基于DWDM的SAN异地灾备系统研究

基于DWDM的SAN异地灾备系统研究

李凯陈英达钟苏生黄恺彤杨利辛

（广东电网有限责任公司信息中心510080）

摘要：存储局域网络搭载DWDM网络展开异地灾备的时候，传输数据效率较低。通过对SAN数据传输协议进行分析，可知该情况产生的原因在于传输距离长而导致传输时延，从而缺乏足够的缓冲信用，进而影响到网络最大可用宽带，自然而然传输速度就会较慢。为有效解决这一问题，本文提出一种基于缓冲信用控制的方法，为缓冲信用传输以及数据流量控制提供保障，实现SAN可以在DWDM网络的直接备份，如此就可以实现远距离数据传输，做好异地灾备工作。

关键词：SAN；DWDM；异地灾备

引言：

伴随社会经济发展，电力通信网规模日益扩大，结构变得越来越复杂，所使用到的设备类型也日益多样化，每天都会有大量数据信息产生。这些数据一旦丢失，都有可能导致重大损失，而其会受到很多因素的影响，包括人为误操作、自然灾害等。所以，一定要将数据备份工作落实好，建立健全灾备系统[1]。

SAN也就是存储局域网络的缩写，应用这种架构来进行数据存储，可以利用光线通道来展开网络内部节点之间的数据交换，这种数据交换可以实现多路可选择，且能够在高速存储区域网中集中存放管理数据，这也成了数据存储管理的必然发展趋势。然而SAN架构灾备系统在进行数据传输的时候基本都是通过以太网进行的，之后利用TCP/IP协议来进行数据的存储。然而以外网在可靠性上比较低，因此在进行数据的传输时极有能导致数据包丢失，另外还会导致传输出现延迟的情况。所以，通过密集波分复用光纤通道来存储数据，一方面可以保证灾备效益以及较高的可靠性，另一方面还可以保证长距离系统容灾需求。然而在实际使用过程中发现这种方式在进行数据传输的时候，传输速度非常慢，没有办法满足DWDM提供的高宽带[2]。

1.SAN存储网络分析

1.1网络模型

SAN分为存储介质、存储连接器件及服务器三部分，图一为SAN拓扑结构。

图一SAN拓扑机构

网络连接主要有两个部分组成，第一个部分为SAN网络，第二个部分为局域网连接。

在使用SAN架构的过程中，为保证存储系统的绝对安全以及具有冗余性，采用的光纤交换机数量为两台，任何应用服务器，只要接入SAN存储子系统，那么就必须对应配备两块光纤卡。所有服务器同光纤交换机间都具备物理连接，这样存储子系统就会变成一个全冗余式架构。其中一块光纤卡出现故障的情况不会影响到存储子系统的正常运行。

1.2数据传输

光纤通道技术为SAN的支撑技术，光纤通道技术为美国国家标准学会给网络以及通道I/O接口构建的标准集成，最大特征就是把网络通信协议隔离传输物理介质。从而就可以实现在一个物理连接上能够同时进行多个协议的传送，不管是高性能存储体还是宽带网络在接口上都利用单I/O接口，这样就能够有效缩减系统系统，并且还会使系统变得更加简单[3]。

FC在设备光接口有相应的规定标准，第一个规定是能够在850毫米的波段多模光纤中完成三百米距离的传输，第二个规定是在1310毫米的波段多模光纤中完成十千米距离的传输。就远距离SAN连接来说，利用DWDM通道来传输数据，模型图如下所示：

图二基于DWDM的SAN模型

在这种连接模式下SAN可以扩展800千米的距离，选择传输效率为2Gbit/s的光纤传输通道，利用E_PORT接口实现SAN同DWDM的直接连接，这样就能够有效展架数据异地备灾[4]。

在理论层面来讲，FC信号在DWDM中的传送时处于完全透明状态，其根据自身协议来对数据流传输加以控制，这样就能够实现FC信号的远距离传输。然而现实中，FC在DWDM通道中传输一段时期以后，有效通量就会迅猛下降。通过实际测试得知数据传输速率在5Mbit/s范围内。

1.3FC协议分析

其是基于Gredit流量控制方式，通过结合设备所具有的输入缓冲能力来实现对于流量的控制，从而避免帧丢失情况的发生。FC协议流量控制是在相邻两个端口的登录阶段来进行可用信用数量的设置。初始状态下，信用计数器的数量显示为零，当完成一帧数据的发送以后，计数器就会自动将数量调整至一，接收端在接收数据帧后，会自动反馈出一个R-RDY信号，当发送端收到来自接收端的R-RDY信号以后，就会调整计数器数量重新变为零。在发送端计数器数值为设备门限状态下，但是并没有任何R-RDY信号返回，则就会停止帧数据的发送[5]。

利用该模式来控制流量，当设备所拥有的Credit较少的时候，或者发送端同接收端彼此间距离太长，造成时延较大，那么就没没有办法迅速接收到R-RDY信号，从而也就会长期处于停止发帧的情况。根据相关测试数据可知，传输流量下降的条件主要有三点：FC帧长已经达到最大字节2148、信用数量设置为32、传送距离大于八十千米。所以，SAN搭载DWMW传输远距离数据的时候，传输网络并不会导致传输速度降低，其真正原因在于传输距离太长，从而造成了FC本身流量控制协议降低了数据传送速度。纤通道流量控制机制如下：

图三光纤通道流量控制机制

2.改进的FC协议传输机制

2.1FC-BB-3标准

FC-BB-3标准的制定主要是因为FC协议在很多时候需要进行远距离传输，在其中提供了一个新型传输方案，该传输方案为FC-Backbone-3-GenericFramingProceduretransparent，简称FC-BB-3-GFPT。其是一个双向传输器件，两端分别与FC光纤交换机以及DWDM传输设备相连，在FC一端产生的数据帧会通过FC-BB-3-GFPT接收，并向传送网进行传输，之后再通过传统网向FC另一端传输。于该过程中，FC-BB-3-GFPT针对SAN网络来说是处于透明状态的，所以能够和FC设备彻底隔离开。

2.2FC-BB-3-GFPT实现机制

因为FC-BB-3-GFPT可以控制SAN网络缓冲流量，通过接收到与之连接的FC设备数据帧以后，FC-BB-3-GFPT可以马上回馈R-RDY信号，这样就实现了R-RDY信号对于R-RDY信号的终结，FC设备在接收到R-RDY信号以后就会释放Credit，这样就实现了帧的不间断发送，从而有效提高FC业务传输流量[6]。

3.基于SAN异地灾备解决方案

3.1传输设备参数优化

DWDM所允许的最大连接长度主要决定因素是通道内部所允许物理光信号进行传输可以达到的最大距离。能够对传输效率参数产生影响的因素主要有四个：第一个为传送器发光功率；第二为接收器对衰减光信号的灵敏度；第三个为色散位移；第四个为光信号误码率。所以，远距离SAN异地灾备中主要就以下两个方面进行分析第一设备功率分配；第二光纤信号损耗。前者可以保证接收器状态不改变的前提下，有效分析出信号在广通道内的衰减程度：

F=Pmin-Lmin+S（3-1）

公式（3-1）中F为功率分配；Pmin为最坏状态下输出功率值；Lmin为最坏状态下接受灵敏度值；S为连接器衰减。

X=G*J+S+A（3-2）

公式（3-2）中X为信号损耗；G为光纤衰减；J为距离；S为连接器衰减；A为安全边界。

其中，供应商会提供设备输出功率以及灵敏度边界值，连接器造成的衰减程度可以用0.5dB，安全边界值可以用2dB。

利用上述公式进行计算，能够利用光放大器对信号强度进行加强，利用色散补偿单元来对色散位移进行调整，以此来延伸光效通道数据传输距离，这样就会提高数据传输效率。

3.2增加缓冲信用数量

因为在一定程度上，SAN系统传输距离会由缓冲信用数量决定，两者之间的关系式如下：

信用数量=[传输距离*数据传输效率*1000]/最大帧长

该表达式中的最大帧长为2148B。利用该表达式可以大致算出不同链路在固定端口速率状态下信用数量需求，当端口速率为1Gbit/s的时候，每千米缓冲信用数量为0.5，并呈现出倍数增长形式[7]。所以，能够通过增添licence的方式来提供buffercredits，这样就能够保证光交换机E_Ports端口的buffers需求数量，实现远距离传输。

3.3应用扩展信号控制装置

实现FC协议远距离传输的一种有效方式就是应用扩展信号控制装置，利用一对扩展装置，把两个远距离光纤交换机相连，图四其传送示意图：

图四扩展信用控制装置传送示意图

初始状态下，扩展信用控制装置计算出缓冲信用需求数量为4。首先，一号装置向一号波分设备传输数据，当全部信用用完以后，一号装置反馈四个R-RDY信号，从而就会继续向一号波分设备传输数据。一号波分设备再把数据传输到二号波分设备，而二号波分设备在接收到数据以后将数据帧转发给二号装置，二号装置反馈对应R-RDY信号给到二号波分设备。两个装置都具有足够数量内存，可以依据端口帧接收情况来对其发送加以控制。在这种模式下，SAN网络就不会受限于信用数量限制，利用DWDM通道就可以展开数据远距离传输[8]。

4.结语

文章建立了基于DWDM的SAN异地灾备系统，对DWDM网络中FC协议传输效率低的原因展开了分析，并给出对应解决方案。除利用DWDM通道完成FC-SAN远距离传输以外，还可以利用基于IP的IP-SAN完成数据远距离传输。两者相比起来，后者成本会比较低，且实施过程较为简单。但是针对电力系统通信来说，FC-SAN性能会更好一些。利用DWDM来对FC加以扩展，完全发挥出DWDM高宽带、低时延以及可扩展的特点，构建出更为可靠的数据异地灾备。

参考文献：

[1]许佳.高校财务数据异地灾备系统建设方案——以西安科技大学为例[J].经贸实践，2018（17）：345-346.

[2]张锁，董玉芹，郭名芳，王阳阳.局域网内异地循环接管的灾备系统关键技术研究与设计[J].河南科技，2018（11）：14-17.

[3]袁克东，汤振华.基于中国蓝云的IP异地容灾备播系统的设计与实现[J].现代电视技术，2017（09）：59-62.

[4]王良清，王玉斋，李爱勤.测绘地理信息成果档案异地灾备系统的研建[J].测绘通报，2017（06）：133-136.

[5]奚力铭，王晖，张勇.基于全面风险控制的异地灾备系统长时间真实业务接管[J].金融电子化，2016（02）：73-75.

[6]李洋，田彬，高新中.基于DWDM的SAN异地灾备系统研究[J].电力系统通信，2016，33（12）：61-64.

[7]林新宇.福建海事局数据集中存储及异地灾备系统的设计和实现[J].信息与电脑（理论版），2016（04）：61-62.

[8]李晓哲，杨凯，姚万里.基于数据库复制技术的异地灾备系统的设计与实现[J].中国金融电脑，2015（04）：61-64.