单网NAS存储在广电播出领域的应用

　　【摘要】随着IT和视频技术的高速发展，国内广电传媒行业的各种应用系统不断向网络化、数字化发展，许多采用新技术的软件和硬件设备在广电行业的各种系统中得到了充分适用。基于此，本文介绍了单网NAS存储在播出系统中的不同应用，以及其特有的优势。

　　【关键词】播出 单网NAS存储 二级存储 安全稳定性 灾备

　　一．概论

　　近年来，随着IT技术日新月异的发展，特别是万兆以太网技术的成熟、芯片处理能力的提升、iSCSI等相关标准的制定，一种面向视音频应用的基于纯以太网的单网架构解决方案开始出现，并已经在国内外诸多项目中得到了应用。这种基于单网的解决方案的特点是，所有客户端工作站或服务器均通过千兆以太网访问共享的存储池；在存储服务器端，根据技术的不同，可能会保留一个小规模的SAN网络用于核心设备之间的高速连接。这种架构消除或减少了系统对FC接入点的需求，并且通过一定的技术手段保证了客户端访问的带宽和效率，同时通过大量引入成熟的以太网技术简化了管理和维护，从而大幅度降低了系统的总体拥有成本。

　　播出系统作为广电系统中非常特殊的一环，除播出服务器以及核心周边设备外，二级存储在数字化、网络化、高清化的发展背景下，将起到越来越重要的作用。随着存储技术和以太网技术的发展，二级存储设计已陆续抛弃光纤SAN架构而以单网NAS架构为主，以下将从NAS和SAN存储架构对比分析、NAS在播出二级存储系用中应用以及后续发展前景等几个方面进行探讨。

　　二．单网NAS存储与双网SAN存储对比分析

　　1.什么是SAN

　　SAN（Storage Area Network）存储区域网络，通过连接设备（光纤/以太交换机等），将磁盘阵列等存储设备与相关服务器连接起来的高速专用网络。本质是网络。

　　三要素：（1）连接设备：光纤/以太交换机、光纤/以太线缆；（2）存储设备：SAN磁盘阵列；（3）文件系统：文件系统是操作系统用于明确磁盘或分区上文件的方法和数据结构（常用的有stornext/sanergy等），简单来说，就是告诉盘阵读写的是什么，如何读写的交互系统。

　　此时，我们称存储设备为数据块级存储，对客户端来讲盘阵存储的内容是逐个数据块，数据块组成的具体内容由元数据服务器提供的文件系统记录。

　　SAN系统应用架构（以stronext文件系统为例）

　　2.SAN架构下客户端读写过程

　　NAS（Network Attached Storage）网络接入存储，通过网络交换机等连接存储系统和服务器主机，建立专用于数据存储的存储私网，其本质是存储设备。

　　两要素：

　　（1）连接设备：光纤/以太交换机、光纤/以太线缆

　　（2）存储设备：NAS磁盘阵列

　　不需要额外的文件系统，专用文件系统集成在磁盘阵列上。

　　此时，我们称存储设备为文件级存储，对客户端来讲盘阵存储的内容是文件，可直接共享使用。

　　4.NAS系统应用架构（以NetAppNAS存储应用为例）

　　5.NAS架构下客户端读写过程

　　·操作平台支持，文件数据共享：由于删减了自身操作系统的多余功能，NAS设备比一般服务器能连接更加多种类的操作系统。NAS运行自己的操作系统，它不要求特定的客户端支持，即可供Windows、UNIX、Linux、Mac等操作系统访问，各操作平台间可实现无缝数据传输。

　　·SAN的先天性缺陷就是数据共享能力差，如果要实现多台机器共享数据，需要Sanergy、Stornext等软件的支持，而且管理信息也需要通过IP网络进行传输，而且不支持迁移等操作。

　　·架构易用性：NAS存储基于以太网架构，存储设备只需要接入原有的以太网络即可，整体为简单的单网结构，便于维护管理。SAN架构则需要在现有的以太网络上重新构建FC网络，使得企业内部存在多网结构，相对复杂。

　　·安全性：NAS为网络存储设备，作为单一存储设备而言，构建时只需将相应站点通过网络连接存储即可，系统简单，安全性高。SAN则为存储网络，配置SAN网络需要在相应应用客户端安装文件系统软件，软件的故障将导致客户端无法访问存储设备，且存在元数据服务器这单一故障点，若其宕机故障将导致整个系统均无法正常工作，安全性较低。

　　·管理应用：NAS采用一个面向用户设计的、专门用于数据存储的简化操作系统，内置了与网络连接所需的协议，因此使整个系统的管理和设置较为简单。同时集中式数据存储将客户工作站上的数据冗余降低到最小，简化了数据管理，确保了更强的数据保护能力。NAS提供一个集中化的控制台，使得文件系统的管理更加高效。

　　·SAN网络架构采用裸磁盘阵列作为数据存储设备，结合元数据服务器和在应用站点上的文件系统实现网络存储应用，因此其需要管理多个设备、系统，包括存储设备配置、元数据服务器及站点文件系统等系统和软件。

　　·应用效率：NAS设备消除了通用文件服务器在文件存取过程中的性能瓶颈。因为NAS使用的是为文件服务特制的操作系统，它将通用服务器从繁重的文件服务操作中解脱出来，提高了通用服务器的利用率。

　　·SAN架构需要在所有应用站点上安装相应的文件系统，而且所有站点和存储设备需要由同一的元数据服务器调度，因此在很大程度上降低了服务器的应用效率。

　　·可扩展性：NAS的高性能和低延迟设计，使得它能够针对不同的使用特征和商业应用类型进行部署，具有良好的可扩展性。

　　·成本：NAS架构基于以太网络构架建设，采用相对便宜的以太交换机、电缆等。而SAN基于光纤网络架构，需要采购昂贵的光纤交换机、文件系统软件、光纤板卡等，建设成本高。

　　NAS架构基于以太网络构架建设，采用相对便宜的以太交换机、电缆等，且万兆以太网的可平滑升级保护了用户的投资，以太网的改进始终保持向前兼容，使得用户能够实现无缝的升级，一方面不需要额外的投资升级上层应用系统，也不影响原来的业务部署和应用。。而SAN基于光纤网络架构，与以太网交换机相比，相同端口数的FC交换机的价格会高出几倍甚至十几倍；而在主机端安装FCHBA卡、为工作站铺设光纤等同样价格不菲。在视音频系统中，经常需要十几台甚至几十台、近百台工作站和服务器同时通过FC接入网络，这就造成系统成本的急剧上升，对比可参考下表，30站点网络NAS应用及SAN架构成本对比。

　　三.播出系统单网存储应用模式分析

　　随着I T技术的迅速发展，广电播出技术逐渐由模拟向数字化、信息化、网络化提升，之前的手动播出、半自动播出等模式已经被硬盘自动播出所取代。尤其是近些年来高清码流节目和全台多系统网络化交互的普及，对二级存储的安全稳定性、易接入性、高带宽性能、易扩展性提出了更多的要求。

　　1.播出二级存储系统的重要作用

　　作为大容量的磁盘阵列，二级存储可以根据需要设计存储时间长达几个月，满足大容量素材的存储、再利用，省掉了相同素材重播时反复上载的工作量；·素材在二级存储和播出服务器之间的迁移速度要远远大于1：1的上载速度，满足应急播出和临时更换节目的需要；·指定迁移策略，使素材的迁移过程在系统空闲时执行，不会占用播出系统的网络资源，保证网络的稳定安全性；·真正做到素材向主备播出服务器的同时传输，摒弃了服务器上载时由主到备的拷贝过程；·为其他业务网络开通了一个文件化传输的平台，实现素材的交换和共享，同时也将播出服务器和其他网络分离开来，不会对硬盘播出有任何威胁；·网络连接对设备的物理位置没有任何要求，可以在任何地方进行素材的上载传输；·相对服务器的本地存储有较低的成本。

　　2.播出二级存储系统的产品选型

　　作为播出系统中的核心设备之一，二级存储必须具备以下特点，以满足系统的高安全性、高性能等需要。

　　（1）架构简单，方便维护

　　NAS存储基于以太网架构，存储设备只需要接入原有的以太网络即可，无需部署文件系统等第三方软件，整体为简单的单网结构，便于维护管理。

　　（2）安全性高，稳定可靠

　　NAS为网络存储设备，作为单一存储设备而言，构建时只需将相应站点通过网络连接存储即可，系统简单，安全性高。

　　（3）扩展性强，无缝升级

　　NAS设备扩容时，直接增加磁盘柜即可，在线即可实现容量和性能的双向提升。

　　（4）高性能、高带宽

　　万兆网的普及以及存储技术的发展，使得NAS设备可以满足高清清各种情况的应用，具备很高的性能和带宽。

　　（5）售后响应及时

　　选择国际大厂商，售后维护有保障。

　　3.播出二级存储系统的不同应用模式

　　不同区域电视台，根据业务的不同，使用差异性的二级存储应用模式，以下参考全国各地电视台播出系统二级存储应用，总结其模式如下：

　　（1）高性能单二级存储模式

　　采用万兆网（或千兆以太网）的高性能单二级存储，优点是架构简单、投资较少、素材传输链路少，缺点是没有备二级存储，系统存在单点故障。

　　（2）异构双二级存储负载均衡模式

　　采用万兆网（或千兆以太网）不同品牌的两套二级存储，可以负载均衡或者互为主备来应用。当其中一套存储出现故障后，另一套存储完全接管其工作。该模式优点是系统不论是在架构上还是在产品特点上均无单点故障，享受不同品牌二级存储A、B带来的多样化特性，缺点是维护工作增多。

　　（3）全镜像主备双二级存储模式

　　采用万兆网（或千兆以太网）相同品牌、相同型号的两套二级存储，可以负载均衡或者互为主备来应用。当其中一套存储出现故障后，另一套存储完全接管其工作。该模式优点是系统无单点故障，维护简单，较为灵活，无明显缺点，这也是目前使用最多的一种模式。

　　（4）主备高低配二级存储模式

　　采用万兆网（或千兆以太网）相同品牌、不同型号的两套二级存储，其中高配二级存储为主，低配二级存储为备。当主二级存储出现故障后，备二级存储接管工作。该模式优点是系统无单点故障，性价比高，成本低。缺点是当出现故障后，备二级存储接管工作，受其性能限制。

　　（5）前、后端高低配二级存储模式

　　前、后端高低配（相同品牌或不同品牌）二级存储模式，前端根据频道或其他条件，采用多个低配二级存储分别负担一部分频道的工作，后端使用高配二级存储负担所有频道的工作，模式比较灵活，可以互为主备。这种模式在多高清频道情况下具备很大的优势，无单点故障，性价比高，合理满足高容量高带宽的需求，成本相对较低。

　　四.灾备系统单网存储应用分析

　　播出系统的特殊性和高安全性，使得很多电视台在系统建设时，考虑增加同城异地灾备设备，来提升播出系统的整体安全，避免因自然灾害、电力等不可抗因素导致长时间播出事故。单网存储极强的接入性，以及云存储技术的发展、成熟，使得它在灾备系统中具备很大的优势。这里以NetApp存储为例，提供两种灾备系统方案。

　　方案一：现有播出系统和灾备系统之间网络互通，现有播出系统核心存储节点和容灾播出系统存储节点形成统一的云存储平台，但各自拥有独立的命名空间。利用云存储极强的数据流通性，快速完成两个存储节点之间的数据交互（以现有播出系统存储节点传输至灾备系统存储节点为主）。

　　方案二：现有播出系统和灾备系统之间网络互通，现有播出系统核心存储节点和容灾播出系统存储节点独立使用。基于NetAPP成熟的快照等备份技术，通过存储同步技术如snapmirror进行两个数据节点的数据同步，可以设置策略达到实时同步镜像、非实时异步镜像等多种方式，快速完成两个存储节点之间的数据交互（以现有播出系统存储节点传输至灾备系统存储节点为主）；还可以通过NDMP备份协议，将现有播出系统的存储节点通过FC光纤链路直接归档到磁带库中保存，实现D2D2T的全备份。

　　五.总结

　　本文简单介绍了单网N A S存储在广电播出系统中作为二级存储的多种不同应用以及其优势，为播出系统改造或新建过程中二级存储的选型和应用提供一定的参考。电视播出作为广电行业中非常特殊的一个环节，其安全性体现在系统中的每一部分，要求我们必须科学、全面、细致地考虑整个设计方案，二级存储的应用也不例外。随着越来越多I T技术的引入，必将有更多、更好的二级存储应用方案涌现出来，为播出系统整体运行的安全稳定，提供坚实的保障

　　文/刘洪春 贵州广播电视台