非线编及硬盘播出网络中SAN技术应用

【51CTO.com独家特稿】传统的计算机网络系统，基本都是以服务器为中心的处理模式，存储设备(包括磁盘阵列、磁带库、光盘库等)作为服务器的外设使用，当服务器之间交换数据或向磁带库备份时，都是通过局域网(LAN)进行，这将占用大量的网络开销，严重影响网络的性能。传统的存储设备一般都是SCSI接口，其带宽在40MB/S左右，传输较慢。这样，针对目前的网络环境，下列需求越来越迫切:

(1)能够共享的大容量、高速度存储设备

(2)不占用LAN资源的大量数据传输和备份，这就需要网络存储。这种网络不同于传统的局域网和广域网，它是将所有的存储设备连接在一起构成存储网络。目前技术的发展已为构建这种存储网络提供了可能，即光纤通道(Fibre Channel)的存储设备(千兆速度的存取)。光纤通道的Switch等设备的出现将存储领域推向了网络化的新阶段，产生了存储区域网(Storage Area Network)。

一、存储区域网的概念

存储区域网(SAN)指的是通过一个单独的网络(通常是高速光纤网络)把存储设备和挂在TCP/IP局域网上的服务器群相连。当有海量数据的存取需求时，数据可以通过存储区域网在相关服务器和后台存储设备之间高速传输。

SAN以光纤通道(FC)为基础，实现了存储设备的共享;突破现有的距离限制和容量限制;服务器通过存储网络直接同存储设备交换数据，释放了宝贵的LAN资源。

二、存储区域网的结构

从物理的角度看，存储区域网包括以下四大类的组件:终端用户平台、服务器、存储设备与存储子系统、网络连接设备。

一般而言,网络拓扑是基于传统LAN或WAN的技术，它提供终端用户与服务器间的连接，但是，在特殊要求下，终端用户的设备可直接连接光纤存储区域网提供的存储设备。

服务器可以单独的或者以群集的方式接入存储区域网。

存储子系统通过光纤集线器、光纤路由器、光纤交换机等不同的连接设备构成光纤通道网络，与服务器、终端用户设备相连。

从逻辑的角度看，一个存储区域网包括存储区域网组件、资源以及它们间的关系、相关性与从属关系;存储区域网的组件间的关系并不受物理连接的限制。

在存储区域网的管理中，逻辑关系起着一个重要的作用。在存储区域网中的重要逻辑关系包括:存储子系统与连接件的逻辑关系;存储子系统间的逻辑关系;服务器系统与存储子系统(包括适配器)的关系;服务器系统与终端用户的组件的关系;存储子系统与终端用户的组件的关系;服务器间的关系。

三、存储区域网的功能

存储区域网(SAN)具有如下功能特点:

1.可实现大容量存储设备数据共享

在目前的计算机应用中，要求的存储量越来越大。如数据库中存储了大量的图片文件，网络服务中存储了多个用户的多种数据，视频制作中有大量的声音和图像文件等等都需要百个GB甚至几个TB的磁盘存储容量。SAN提供了大容量存储设备共享的解决方案。

2.可实现高速计算机与高速存储设备的高速互联

计算机的主频每年都要翻一倍，内存容量和存储设备容量也在不断提高，这就要求存储设备的传输速度必须适应计算机整体性能，光纤通道正是为了打破这一瓶颈提出来的。SAN采用光纤网，不但提供了主机和存储设备之间Gigabit/s 的高速互联，而且在设备数量(可达数十个)和传输距离上(可达10千米)有较大提高。为基于Client/Server或 Internet/Intranet结构的大容量数据的频繁访问及快速处理，奠定了完备的物理基础。

3.可实现灵活的存储设备配置要求

主机和存储设备的分离是当今计算机发展的一大趋势。这主要是由于存储容量的不断提高，存储设备已不再是某个计算机的外设，而是很多计算机的共享设备。采用SAN技术传输距离可达10千米。通过FC—AL的Hub和Switch可以建立星型连接。在SAN上的设备、主机、存储设备和磁带设备，不但在物理位置安排上十分灵活，而且可以将不同用途的设备划分为不同的区，分别建立虚拟专用网，使得主机访问SAN上的存储设备十分方便。

4.可实现数据快速备份

数据备份对于大型存储设备是非常必要的，由于重要的数据都在存储设备中，数据丢失会造成不可估量的损失。所以在数据库的应用中，进行数据备份是必要的日常维护工作。传统的数据备份有两种方式，一种数据备份是通过数据镜像的方法，将一个存储设备通过LAN/WAN镜像到另一个存储设备，在一个存储设备上的数据修改要及时传输到另一个存储设备上，极大地增加了LAN的负担。另一种数据备份是通过磁带，备份时占用大量的LAN资源，而且需要进行多个小时才能完成，且存储量越大备份的时间就越长。SAN提供了理想的快速备份工具，如果两个存储设备(如一个磁盘阵列，一个磁带库)都在SAN上，进行数据备份式镜像十分理想，可不占用LAN/WAN的带宽，直接通过SAN存储网络进行备份。如果进行磁带备份，还可以将要备份的设备隔离开来，不受其它设备干扰，完全实现LAN free Backup.

5.可以兼容以前的存储设备

新建立的SAN不但可以连接光纤通道设备，而且可以连接SCSI设备。有两种类型的Bridge可以将SCSI存储设备，如外接磁带、磁盘阵列和磁带机及带库连接到光纤通道SAN上。这样保护了用户以前的投资。

6.提高了数据的可靠性和安全性

数据的可靠性和安全性，在当前的应用中显得十分重要。存储设备中的单点故障可能引起巨大的经济损失。在以前的SCSI设备中，SCSI的损坏可能引起多个存储设备失效。在SAN中可以采用双环的方式，建立存储设备和计算机之间的多条通路，提高了数据的可用性。建立虚拟专用网络可以提高数据的可靠性和安全性;同时在SAN中也可以通过建立双机容错、多机集群，实现RAID校验等方式进一步保证数据的安全性和作业的连续性。

四、存储区域网在电视台非线性编辑网络及硬盘播出网络中的组网技术

在电视台非线性编辑网络及硬盘播出网络系统中，网络实现素材、控制指令在硬盘、上载及视频服务器之间的传输，这实际上是一种实现计算机与存储器之间互连的存储区域网，它是结合了I/O通道技术、大容量存储器特点的一种新型网络结构。

存储区域网具有以下鲜明的特点:高带宽、模块化可扩展结构、高可靠性和容错能力、易管理、易继承、低造价。消除了服务器处理瓶颈，可用带宽接近实际的网络传输带宽，适合大数据量传输、实时数据处理，是为解决存储问题而提出的，它为利用网络来实现电视节目存储、制作、播出、管理的一体化提供了技术。

实现存储区域网主要有FC、千兆以太网和ATM等技术。

ATM侧重于恒定带宽和固定时延，主要用于广域网。

千兆以太网采用交换技术后，每个端口数据传输接近1Gbps。通过RSVP来保证在建立连接后提供稳定的带宽，以确保视频数据稳定传输，但RSVP 不一定能保证带宽，对于关系到播出的播出视频数据传输，必须以可靠稳定带宽作保证，显然由RSVP提供带宽的千兆以太网，不能满足于播出的视频传输要求，主要作为局域网LAN的选择。

FC提供高性能传输和高带宽的可视化计算适用于CPU、海量存储器互联的分布式计算机系统，提供类似I/O的带宽和并行处理能力，其数据传输速度可以达到1.06 Gbps。FC由于其实际协议的低消耗，其实际可用带宽几乎接近于实际数据传输带宽，并且具有扩展带宽的潜力，已成为SAN的事实标准。但在现有FC基础上，目前无法达到基本安全管理要求。

由于FC在网络管理方面还不成熟，难以满足实际工作的要求。而在目前最为成熟的以太网上，系统管理比较完善，价格也比较低廉。所以在电视台非线性编辑网络及硬盘播出网络系统可采用FC与以太网结合，利用FC传输视音频信号，用以太网传送控制信号。

由于电视台的非线性编辑网络及硬盘播出网络具有数据量大、带宽要求高、实时性强、数据安全敏感等特征，以传统的计算机局域网(LAN)与存储区域网相结合的双网结构已成为电视台非线性编辑网络及硬盘播出网络的流行构架。随着计算机和存储技术的发展，存储区域网将在电视领域中发挥更多的作用。