联想存储助力海军指挥学院数图建设

   项目背景

    海军指挥学院是海军最高学府，学院座落于南京，主要担负培养海军中高级指挥干部、海军军以上机关参谋及军事学硕士、博士研究生的任务。

    学院的前身是刘伯承元帅任院长的中国人民解放军军事学院海军系，创立于1952年5月16日。1957年10月8日，海军系扩建为海军军事学院。 1960年10月1日，学院改称为海军学院。1973年，中央军委决定在原海军学院院址组建海军军政干部学校。1978年1月，海军军政干部学校恢复为海 军学院。1986年6月9日，改称海军指挥学院至今。 学院设有战役指挥系、战术指挥系、政治指挥系、后勤指挥系、研究生管理大队、战役训练班。

    目前设置并获得授权点的专业有：军事思想、军事历史、海军战略学、海军战役学、海军合同战术学、海军作战指挥和海军后勤组织指挥。其中海军战役学、海军合同战术学是全军重点建设学科。

    应用需求分析

    海军指挥学院图书馆原有2台服务器，分别作用于图书馆管理系统、万方、网站、数字资源、电子图书等项目。 对此现状，联想认为存在以下缺陷：

• 存在性能瓶颈：

    原来的几个应用系统并非一机一用，由于服务器数量的限制，图书馆只能每台服务器同时跑两个以上的应用系统，前期由于师生数量不多，尚能支撑。但随着近年招生规模将急剧扩大，相应将带来对服务器的线性增长压力，服务器极有可能宕机。

• 存在安全隐患：

    原来的几个系统的数据全部直接放在服务器上，而每台服务器由于同时跑两个以上应用系统，运行压力极大。而且加上服务器甚至没有配置RAID，服务器的硬盘存在发生故障而导致系统数据丢失的巨大隐患。

• 扩容空间不足：

    原来的数据都是直接存储在相应的服务器硬盘上，随着业务的增长，本机硬盘的空间越来越不能满足日渐庞大的数字资源，加上服务器的硬盘扩充数量是有限的，电源功率也不足以支撑增加的新硬盘的能耗需求，现有系统的扩容问题也暴露出来。

    针对以上各类问题，联想认为海军指挥学院的图书馆电子平台，需要进行整体升级，具体来说就是为增添一套海量存储设备，专门用于数字图书馆应用。同时增加交换机，搭建高性能的后台数据存储专用通信网络SAN。

    存储区域网络（Storage area network--SAN）是建立在存储协议基础之上的可使服务器与存储设备之间进行“any to any”连接通信的存储网络系统。采用SAN可以实现在公司信息系统中的任何服务器、任何阵列子系统、任何磁带系统之间的互连。采用SAN 可以建造一个存储池，实现多服务器共享一个阵列子系统，实现数据的共享和集中的管理。

    当前主流的SAN架构包括采用TCP/IP协议的IP-SAN和采用光纤协议的FC-SAN两种，在本次项目中，我们推荐用户采用FC-SAN架构。

    我们认为IP-SAN到目前为止仍然存在以下问题：

• 从性能上说，基于FC协议的FC-SAN理论传输速率早已达到了4Gb/s的水平，目前业界也已在测试6Gb/s和8Gb/s，而基于IP协议的IP-SAN目前来说1Gb/s的理论传输速率还是主流，未来10G/s的理论传输速率还需要10G以太网的进一步发展和强壮才能够达到。
• 从应用上来说，相对于IP-SAN，FC-SAN可以承接更多的并发访问用户数。比如数图的应用，一旦当外接用户数呈大规模增长趋势时，FC-SAN就显示出其在稳定、安全、以及高性能传输率等方面的优势，不会像IP-SAN由于自身传输带宽的瓶颈而导致整个系统的被拖垮。
• 从具体协议上来说，ISCSI协议存在TCP/IP固有的封包解包过程，效率较低；而光纤协议中，直接以祯的方式对数据进行读写，再加上光纤通道先进的流控制技术可以保证数据按顺序传输，数据顺序读取后直接在用户端使用、播放，不需要再进行数据解包、排序等相关操作，从而大大的降低了对系统资源的消耗。
• 从传输表现来看，由于iSCSI走的是IP网络，其中当然充斥着来自全球各地的庞大数据及噪声，所以碰撞情形也就在所难免了，如此一来，在数据传输的过程中，就很容易导致延迟的情形发生，大大影响了传输的效能，甚至数据的正确性。 
  
  此外，IP-SAN还存在硬件iSCSI适配卡价格与FC HBA卡相差无几、支援的平台及软硬件仍少、IP网络存在令人质疑的安全性等一系列问题，仍需进行一些改进。

    而利用光纤通道技术实现的FC-SAN的优势包括：

• 方便的连接和更远距离的传输。

    由于SAN方案的技术基础是光纤通道技术，在SAN中的设备的连接距离可达10公里，在使用光纤扩展连接设备时可达30公里，这就为规划企业级计算系统的存储系统提供了很大的便利条件。在企业级的计算系统中，主机可能处于不同的物理地点，并且主机之间的数据传输非常频繁，如果没有SAN，我们需要一个在每个主机旁边都配置一个高速的存储系统并且将主机系统通过很高速的网络连接起来。有了SAN后可以将不同地点的主机的存储集中起来构成一个存储池，用这个存储池来为所有的主机系统提供服务。

• 更高速的数据传输。

    SAN具有的200MB/S－400MB/S的环路带宽，提升了主机系统的存储带宽，由于大量的数据存在于高速的SAN存储池中，减轻了服务器与客户机之间的通讯带宽。对于大数据量的访问操作我们都可以通过SAN来完成。

• 提供了更大的灵活性。

    SAN的另一大优点是它的灵活性。由于多台服务器可共享SAN上的存储设备，从而大大改进了公司向服务器分配磁盘空间的方法。例如，它可使公司针对系统的具体需求更有针对性地向服务器分配适用的存储类型。对于那些需快速存取映像磁盘的系统，用户可添加一个存储矩阵， 而对于那些不需要快速存取的系统，用户可适当挂起SAN上的某些驱动器。另外， SAN还允许用户随时添加其所需的存储空间。因为存储是与服务器相分离的，所以用户可在财力允许的情况下购买任意数目的磁盘阵列。另外， SAN也不会使用户陷入只能依赖某一特定供应商方案的尴尬局面。

• 减少了网络的复杂性。

    SAN 的更大的好处是减少了网络的复杂性。它可以腾出服务器的扩展插槽，允许用户不断地向其添加存储设备。服务器仅需要与 SAN的单一连接，不会被文件服务任务造成任何麻烦， 因而将可能拥有更长的生命。在 SAN中传输数据，还可减少广域网的负担， 并有望延长这些设备的寿命，于是用户将有能力根据需求的增长不断对SAN进行升级。

    方案设计

    海军指挥学院数字图书馆FC-SAN 存储系统整体拓扑图设计如下：

    如上图所示，联想建议用户增加一套光纤存储和一套光纤交换机组成SAN，另外先给原有的服务器增加光纤HBA卡，后期采购新服务器通过HBA卡也可以轻松接入SAN。

    光纤交换机方面，我们推荐了支持2G/4 Gbit速率的联想-Brocade 210E光纤通道交换机，该机为入门级SAN提供了一个低成本、高灵活性的基础设备，也可作为“核心－边缘”SAN环境中的边缘交换机，其端口数量可按需从8个扩展到12或16个（4个端口为一个扩展单元），SAN的简易扩展将轻松实现。

    光纤存储方面，我们推荐了性价比极高的联想AMS200，AMS200光纤磁盘阵列柜是联想OEM至美国HDS公司的产品，它采用全光纤设计，提供四个2G/4G光纤主机通道，通过硬件的异或处理，实现极高的性能和优良的扩展能力，联想AMS200最大支持105块光纤/SATA硬盘，最大容量达到43TB，同时读写性能达到13000IOPS。在本方案中我们配置了13块300G光纤硬盘和15块750G SATA硬盘，裸容量为15TB的分级存储方案，可以满足海军指挥学院目前以及未来几年数字化图书馆应用对存储系统的需求。

    方案优势

• 主流高性价比的架构：海指新建SAN网络以后，该校的数字图书馆平台将和其他院校一样，具备SAN网络独有的高性能、灵活性强、扩容容易等显而易见的优势。此次系统设计采用分级存储的方式，对I/O性能要求较高的应用，比如图书馆管理系统，我们可以把它放在光纤硬盘上；而对于其他一些I/O要求不高、容量要求较高的应用，我们则可以把其归入到SATA扩展柜上，这样将极大地提高整个系统的性价比和实际应用效果。
• 极高的性能：联想AMS200的CACHE读写带宽达到了800MB/S，从DISC的读带宽也有400MB/S以上，如此高的性能非常适合大型的数图应用。
• 优异的扩展能力：联想AMS200不但可以方便的在线扩容存储空间，而且在磁盘柜本身就配备了4个主机接口，默认情况下就可以连接四台主机，通过光纤交换机可以实现几乎无限的扩展能力。
• 超强的稳定性：联想AMS200的所有部件均是冗余设计，不存在任何单点故障，单控制器的平均无故障时间大于500000小时，保证设备长时间稳定的运行。
• 数据的高安全性：联想AMS200支持RAID0、1、5、0＋1、6等各种RAID级别，并且支持局部和全局的HotSpare盘，同时配备了CACHE的备用电池，实现数据的最大安全性。
• 灵活的系统配置：联想AMS200采用了全光纤设计，支持分级存储，可以搭载光纤和SATA两种硬盘。在本次项目中，对于一些终端用户访问频繁的数据，我们提供了4TB的光纤硬盘用于存放，可保证用户访问数据的流畅性；而对于一些用户平时访问频率不高的数据，我们提供了11TB的超大容量空间，能否为海指用户提供一个海量的存储后台。分级存储概念的引进，既保证了整体系统的性能，又降低了整体存储的费用，确实为海指用户搭建了一个高性价比的存储后台。
• 良好的开放性：另外，系统采用FC-SAN架构方式搭建存储平台，具有良好的开放性，不同厂家产品之间能够互连，原有的两台服务器加装联想Emulex LP111 4G HBA卡，可以快速地与联想AMS200存储系统交换数据，而且系统支持多种主机系统及集群系统。

    用户收益

    用户先期采购了存储和HBA卡，将原有的两台服务器接入了海量存储空间，近期用户将很快采购光纤交换机，尽快搭建SAN网络。海军指挥学院通过该存储系统的建立，为该校的数图系统建立了一个非常强壮的存储平台，可以为日益增多的读者提供丰富多彩的数字资源。随着今后图书数据的增长，管理员只需要在线地在存储设备上增加硬盘或者添加扩展柜，而增加新的应用模式也只需要在SAN里面在线的增加服务器就可以轻松的实现，此存储平台为用户今后的图书馆发展带来了极大的帮助。