双活存储节点B
FAS 6220统一存储
类型
模块
配置描述
硬件
控制器架构
采用SAN + NAS 统一存储架构，与双活存储节点A共同构建MetroCluster双活系统
控制器缓存
每控配置*GB一级缓存，支持将SSD和闪存卡作为二级缓存
前后端接口
配置*个* Gb/s FC主机接口、*个10 Gb/s IP主机接口、*个1 Gb/s IP主机接口、*个后端磁盘接口
扩展磁盘柜
配置*个*槽位扩展磁盘柜
磁盘
配置*块* GB 10K RPM SAS磁盘
配置*块*TB 7.2K RPM SATA磁盘
软件
存储效率
配置FlexVol灵活卷管理软件、瘦供给功能、数据压缩和A-SIS块级重复数据删除功能
高可用性
配置多路径I/O软件和MultiStore安全多租户软件
数据保护
支持单磁盘RAID校验、双磁盘RAID校验和镜像保护技术
配置SnapShot秒级快照软件
性能优化
配置FlexShare存储性能优化软件
存储管理
配置OnCommand全图形化存储管理软件和Virtual Storage Console管理插件
服务
售后服务
*年7 x 24小时硬件和软件售后服务

双活方案预期效果：
Ø 有效应对各类极端的物理故障：
o 双控双活工作方式，不同于传统同步容灾技术中的主-备模式
o 控制器和存储网络交换机(FC和以太网)、磁盘扩展柜实现冗余连接
o 极强的物理故障防范能力：任何主机、交换机、存储发生故障，业务不会受到影响，或者仅需快速接管，对业务的影响，远远低于同步容灾模式
o 采用NetApp专有的RAID-DP，可提供RAID10的性能和可靠性，同时也达到了RAID 5的经济性，同时结合SyncMirror能够实现更强的数据保护，在同一组资源池中支持至少任意5块磁盘损坏而不影响业务的连续性。
Ø 利用SnapShot快照技术，对数据库提供了秒级的数据备份和秒级的数据恢复能力，有效应对逻辑故障，极大地增强了业务系统的可用性:
结合SnapRestore软件（选配）和NetApp FAS独有的零性能影响秒级快照功能，可对数据库进行在线的、快速的和应用数据一致性的备份。备份窗口从原来的几个小时缩短为1~2分钟，仅仅为数据进入热备模式时间+1秒。对于同一个数据库，NetApp FAS系列支持多达255个时间点的历史备份。

方案优势：
n 采用NetApp FAS6220统一存储作为生产存储系统，FAS系列存储支持多种协议，包括FC-SAN、iSCSI、NFS、CIFS、FCoE、FTP、HTTP等，完全能够满足数据中心混合数据类型的存储需求。例如，统一存储经过FC-SAN为数据库提供高性能、低延迟的数据块服务，激活NAS功能后还能够提供共享文件的数据服务。
独特优势：其它厂家只能以多个系统组成一套多协议存储，不但复杂度大大增加，不利于管理和维护，可靠性也受到影响。而NetApp存储从设计开始，就考虑到了多存储协议的支持，而不像其它厂商，只能经过后期增加额外设备来支持多协议，因此NetApp一体化存储具有更高的集成度和更低的复杂度，可靠性也更好。
n NetApp FAS存储能够经过多种方式提升存储性能，包括增加磁盘数量、添加二级缓存模块、升级控制器等等，其中FAS6220双控最大可扩展至1200块磁盘，支持数TB 缓存，另外FAS6220存储能够无缝升级到高端的FAS6200存储而无需数据迁移。
独特优势：其它厂家往往只能经过铲车式的方式进行存储升级，还要涉及到数据迁移，不但很难保护用户原有投资，而且还会带来极大的数据风险。NetApp FAS不论高、中、低端存储均采用完全相同的DataONTAP操作系统，用户只需要更换控制器就能够完成存储升级，原有存储资源能够继续使用，大大简化了传统升级的复杂流程，也最大程度地保护了用户以往投资。
n NetApp FAS存储系统具备强大的扩展能力，是唯一的集群统一存储解决方案。在数据大集中的业务系统中，必然是结构化、半结构化、非结构化多种数据类型的混合存储，传统双控制器的处理能力毕竟有限，集群系统会逐渐成为未来数据中心基础架构扩展的最主要模式之一，FAS6220存储最大支持8个控制器集群，完全能够满足用户未来几年内对于存储扩展能力的需求。
独特优势：在制造业应用需求下，单纯的SAN集群存储或单纯的NAS集群存储不具备实际部署的可行性，只有NetApp提供的FAS集群统一存储才能真正地契合应用的特点，并在真实环境中大规模部署。
n FAS存储经过NetApp具有专利的SnapShot秒级快照功能对数据进行高效的保护，有效应对逻辑故障，大大地增强业务系统的可用性。一般来讲，快照的开启会严重影响存储系统的性能表现，甚至是在很多国际厂商的存储解决方案中，“快照严重影响存储性能”至今依然是个无解的难题，而NetApp早在多年前就在FAS统一存储上完美地解决了这个问题，这完全利益于NetApp的专利快照技术，根据第三方权威测试机构提供的测试结果，NetApp快照功能的开启完全不影响存储系统的性能，同时支持用户自助式恢复，最终用户可自行从快照中进行数据恢复，特别在云平台和海量文档的环境下，能够极大地减轻管理人员的负担。
独特优势：NetApp FAS存储用最少的存储空间和存储性能代价，提供业界最高效的本地数据保护功能和最简便的数据恢复模式。
在可靠性方面，NetApp是业界仅有的两家经过IDC 99.999%可用性认证的公司，而且是全系列存储产品经过（请参见下图），因此，就可靠性而言，是一般的产品完全不能达到和匹配的。NetApp FAS存储采用业界独有的RAID-DP技术，可提供RAID10的性能和可靠性，同时也达到了RAID 5的经济性。

独特优势：NetApp FAS存储具备其它厂商所不能提供的第三方认证和评估，在可靠性上更具备说服力。
n NetApp采用先进的控制器和缓存技术，不但极大地提高了存储总体性能，同时也将单个磁盘的性能发挥到极致。在SPC-1的性能测试(业界公认的第三方公开SAN性能测试)中，NetApp存储具备最领先的性能效率，下图对比了几种主流的SAN存储产品，其中EMC没有参加SAN性能测试，图中反映的是，在SPC-1测试中，单个磁盘能够提供的IOPS性能：

独特优势：在数据库和VM虚拟化这类对存储性能要求很高的应用环境中，同样的磁盘配置配置下，NetApp能够提供远高于竞争友商的性能，而在相同的性能需求下，NetApp存储所需要配置的硬件资源最经济。
n 海量的文档数据存储特别是在系统整合部署了VM虚拟机后（VM虚拟的操作系统映像，至少有90%以上的数据是重复的），存储中实际上包括了很多的重复性资料，完全能够经过重复数据删除技术，在不影响使用的前提下，消除重复部分，减小对存储空间的占用，提高存储效率。

独特优势：和其它厂家基于文件的重复数据删除技术不同，NetApp重复数据删除技术基于数据块，因此，即便两个文件之间甚至是在一个文件内部，只有部分相同，也能够实现重复数据删除 – 这才是真正满足实际生产需要的技术。NetApp在主存储中提供的重复数据删除技术（NetApp是唯一一家在主存储中提供块级数据消重的厂商）。
n NetApp存储除了提供OnCommand图形化管理软件之外，还提供云平台虚拟化架构下的管理集成模块VSC，允许在VMware/Citrix/Hyper-V的管理界面中对存储进行更加高效的管理。VM虚拟化环境中的很多管理操作，例如VM的扩大和缩小、生成新的VM并部署、VM和应用的快速备份和恢复等都需要调用存储的功能，为了简化管理，NetApp提供了VSC插件，所有操作均可在VM虚拟化平台的管理界面内完成，提高存储的管理效率。
独特优势：NetApp FAS存储管理非常简单，不论高中低端的产品，还是双控架构和集群模式，管理模式完全一致，而且提供与虚拟化云平台的管理接口，能够实现存储的“设置后不论”。
n NetApp NAS可加入现有的Windows AD环境，并实现Windows AD统一的用户认证和访问控制。NetApp还可提供存储级别的访问控制，由存储管理员进行设定。另外，还可进行文件访问、修改、删除等操作的审计设定，并交由安全管理员进行审核，从而实现文件管理的分权机制。
n 不同的业务数据部署在存储之后，共享存储的硬件资源，包括磁盘和控制器。如何实现应用性能的差异化管理？利用FlexShare技术(包括在基本包内)，实现应用优先控制，保证核心应用的性能和I/O响应。这也是其它厂家不能提供的功能。
经过MultiStore安全多租户软件为不同应用的数据提供相对独立的存储空间，既能保护敏感数据的安全性，又能简化存储管理工作。
4、vSphere Metro Storage Cluster认证
VMware特别地为双活架构提供了一个存储认证：vSphere Metro Storage Cluster，包括NetApp FAS/V3200、FAS/V6200在内的几个厂家的不同产品都取得了此项认证。而VMware的白皮书“VMware vSphere Metro Storage Cluster Case Study”更是以NetApp MetroCluster为例，阐述了VMware如何实现双活数据中心。VMware 认证截屏见下图：