浅析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。
表１
图１
图２
图３
图４
图５