王敏建

（紹興廣播電視總臺，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，構(gòu)建集“采、編、播、存、管”為一體的全臺網(wǎng)成為電視臺的發(fā)展趨勢和應(yīng)用需求，它將使全臺的媒體技術(shù)資源由分散轉(zhuǎn)變?yōu)榧校瑢Ｓ修D(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)運行效率更高。全臺網(wǎng)的業(yè)務(wù)整合、資源整合，其基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)整合，存儲系統(tǒng)的合理設(shè)計是關(guān)鍵。面對當今媒體資源和節(jié)目信息迅速擴增帶來的數(shù)據(jù)管理壓力，有必要建立一個合理高效的共享存儲體系，集中存儲、集中管理，在許可范圍內(nèi)快速地進行共享，包括資源的合理調(diào)度以及快速查詢、檢索，同時還必須考慮系統(tǒng)對數(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)劃良好的存儲架構(gòu)來滿足。

2 SAN存儲架構(gòu)在全臺網(wǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢

在電視臺數(shù)字化數(shù)據(jù)大量暴增之前，存儲設(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（DAS）。存儲設(shè)備與服務(wù)器是相對固定的從屬關(guān)系，存儲資源調(diào)度不方便，存儲容量也受到架構(gòu)的限制，只要數(shù)據(jù)量增加，就必須另外購買存儲設(shè)備。這種條塊化、零散復(fù)雜的存儲環(huán)境不僅會給管理運行帶來越來越大的壓力，而且極易造成存儲設(shè)備的重復(fù)投資和存儲資源分布的不平衡。

電視臺網(wǎng)絡(luò)化工程，包括非編、媒資、播出、文稿等子系統(tǒng)在內(nèi)的全臺網(wǎng)建設(shè)，為創(chuàng)建一個全臺理念的、資源合理整合的、互通高效的大存儲平臺創(chuàng)造了有利時機。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)用于全臺網(wǎng)的存儲系統(tǒng)必須是高性能的、集中存儲管理的、大容量易擴充的、高可用性的體系結(jié)構(gòu)。而近幾年逐漸興起的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò) （Storage Area Network，SAN）技術(shù)，以它獨有的架構(gòu)優(yōu)勢迎合了全臺網(wǎng)建設(shè)的技術(shù)需求。

SAN是一個由存儲設(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光纖通道的網(wǎng)絡(luò)上完成，可提供內(nèi)部任意節(jié)點之間多路可選擇的數(shù)據(jù)交換，并且將數(shù)據(jù)存儲管理集中在相對獨立的存儲局域網(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，不但能提供對數(shù)據(jù)設(shè)備的遠距離高性能鏈接，還增加了對存儲系統(tǒng)的冗余鏈接，提供了對高可用群集系統(tǒng)的支持。SAN從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中單獨剝離出存儲功能，自成一個系統(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)目制作對速度和帶寬的要求

決定使用SAN的關(guān)鍵因素是對速度和帶寬的需求。在50 Mbit/s碼率標清節(jié)目制作中，精編工作站每臺至少需要200 Mbit/s的保證帶寬，總帶寬需求非常可觀，而高清節(jié)目制作對帶寬的依賴將更大。光纖通道上的SAN提供主機到存儲最高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。作為存儲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，因為它們內(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，可以保證大數(shù)據(jù)量并發(fā)訪問情況下主機讀寫帶寬的穩(wěn)定，還有助于加速數(shù)據(jù)遷移、備份、恢復(fù)進程?？梢哉J為，SAN是目前性能理想的適于構(gòu)建全臺網(wǎng)所需高速數(shù)據(jù)環(huán)境的存儲架構(gòu)。

2.2 擁有高存儲容量和集中存儲優(yōu)勢

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

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)的高速存儲空間，通常配置2個RAID控制器和大約15個光纖通道磁盤驅(qū)動器，可連接附加的磁盤陣列來擴充容量，并通過控制器對這些陣列進行管理，可滿足全臺網(wǎng)巨量而持續(xù)增長的存儲空間需求。

SAN是一種真正面對存儲服務(wù)的架構(gòu)。它的設(shè)計目的就是通過數(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，改進文件共享能力。SAN把所有存儲空間有效地匯聚在一起，支持服務(wù)器和存儲之間任意的點到點的連接，提高了存儲資源的利用效率和存儲分配的可管理性。

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，存儲系統(tǒng)必須是一個安全的冗余體系結(jié)構(gòu)，提供數(shù)據(jù)的長期安全存儲和高可用支持，具備完善的容災(zāi)恢復(fù)功能。SAN架構(gòu)支持構(gòu)建高冗余度的存儲網(wǎng)絡(luò)，有利于提升系統(tǒng)安全性，能有效避免單點故障，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，具有較高的存儲安全性。一般擁有多個光纖通道，提供冗余的多數(shù)據(jù)路徑鏈接，保證連接可靠性和實現(xiàn)負載均衡。由于SAN網(wǎng)絡(luò)支持雙節(jié)點或多節(jié)點群集，提供了主機級容錯能力和高系統(tǒng)可用性，能最大限度地保證系統(tǒng)的連續(xù)可靠運行。

音像數(shù)據(jù)作為電視臺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，可能還會引發(fā)網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象。而SAN架構(gòu)擁有獨立的光纖通道網(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，如存儲廠商EMC就分別針對本地、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)保護和恢復(fù)軟件，可酌情選擇。

3 全臺網(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，加上相對昂貴的HBA接口卡、FC交換機以及FC盤陣，構(gòu)建成本相當高。全臺網(wǎng)中并不是所有的應(yīng)用都對存儲帶寬、網(wǎng)絡(luò)延遲有如此高級別的要求。電視臺現(xiàn)有的千兆以太網(wǎng)絡(luò)，對SQL數(shù)據(jù)庫、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存儲架構(gòu)正適合這種需求。

IP SAN是運行在標準以太網(wǎng)上的存儲局域網(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。具有低成本、開放性、易用性等優(yōu)點，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SCSI數(shù)據(jù)塊進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。

針對千兆以太網(wǎng)在IP SAN架構(gòu)中顯現(xiàn)的帶寬瓶頸，企業(yè)級iSCSI存儲產(chǎn)品多數(shù)配置有2個或4個千兆網(wǎng)絡(luò)接口，并提供鏈路聚合功能來提升存儲帶寬和數(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 存儲架構(gòu)的選擇與應(yīng)用分析

建立安全高效的存儲網(wǎng)絡(luò)，選擇存儲架構(gòu)是關(guān)鍵。一個好的SAN解決方案可以幫助實現(xiàn)一個完全冗余的存儲網(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，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，適合擔負全臺網(wǎng)復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境的存儲架構(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，一個好的存儲方案在于把握需求與成本的合理平衡點，通道成本、存儲成本、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，包括存儲設(shè)備的規(guī)格、容量、還有每種配置的傳輸速率，以及擴展性能否滿足今后不斷擴增的節(jié)目數(shù)據(jù)壓力，都將直接影響建設(shè)成本與將來的運作效率。

電視臺節(jié)目數(shù)據(jù)存儲一般采用在線和離線二級存儲策略，既能滿足生產(chǎn)、存儲的需求，又能有效降低中心存儲的總體建置成本。從上述格局考慮，可應(yīng)用FC SAN架構(gòu)提供在線存儲所需的高速數(shù)據(jù)環(huán)境，同時在離線存儲、數(shù)據(jù)庫等系統(tǒng)中可引用發(fā)揮IP SAN架構(gòu)低成本、易用性優(yōu)勢。FC SAN和IP SAN融合的SAN架構(gòu)既保留了FC架構(gòu)的優(yōu)勢，同時也支持低成本的iSCSI的引入，既能各自完成不同功能，又能相互進行數(shù)據(jù)共享、備份鏡像。技術(shù)上有多種途徑可實現(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，智能存儲交換機和網(wǎng)關(guān)，以及多協(xié)議存儲陣列等。

存儲設(shè)備作為整個架構(gòu)的核心組成部分，左右著存儲系統(tǒng)的性能與安全。無論決定采用FC還是iSCSI存儲，都應(yīng)盡量選擇中高端企業(yè)級產(chǎn)品。盡管會增加成本支出，但面向大企業(yè)的存儲陣列在通道、帶寬、冗余性、擴展性、可管理性和可維護性上都會有更好的設(shè)計保證。

在線存儲設(shè)備的首選應(yīng)該是光纖通道磁盤陣列，在應(yīng)用規(guī)模較大時還可以考慮引入多臺光纖盤陣來擴展存儲帶寬。成本上，相同規(guī)格的SAS硬盤比FC硬盤會便宜三成左右，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數(shù)量會相當有限。

數(shù)據(jù)流磁帶因其容量大、價格相對較低、可靈活選用機械或手工裝填的優(yōu)勢，一直是節(jié)目數(shù)據(jù)離線存儲的常用載體。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，相對于傳統(tǒng)磁帶庫具有備份還原速度快，可靠性提升，逐步擴容方便，維護管理成本較低等優(yōu)點，明顯提升了對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，也可以采取與磁帶庫整合的架構(gòu)，將數(shù)據(jù)最終轉(zhuǎn)存到后端的磁帶上，兼顧性能與擴展性。虛擬磁帶庫由于完全仿真磁帶，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，是理想的離線存儲升級產(chǎn)品。

5 存儲網(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)標準，它將光纖通道技術(shù)的覆蓋面擴展到了以太網(wǎng)環(huán)境中，在某些場合被稱為“增強型以太網(wǎng)”，這種以太網(wǎng)將把數(shù)據(jù)中心的局域網(wǎng)、存儲局域網(wǎng)和高性能計算應(yīng)用程序融合為一個單一的以太網(wǎng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)。它能在保護客戶現(xiàn)有FC SAN的投資基礎(chǔ)上，提供一種以FC存儲協(xié)議為核心的I/O整合方案，為高性能環(huán)境提供10 Gbit/s增強型以太網(wǎng)連接性，有希望成為未來幾年存儲網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的技術(shù)趨勢。

FCoE目前尚處于測試部署階段，售價昂貴，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)接口和交換機價格近兩年一直在下降，有望成為擔負iSCSI的有力方式，屆時也可以選擇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，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用，設(shè)備的現(xiàn)實可用性有待考驗。