NAS、iSCSI、NAS+SAN在视频行业的应用

NAS、iSCSI、NAS+SAN简介

NAS是特制的网络文件系统服务器，其优点包括系统的易用性和可管理性，数据共享颗粒度细，共享用户之间可以共享文件级数据，NAS所支持的网络文件协议包括NFS和CIFS。
NAS与SAN各有优缺点。特别值得一提的是，这两种技术是互补的，因此二者的融合就显得非常必要了。在二者直接结合中，NAS Head被视为最明显和简单的技术融合。
在 NAS+SAN系统中，前端是一些NAS Head服务器和使用SAN存储设备的服务器，NAS Head对外提供NFS和CIFS协议接口和管理服务。但与传统的NAS系统不同，该系统中NAS Head不使用本地存储设备而使用SAN存储设备对外提供文件服务。这种融合方式在一定程度上解决了NAS与SAN系统的存储设备级的共享问题，但在文件 级的共享上与传统NAS系统一样具有可扩展性问题。因为当一个文件系统负载很大时，NAS Head很可能成为系统瓶颈。在核心存储带宽允许下，可以通过增加多个NAS Head来提升性能。
所谓iSCSI，即通过IP网络，将 SCSI块数据转换成网络封包的一种传输协议，该协议被用于服务器(Initiator)、存储设备(Target)和协议传输网关设备。它和NAS一样 通过IP网络来传输数据，但在数据存取方式上则采用与传统NAS不同、却与FC-SAN相同的块协议(Block Protocal)。与Fiber Channel一样，iSCSI也属于SAN大家庭中的一员。
iSCSI Initiator可分为三种，即软件Initiator驱动程序、硬件的TOE HBA卡及iSCSI HBA卡。就效能而言，Initiator驱动程序最差、TOE居中、iSCSI HBA卡最佳。但是，iSCSI HBA只能接受iSCSI协议，而无法通过NFS或CIFS等档案系统协议与应用服务器沟通。Initiator驱动程序及TOE则同时支持iSCSI、 NFS及CIFS三种协议。

NAS+SAN与iSCSI比较

针对目前视频行业的应用，怎样对网络结构进行选择是一个 课题。目前电视台节目生产主要是对视音频流的采、编、播，核心应用要求带宽高、传输速度快；而各电视台对视音频的处理都较为集中，基本不需要远程处理数 据。核心存储一般都采用FC-SAN的构架，而边缘存储可以利用iSCSI或NAS Head技术实现二级存储的构架。
从图1及附表可以看 出，NAS Head没有单点故障，可以实现负载均衡，而iSCSI有单点故障；对于客户端设备方面来讲，后者对配置要求高，另外需要iSCSI卡或者使用软件驱动和 网络加速卡，因而成本高；在使用中，iSCSI环境需要客户端共享软件，NAS环境则不需要，因而扩展NAS客户端时费用低；从目前应用情况看，NAS Head在各行各业已获得广泛应用，而iSCSI还处在测试应用阶段。
在标准结构中，这两种方式都可以采用SCSI阵列作为首选的配置，如图2所示。
这种结构在性能上，区别仅在于TCP/IP和iSCSI协议及服务器配置上的性能差异。
在扩展性方面，有两种情况：
1. 在多主机的情况下，NAS结构除了具有标准配置时的优势外，还可以根据用户需求，增加NAS Head提供更高的带宽。而iSCSI也可以做扩展，但是投资大，表现在两个方面：一是iSCSI的结构中，存储服务器和iSCSI适配卡成本高，而且要 增加存储共享软件；二是客户端同样需要增加iSCSI适配卡，而且性能要求比NAS要高。
2. 在存储扩展方面，iSCSI存储服务器虽然一般提供单口的FC接口连接阵列，但由于内部总线带宽限制而成为整个存储网络的瓶颈，使得其容量增大但性能并没 随之提高。为了提高性能，必须增加iSCSI存储服务器的数量。而在NAS Head架构中，扩展阵列简单，只需要在SAN中增加阵列，便可增加存储容量，通过增加NAS Head的数量，便解决了总线瓶颈问题，提高了客户端的访问性能。采用NAS Head架构，其性价比明显高于采用iSCSI的。如图3所示。
现 在我们来分析当客户端数量不断增加时，两者的费用如何发生变化。假设服务端费用相同(实际上iSCSI服务端的费用比NAS Head的费用高很多)。在iSCSI结构下，客户端费用由三部分组成：主机、iSCSI适配卡和客户端软件，其中主机所占比例较小，对每客户端，假设为 1万元，而后两者之和为1.5万。在NAS结构下，客户端费用由主机组成，同样假设每台价格也为1万元。从图4可以看出，当客户端数量不断增加 时，iSCSI结构下客户端的费用与NAS结构下相比成倍增加。

NAS+SAN的融合解决方案

综上所述，采用 (NAS Head作为NAS服务器的控制端，它可以直接或通过SAN光纤通道连接到后端的存储系统上，而无需依赖该服务器的内部存储，为其提供高性能、大容量、高 可用性的存储后端。这样的解决方案充分利用了用户在企业级存储系统或SAN设备上的原有投资，运用经济实惠的以太网接入方式来提供可扩展的高性能文件访问 服务。应用NAS Head的解决方案，为规划存储增长带来了极大的灵活性，大幅提升了存储系统利用率，充分发挥了存储系统和存储管理软件的作用。该解决方案能大幅简化数据 管理，显著提升数据保护性能与灾难预防能力，从而大大降低运营成本。
NAS+SAN方案应用于非编网络系统，可以保持既有的FC-SAN的存储 环境，既可以支持当前高性能有卡工作站、合成工作站等，也可以支撑未来包括HDV在内的高清应用。随着CPU+GPU技术在非编系统中应用的成熟，非编软 件对硬件板卡的依赖性已经越来越低，由于可利用本地缓存，非编软件的运行对网络带宽的需求明显降低(只需在单位时间内确保平均带宽)，这使得网络环境中较 为昂贵的FC设备有可能被IP网络设备所取代，用来支持无卡非编应用。这样可兼容已有系统，保护投资。
在NAS+SAN方案里，利用FC-SAN的存储作为NAS矩阵的后台存储，通过存储访问共享软件使多个NAS Head形成一个NAS存储池，提供IP基存储网络，从而满足无卡非编等应用要求，让有限的存储带宽为更多的客户机所使用。
NAS+SAN 的架构是对SAN存储在一个IP网络上的扩展，我们需要诸如CXFS、SNFS、Polyserve Matrix等共享文件系统，因而将多个NAS Head组成一个矩阵来提供存储链路带宽。目前每个NAS Head(单端口)能够支持8台以上双码流编辑站点，通过增加NAS Head数量便可增加站点数量。在SAN存储带宽的许可下，NAS Head数量可无限扩展。所以说，在NAS+SAN的环境下存储扩展是极方便的，无须更改原来SAN的网络构架。

小结

从 目前情况看，选择NAS+NAS方式来构架CPU+GPU网络，成本更低，网络资源分配更合理，与原有的双网结构融合更紧密；同时，也是全台网络解决方案 中不可或缺的部分。NAS与SAN融合，使网络具有较强的扩展能力，是主流的发展方向。当然，iSCSI作为存储发展的一种趋势，技术也会越来越成熟，各 大厂商对其软硬件及协议的支持将更加广泛，一旦10Gb/s以太网络普及，iSCSI就可能以10Gb/s的高速狂飙，甚至比FC SAN的新版本——4Gb/s还要快，完全能够满足视频行业的需求。由于iSCSI是通过无处不在的IP网络来传输数据，所以理论上传输距离是无限的，这 对于异地数据的传输及灾难备份等应用相当有利，但目前基于1000Mb/s的iSCSI还难以满足视频应用的需求。

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