全台网存储架构的选择分析

王敏建

（绍兴广播电视总台，浙江 绍兴 312030）

1 引言

随着广播电视数字化、网络化的推进，构建集“采、编、播、存、管”为一体的全台网成为电视台的发展趋势和应用需求，它将使全台的媒体技术资源由分散转变为集中，专有转变为共享，业务流程更优化，节目生产成本更低，系统运行效率更高。全台网的业务整合、资源整合，其基础是数据整合，存储系统的合理设计是关键。面对当今媒体资源和节目信息迅速扩增带来的数据管理压力，有必要建立一个合理高效的共享存储体系，集中存储、集中管理，在许可范围内快速地进行共享，包括资源的合理调度以及快速查询、检索，同时还必须考虑系统对数据安全性、完整性和可用性的要求，提供数据的归档、迁移等功能，更要能处理数据的备份、灾难恢复等工作，这些都有赖于规划良好的存储架构来满足。

2 SAN存储架构在全台网的应用优势

在电视台数字化数据大量暴增之前，存储设备一般采用SCSI接口的磁盘阵列，包括近几年出现的SAS磁盘阵列，都属于直接附加存储（DAS）。存储设备与服务器是相对固定的从属关系，存储资源调度不方便，存储容量也受到架构的限制，只要数据量增加，就必须另外购买存储设备。这种条块化、零散复杂的存储环境不仅会给管理运行带来越来越大的压力，而且极易造成存储设备的重复投资和存储资源分布的不平衡。

电视台网络化工程，包括非编、媒资、播出、文稿等子系统在内的全台网建设，为创建一个全台理念的、资源合理整合的、互通高效的大存储平台创造了有利时机。高码流视音频资源的共享应用以及安全管理需求，决定了应用于全台网的存储系统必须是高性能的、集中存储管理的、大容量易扩充的、高可用性的体系结构。而近几年逐渐兴起的存储区域网络 （Storage Area Network，SAN）技术，以它独有的架构优势迎合了全台网建设的技术需求。

SAN是一个由存储设备和系统部件构成的高速子网，所有的通信都在一个光纤通道的网络上完成，可提供内部任意节点之间多路可选择的数据交换，并且将数据存储管理集中在相对独立的存储局域网内，具有较高的安全性。通常SAN特指FC SAN，现在主流产品均支持2 Gbit/s或4 Gbit/s传输速率，连接SAN的光纤通道结合了通道连接和网络连接的优势，不但能提供对数据设备的远距离高性能链接，还增加了对存储系统的冗余链接，提供了对高可用群集系统的支持。SAN从传统网络架构中单独剥离出存储功能，自成一个系统，摆脱了以太网频宽质量与服务器速度的限制。

2.1 满足高码率节目制作对速度和带宽的要求

决定使用SAN的关键因素是对速度和带宽的需求。在50 Mbit/s码率标清节目制作中，精编工作站每台至少需要200 Mbit/s的保证带宽，总带宽需求非常可观，而高清节目制作对带宽的依赖将更大。光纤通道上的SAN提供主机到存储最高4 Gbyte的直接数据连接，数据交换发生在访问速度较快的数据块一级。作为存储的光纤磁盘阵列拥有2条甚至4条冗余的后端光纤磁盘通道，可以获得一个非常高的磁盘读写带宽，而且与光纤通道之间不存在数据格式转换的问题，因为它们内部采用的都是SCSI传输协议，避免了效率的损失。

高性能是SAN架构的最大优点，可以保证大数据量并发访问情况下主机读写带宽的稳定，还有助于加速数据迁移、备份、恢复进程。可以认为，SAN是目前性能理想的适于构建全台网所需高速数据环境的存储架构。

2.2 拥有高存储容量和集中存储优势

电视节目制作、存储和备份需要海量存储空间支持，这种需求超过了使用本地存储和直接附加存储所能管理的实际空间，并且本地数据的特性导致它们很难被管理。网络附加存储（Network Attached Storage，NAS）设备虽然有提供集中共享存储的能力，但它负载能力较弱，带宽和速度也受制于以太网。而SAN本身就是为实现存储高性能集中共享而制定的，支持高存储容量和多主机并发访问，拥有对存储资源集中管理、分配的优势。

SAN系统采用的光纤磁盘阵列能提供最大至上百太字节的高速存储空间，通常配置2个RAID控制器和大约15个光纤通道磁盘驱动器，可连接附加的磁盘阵列来扩充容量，并通过控制器对这些阵列进行管理，可满足全台网巨量而持续增长的存储空间需求。

SAN是一种真正面对存储服务的架构。它的设计目的就是通过数据集中化管理而不是按工作组分割，提高数据吞吐量，改进文件共享能力。SAN把所有存储空间有效地汇聚在一起，支持服务器和存储之间任意的点到点的连接，提高了存储资源的利用效率和存储分配的可管理性。

2.3 有利于提升安全性、可用性和备份效率

安全是广电行业的生命线，存储系统必须是一个安全的冗余体系结构，提供数据的长期安全存储和高可用支持，具备完善的容灾恢复功能。SAN架构支持构建高冗余度的存储网络，有利于提升系统安全性，能有效避免单点故障，并支持多种可选择的高效备份方案。

SAN所用的光纤磁盘阵列本身采用安全的冗余结构，支持热插拔，集成基于硬件的RAID技术和热备硬盘设置，具有较高的存储安全性。一般拥有多个光纤通道，提供冗余的多数据路径链接，保证连接可靠性和实现负载均衡。由于SAN网络支持双节点或多节点群集，提供了主机级容错能力和高系统可用性，能最大限度地保证系统的连续可靠运行。

音像数据作为电视台不可或失的宝贵资产，必须执行完善的备份工作。传统存储设备间的备份由于全都通过以太网来执行，网络带宽一直是备份速度的主要瓶颈，不但影响备份效率，可能还会引发网络拥塞现象。而SAN架构拥有独立的光纤通道网络，能明显加快备份、恢复速度，且无需考虑这些操作对以太网性能的影响。支持SAN架构的数据安全管理软件非常丰富，如存储厂商EMC就分别针对本地、异地的数据备份、同步、迁移和灾难恢复提供了SnapView，MirrorView，SAN Copy 3种各有侧重的数据保护和恢复软件，可酌情选择。

3 全台网内IP SAN的适用性与局限性

传统的SAN由于采用光纤作为传输信道，加上相对昂贵的HBA接口卡、FC交换机以及FC盘阵，构建成本相当高。全台网中并不是所有的应用都对存储带宽、网络延迟有如此高级别的要求。电视台现有的千兆以太网络，对SQL数据库、媒资系统等来说，已完全能满足其应用带宽的需求，只是需要一种方便、价廉、能使用块数据传送方式的集中共享、集中管理的存储环境来提高系统可用性、容灾性。遵循iSCSI通信协议的IP SAN存储架构正适合这种需求。

IP SAN是运行在标准以太网上的存储局域网，采用基于TCP/IP的iSCSI协议，支持构建与SAN相仿的集中存储环境。在数据存取方式上，采用与SAN相同的块协议（Block Protocol），通过将SCSI数据块映射成以太网数据包，实现在IP网络上高速传输块数据的功能，充分利用了现有IP网络的成熟性和普及性优势。具有低成本、开放性、易用性等优点，近几年来得到了快速发展。

有限的数据传输速率是IP SAN最大的应用局限所在。受制于以太网带宽和TCP/IP协议的低效率，以及在传输过程中必须对SCSI数据块进行层层的封装与解包，IP SAN具有网络延迟较大、数据传输效率较低的缺点。

针对千兆以太网在IP SAN架构中显现的带宽瓶颈，企业级iSCSI存储产品多数配置有2个或4个千兆网络接口，并提供链路聚合功能来提升存储带宽和数据吞吐能力。只有全部启用这些网络接口才能最大化提取iSCSI磁盘阵列的硬件性能。

4 存储架构的选择与应用分析

建立安全高效的存储网络，选择存储架构是关键。一个好的SAN解决方案可以帮助实现一个完全冗余的存储网络，无论从安全性、可靠性，还是从传输性能和稳定性来说，都有着显著的架构优势，加上周边丰富的共享管理软件、应用管理软件和备份管理软件产品，适合担负全台网复杂应用环境的存储架构。在低成本方案上，又有IP SAN可供选择。但更好的性能往往意味着更多的付出，一个好的存储方案在于把握需求与成本的合理平衡点，通道成本、存储成本、管理成本以及相应软件的成本都应在考虑之列，最重要的是先要明确自身的需求，包括存储设备的规格、容量、还有每种配置的传输速率，以及扩展性能否满足今后不断扩增的节目数据压力，都将直接影响建设成本与将来的运作效率。

电视台节目数据存储一般采用在线和离线二级存储策略，既能满足生产、存储的需求，又能有效降低中心存储的总体建置成本。从上述格局考虑，可应用FC SAN架构提供在线存储所需的高速数据环境，同时在离线存储、数据库等系统中可引用发挥IP SAN架构低成本、易用性优势。FC SAN和IP SAN融合的SAN架构既保留了FC架构的优势，同时也支持低成本的iSCSI的引入，既能各自完成不同功能，又能相互进行数据共享、备份镜像。技术上有多种途径可实现FC SAN与IP SAN的互联，如iSCSI网关，可支持iSCSI的光纤通道交换机，智能存储交换机和网关，以及多协议存储阵列等。

存储设备作为整个架构的核心组成部分，左右着存储系统的性能与安全。无论决定采用FC还是iSCSI存储，都应尽量选择中高端企业级产品。尽管会增加成本支出，但面向大企业的存储阵列在通道、带宽、冗余性、扩展性、可管理性和可维护性上都会有更好的设计保证。

在线存储设备的首选应该是光纤通道磁盘阵列，在应用规模较大时还可以考虑引入多台光纤盘阵来扩展存储带宽。成本上，相同规格的SAS硬盘比FC硬盘会便宜三成左右，采用iSCSI盘柜也能节省不少开支，另一方面千兆以太网的通道成本至少比光纤通道便宜一半以上，利用多端口聚合功能，带宽、可靠性也有保证，不过能支持的编辑站点数量会相当有限。

数据流磁带因其容量大、价格相对较低、可灵活选用机械或手工装填的优势，一直是节目数据离线存储的常用载体。不过现在应该优先考虑引用性能更好的虚拟磁带库产品，它通过专用的虚拟软件和芯片模块由磁盘系统仿真而成，由于使用磁盘作为存储介质来替代传统的磁带，成倍地提高了设备性能，相对于传统磁带库具有备份还原速度快，可靠性提升，逐步扩容方便，维护管理成本较低等优点，明显提升了对归档音像素材查找调用的速度。应用上既可以直接替代传统磁带库，也可以采取与磁带库整合的架构，将数据最终转存到后端的磁带上，兼顾性能与扩展性。虚拟磁带库由于完全仿真磁带，兼容磁带备份管理软件和传统备份流程，可以方便地集成到备份系统中。多数产品配置有FC，SCSI，iSCSI等接口形式的2种或3种，可灵活支持多种网络环境，实现基于光纤通道或以太网的高速备份和归档工作，是理想的离线存储升级产品。

5 存储网络新技术展望

2008年来，支持10 Gbit/s传输速率的以太网光纤通道（Fibre Channel over Ethernet，FCoE）产品开始陆续面市。FCoE是一种新制定的低延迟以太网技术标准，它将光纤通道技术的覆盖面扩展到了以太网环境中，在某些场合被称为“增强型以太网”，这种以太网将把数据中心的局域网、存储局域网和高性能计算应用程序融合为一个单一的以太网互联结构。它能在保护客户现有FC SAN的投资基础上，提供一种以FC存储协议为核心的I/O整合方案，为高性能环境提供10 Gbit/s增强型以太网连接性，有希望成为未来几年存储网络领域的技术趋势。

FCoE目前尚处于测试部署阶段，售价昂贵，目前还可以继续等待。另外万兆以太网产品和8 Gbit/s FC产品也已面市，万兆以太网接口和交换机价格近两年一直在下降，有望成为担负iSCSI的有力方式，届时也可以选择iSCSI来部署高端应用环境。不过即使以太网的传输速度再快，其协议开销的问题仍然存在，与万兆以太网需要TCP/IP相比，8 Gbit/s FC更具备性能优势，它的数据传输速率是目前4 Git/s FC的2倍，但同样面临昂贵的建置费用，设备的现实可用性有待考验。