智能網絡存儲方案

一、概述

    目前，數字視音頻網絡和數據網絡的大量應用成為電視行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，這就要求提供更大、更快、更有力的網絡數據存儲和共享途徑。網絡存儲技術無疑為我們提供了一個很好的選擇。

二、網絡存儲技術的分類

    目前的網絡存儲技術大致分為三類： 

1、 直接依附存儲系統(tǒng)（Direct Attached Storage, DAS）

     DAS又稱為以服務器為中心的存儲體系，如圖一所示。其特征為存儲設備為通用服務器的一部分，該服務器同時提供應用程序的運行，即數據訪問與操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)和服務程序緊密相關。當用戶數量增加或服務器正在提供服務時，其響應速度會變慢。在網絡帶寬足夠的情況下，服務器本身成為數據輸入輸出的瓶頸?，F在已漸漸不能滿足用戶的需求，不再為大家所采用。

2、 網絡依附存儲系統(tǒng)（Network Attached Storage, NAS）

    NAS的結構是以網絡為中心，面向文件服務的。在這種存儲系統(tǒng)中，應用和數據存儲部分不在同一服務器上，即有專用的應用服務器和專用的數據服務器。其中專用數據服務器不再承擔應用服務，稱之為"瘦服務器"（Thin Server）。數據服務器通過局域網的接口與應用服務器連接，應用服務器將數據服務器視做網絡文件系統(tǒng)，通過標準LAN進行訪問。由于采用局域網上通用數據傳輸協(xié)議，如NFS、CIFS等，所以NAS能夠在異構的服務器之間共享數據，如Windows NT和UNIX混合系統(tǒng)。NAS系統(tǒng)的關鍵是文件服務器，一個經過優(yōu)化的專用文件服務和存儲服務的服務器是文件系統(tǒng)所在地和NAS設備的控制中心，該服務器一般可以支持多個I/O節(jié)點和網絡接口，每個I/O節(jié)點都有自己的存儲設備。

3、 存儲區(qū)域網絡（Storage Area Network, SAN）

     SAN是一種以光纖通道（Fiber Channel, FC）實現服務器和存儲設備之間通訊的網絡結構，如圖三所示。SAN的核心是FC，其中的服務器和存儲系統(tǒng)各自獨立，地位平等，通過高帶寬（傳輸速率為800Mb/s,雙全工時可達1.6Gb/ s）FC集線器或FC交換機相連，可避免大流量數據傳輸時發(fā)生阻塞和沖突。各應用工作站通過局域網訪問服務器，在各存儲設備之間交換數據時可以不通過服務器，這樣就大

大減輕了服務器承受的壓力。

三、NAS與SAN的比較

     NAS、SAN與傳統(tǒng)網絡存儲技術相比而言，無論是從網絡傳輸帶寬、數據共享性還是從存儲容量的可擴充性、數據的一體化和安全性等個方面來說，其優(yōu)越性是不言而喻的。所以，現在眾多的用戶在對其存儲方案進行選擇時，實際上也就成為對NAS和SAN的選擇了。

     NAS和SAN有許多共同的特點。它們都提供集中化的數據存儲和整合優(yōu)化，都能有效的存取文件，都允許在眾多的主機間共享并支持多種操作系統(tǒng)，都允許從應用服務器上分離存儲。而且，它們都提供數據的高可用性，都能通過冗余部件和RAID保證數據的完整性。

    NAS和SAN也有著一些不同點。首先，實施和維護的難易程度不同。上面曾提到，NAS的存儲設備與眾多訪問客戶的連接是通過標準的LAN進行的，也就是說，直接將NAS存儲設備接入LAN中就可以使用了，管理者所要做的只是來定義網絡寸取權限或為每個用戶定義磁盤限額。而且由于NAS采用了熱插拔和即插即用技術，所以在新設備接入時無需關閉數據服務器或進行重新配置，新增的存儲空間可以立即為眾多的應用服務器和客戶機所共享。而SAN的存儲設備與客戶之間的聯系是通過專用FC集線器和交換機來進行的，如果客戶端增加，就要對交換機進行級連，這就大大增大了安裝與設置難度。其次，二者的設備管理難易成度不同。由于NAS中每一個I/O節(jié)點都有自己的存儲設備，而這些設備又沒有一個統(tǒng)一的管理的界面，所以管理人員就必須逐一管理每個NAS設備，從而使管理成本隨網絡上的NAS設備的增多而線性增加。而SAN對整個網絡中的存儲設備的管理，是采用SAN專用管理軟件來進行集中式管理的，用戶可以通過簡單的圖形界面來管理不同平臺和介質上的數據，也就是說，在SAN中，其整個存儲網絡成為了一個集中化的存儲池，這樣，管理人員管理起來就非常簡單了。再者，NAS和SAN是管理對象也不相同。SAN管理的是磁盤空間，而NAS管理的是文件，也就是說，SAN是個磁盤工廠，而NAS只是一個文件服務器。最后，也是最重要的一點，那就是二者在性能上有所不同。NAS是基于傳統(tǒng)以太網絡的存取設備，雖然減輕了服務器所承擔的壓力，但勢必嚴重增加網絡的負荷。而且無論存儲磁盤的速度有多快，存取速度只可能與網絡帶寬所允許的速度一樣快。即NAS達到高性能的前提條件是網絡帶寬足夠，否則其性能將急劇下降。而如果為了解決帶寬問題而增設寬帶網段，就勢必喪失NAS價格較低、安裝設置容易的優(yōu)勢。與NAS不同，SAN構建于基于光纖的專用數據網絡，可以提供極高的帶寬（新的FC標準可使帶寬達到4GB），不必擔心由于帶寬不足而引起的性能下降。

    可以說，NAS和SAN各有其長短之處，在實際應用中也各有不同之處。對于經濟實力不足，有傳統(tǒng)以太網絡，且急需擴充存儲空間的用戶，NAS無疑是一種便宜、快速的方案。而對于擁有強大經濟后盾，對網絡性能要求較高及未來發(fā)展勢頭強勁的用戶，則應該選擇SAN。

四、SAN的現狀和發(fā)展

1、 現狀

     由于自身所具有的高速、集中化存儲管理及幾近無限的擴充能力這些特點，特別適合對海量數據的視音頻數據進行存儲、傳輸和實時處理，所以采用FC技術的SAN目前在很多電視臺得到了推廣，甚至已成電視臺運做的核心。在視頻處理領域里，SAN就像數字視頻網絡中的大本營，不但承擔著視頻數據的存貯、遷移、交換、共享，而且掌管著網絡設備的登記、刪除、查詢、維護?？梢赃@么理解，SAN是電視臺視頻網絡的主干，在SAN網上可以掛接諸如新聞生產系統(tǒng)、非線性編輯系統(tǒng)、廣告非線性插播系統(tǒng)、數字化節(jié)目庫系統(tǒng)等。 SAN在日益廣泛的應用中也暴露了一些缺點和不足。SAN網絡仍然采用傳統(tǒng)網絡結構進行存儲操作，網絡結構主要由交換機與集線器構成，將這些傳統(tǒng)規(guī)范的硬件應用于新的存儲結構中，并應用傳統(tǒng)的網絡管理技術進行存儲管理，最終導致了系統(tǒng)的匹配問題。SAN系統(tǒng)出現之初，的確為我們解決了企業(yè)數據存儲與共享的問題。當存儲數據達到TB級，高帶寬網絡站點（視頻工作站）很多時就會出現很多問題，導致系統(tǒng)性能嚴重下降。而第二代SAN---SDD（SAN Data Director）的出現，彌補了這些不足。

2、 發(fā)展

     新一代SAN，其結構的核心是SDD，它不是一個更大的交換機，但它完成的功能更多。它將交換、緩存、RAID、I/O以及數據和文件的管理集于一身，并可以完成數據和網絡的管理，為數據交換提供高帶寬、高容錯的集中存儲訪問。SDD內部有兩個完全相同的組件，稱之為HSTD（HSTD1、HSTD2），每個HSTD有四個100MB/S帶寬流量的數據交換端口，稱之為HOST。這樣，每個HSTD就有400MB/S的帶寬，一個SDD擁有兩個HSTD的800MB/S帶寬。HOST端口可直接與服務器、工作站相連，也可與交換機相連。每個HSTD還有一個60芯的數據總線用于和存儲硬盤陣列相連完成數據交換。其結構示意圖如圖四所示。

    SDD利用HSTD組件省去了復雜的交換機間連接，并將RAID控制器集成，前面的端口接服務器，也可以連接交換機，后面的端口連接硬盤柜。這樣一來，網絡結構變得非常清晰、簡潔，可擴展性強，并且SDD對傳輸通道、硬盤通道、硬盤多重冗余，不僅提高了帶寬，又增加了安全保障，系統(tǒng)幾乎永不死機。

3、 對比

     （1） 帶寬：在傳統(tǒng)SAN方案中，應用FC而使帶寬達到了100M，且其采用的RAID控制器是專門為點對點通信而設計的,在較

少站點同時訪問一個數據時有很好的性能表現，但當有更多站點同時訪問一個數據時，帶寬將嚴重不足，使系統(tǒng)性能急劇下降。如果采用多硬盤塔來分擔網絡帶寬的方案，勢必需要使用switch進行級連，這樣不但使網絡的連接變得極為復雜（如圖五所示），而且switch之間的100M通道帶寬就成為了網絡的瓶頸。在SDD中，帶寬可達800M，并且采用新型RAID控制器，將switch的級連改為并聯，消除了大規(guī)模網絡傳輸中的瓶頸。

     （2） 擴展性：傳統(tǒng)SAN延用了C/S的結構，其可升級性與智能化都很差,若想進行系統(tǒng)升級則必須增加交換機、RAID控制器以及不同的控制軟件，而且只能使用交換機級連擴展站點。這種情況在網絡規(guī)模較小（網絡中高帶寬訪問站點數在十個以下）時，影響不大。但當網絡的高帶寬站點超過10個時，傳統(tǒng)SAN的系統(tǒng)性能將越來越低，以至于不能構架大型網絡。這是因為傳統(tǒng)SAN的FC交換機速度高，但會在SAN中引入延時；為了增加接口而級連交換機也會產生延時，當系統(tǒng)需要多臺交換機時延時將十分明顯，并將使數據處理性能下降。在SDD網絡中，FC交換機都與SDD控制器相連，處于并行工作狀態(tài)且互不影響。當站點增加時，不用交換機級連，只需將新的FC交換機接入SDD即可，不用改動以前的連接。帶寬得到線性增長，能構架大型網絡。

     （3） 穩(wěn)定性、安全性：從圖四中可以看出大型網絡在站點

    增多后傳統(tǒng)SAN需要FC交換機二級連接，增加了連接點、RAID控制器、電纜等。故障發(fā)生點增多，同時故障源難以確定，維護難度大。而SDD網絡結構簡單，連接點少，出錯的機率小，易判斷出錯點，如圖五所示。比較圖五與圖四可以看出， 在相同網絡規(guī)模下，SDD網絡結構連接簡單，故障點少。在存