全臺(tái)網(wǎng)存儲(chǔ)架構(gòu)的選擇分析

王敏建

（紹興廣播電視總臺(tái)，浙江 紹興 312030）

1 引言

隨著廣播電視數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的推進(jìn)，構(gòu)建集“采、編、播、存、管”為一體的全臺(tái)網(wǎng)成為電視臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用需求，它將使全臺(tái)的媒體技術(shù)資源由分散轉(zhuǎn)變?yōu)榧?，專有轉(zhuǎn)變?yōu)楣蚕?，業(yè)務(wù)流程更優(yōu)化，節(jié)目生產(chǎn)成本更低，系統(tǒng)運(yùn)行效率更高。全臺(tái)網(wǎng)的業(yè)務(wù)整合、資源整合，其基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)整合，存儲(chǔ)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。面對(duì)當(dāng)今媒體資源和節(jié)目信息迅速擴(kuò)增帶來的數(shù)據(jù)管理壓力，有必要建立一個(gè)合理高效的共享存儲(chǔ)體系，集中存儲(chǔ)、集中管理，在許可范圍內(nèi)快速地進(jìn)行共享，包括資源的合理調(diào)度以及快速查詢、檢索，同時(shí)還必須考慮系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)安全性、完整性和可用性的要求，提供數(shù)據(jù)的歸檔、遷移等功能，更要能處理數(shù)據(jù)的備份、災(zāi)難恢復(fù)等工作，這些都有賴于規(guī)劃良好的存儲(chǔ)架構(gòu)來滿足。

2 SAN存儲(chǔ)架構(gòu)在全臺(tái)網(wǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在電視臺(tái)數(shù)字化數(shù)據(jù)大量暴增之前，存儲(chǔ)設(shè)備一般采用SCSI接口的磁盤陣列，包括近幾年出現(xiàn)的SAS磁盤陣列，都屬于直接附加存儲(chǔ)（DAS）。存儲(chǔ)設(shè)備與服務(wù)器是相對(duì)固定的從屬關(guān)系，存儲(chǔ)資源調(diào)度不方便，存儲(chǔ)容量也受到架構(gòu)的限制，只要數(shù)據(jù)量增加，就必須另外購(gòu)買存儲(chǔ)設(shè)備。這種條塊化、零散復(fù)雜的存儲(chǔ)環(huán)境不僅會(huì)給管理運(yùn)行帶來越來越大的壓力，而且極易造成存儲(chǔ)設(shè)備的重復(fù)投資和存儲(chǔ)資源分布的不平衡。

電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化工程，包括非編、媒資、播出、文稿等子系統(tǒng)在內(nèi)的全臺(tái)網(wǎng)建設(shè)，為創(chuàng)建一個(gè)全臺(tái)理念的、資源合理整合的、互通高效的大存儲(chǔ)平臺(tái)創(chuàng)造了有利時(shí)機(jī)。高碼流視音頻資源的共享應(yīng)用以及安全管理需求，決定了應(yīng)用于全臺(tái)網(wǎng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)必須是高性能的、集中存儲(chǔ)管理的、大容量易擴(kuò)充的、高可用性的體系結(jié)構(gòu)。而近幾年逐漸興起的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò) （Storage Area Network，SAN）技術(shù)，以它獨(dú)有的架構(gòu)優(yōu)勢(shì)迎合了全臺(tái)網(wǎng)建設(shè)的技術(shù)需求。

SAN是一個(gè)由存儲(chǔ)設(shè)備和系統(tǒng)部件構(gòu)成的高速子網(wǎng)，所有的通信都在一個(gè)光纖通道的網(wǎng)絡(luò)上完成，可提供內(nèi)部任意節(jié)點(diǎn)之間多路可選擇的數(shù)據(jù)交換，并且將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理集中在相對(duì)獨(dú)立的存儲(chǔ)局域網(wǎng)內(nèi)，具有較高的安全性。通常SAN特指FC SAN，現(xiàn)在主流產(chǎn)品均支持2 Gbit/s或4 Gbit/s傳輸速率，連接SAN的光纖通道結(jié)合了通道連接和網(wǎng)絡(luò)連接的優(yōu)勢(shì)，不但能提供對(duì)數(shù)據(jù)設(shè)備的遠(yuǎn)距離高性能鏈接，還增加了對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的冗余鏈接，提供了對(duì)高可用群集系統(tǒng)的支持。SAN從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中單獨(dú)剝離出存儲(chǔ)功能，自成一個(gè)系統(tǒng)，擺脫了以太網(wǎng)頻寬質(zhì)量與服務(wù)器速度的限制。

2.1 滿足高碼率節(jié)目制作對(duì)速度和帶寬的要求

決定使用SAN的關(guān)鍵因素是對(duì)速度和帶寬的需求。在50 Mbit/s碼率標(biāo)清節(jié)目制作中，精編工作站每臺(tái)至少需要200 Mbit/s的保證帶寬，總帶寬需求非?？捎^，而高清節(jié)目制作對(duì)帶寬的依賴將更大。光纖通道上的SAN提供主機(jī)到存儲(chǔ)最高4 Gbyte的直接數(shù)據(jù)連接，數(shù)據(jù)交換發(fā)生在訪問速度較快的數(shù)據(jù)塊一級(jí)。作為存儲(chǔ)的光纖磁盤陣列擁有2條甚至4條冗余的后端光纖磁盤通道，可以獲得一個(gè)非常高的磁盤讀寫帶寬，而且與光纖通道之間不存在數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的問題，因?yàn)樗鼈儍?nèi)部采用的都是SCSI傳輸協(xié)議，避免了效率的損失。

高性能是SAN架構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)，可以保證大數(shù)據(jù)量并發(fā)訪問情況下主機(jī)讀寫帶寬的穩(wěn)定，還有助于加速數(shù)據(jù)遷移、備份、恢復(fù)進(jìn)程。可以認(rèn)為，SAN是目前性能理想的適于構(gòu)建全臺(tái)網(wǎng)所需高速數(shù)據(jù)環(huán)境的存儲(chǔ)架構(gòu)。

2.2 擁有高存儲(chǔ)容量和集中存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)

電視節(jié)目制作、存儲(chǔ)和備份需要海量存儲(chǔ)空間支持，這種需求超過了使用本地存儲(chǔ)和直接附加存儲(chǔ)所能管理的實(shí)際空間，并且本地?cái)?shù)據(jù)的特性導(dǎo)致它們很難被管理。網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（Network Attached Storage，NAS）設(shè)備雖然有提供集中共享存儲(chǔ)的能力，但它負(fù)載能力較弱，帶寬和速度也受制于以太網(wǎng)。而SAN本身就是為實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)高性能集中共享而制定的，支持高存儲(chǔ)容量和多主機(jī)并發(fā)訪問，擁有對(duì)存儲(chǔ)資源集中管理、分配的優(yōu)勢(shì)。

SAN系統(tǒng)采用的光纖磁盤陣列能提供最大至上百太字節(jié)的高速存儲(chǔ)空間，通常配置2個(gè)RAID控制器和大約15個(gè)光纖通道磁盤驅(qū)動(dòng)器，可連接附加的磁盤陣列來擴(kuò)充容量，并通過控制器對(duì)這些陣列進(jìn)行管理，可滿足全臺(tái)網(wǎng)巨量而持續(xù)增長(zhǎng)的存儲(chǔ)空間需求。

SAN是一種真正面對(duì)存儲(chǔ)服務(wù)的架構(gòu)。它的設(shè)計(jì)目的就是通過數(shù)據(jù)集中化管理而不是按工作組分割，提高數(shù)據(jù)吞吐量，改進(jìn)文件共享能力。SAN把所有存儲(chǔ)空間有效地匯聚在一起，支持服務(wù)器和存儲(chǔ)之間任意的點(diǎn)到點(diǎn)的連接，提高了存儲(chǔ)資源的利用效率和存儲(chǔ)分配的可管理性。

2.3 有利于提升安全性、可用性和備份效率

安全是廣電行業(yè)的生命線，存儲(chǔ)系統(tǒng)必須是一個(gè)安全的冗余體系結(jié)構(gòu)，提供數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期安全存儲(chǔ)和高可用支持，具備完善的容災(zāi)恢復(fù)功能。SAN架構(gòu)支持構(gòu)建高冗余度的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，有利于提升系統(tǒng)安全性，能有效避免單點(diǎn)故障，并支持多種可選擇的高效備份方案。

SAN所用的光纖磁盤陣列本身采用安全的冗余結(jié)構(gòu)，支持熱插拔，集成基于硬件的RAID技術(shù)和熱備硬盤設(shè)置，具有較高的存儲(chǔ)安全性。一般擁有多個(gè)光纖通道，提供冗余的多數(shù)據(jù)路徑鏈接，保證連接可靠性和實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。由于SAN網(wǎng)絡(luò)支持雙節(jié)點(diǎn)或多節(jié)點(diǎn)群集，提供了主機(jī)級(jí)容錯(cuò)能力和高系統(tǒng)可用性，能最大限度地保證系統(tǒng)的連續(xù)可靠運(yùn)行。

音像數(shù)據(jù)作為電視臺(tái)不可或失的寶貴資產(chǎn)，必須執(zhí)行完善的備份工作。傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備間的備份由于全都通過以太網(wǎng)來執(zhí)行，網(wǎng)絡(luò)帶寬一直是備份速度的主要瓶頸，不但影響備份效率，可能還會(huì)引發(fā)網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象。而SAN架構(gòu)擁有獨(dú)立的光纖通道網(wǎng)絡(luò)，能明顯加快備份、恢復(fù)速度，且無需考慮這些操作對(duì)以太網(wǎng)性能的影響。支持SAN架構(gòu)的數(shù)據(jù)安全管理軟件非常豐富，如存儲(chǔ)廠商EMC就分別針對(duì)本地、異地的數(shù)據(jù)備份、同步、遷移和災(zāi)難恢復(fù)提供了SnapView，MirrorView，SAN Copy 3種各有側(cè)重的數(shù)據(jù)保護(hù)和恢復(fù)軟件，可酌情選擇。

3 全臺(tái)網(wǎng)內(nèi)IP SAN的適用性與局限性

傳統(tǒng)的SAN由于采用光纖作為傳輸信道，加上相對(duì)昂貴的HBA接口卡、FC交換機(jī)以及FC盤陣，構(gòu)建成本相當(dāng)高。全臺(tái)網(wǎng)中并不是所有的應(yīng)用都對(duì)存儲(chǔ)帶寬、網(wǎng)絡(luò)延遲有如此高級(jí)別的要求。電視臺(tái)現(xiàn)有的千兆以太網(wǎng)絡(luò)，對(duì)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)、媒資系統(tǒng)等來說，已完全能滿足其應(yīng)用帶寬的需求，只是需要一種方便、價(jià)廉、能使用塊數(shù)據(jù)傳送方式的集中共享、集中管理的存儲(chǔ)環(huán)境來提高系統(tǒng)可用性、容災(zāi)性。遵循iSCSI通信協(xié)議的IP SAN存儲(chǔ)架構(gòu)正適合這種需求。

IP SAN是運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)上的存儲(chǔ)局域網(wǎng)，采用基于TCP/IP的iSCSI協(xié)議，支持構(gòu)建與SAN相仿的集中存儲(chǔ)環(huán)境。在數(shù)據(jù)存取方式上，采用與SAN相同的塊協(xié)議（Block Protocol），通過將SCSI數(shù)據(jù)塊映射成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)上高速傳輸塊數(shù)據(jù)的功能，充分利用了現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)的成熟性和普及性優(yōu)勢(shì)。具有低成本、開放性、易用性等優(yōu)點(diǎn)，近幾年來得到了快速發(fā)展。

有限的數(shù)據(jù)傳輸速率是IP SAN最大的應(yīng)用局限所在。受制于以太網(wǎng)帶寬和TCP/IP協(xié)議的低效率，以及在傳輸過程中必須對(duì)SCSI數(shù)據(jù)塊進(jìn)行層層的封裝與解包，IP SAN具有網(wǎng)絡(luò)延遲較大、數(shù)據(jù)傳輸效率較低的缺點(diǎn)。

針對(duì)千兆以太網(wǎng)在IP SAN架構(gòu)中顯現(xiàn)的帶寬瓶頸，企業(yè)級(jí)iSCSI存儲(chǔ)產(chǎn)品多數(shù)配置有2個(gè)或4個(gè)千兆網(wǎng)絡(luò)接口，并提供鏈路聚合功能來提升存儲(chǔ)帶寬和數(shù)據(jù)吞吐能力。只有全部啟用這些網(wǎng)絡(luò)接口才能最大化提取iSCSI磁盤陣列的硬件性能。

4 存儲(chǔ)架構(gòu)的選擇與應(yīng)用分析

建立安全高效的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，選擇存儲(chǔ)架構(gòu)是關(guān)鍵。一個(gè)好的SAN解決方案可以幫助實(shí)現(xiàn)一個(gè)完全冗余的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，無論從安全性、可靠性，還是從傳輸性能和穩(wěn)定性來說，都有著顯著的架構(gòu)優(yōu)勢(shì)，加上周邊豐富的共享管理軟件、應(yīng)用管理軟件和備份管理軟件產(chǎn)品，適合擔(dān)負(fù)全臺(tái)網(wǎng)復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境的存儲(chǔ)架構(gòu)。在低成本方案上，又有IP SAN可供選擇。但更好的性能往往意味著更多的付出，一個(gè)好的存儲(chǔ)方案在于把握需求與成本的合理平衡點(diǎn)，通道成本、存儲(chǔ)成本、管理成本以及相應(yīng)軟件的成本都應(yīng)在考慮之列，最重要的是先要明確自身的需求，包括存儲(chǔ)設(shè)備的規(guī)格、容量、還有每種配置的傳輸速率，以及擴(kuò)展性能否滿足今后不斷擴(kuò)增的節(jié)目數(shù)據(jù)壓力，都將直接影響建設(shè)成本與將來的運(yùn)作效率。

電視臺(tái)節(jié)目數(shù)據(jù)存儲(chǔ)一般采用在線和離線二級(jí)存儲(chǔ)策略，既能滿足生產(chǎn)、存儲(chǔ)的需求，又能有效降低中心存儲(chǔ)的總體建置成本。從上述格局考慮，可應(yīng)用FC SAN架構(gòu)提供在線存儲(chǔ)所需的高速數(shù)據(jù)環(huán)境，同時(shí)在離線存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)等系統(tǒng)中可引用發(fā)揮IP SAN架構(gòu)低成本、易用性優(yōu)勢(shì)。FC SAN和IP SAN融合的SAN架構(gòu)既保留了FC架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也支持低成本的iSCSI的引入，既能各自完成不同功能，又能相互進(jìn)行數(shù)據(jù)共享、備份鏡像。技術(shù)上有多種途徑可實(shí)現(xiàn)FC SAN與IP SAN的互聯(lián)，如iSCSI網(wǎng)關(guān)，可支持iSCSI的光纖通道交換機(jī)，智能存儲(chǔ)交換機(jī)和網(wǎng)關(guān)，以及多協(xié)議存儲(chǔ)陣列等。

存儲(chǔ)設(shè)備作為整個(gè)架構(gòu)的核心組成部分，左右著存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能與安全。無論決定采用FC還是iSCSI存儲(chǔ)，都應(yīng)盡量選擇中高端企業(yè)級(jí)產(chǎn)品。盡管會(huì)增加成本支出，但面向大企業(yè)的存儲(chǔ)陣列在通道、帶寬、冗余性、擴(kuò)展性、可管理性和可維護(hù)性上都會(huì)有更好的設(shè)計(jì)保證。

在線存儲(chǔ)設(shè)備的首選應(yīng)該是光纖通道磁盤陣列，在應(yīng)用規(guī)模較大時(shí)還可以考慮引入多臺(tái)光纖盤陣來擴(kuò)展存儲(chǔ)帶寬。成本上，相同規(guī)格的SAS硬盤比FC硬盤會(huì)便宜三成左右，采用iSCSI盤柜也能節(jié)省不少開支，另一方面千兆以太網(wǎng)的通道成本至少比光纖通道便宜一半以上，利用多端口聚合功能，帶寬、可靠性也有保證，不過能支持的編輯站點(diǎn)數(shù)量會(huì)相當(dāng)有限。

數(shù)據(jù)流磁帶因其容量大、價(jià)格相對(duì)較低、可靈活選用機(jī)械或手工裝填的優(yōu)勢(shì)，一直是節(jié)目數(shù)據(jù)離線存儲(chǔ)的常用載體。不過現(xiàn)在應(yīng)該優(yōu)先考慮引用性能更好的虛擬磁帶庫(kù)產(chǎn)品，它通過專用的虛擬軟件和芯片模塊由磁盤系統(tǒng)仿真而成，由于使用磁盤作為存儲(chǔ)介質(zhì)來替代傳統(tǒng)的磁帶，成倍地提高了設(shè)備性能，相對(duì)于傳統(tǒng)磁帶庫(kù)具有備份還原速度快，可靠性提升，逐步擴(kuò)容方便，維護(hù)管理成本較低等優(yōu)點(diǎn)，明顯提升了對(duì)歸檔音像素材查找調(diào)用的速度。應(yīng)用上既可以直接替代傳統(tǒng)磁帶庫(kù)，也可以采取與磁帶庫(kù)整合的架構(gòu)，將數(shù)據(jù)最終轉(zhuǎn)存到后端的磁帶上，兼顧性能與擴(kuò)展性。虛擬磁帶庫(kù)由于完全仿真磁帶，兼容磁帶備份管理軟件和傳統(tǒng)備份流程，可以方便地集成到備份系統(tǒng)中。多數(shù)產(chǎn)品配置有FC，SCSI，iSCSI等接口形式的2種或3種，可靈活支持多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)基于光纖通道或以太網(wǎng)的高速備份和歸檔工作，是理想的離線存儲(chǔ)升級(jí)產(chǎn)品。

5 存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)展望

2008年來，支持10 Gbit/s傳輸速率的以太網(wǎng)光纖通道（Fibre Channel over Ethernet，F(xiàn)CoE）產(chǎn)品開始陸續(xù)面市。FCoE是一種新制定的低延遲以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它將光纖通道技術(shù)的覆蓋面擴(kuò)展到了以太網(wǎng)環(huán)境中，在某些場(chǎng)合被稱為“增強(qiáng)型以太網(wǎng)”，這種以太網(wǎng)將把數(shù)據(jù)中心的局域網(wǎng)、存儲(chǔ)局域網(wǎng)和高性能計(jì)算應(yīng)用程序融合為一個(gè)單一的以太網(wǎng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)。它能在保護(hù)客戶現(xiàn)有FC SAN的投資基礎(chǔ)上，提供一種以FC存儲(chǔ)協(xié)議為核心的I/O整合方案，為高性能環(huán)境提供10 Gbit/s增強(qiáng)型以太網(wǎng)連接性，有希望成為未來幾年存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的技術(shù)趨勢(shì)。

FCoE目前尚處于測(cè)試部署階段，售價(jià)昂貴，目前還可以繼續(xù)等待。另外萬兆以太網(wǎng)產(chǎn)品和8 Gbit/s FC產(chǎn)品也已面市，萬兆以太網(wǎng)接口和交換機(jī)價(jià)格近兩年一直在下降，有望成為擔(dān)負(fù)iSCSI的有力方式，屆時(shí)也可以選擇iSCSI來部署高端應(yīng)用環(huán)境。不過即使以太網(wǎng)的傳輸速度再快，其協(xié)議開銷的問題仍然存在，與萬兆以太網(wǎng)需要TCP/IP相比，8 Gbit/s FC更具備性能優(yōu)勢(shì)，它的數(shù)據(jù)傳輸速率是目前4 Git/s FC的2倍，但同樣面臨昂貴的建置費(fèi)用，設(shè)備的現(xiàn)實(shí)可用性有待考驗(yàn)。