广播制作系统服务器虚拟化网络设计

付广新

（作者单位：兵团广播电视台）

广播制作系统服务器虚拟化网络设计

付广新

（作者单位：兵团广播电视台）

摘 要：本文阐述了VMware vsphere服务器虚拟化在广播制播网络中的初步搭建应用情况。利用低成本的虚拟化技术，实现广播制播网路服务器资源共享，提升应用业务系统和数据的安全性，提高服务器资源的利用率，降低硬件成本和运维成本。

关键词：广播制播网；虚拟服务器；vmwarevsphere

计算机技术在广播技术中的成功应用推动了广播技术的发展，进入全媒体时代后广播网络建设也越来越庞大复杂。各类应用业务的不断发展，服务器硬件环境配置已不能满足业务增长的需要，如服务器资源的利用率不高，低资源的服务器剩余资源不能被其他服务器利用，造成资源的浪费，如何在有限的硬件资源上安全实现更多服务器功能。虚拟服务器技术就是借助于计算机虚拟技术对资源进行优化整合的方式来满足这一要求。

1 虚拟服务器群技术

在计算机中利用虚拟技术在现有的软硬件平台中构建出虚拟的处理器、内存、存储空间形成一个虚拟的硬件管理平台，虚拟化是硬件与操作系统之间的一个抽象层，把物理硬件与操作系统分开，每个虚拟机都有自己一整套虚拟的cpu、内存、网卡、存储空间和Bios。一台物理的服务器可以虚拟出多台虚拟机，在多台物理服务器上所有虚拟服务器构成一个虚拟服务器群，通过虚拟应用技术，可以把所有物理服务器构成统一的抽象虚拟化平台，所有的硬件被统一到一个虚拟化层中进行统一的调度分配。每个虚拟服务器可以在群内的不同物理服务器中迁移、复制和备份。

2 虚拟技术在广播制作网中的实现

2.1 虚拟化的软件选择

目前市场上虚拟化的产品很多，例如VMWARE Vsphere、微软的Hyper-V、红帽的KVM、开源的xen等。最常用的VMWARE Vsphere是最可靠的虚拟软件之一。下面以VMWARE Vsphere作为虚拟服务的平台进行讨论。

2.2 VMWARE Vsphere平台介绍

VMWARE Vsphere是部署范围最为广泛的虚拟化平台套装软件，主要由基础架构服务、应用程序服务、vCenter server、客户端组件层构成，各组件之间的关系如图1。

图1　VMWARE Vsphere各组件关系图

基础架构服务：用于抽象、聚合和分配硬件或基础架构资源的服务集。应用程序服务：服务是用于确保应用程序可用性、安全性和可扩展性的服务集。VMware vCenter Server：VMware vCenter Server为数据中心提供一个单一控制点。提供基本数据中心服务，如访问控制、性能监控和配置功能等。客户端：用户可以通过vSphere Client或Web Access等客户端访问VMware vSphere 数据中心。

2.3 虚拟化制作系统的实现

目前广播的制播网大都采用播出网和制作网分离的方式，在这种结构中，播出网和制作网相对独立，有各自的网络平台，播出和制作网通过网络安全设备进行隔离，使安全性进一步提升。结合目前使用的xstduio制作系统为例，近一步了解VMware vSphere在广播网络中的应用。

2.3.1 制作网系统设计

整个制作网包含制作服务器系统、媒资服务器系统、新闻服务器系统、制作基础平台系统、音视频收录系统、广告传单系统、制作工作站系统、制作全局备份系统等几个子系统。以制作服务子系统为例，其服务器主要配置有制作数据库服务器、制作webservice服务器、制作ftp服务器、媒资数据库服务器、媒资webservice服务器、媒资ftp服务器、新闻数据库服务器、新闻webservice服务器、新闻ftp服务器、域控服务器1、域控服务器2、转码服务器、网管服务器、音频收录服务器、全局备份服务器。其中音频收录服务器需要外插业务板卡，不适宜采用虚拟服务器的方式，所以单独配置。转码服务器由于对服

务器资源消耗很大，所以也单独配置。全局备份服务器由于异地部署的需要也单独配置。系统结构图如图2。

图2　制作网系统结构图

系统网络布线采用垂直布线和水平布线两级结构：核心交换机和楼层交换机两级结构，整个网络的主干网络采用全光纤连接，接入交换机和核心交换机的连接都是采用光纤进行连接。核心交换机作为整个网络的核心，其安全性也是很重要的，因此本次设计采用两台核心交换机，这两台核心交换互为备份关系。核心交换机采用全千兆接口的交换，核心交换机和楼层交换机的连接全部采用千兆光纤口进行上行连接，所有服务器（用于虚拟服务器系统的服务器除外，由于刀片系统的刀片机需要通过汇聚交换机才能和系统的网络连接）和核心交换机的连接也采用千兆光纤口进行上行连接。而刀片服务器汇聚交换机和核心交换机之间通过10G光纤网线连接。

2.3.2 虚拟网络的设计

vSwitches虚拟环境内部和外部网络之间的关系如图3。

图3　vSwitches虚拟环境内部和外部网络关系图

虚拟环境提供了与物理环境类似的网络元素。这些元素包括虚拟网络接口卡（vNIC）、vNetwork标准交换机（vSwitch）、vNetwork分布式交换机（dvSwitch）和端口。与物理机一样，每个虚拟机都有一个或多个vNIC。客户机操作系统和应用程序通过常用的设备驱动程序或VMware用于虚拟环境优化的设备驱动程序与vNIC进行通信。在虚拟机外部，vNIC有自己的MAC地址和一个或多个IP地址，并与物理网卡一样遵守标准以太网协议。虚拟交换机的工作原理与二层物理交换机一样。每台服务器都有自己的虚拟交换机。虚拟交换机的一端是与虚拟机相连的端口组，另一端是与虚拟机所在服务器上的物理以太网适配器相连的上行链路。虚拟机通过与虚拟交换机上行链路相连的物理以太网适配器与外部环境连接。虚拟交换机可将其上行链路连接到多个物理以太网适配器以启用网卡绑定。通过网卡绑定，两个或多个物理适配器可用于分摊流量负载或在出现物理适配器硬件故障或网络故障时提供被动故障切换。由于现今主流的服务器均配有4个以上的网络接口，在做虚拟化实施时可以考虑在ESXi端对网卡进行聚合绑定。我们将2个或多个连接聚合在一个vSwitch上。在提高网络流量的同时，保证硬件设备的故障不会对数据通讯造成影响。

2.3.3 虚拟服务器的HA措施

在该构架中，系统由多台物理服务器和存储系统构成。一台物理服务器可以虚拟为多台虚拟服务器。所有虚拟服务器的镜像文件都存放在后端的存储系统中，所有的物理服务器都可以读取这些虚拟机的镜像文件。

在虚拟服务器系统中，vSphere HA能在运行重要应用的实体机和同等配置的虚拟机上创建集群。所以每种服务器只虚拟一台，当承载该虚拟服务器的物理服务器失效的时候，在vCenter Server的控制下，系统将在另外一台物理服务器上自动重启该虚拟服务器，从而实现系统的高可用。与其他群集解决方案不同，HA提供基础架构并使用该基础架构保护所有工作负载。无需在应用程序或虚拟机内安装特殊软件。所有工作负载均受HA保护。配置HA之后，不需要执行操作即可保护新虚拟机，它们会自动受到保护。HA可以将虚拟机及其所驻留的主机集中在群集内，从而为虚拟机提供高可用性。群集中的主机均会受到监控，如果发生故障，故障主机上的虚拟机将由vCenter Server服务器控制，在备用主机上自动重新启动。通过这

种方式实现虚拟主机的HA，虚拟服务器切换过程基本就是虚拟机启动的过程。

2.3.4 存储系统设计

对于中小型电台制作系统的存储设计，可以配置独立的外接存储。由于非结构化数据快速增长，对于大型的制作系统来说，由于采用了虚拟服务器系统，所以系统的存储不再按子系统区分，而是采用中心的NAS群集系统来存放所有的音频。如图4。

图4　NAS群集系统图

例如EDI-9300集群NAS具有分布式文件系统的特性，支持在线添加或删除集群结点与存储设备。EDI-9300集群NAS网关将EDI-6300中的逻辑卷合并成一个单一命名空间，用户通过访问EDI-9300集群NAS网关即可存取数据，同时，EDI-6300中的其他逻辑卷也可以同时以IP-SAN的方式向网络中的用户提供数据服务。一种存储解决方案可以获得多种不同的使用环境，并且可以更加需要动态调整逻辑卷的分配方式。2台EDI-6300磁盘阵列配备10Gb Iscsi主机端口，并各连接2台扩展柜，2套盘阵上的逻辑卷可以进行镜像功能，无论在NAS还是IP-SAN下，均可实现数据的双重备份。系统还配置了一套全局备份系统，也可以作为异地容灾系统。实现对制作系统中所有数据（包括数据库和音频文件）的备份，以便其中任何一组服务器失效时，系统可以把相关切换到该全局备份服务器上，利用该全局备份服务器临时充当对应服务器，保证服务继续进行。同时该服务器还起到了容灾备份的作用，该服务器组可以放置到其他楼层的其他房间或另外的建筑中，起到灾备的作用，以满足广电总局的相关要求。

2.3.5 虚拟存储构架

VMware vSphere存储架构由各种抽象层组成，这些抽象层隐藏物理存储子系统之间的差异，并管理它们之间的复杂性，如图5。

图5　VMware vSphere虚拟存储架构图

对于每个虚拟机内的应用程序和客户机操作系统，存储子系统显示为与一个或多个虚拟SCSI磁盘相连的虚拟SCSI控制器。虚拟机只能查看和访问以上类型的SCSI控制器。这些控制器包括BusLogic Parallel、LSI Logic Parallel、LSI Logic SAS和VMware Paravirtual。虚拟SCSI磁盘通过数据中心的数据存储元素置备。数据存储就像一个存储设备,为多个物理主机上的虚拟机提供存储空间。多个数据存储可以聚合到一个名为数据存储群集的逻辑、负载平衡池中。每个数据存储都是存储设备上的物理VMFS卷。NAS数据存储是带有VMFS特征的NFS卷。数据存储可以跨多个物理存储子系统。单个VMFS卷可包含物理主机上本地SCSI磁盘阵列、光纤通道SAN磁盘场或iSCSI SAN磁盘场中的一个或多个LUN。添加到任何物理存储子系统的新LUN可被检测到，并可供所有的现有数据存储或新数据存储使用。每个虚拟机可作为一组文件存储在数据存储中的目录中。与每个虚拟客户关联的磁盘存储是客户机目录中的一组文件。可以作为普通文件在客户机磁盘存储上进行操作。可以复制、移动或备份磁盘存储。可向虚拟机添加新虚拟磁盘，而无需关闭虚拟机电源。在这种情况下，系统将在VMFS中创建虚拟磁盘文件（.vmdk），从而为添加的虚拟磁盘或与虚拟机关联的现有虚拟磁盘文件提供新存储。

2.3.6 虚拟化环境的搭建

本系统中为了对服务器虚拟架构进行有效的管理和监控，方案中采用配置一台独立的Windows 2008 R2服务器来作为vSphere套件中的vCenter服务器。vCenter服务器为整个环境提供了集中化管理。另外5台服务器上配置VMware esxi 5。在5台服务器上虚拟出13台服务器，由于采用VMware HA的方案，所以每种服务器只虚拟一台，当承载该虚拟服务器的物理服务器失效的时候，在vCenter Server的控制下，系统将在另外一台物理服务器上自动重启该虚拟服务器，从而实现系统的高可用。在5台服务器上安装VMware esxi 5设置账号及网络（安装过程中注意vCenter Server所需的端口，要为端口80解决IIS和vCenter

Server之间的冲突问题及防火设置问题）。在vmware client中设置虚拟中心，建立虚拟集群，加入5台服务器。Vcenter server会聚合5台ESXI主机所有的CPU、内存、存储和网络资源，根据不同的需求建立相应的资源池。从而可以动态灵活地将这些资源池提供给虚拟机。

3 总结

虚拟化广播网络在实施过程中建立配置网络和存储，建立集群框架是一个非常复杂的过程，如果配置不当，会影响整个系统的稳定性。设计和实施过程必须保证存储设备的安全，如果存储出问题将带来灾难性的后果。虚拟服务器整合了物理资源，减少了物理服务器的数量，明显提高了物理服务器的利用率，降低了硬件成本和运维成本。采用虚拟机高级功能，使系统和硬件分离，提高了系统的安全性、可靠性。通过vsphere的搭建，可以为将来向云计算过度。

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