网管实战：升级小型NAS系统为IP SAN

电视新闻制作中非编制作网就是在新闻节目的制作和播出环节中，一个基于新闻采集、数据传递、非线性编辑制作、多频道硬盘播出的数字制播网络，能够方便地传输视频、文稿和其它各类数据，无需素材上载和，可通过桌面编辑，实行节目的无磁带播出，增强了新闻的时效性，便于新闻的滚动播出。

　　整个非编制作网由多个编辑工作站和中心存储构成。每个编辑工作站按照采集成50Mbps码率、MPEGII格式的素材，每台工作站在节目上载期间将占用的带宽为6.25Mbps。进行编辑或下载时调用完成的故事板文件，按照编辑2轨50Mbps码率MPEGII格式的素材计算，每台将占用的带宽大约为12.5Mbps。如果有10个编辑工作站，在上载素材时，大概需要占用带宽62.5Mbps。在进行编辑时，大概需要占用的带宽为125Mbps。

　　从上可以看出，电视的非编制作网对每个编辑工作站读写速度要求非常高。过去，编辑工作站与中心存储之间采用FC网。由于FC架构成本昂贵，而且需要重新搭建FC网，成了很多电视台上非编制作网的一个很大的障碍。而NAS结构简单易用，成本也低，但是读写速度慢而且不稳定。在6-8台编辑工作站中实际运用过，经常出现停顿现象，编辑起来很不顺手。为了改变这种状况，需要对系统进行升级改造。通过综合比较，决定采用iSCSI技术改造现有系统。

　　iSCSI技术具有易于安装、成本低廉、不受地理限制、良好的互操作性、管理方便等优势。iSCSI协议定义了在TCP/IP网络发送、接收block（数据块）级的存储数据的规则和方法。发送端将SCSI命令和数据封装到TCP/IP包中再通过网络转发，接收端收到TCP/IP包之后，将其还原为SCSI命令和数据并执行，完成之后将返回的SCSI命令和数据再封装到TCP/IP包中再传送回发送端。而整个过程在用户看来，使用远端的存储设备就像访问本地的SCSI设备一样简单。

　　就目前的传输速度而言是FC（2Gb）最快、iSCSI（1Gb）次之，NAS居末。基本上，FC及iSCSI的Block Protocol 会比NAS的File Protocol来得快，这是因为在操作系统的管理上，前者是一个“本地磁盘”，后者则会以“网络磁盘”的名义显示。所以在大量数据的传输上，iSCSI绝对会比NAS快得多。实测IP SAN数据传输速率在80-90MB/s 左右，如果是全双工模式的千兆，可以达到160MB/s左右。

小型NAS系统的升级改造

　　利用现有的NAS存储网络搭建IP SAN是极其简单的。与NAS的存储相同，它们都采用IP网络的现有成熟架构。所以可延用既有成熟的网络管理机制，不论是建置、管理或维护上，都非常方便及容易。我们搭建一个最简单的基于iSCSI技术的IP SAN，如图1。

　　图1为比较简单的IP SAN结构图。例子中使用千兆以太网交换机搭建网络环境，由非编工作站、文件和磁盘阵列及磁带库组成。图1使用iSCSI HBA（Host Bus Adapter，主机总线适配卡）连接服务器和交换机。为强调HBA卡，特意另外画出标明。iSCSI HBA包括网卡的功能，还支持OSI网络协议堆栈以实现协议转换的功能。

　　注意：如果不用HBA卡，也可以用实现SCSI协议和TCP/IP协议之间的转换。但这比较消耗CPU资源。如果采用软件，服务器配置建议采用双CPU。在IP SAN中还可以将基于iSCSI技术的磁带库直接连接到交换机上，通过存储管理软件实现简单、快速的数据备份。

整合FC和IP应用

　　实际应用中，需要在保证成本的前提下，满足高可用性及高性能需求。需要扩展已经有的FC存储网。如果在FC基础上扩展，成本较高，而且需要重新拉光纤。可以利用现有的IP网络扩展应用。在服务器、存储端，都可以通过高可用集群的方式实现高可用性，同时可以体现出光纤通道在处理关键数据时的高性能。

　　在数据安全性方面，存储如Cisco的SN 542X系列，提供在光纤通道交换机中普遍使用的逻辑单元号（LUN）映射功能，可以控制对特殊LUN 的目标的访问，因此，可以定位目标中的重要数据，保证具有特殊权限的用户访问。如果用户对扩展性及高可用性有需要，Cisco存储路由器还可以通过堆叠的方式连接几台路由器，以满足用户要求。

　　图2为用iSCSI路由器整合光纤通道网络和IP网络的结构图，将光纤通道存储网络和iSCSI网络通过一台路由器整合起来，提供现有局域网（LAN）与FC SAN设备之间的互操作性。可以实现以下三点：通过iSCSI、光纤两种方式都可以访问IP 网络中通用的存储设备；通过IP网络访问FC SAN中的存储设备；改善存储资源的可管理性及可用性。

远程备份应用

　　在实际应用中，中心存储中的素材是电视台的生命。为了保证数据安全和可靠，远程备份和数据容灾非常重要。我们可以在各电视台之间建立素材共享和互相备份库。传统光纤通道SAN的操作距离在10-20km之间，因此要实现真正的远程备份、异地容灾还是具备一定的地理局限性。互联网的发展，为远程备份提供了新的思路。可以使用远程文件共享，但是速度和安全性都不是非常理想。iSCSI技术为此也提出了新的解决办法。

　　如图3所示，基于iSCSI 技术实现IP SAN，同时通过IP 广域网络实现远程备份。在这个例子中使用通用的IP网络合并、扩展SAN，具备极高的性价比配置，可以实现远程备份、数据容灾和镜像等功能，同时还可以对远程存储进行实时编辑工作，当然这个实时编辑的前提是带宽足够。

　　此配置的特点为：

　　◆ IP SAN通过IP广域网实现与远程存储设备的连接。

　　◆ iSCSI服务器和存储通过高性能iSCSI HBA卡连接到IP网络。

　　◆ IP交换机互联iSCSI系统。

　　以上应用，安全问题是大家非常关心的。在NAS系统中的远程文件共享，我们大多利用TCP/IP网络提供的安全策略保证安全，比如可以利用TCP/IP网络连接本身提供的高级服务及安全特性。IP网络对于安全提供了广泛的解决方案，如事物处理优先级、MPLS、RSVP等。就安全性而言，IP协议提供ACLs、VLANs、IPSec 及高级数据编码规则等方案。最安全的当然是使用专有的网络以保证与其他事务处理分开，通过物理方式将数据传输完全隔离于公用网络之外，且可以保证不会引起网络阻塞导致性能瓶颈。除了以上策略，iSCSI协议本身也提供了QoS及安全特性，首先就是登录操作顺序，可以限制仅向列表中的目标发登录请求，再由目标确认并返回响应，之后才允许通信；其次就是通过IPSec将数据包加密之后传输，包括数据完整性、确定性及机密性检测等。