技術(shù)能手大賽輔導(dǎo)3_Password_Removed

1、電 視 臺 網(wǎng) 絡(luò) 制 播 技 術(shù)中 國 傳 媒 大 學(xué) 楊 盈 購PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 1 1第四部分電視臺網(wǎng)絡(luò)制播相關(guān)知識、電視節(jié)目制播網(wǎng)絡(luò)的需求 二、硬盤存儲技術(shù) 三、存儲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 四、電視臺制播網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 2 2一、電視節(jié)目制播網(wǎng)絡(luò)的需求(-)

2、電視制播網(wǎng)絡(luò)的特點電視制播網(wǎng)絡(luò)專指電視臺節(jié)目制作與 播出的網(wǎng)絡(luò)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要功能：實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的資源共享；使用遠(yuǎn)程資源成為可能；均衡負(fù)載、相互協(xié)作。3 3PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 電視臺的網(wǎng)絡(luò)化改造包括電視臺的管 理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、電視節(jié)目制作和播出網(wǎng)絡(luò) 化、媒體資產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)化。電視臺的管理系統(tǒng)電視臺的管理系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)與普通的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相同。電視節(jié)目制作和播出與媒體資產(chǎn)管理 的網(wǎng)絡(luò)需要傳輸廣播級的音頻與視頻信 號，因此它們需要更大的傳輸帶寬、更

3、高 的存儲容量，這是這類網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)的 最大區(qū)別。4PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version (二）電視制播網(wǎng)絡(luò)需求非線性編輯來說，由于要求廣播級的視頻 數(shù)據(jù)的實時編輯與播放，其數(shù)據(jù)流量相當(dāng)驚 人。如廣播級標(biāo)清素材，其帶寬要求50Mbps。 而每臺非編通常需要編輯AB兩軌，所以在AB兩 軌同時運行的時候，就需要100Mbps的帶寬。還需要考慮的一個因素是容錯，要容錯就 必須占有一定的冗余帶寬。RAID-3的性能較 好，只需增加1/4的開銷，因此AB兩軌

4、的帶寬 在125Mbps左右。5 5PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 高清網(wǎng)絡(luò)制播主格式格式說明MPEG2 I/IBP目前網(wǎng)絡(luò)制播主流格式，眾多廠家支持。SMPTE 308M，典型取值為丨幀80M、100M、120M等，Long GOP 50M。Long G0P50M 為SONY XDCAM HD格式AVC 丨ntra 100MP2 HD格式，符合H.264/AVC，只使用Intra編碼。 SMPTE DraftDNxHD 120MAVID高清格

5、式。SMPTE VC-3 Draft兼容。多代編碼質(zhì)量優(yōu)，支持部分解碼。J2k 75M湯姆遜Infinity格式，使用小波變換，同等碼率卜質(zhì)量 優(yōu)，支持不完全解碼。根據(jù)資料50、75、100三種選 擇中，75M相對50M的提升高于100M對75M的提升。6 6PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 2、實際情況以太網(wǎng)工作站訪問共享數(shù)據(jù)需通過媒體服務(wù)器， 其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不是面向通道連接的，在連接和協(xié)議方面 的開銷很大，其實際數(shù)據(jù)傳輸率僅為整個帶寬的40% 左

6、右。即以太網(wǎng)在帶寬和實時傳播方面存在不足。但 以太網(wǎng)在系統(tǒng)管理方面具有優(yōu)勢，而且成本很低。FC SAN由一個以共享存儲器為中心的物理連接層 和一個管理這些連接的管理員組成，用于實現(xiàn)在計算 機(jī)系統(tǒng)與共享存儲器之間或者共享存儲器之間傳輸數(shù) 據(jù)。FC SAN在各實時視音頻工作站與共享存儲媒體間 建立直接高速的連接，無需通過中間的媒體服務(wù)器， 保證工作站和共享存儲媒體之間直接進(jìn)行穩(wěn)定高速的 數(shù)據(jù)傳輸，但在系統(tǒng)管理方面在用戶權(quán)限控制和工作 站之間管理數(shù)據(jù)交換方面存在不足。成本高。7PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with

7、 pdfFactory Pro trial version 二、硬盤存儲技術(shù)節(jié)目存儲是視頻網(wǎng)絡(luò)需要解決的主要問題。為 解決視頻網(wǎng)絡(luò)存儲容量與存儲帶寬問題，采取了各 種形式。存儲器主要由硬盤陣列組成，其它存儲設(shè)備通 過高速網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)連接，是對硬盤陣列的一個補 充。諸如帶自動換盤裝置的磁帶庫和光盤庫等。由 于磁帶和光盤在視頻檢索上有著響應(yīng)速度慢且不能 支持多用戶同時訪問的缺點，綜合性能不及硬盤， 所以在各類應(yīng)用中往往選取硬盤為存儲設(shè)備。8 8PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro t

8、rial version (一)硬盤的工作原理 1、硬盤結(jié)構(gòu) 硬盤的構(gòu)成：盤片，磁頭，盤片轉(zhuǎn)軸及控制 電機(jī)，磁頭控制器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，接口，緩存等.基本構(gòu)造如下圖(同心軸上疊裝數(shù)張磁盤，由軸帶動 磁盤以勻速轉(zhuǎn)動。磁盤中的磁頭如錄音機(jī)的磁頭一樣，由帶縫繞線圈的 鎳鐵合金環(huán)制成。磁盤的容量很大程度取決于它和磁盤界 面的性能及二者間的距離。磁盤媒體，也即盤片，是在鋁片上涂敷磁性記錄材料。磁頭-磁盤界面間隙要小（約為0.07微米），能使磁 頭感應(yīng)出更細(xì)微的磁性信號，允許密度更高。9 9PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created wi

9、th pdfFactory Pro trial version 微處理器WWT-電機(jī)驅(qū)動芯片lec：f ansjiom數(shù)字信號處理器音圈電機(jī)1010PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 1212ATA主控芯片硬盤緩存芯片:LEPDF created with pdfFa

10、ctory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 2、硬盤邏輯結(jié)構(gòu)磁面（Side)硬盤的每個盤片都有兩個盤面，即上、下盤盤 面，安照順序從上至下從“0”開始依次編號。磁道（Track)磁盤在格式化時被劃分成許多同心圓，這些同心 圓軌跡叫磁道。磁道從外向內(nèi)從0開始順序編號。柱面(Cy l i nder)所有盤面上的同一磁道構(gòu)成的一個圓柱，通常稱 做柱面，每個柱面上的磁頭由上而下從“0”開始編號。扇區(qū)(Sector)操作系統(tǒng)以扇區(qū)形式將信息存儲在硬盤上，每個 扇區(qū)包括512個字節(jié)的數(shù)據(jù)和一些其他信息。1313

11、PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 1414PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 3、硬盤工作原理 格式化把盤片劃分成有磁道和扇區(qū)的結(jié)構(gòu)，使 盤片上的扇區(qū)有地址。 數(shù)據(jù)讀取運作： 當(dāng)操作系統(tǒng)發(fā)出讀取一個文件的指令后，從指定扇區(qū) 讀出文件的位置參數(shù):磁頭號，柱面，扇區(qū)； 而后操作系統(tǒng)把消息送給磁盤控制器，由

12、電動機(jī)推動磁 頭到正確的磁道上找到所需的扇區(qū)，把數(shù)據(jù)全都送到高速 緩存CACHE中； 最后由接口芯片把必要的信息送到主機(jī)的內(nèi)存里。讀出 的地址又可以把磁頭送到存有所需數(shù)據(jù)的下一個扇區(qū)上 去，就這樣地鏈狀讀出整個文件。1515PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version (二）硬盤接口 磁盤驅(qū)動器接口是指連接硬盤驅(qū)動器和計算機(jī)的專用器件，它對計算機(jī)的性能及在擴(kuò)展系統(tǒng)時對 其它設(shè)備的連接都有很大影響。常見的接口有IDE、SCSI接口、FC接口等。1、 IDE(I

13、ntegrated Drive Electronics)集成驅(qū)動器接口，也稱為AT BUS或ATA接口，8 或16比特硬盤的控制，用于普通用途的計算機(jī)中。主要性能特點是：最多能接兩個IDE接口的硬盤或光驅(qū)。允許磁盤最大空間為528MB。允許磁盤驅(qū)動器的突發(fā)數(shù)據(jù)率為133 MBps。數(shù)據(jù)線與控制線公用40芯扁平電纜。,2：；or P,n1丨:二1616PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version mooAjopepd mmm uo!se八 |e!j! ojd

14、AjopBjpd peiBejo jQd11Z-V1Vnon.SATA (Serial AT Attachment )總線發(fā)展歷程1818PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 19192、 SCSI (Small Computer System Interface) S

15、CSI就是指小型計算機(jī)系統(tǒng)接口，最早研制 于1979年，原是為小型機(jī)的研制出的一種接口技 術(shù)，但隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在它被完全移植 到了普通微機(jī)上。 SCSI廣泛應(yīng)用于如：硬盤、光驅(qū)、掃描儀、 磁帶機(jī)、打印機(jī)、光盤刻錄機(jī)等設(shè)備上，由于較 其他標(biāo)準(zhǔn)接口的傳輸速率快一些，所以在較好的 高端電腦、工作站、服務(wù)器上常用來作為硬盤及 其他儲存裝置的接口。 目前SCSI有以下幾種延伸規(guī)格：SCSI-1、 SCSI-2、 Fast SCSI、 Wide SCSI、 ULTRA SCSI、 Ultra Wide SCSI、 ULTRA 2 SCSI、 WIDE ULTRA 2SCSI、 Ultra 160/

16、m SCSI、 Ultra320 SCSI。20PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version SCSI接口優(yōu)點：適應(yīng)面廣，在一塊SCSI控制卡上就可以同 時掛接15個設(shè)備；高性能（具有很多任務(wù)、寬帶寬及少CPU占 用率等特點）；具有外置和內(nèi)置兩種；允許更大的磁盤容量。 SCSI接口缺點：價格昂貴、安裝復(fù)雜21PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pr

17、o trial version SCSI Card (PCI)PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 22222323PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 2424PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory

18、 Pro trial version (三）RAID技術(shù)在構(gòu)造硬盤陣列的方法中，通常采用RAID(Redundant Array of Independent Disks獨立冗余磁盤陣列)技術(shù)。RAID磁盤陣列有很多優(yōu)越性，包括： 高速傳輸率 大的在線存儲容量 每秒鐘大量的I/O處理能力 增強的數(shù)據(jù)可用性和系統(tǒng)高可靠性 對大量數(shù)據(jù)的快速方便管理 減少維護(hù)，增加正常運行時間2525PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 1、RAID技術(shù)特點系統(tǒng)通過RAI

19、D控制器管理陣列中數(shù)據(jù)的存 取。RAID在陣列中內(nèi)置了RAID控制器和數(shù)據(jù)緩 存，有獨立的電源和機(jī)箱，并用控制器硬件實 現(xiàn)帶區(qū)劃分，因此RAID功能完全在陣列內(nèi)部完 成，無需主機(jī)參與；RAID的“冗余”是通過把陣列存儲容量的一 部分專用作校驗數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的。在發(fā)生故障的 磁盤接收到來自程序的請求時，可用校驗數(shù)據(jù) 來重新生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊，或者全部重建錯誤 磁盤上的內(nèi)容來恢復(fù)數(shù)據(jù)保護(hù)。2626PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 磁盤陣列的磁盤劃分方式PD

20、F created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 磁盤陣列的磁盤劃分方式在主機(jī) 端顯示RAID控制器PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 磁盤陣列的磁盤劃分方式RAID 控制器在主機(jī) 端顯示PDF created with pdfFactory Pro trial versPDF created with pdfFacto

21、ry Pro trial vers2、 RAID級組成磁盤陣列的不同方式稱為RAID 級。常用的級：RAID 0、RAID 1、RAID3、RAID 5、 RAID6。還有 10、30、50等。PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 3030(1) RAID 0-Disk Stripping without parity數(shù)據(jù)分條技術(shù)：把連續(xù)的數(shù)據(jù)分成若干大小 相等的小塊，并把它們并行寫到磁盤組內(nèi)不同的 磁盤上。讀時也以并行的方式對各磁盤同時操 作。系統(tǒng)

22、有數(shù)據(jù)請求時，多個磁盤并行執(zhí)行，每 個磁盤執(zhí)行屬于它自己的那部分?jǐn)?shù)據(jù)請求。D11 D1 0 D1 DO3131PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 并行操作提高磁盤整體存取性能。理論上數(shù)據(jù) 傳輸速率是單個磁盤的N倍，N為構(gòu)成RAID0的硬 盤總數(shù)。這里的1個磁盤指的是1個磁盤驅(qū)動器。 每個磁盤驅(qū)動器內(nèi)含許多盤片。RAID 0不提供數(shù)據(jù)冗余，一旦用戶數(shù)據(jù)損 壞，損壞的數(shù)據(jù)無法得到恢復(fù)。RAID 0特別適用 于對傳輸速率要求較高，而對數(shù)據(jù)安全要求不太 高

23、的領(lǐng)域，如圖形工作站等?？傊?，RAID 0的特點是：采用分條技術(shù)，沒 有容錯能力，簡單安全性差。主要解決硬盤存取 速度問題。3232PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version (2) RAID 1RAID 1稱鏡像陣列。每個工作盤都有一個鏡 像盤，如圖，每次寫數(shù)據(jù)時必須同時寫入鏡像 盤，讀數(shù)據(jù)時只從工作盤讀出，工作盤發(fā)生故 障自動轉(zhuǎn)入鏡像盤。更換故障盤后，數(shù)據(jù)可以 重構(gòu)，恢復(fù)工作盤正確數(shù)據(jù)，這種陣列可靠性 很高，但有效容量減小一半以下。RAID 1用于 對

24、容錯要求極嚴(yán)的應(yīng)用場合。 應(yīng)當(dāng)及時地更換損壞的硬盤并利用備份數(shù) 據(jù)重新建立Mirror。 m DPDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version RAID1提供最高的數(shù)據(jù)安全保障。但備份數(shù) 據(jù)占了總存儲空間的一半，因而磁盤空間利用 率低，存儲成本高，適用于存放重要數(shù)據(jù)，如 服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫存儲等領(lǐng)域?？傊?，RAID 1采用鏡像存儲，讀操作性能 好，安全性高。寫操作性能差，費用昂貴。PDF created with pdfFactory Pro trial vers

25、ion PDF created with pdfFactory Pro trial version 3434(3) RAID 0+1 RAID 0+1是RAID 0和RAID 1的組合，又稱 為RAID 10。既用條塊化讀寫，又使用鏡像操 作。允許多個硬盤損壞。 以四個磁盤組成的RAID 0+1例，如圖，每兩 個磁盤為一組作為鏡像，每兩組之間作級聯(lián)， 進(jìn)行數(shù)據(jù)分條。RAID 0+1是兼顧存儲性能和數(shù) 據(jù)安全的方案。 RAID 0+1適用于既需要存取大量數(shù)據(jù)，同時 又對數(shù)據(jù)安全性要求嚴(yán)格的領(lǐng)域。3535PDF created with pdfFactory Pro trial version P

26、DF created with pdfFactory Pro trial version RAID1RAID103636PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version (4) RAID 3RAID3為單盤容錯并行傳輸陣列，采用分條技 術(shù)將數(shù)據(jù)按位或按字節(jié)分散記錄在各個硬盤的相 同扇區(qū)上，同時進(jìn)行異或運算，產(chǎn)生奇偶校驗數(shù) 據(jù)，寫到最后一個校驗硬盤上，如圖。一個硬盤發(fā)生故障時，除故障盤外，寫操作 繼續(xù)對數(shù)據(jù)盤和校驗盤進(jìn)行操作。讀操作對剩余 數(shù)據(jù)盤和校驗盤數(shù)據(jù)異或計

27、算恢復(fù)故障盤的數(shù) 據(jù)。圖中，一次數(shù)據(jù)存儲包含4個數(shù)據(jù)盤和1個冗余 盤，稱為4+1 RAID3。實際應(yīng)用的RAID3為8+1， 最多12 + 1。RAID3可靠性很高，工作速度比RAID0慢。3737PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version RAID 3Parl le 1 Disk At： rayDisk 0 Disk 1 Disk 2RAID 33838PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF c

28、reated with pdfFactory Pro trial version RAID冗余碼生成datadatadatadataparityD1oD21D31D4onew糾錯過程例，D1、D2、D3、D4分別為1、0、1、1，計算出 奇偶校驗位為1，寫在P1上。若磁盤3 (D3 )發(fā)生了故 障，則用D1、D2、D4和P1進(jìn)行異或運算，恢復(fù)出D3=1。返回3939PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version (5) RAID 5 RAID 5采用分條技術(shù)將

29、數(shù)據(jù)分塊，每組 數(shù)據(jù)塊與其相對應(yīng)的奇偶校驗信息分別存儲 于各個磁盤上。 RAID 5把奇偶校驗信息分散存儲到各 個磁盤上。例，4個硬盤組成的RAID 5，P0為D0， D1和D2的奇偶校驗信息，P1為D3，D4和D5的 奇偶校驗信息，其數(shù)據(jù)存儲方式如凰。 一個磁盤數(shù)據(jù)發(fā)生損壞后，利用其余盤 上的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的奇偶校驗信息去恢復(fù)被損 壞的數(shù)據(jù)。4040PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 4141B23 ptrMfL B4PDF created with

30、 pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version RAID-3不適合小型文件傳輸，因為數(shù)據(jù)被分散在多個驅(qū)動器之間并且需要同時進(jìn)行奇偶校 驗，每個磁盤I/O請求產(chǎn)生對所有驅(qū)動器的訪問 直到I/O請求完成，這不僅導(dǎo)致小型文件傳輸時 相當(dāng)大的系統(tǒng)開銷，而且一次只能操作一個事 務(wù)，所以對小型事務(wù)來說整個吞吐量性能不好。 在需要對大量連續(xù)信息進(jìn)行快速傳輸?shù)膽?yīng)用中 RAID-3最能發(fā)揮作用，例如影視、視覺仿真和圖 像數(shù)據(jù)庫。RAID-5是以與I/O請求同等大小或比I/O請 求大的數(shù)據(jù)塊的形式交替存放，在規(guī)

31、定的傳輸塊大小范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)只需要訪問單個數(shù)據(jù)驅(qū)動 器，傳輸小型文件方便。PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version RAID Levels RAID 30 M M | ii-iHIRAID 3_l；LRAIDJRAIDSeg. 1Seg. 2P(1,2)f - Seg. 3Seg. 5Seg. GP(5,G)Seg. 7Seg. 9Seg. 10L P(3，10JSeg.11RAID 30Two RAID 3，s Striped4343P(3，4)P(7，

32、eP(11，12)PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version RAID Levels RAID 50Seg. 1 廠Seg. 2P(1 為Seg. 3 Seg. 4、P(3,4)Seg. GSeg. 5Seg. GP(7，8Seg. 7I P(3,10)lSeg. 3seg. 10 II P(11,12)lI Seg. 11Seg. 12lRAID 50Two RAID 5，s Striped44PDF created with pdfFactory Pr

33、o trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 常用的RAID總結(jié)RAID級別RAID-0RAID-1RAID-3RA1D-5容錯性無有有有冗余類型無復(fù)制奇偶校驗奇偶忮驗可用容童/帶寬100%50%Cn-0 /n(n-l)/n組成方式帶區(qū)鏡像具有集中式奇偶 校驗S5帶E具有分布式奇偶 校驗的帶區(qū)適用情況讀寫不頻繁帶寬要求不苒頻絜的大文件讀寫 頻繁的小文件讀寫造價低很高適中適中4545PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFac

34、tory Pro trial version (四） J B O DJBOD (Just Bundle Of Disks)是（簡單磁盤 捆綁），又稱為Span。JBOD不是標(biāo)準(zhǔn)的RAID級 別，近幾年被一些廠家提出，并廣泛采用。JBOD把幾個物理磁盤一個接一個串聯(lián)到一 起，提供一個大邏輯磁盤。數(shù)據(jù)簡單的從第一 個磁盤開始存儲，第一個磁盤的存儲空間用完 后，再依次從后面的磁盤開始存儲數(shù)據(jù)。JBOD不提供數(shù)據(jù)安全保障，它的存儲容量等 于組成JBOD的所有磁盤的容量的總和。這種陣列中沒有RAID控制器和數(shù)據(jù)緩存，主 機(jī)可以自由地使用軟件工具對硬盤進(jìn)行組合及 分區(qū)。4646PDF created wi

35、th pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactorvwww.pdffactorv. .I3 210 _DDDD4747(一)硬盤的工作原理 (二）硬盤接口 (三）RAID技術(shù) (四）JBODPDF created with pdfFactory Pro trial version P

36、DF created with pdfFactory Pro trial version 4848存儲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從 總 體 上 看 ，大 型信息系統(tǒng)可以根 據(jù)服務(wù)器與存儲系 統(tǒng)的連接式樣劃分 為：主機(jī)/服務(wù)器中 心模式存儲中心模式。圖1DIDHH100Mb/inin I-s服 務(wù)器 .100Mb/s服務(wù)器 100Mb/s交換器|oooooooooooooo| 圓4-100Mb/s工作站100Mb/s集線器|OOOOOOOOOOOOOQ|H!3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0100Mb/s交換器lo iooooooooooool|o op o o o o o o o oooo|

37、 國圓工作站工作站 100Mb/s工作站100Mb/s工作站4949PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 5050PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version (一)服務(wù)器中心模式以主機(jī)/服務(wù)器為中心是一種傳統(tǒng)的系統(tǒng)模 式，其中心思想是建立一個主機(jī)/服務(wù)器為中心 的系統(tǒng)，所有的擴(kuò)展都是在主機(jī)/服務(wù)器上接入 的。以主

38、機(jī)/服務(wù)器為中心的模式，具有以下特 點：服務(wù)器是系統(tǒng)的核心；中心化主機(jī)有 利于管理。5151PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 這種模式發(fā)展后，從網(wǎng)絡(luò)存儲方式角度又稱為直連存儲系統(tǒng) (DAS) 0指將外置存儲設(shè)備通過 連接電纜，直接連接到 一臺計算機(jī)上。外部數(shù)據(jù)存儲設(shè)備采用 SCSI技術(shù)，或者FC Fibre Channel 技術(shù)，直接掛接在內(nèi)部總線上 的方式。數(shù)據(jù)存儲是整個服務(wù)器 結(jié)構(gòu)的一部分。PDF created with pdfFactor

39、y Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version ClientsWin2k前端服務(wù)器Piix磁盤簇(JBOD)ADirect-Attached Storage (DAS)優(yōu)點： DAS這種直連方式，能夠解決單臺服務(wù)器的存儲 空間擴(kuò)展、高性能傳輸需求，單臺外置存儲系 統(tǒng)的容量已發(fā)展到了 2TB。問題：在這種模式中，存儲系統(tǒng)是服務(wù)器的一部分， 服務(wù)器不僅承擔(dān)工作站的應(yīng)用程序服務(wù)，還要 承擔(dān)文件服務(wù)。即執(zhí)行用戶的應(yīng)用程序和共享 數(shù)據(jù)的管理、接收和發(fā)送均由同一服務(wù)器處 理。這種方式數(shù)據(jù)備份通常占用服務(wù)器主機(jī)資源20一30

40、%。5353PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 服務(wù)器執(zhí)行客戶機(jī)的資料請求，讀取資料，并通 過網(wǎng)絡(luò)以小數(shù)據(jù)包向客戶機(jī)仲裁、分發(fā)文件和數(shù)據(jù)。 這種存儲系統(tǒng)，用戶數(shù)量增加或服務(wù)器正在服務(wù)時， 響應(yīng)變慢。網(wǎng)絡(luò)帶寬夠時，服務(wù)器成為瓶頸。存儲器和服務(wù)器緊密連接也使應(yīng)用受到限制。WorkstationWorkstationWorkstationDASAQQQServerDataLAN：j；DASServerData5454PDF created with pd

41、fFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version (二）存儲中心模式在以存儲為中心的系統(tǒng)模式中，存儲 設(shè)備成為系統(tǒng)的中心，通過増加服務(wù)器的 方式來増加系統(tǒng)的處理能力。目前，有 SAN和NAS兩種結(jié)構(gòu)。以存儲為中心構(gòu)建的系統(tǒng)，可以比較 靈活地根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)充。PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 55551、附屬于網(wǎng)絡(luò)的存儲結(jié)構(gòu)（NAS)NAS (Netwo

42、rk Attached Storage) ， 附 網(wǎng)存儲。即將存儲設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) (例如以太網(wǎng))，連接到一群計算機(jī)上。實現(xiàn)方式：設(shè)計專用的存儲服務(wù)器（NAS 設(shè)備），只讓它負(fù)責(zé)存儲的管理，同時簡化服 務(wù)器操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、文件系統(tǒng)等的設(shè) 計，去除其中的冗余成分。即將文件服務(wù)器與 應(yīng)用服務(wù)器分開。存儲設(shè)備與服務(wù)器均連接在 局域網(wǎng)上，使用TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò) 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換與管理。應(yīng)用服務(wù)器不再管理文件的操作，當(dāng)存儲設(shè) 備更新或出現(xiàn)故障時，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器仍然可以工 作，提高了系統(tǒng)的可靠性。5656PDF created with pdfFactory Pro trial ve

43、rsion PDF created with pdfFactory Pro trial version 在NAS中，文件系統(tǒng)位于存儲端?？蛻舳送ㄟ^諸如共享丨nternet 文件系統(tǒng)CIFS (Common File System) 或網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS(Network File System)之類的文 件訪問協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)訪問命令。由于釆用了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 的文件共享協(xié)議，所以NAS可為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的不同服務(wù)器 提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。5757NAS ServerLAN0S00lllllsilPDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created wi

44、th pdfFactory Pro trial version NAS的優(yōu)點與問題 優(yōu)點：NAS系統(tǒng)簡化了通用服務(wù)器不適用的計算功 能，僅為數(shù)據(jù)存儲而設(shè)計降低了成本。且NAS系 統(tǒng)中還專門優(yōu)化了系統(tǒng)硬軟件體系結(jié)構(gòu)，其多 線程、多任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)操作內(nèi)核特別適合于處理 來自網(wǎng)絡(luò)的I/O請求，不僅響應(yīng)速度快，而且數(shù) 據(jù)傳輸速率也更高。由于獨立于主服務(wù)器之外，因此對主服務(wù)器 沒有任何需求。如此可大大降低主服務(wù)器的投 資成本。58PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial versio

45、n 安裝、使用更為方便。NAS設(shè)備有網(wǎng)卡、操作 系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以很方便地將其連 接到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，只需很少的配置就可以投入 運行，不用關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)上的主服務(wù)器，就可以為 網(wǎng)絡(luò)增加存儲設(shè)備。而且，NAS系統(tǒng)可以直接通 過Hub或交換機(jī)連到網(wǎng)絡(luò)上，是一種即插即用的 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。NAS具有較好的擴(kuò)展性，靈活性。存儲設(shè)備 不會受地理位置的拘束。改善了數(shù)據(jù)的可用性。即使相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù) 器不再工作了，仍可讀出數(shù)據(jù)；NAS服務(wù)器本 身不會崩潰，因為它避免了引起服務(wù)器崩潰的 首要原因，即應(yīng)用軟件引起的問題。59PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF

46、 created with pdfFactory Pro trial version NAS的問題：(1)存儲設(shè)備連接在文件服務(wù)器上，受服 務(wù)器性能限制，不能無限制地增加存儲設(shè)備；(2) NAS的數(shù)據(jù)傳輸是通過諸如TCP/IP等協(xié) 議在以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)或ATM網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)?，傳?通道的性能限制了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?、效率和質(zhì)(3) NAS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)共享是文件層以上的 共享，降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?060PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 2、存儲區(qū)域網(wǎng)S

47、AN (Storage Area Network)(1)基本概念SAN是一種利用FC等互連協(xié)議連接起來， 可以在服務(wù)器與存儲設(shè)備之間以及存儲設(shè)備與 存儲設(shè)備之間直接傳送數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。SAN結(jié)構(gòu)特點是，網(wǎng)絡(luò)中的工作站節(jié)點與 存儲器直接連接，訪問速度快。PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 6161SAN網(wǎng)中的存儲設(shè)備通過接口直接連接到網(wǎng)絡(luò)。 也就是說，在SAN中被共享的不是數(shù)據(jù)，而是存儲 系統(tǒng)本身。與NAS提供文件級的服務(wù)不一樣，SAN向 用戶提供塊數(shù)據(jù)

48、級的服務(wù)。SAN是一個專用的、集中管理的、安全的信息基 礎(chǔ)設(shè)施，它能夠使服務(wù)器和存儲系統(tǒng)任意互聯(lián)。6262PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version (2) SAN的兩種主要形式SAN技術(shù)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。最有代表性的是 基于光纖通道技術(shù)(F i bre Channe l)的FC-SAN的 和基于IP存儲（IP Storage)的丨P-SAN。丨P-SAN，通常被稱為單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是指元數(shù) 據(jù)服務(wù)器與工作站之間的元數(shù)據(jù)和實體文件數(shù) 據(jù)都是通過以太網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行傳輸和

49、交換。IP-SAN是傳統(tǒng)的i SCS丨存儲結(jié)構(gòu)向更為先進(jìn)的FC-SAN結(jié)構(gòu)的過渡性的產(chǎn)物。這種單網(wǎng)結(jié)構(gòu)以 iSCSI設(shè)備為核心存儲，可以充分利用現(xiàn)有設(shè)備 加以擴(kuò)展，系統(tǒng)建設(shè)時對現(xiàn)在系統(tǒng)修改較小，管理維護(hù)方便等特點。63PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version MDCMDC：服務(wù)器ISCSIISCSI設(shè)備以太叼交換機(jī)玷有im j -工作站 工作站 工作站6464PDF created with pdfFactory Pro trial version PD

50、F created with pdfFactory Pro trial version 多臺服務(wù)器以及多個 存儲器配置在同一個 B B SANSAN上，任何一臺服務(wù) 器均可對網(wǎng)絡(luò)中的任 何一個存儲設(shè)備進(jìn)行 讀寫操作。但單網(wǎng)結(jié) 構(gòu)同樣有很大的弊 端，網(wǎng)絡(luò)的帶寬是有 限的，當(dāng)大量的數(shù)據(jù) 在網(wǎng)上傳輸時，將占 用大量的局域網(wǎng)開 銷，會造成網(wǎng)絡(luò)響應(yīng) 時間過長，影響網(wǎng)絡(luò) 的性能。光纖通道存儲區(qū)域網(wǎng)（FC-SAN)體系結(jié)構(gòu)FC-SAN通常被稱雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是指在這種結(jié) 構(gòu)的存儲區(qū)域網(wǎng)是由光纖通道網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)絡(luò)兩 個網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成，其中以太網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)工作站與元 數(shù)據(jù)服務(wù)器與工作站之間的元數(shù)據(jù)信息傳輸和交 換，F(xiàn)C光纖

51、通道網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)實際數(shù)據(jù)的高帶寬傳 輸。FC冇儲設(shè)備FC夂換機(jī)工作站千兆以人交換機(jī)PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 通過光纖通道使網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都直接與中心存 儲體相連，具有高速存取和共享存儲體等特點。采 用FC可避免大流量數(shù)據(jù)傳輸時發(fā)生阻塞和沖突，非 常適合高速和不間斷視頻數(shù)據(jù)流的傳送。用戶能在網(wǎng)上任一工作站訪問共享存儲體得到 素材，避免了服務(wù)器方式的瓶頸效應(yīng)。FC冇儲設(shè)備FC夂換機(jī).11 l丄作站工作站K *1工作玷千兆以人交換機(jī)PDF creat

52、ed with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version (3) SAN網(wǎng)絡(luò)主要協(xié)議SCSSCS丨（Small Small Computer System Computer System InterfaceInterface,小型計算機(jī)系統(tǒng)接口）是一種 髙性能計算機(jī)外部設(shè) 備接口。通過這個接 口，所有連接到PCPC的外部設(shè)備均可通過 HBA (Host BusHBA (Host BusAdapterAdapter，主機(jī)總線適配器）實現(xiàn)彼此間 獨立于主機(jī)的數(shù)據(jù)傳 輸和分發(fā)。Ethernet

53、NICSCS丨 AdapterHalf-Duplex SCS丨丨/O ChannelSCS丨EthernetSCS丨 Initiator67SCS丨 TargetPDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 推廣到網(wǎng)絡(luò)，可以選擇兩種傳輸方式：FC協(xié)議 和IP協(xié)議。InitiatorHost SystemHost System/Initiator/ /SCSISCSI1Target and LUNsFibre Channel HBAFibre Channel

54、Fabric6868Targetouucuo 0/1P31J0M3ZPDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version IP “Channel Adapter”Target and LUNs TargetiSCSIInternet-SCSIused to transport SCSI CDBs and data within TCP/IP connections6969Host SystemInitiatorSCSIHost System/LInitiatorSC

55、SIouucuo O/lP31J0M3ZPDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 光纖通道協(xié)議（FibreChannel Protocol)FCP是美國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會（ANSI)的X3 T11小組于1988年開始制定的高速串行協(xié) 議。光纖通道FC是一種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，用于 計算機(jī)設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸，傳輸率可以達(dá)到 1或2 Gbps甚至更高。光纖通道是高性能的 連接標(biāo)準(zhǔn)，用于服務(wù)器、海量存儲子週絡(luò)、 外設(shè)間通過集線器、交換機(jī)和點對點連接進(jìn) 行雙向、串行數(shù)據(jù)通訊

56、。7070PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 光纖通道OSI模型為5層，分為2部分： 即物理和信號層、上層協(xié)議層。物理和信 號層包括FC-0、FC-1、FC-2層。上層協(xié)議 層包括FC-3， FC-4層。PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 71717272PDF created with pdfFact

57、ory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 3CSI-FCP FC 爭字節(jié)JPK：/免FC-SNMP- FC-LEXZ_1Z_FC-3 (通川JK務(wù)層)_SZ_FC-2 (幀結(jié)構(gòu)、流雜抓服務(wù)類別)_SI_FC-1 編碼.鏈路摶制)FC-口 (物理接D光纖和電略線蘇連接器等)光殲通道分層體系結(jié)構(gòu)圖7373PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version FC-0 (物理層）

58、FC0是物理層底層標(biāo)準(zhǔn)。FC0定義了FC 協(xié)議的鏈接鏈路和物理端口特性。 FC-1 (傳輸協(xié)議）FC 1定義了字節(jié)同步和編碼/解碼體系。 FC協(xié)議采用交直流平衡的8B/10B編碼方式和傳 輸協(xié)議，包括串行編碼/解碼規(guī)則、特殊字符和 錯誤控制。 FC-2 (喊協(xié)議）FC 2定義了傳輸機(jī)制，包括幀定位、幀頭 內(nèi)容、使用內(nèi)容以及流量控制等。74PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version FC-3 (公共服務(wù)）公共服務(wù)層提供高級特性的公共服務(wù)，即端 口間的結(jié)構(gòu)協(xié)議

59、和流動控制，它定義了三種服 務(wù):條帶化(Stripping)、搜索組(Hunt Group)和多播（Multicast)。 FC-4 (ULP映射）ULP映射層是光纖通道標(biāo)準(zhǔn)中定義的最高等 級，規(guī)定了光纖通道的底層跟高層協(xié)議（ULP) 之間的映射關(guān)系以及與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用接口，這 里的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)包括現(xiàn)有的所有通道標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議，如SCSI接口和IP、ATM，HIPP丨等，于是就產(chǎn) 生了FCP-SCSI，F(xiàn)C-IP，F(xiàn)C-VI 等協(xié)議。7575PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 32 bit24 bit24 bitControlstart ofdest portsrc portinformationframeaddressaddressWords 3-6Word 0Word 1Word 2I_SOF 24 byte FC headerPDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 7676Frame payload (0-2112 bytes;SCSI data CRC EOF配置靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)點對