谈网络监控储存方案 - 安防知识网

近年来储存技术快速发展，储存设备价格不断下降，随着IT技术的成熟，基于大容量和稳定性的考虑，越来越多的监控项目采用技术成熟度较高的网络储存方案和性能价格较合理的磁盘阵列。

但是在影像监控行业，是否需要应用SAN和NAS来解决影像储存资源的共享问题，以及行业用户是否具备足够的资金和技术来应用这些技术，存在许\多需要考虑的问题。

磁盘介质的选择
企业存储采用的磁盘阵列的磁盘介质主要有FC、SCSI和SATA三种（最新的SAS磁盘类似SCSI磁盘，因未普及，因此不特别论述），其中SATA磁盘价格明显低于SCSI和FC硬盘，而以前只有在企业级SCSI和FC硬盘中才具有的性能，现在SATA硬盘也可以做到。

基于SATA的企业储存产品，具有以下的特点：首先，此类系统在RAID的实现上具有较强的易用性；其次，传输速度比IDE(ATA/PATA)磁盘高很多，能够满足储存速度的要求；第三，基于SATA的储存系统可以支持设备的热插拔，维护十分简便；第四，相比高价格的SCSI储存系统，SATA的价格相对低廉，也适合超大容量数据的储存。

RAID级别的选择
RAID是一种利用大量廉价磁盘进行磁盘组织的技术，常用的RAID级别包括：RAID0+1、3、5。其中RAID0+1是磁盘阵列中磁盘利用率最低、费用最高的RAID方式，但提供了最高的数据可用率，当一个磁盘失效，系统可以自动地替换到镜像磁盘上，而不需要重组失效的数据。

而RAID 3对于大量的连续数据，可提供很好的传输率；但对于随机数据，奇偶盘则会成为操作的瓶颈。RAID 5没有单独指定的奇偶盘，而是交叉地存取数据及奇偶校验信息于所有磁盘上。在RAID5 上，读∕写指针可同时对数组设备进行操作，提供了更高的数据流量。RAID 5更适合频繁随机读写的数据，综合以上考虑，RAID5是最好的选择。

磁盘阵列设备的选择
在选定SATA作为磁盘介质的基础上，影像监控可应用的主流磁盘阵列包括以SCSI、FC和iSCSI为主机接口的SATA磁盘阵列三种。

SCSI-SATA盘阵
SCSI-SATA盘阵技术成熟，价格低廉，单机容量可达6TB，一台PC服务器一般可接两台，总容量12T，是目前监控行业应用最多的磁盘阵列，缺点是只能用于直连服务器（DAS），且单体容量有限。 [nextpage]

FC-SATA盘阵
FC-SATA盘阵，主要分为低端不可扩展的FC-SATA数组和中高端可级联扩展的FC-SATA盘阵。

低端FC-SATA盘阵：不具扩展性，在影像监控应用领域中，因为容量有限，并不适合大容量SAN集中储存，而作为直连服务器应用较多，与SCSI-SATA盘阵相比，服务器端还需安装FC HBA卡，较无使用上的优势。

中端可扩展FC-SATA盘阵：高端可扩展FC-SATA盘阵，实际频宽在600～800MB之间，多数系统最大支持200多块磁盘，有的甚至能支持到800个磁盘。高端的FC-SATA盘阵一般都提供强大的数据复制管理功\能。

中高端FC-SATA盘阵：由于其强大的扩展能力，单体容量可达到几十甚至几百个TB，不仅能满足直连服务器的大容量储存应用需求，同时也是中大规模FC-SAN集中储存的首选，并且也被广泛用于大容量NAS的储存扩展。在影像监控行业中，当集中储存容量达到20TB以上，最能彰显出FC-SATA盘阵的优势，由于其技术成熟，产品可靠性高，性价比高等优势，已经在一些公安、机场、电信、银行等行业大规模影像监控项目上得到广泛应用。

iSCSI-SATA盘阵
iSCSI-SATA盘阵类似SCSI-SATA盘阵，只是主机信道采用的是千兆以太网接口。市场上iSCSI-SATA盘阵同样也包括低端和高端两类设备：

低端iSCSI-SATA盘阵不可扩展，提供2～4个1Gb iSCSI主机信道（可实现链路聚合），实际频宽80MB～150MB，目前有12～16个不同盘位的数组规格。高端的iSCSI-SATA盘阵基本上都是采用双冗余控制器，热插拔模块化设计，并且可扩展存储容量甚至系统频宽性能。高端的iSCSI-SATA盘阵因为销量较小，目前价格居高不下，明显高于中端FC-SATA盘阵，但数据管理功\能上要比FC-SATA盘阵丰富的多。

在直连服务器的应用模式中，iSCSI-SATA盘阵与SCSI-SATA或FC-SATA盘阵相比，不具备明显的性价比优势。它的优势主要表现在多服务器共享储存的储存局域网（SAN）的应用，使用千兆以太网卡将多台服务器连接到iSCSI储存设备上的IP SAN储存网络，使得iSCSI变得简单和经济。

采用iSCSI， IT部门可以继续采用现有的IP网络专家，而无需经过专业培训的人员。这种熟悉的网络架构消除了一个FC SAN复杂性的一个关键问题——维护和管理。

虽然iSCSI在SAN网络应用上表现出了很大的优势，但只是解决一半的问题，iSCSI毕竟是一项新技术，其在IP SAN的应用方面仍存在一些需要解决的问题。

网络储存模式的选择
主流的网络储存模式包括DAS、NAS、SAN，其中SAN又包括FC SAN和IP SAN。

DAS
DAS（Direct Attached Storage，直接储存）是指将储存设备通过SCSI/iSCSI接口或光纤信道直接连接到一台计算机上。初期被认为只能用于小型的储存系统，但随着磁盘阵列容量不断的扩大，加之PC服务器的广泛应用，在整个企业储存市场，从几十TB到几百TB的应用规模，PC服务器结合磁盘阵列的模式是最主流和性价比最好的方案。 [nextpage]

NAS
NAS（Network Attached Storage，网络附加储存）是将储存设备通过标准的网络拓扑结构（例如以太网），连接到一群计算机上。

NAS产品包括储存数组和整合在一起的简易服务器，可用于实现涉及档案存取及管理的所有功\能。简易服务器经优化设计，可以完成一系列简化的功\能，例如檔存储及服务、电子邮件、互联网缓存等等。整合在NAS设备中的简易服务器可以将有关储存的功\能与应用服务器执行的其它功\能分隔开。

这种方法从改善了数据的可用性。第一，即使相应的应用服务器不再工作，仍然可以读出资料；第二，简易服务器本身不会崩溃，因为它避免了引起服务器崩溃的首要原因，即应用软件引起的问题。

NAS产品具有以下优点。首先，NAS产品是真正即插即用的产品。NAS设备一般支持多计算机平台，用户通过网络协议可进入相同的档案，因而NAS设备无需改造即可用于混合Unix/Windows局域网内。其次，NAS设备的物理位置同样是灵活的。它们可放置在工作组内，靠近数据中心的应用服务器，或者也可放在其它地点，通过物理链路与网络连接起来。无需应用服务器的干预，NAS设备允许\用户在网络上存取数据，这样既可减少CPU的开销，也能显著改善网络的性能。

NAS并不能解决与档案服务器相关的一个关键性问题，即对业务应用以太网络的频宽消耗。

SAN
SAN（Storage Area Storage，储存区域网）在最纯粹的意义上，是一个单独的计算机网络，特点是基于光纤信道技术（Fibre Channel）的电缆，交换机和集线器，将很多的储存设备连接起来，再与很多不同服务器组成的网络连接起来，以多点对多点的方式进行管理。

SAN使储存设备可以真正与服务器脱离，形成一个资料中心，以多点对多点的方式在网络上与其它计算机相连。SAN的连接方式比传统的做法提高了可连接性，并有更好的容错性。

NAS和SAN比较
NAS和SAN的相同点之一是它们提供系统和储存之间的非直接连接，这恰恰是网络储存的优点：
? 用户可以将数据∕信息放置到那些能被最可靠、并能被最有效地进行管理地点的储存设备中。
? 通过适当的设备配置，网络储存系统可以排除单点故障，实现高可用性。
? 可以实现数据集中管理。
? 具有比较强的可扩充性。
下面可以用一个简单的表来表示NAS和SAN在技术上的关键区别。

SAN的优势和不足
SAN架构的优势：
? 更好的适应性：分散的数据资源可以相互连接起来组成一个很大的总资源，为多台服务器适用。这些资源之间的距离可达10公里，这使得储存设备的重复使用变得简单有效。事实上，通过SAN架构，我们可以很轻松地从一种应用转到另一种应用。 [nextpage]

? 更好的扩展性：服务器与储存设备不再一对一固定地连接在一起，新的服务器和存储设备可以动态的加入到SAN的设备池中。
? 更好的性能：通过光纤信道技术，数据的传输速度有大幅度的提高。同时， SAN的架构，支持LAN-Free和Server-Free备份，提高备份的效率和减轻服务器的负担，档案迁移都不必通过以太网传输数据，数据传输和应用的性能也大大提高。
? 更高的可用性：通过SAN，可以利用新的集群技术通过任意一台服务器需要的数据。而且资料可以自动复制到需要的地方。用户可以自由任意选择复制是磁盘∕卷一级，还是数据库∕文件系统一级。
? 增强管理性：SAN通过更高的可靠性和集中控制使管理变得更简单。
? 更高的可靠性：SAN的核心设备——磁盘阵列和磁带库，都有更高的可靠性和性能。光纤信道和交换机技术，使得SAN中即使出现单点失败，也不会影响整个网络的运行。而且，在SAN中，维护或更换设备以及对其进行配置，都不会影响整个网络。

SAN方案应当注意的问题
?不能实现檔级共享：SAN只能通过光纤信道交换机或光纤信道集线器的zoning功\能和磁盘阵列或集中式储存管理系统所提供的LUN屏蔽功\能，来实现多台主机对储存设备的物理共享。不能让在不同主机上的应用共享同一个储存设备上的数据。对于这样的储存服务，除了要提供不同主机和储存设备之间的数据传输途径之外，也要解决不同应用访问同一个档的协同问题。过去传统的做法是通过网络档案系统（NFS），NAS脱胎于网络档案服务系统，所以档案共享是NAS的基本特征。现今的做法则是通过SAN的集群档案共享文件系统来解决，目前还不能支持异构操作系统的SAN文件共享。
? 实施成本较高：构建一个基于光纤信道SAN，不仅需要购买光纤信道交换机或光纤信道集线器，还要考虑到为相关的每一台主机配置主机光纤适配卡（FC HBA）的成本，所以比直接利用原有网络的NAS网络存储系统的成本高。

NAS的优势及不足
NAS的优势
?实施简单容易：因为NAS设备通过标准的网络接口连入标准IP网络，使用标准网络地址，采用专门用于数据储存的简化操作系统，并内置了与网络连接所需要的协议，所以整个系统的安装、设置、扩充和管理都比较简单。
? 整体成本低：如果不考虑网络改造的成本，利用现有网络资源，软硬件成本比SAN低。同时由于现有的IT人员往往对网络比对光纤信道技术更为熟悉，同时NAS的使用、安装、维护较为简单方便，所以使用NAS的整体拥有成本比较低。
?档案共享：这是NAS设备最基本的功\能，因为NAS支持标准的档案访问协议NFS或CIFS，所以很容易实现檔级共享。
?连接能力：NAS基于局域网络的架构，所以在IP网络上只要频宽足够，NAS可以使很多台异构主机同时并发地访问多个网络，从而支持多用户的访问。
NAS的不足
? 性能取决于网络负载：因为TCP/IP协议使用的帧比较小，本身开销较大，占用频宽资源较多，所以NAS最适合需要快速响应时间的消息传输（比如WEB浏览）的应用，但不适合于大数据量的持续数据传输（如一些对储存性能要求较高的应用）。另外，当TCP/IP网络发生拥塞时，大量的数据包可能在没有任何警告的情形下被踢掉，所以不得不重发，从而增加网络上的负载，使拥塞情况更加恶化。基于以上的原因，对于一些需要持续传输大数据量的应用，使用NAS是不适合的。
? 扩充能力即成本的问题：NAS采用专有的操作系统和档案系统对于I∕O处理性能的改善都是在NAS系统内部进行的，但是网络储存系统的扩充能力不仅仅是指储存设备内部的扩充能力，也要考虑在一个基于NAS的网络存储系统内增加主机的能力，和当一个NAS的容量不够时增加新的NAS设备的能力。

由于NAS在数据传输时会占用较大的频宽，所以NAS的性能会受到网络负载的限制。当有较多的主机连接到同一个NAS时，可能会影响它的性能表现。在增加主机数量对性能的影响方面，NAS的扩充能力不如SAN。 [nextpage]

当一台NAS设备的容量达到极限，用户不得不另外购买一个新的NAS设备时，新的NAS设备成本中包含了NAS的档案服务器、操作系统、档案系统和其它软件的成本，所以从扩充成本而言，新购买一个NAS的成本应该高于购买同档次的磁盘阵列。用户会发现NAS的成本会比单独购买一台基于光纤信道的磁盘阵列高。另外，相应的管理难度和成本也会增加。

IP SAN IP SAN中所采用iSCSI通信协议是internet Small Computer System Interface的缩写，实际上是一个互联协议，是SAN结构的一种。通过将SCSI协议封装在IP包中，使得SCSI协议能够在LAN/WAN中进行传输。

IP SAN的特点
?支持数据库应用所需是基于块的储存：虽然是通过IP传输，但iSCSI 却是基于块的储存，这有别于NAS的基于档的储存。
?基于TCP/IP：iSCSI是被封装在IP包中进行传输的，所以它具有TCP/IP的所有优点，诸如可靠传输等。
? 建立和管理基于IP的储存设备：因为主机和客户端之间的连接是建立在为大家所熟悉的开放标准之上的。
? 提供高级的IP路径、管理和安全工具。现有的绝大部分网络管理工具都可以用来管理IPSAN。

IP SAN 的优势
与FC SAN一样，IP SAN也属于SAN大家庭中的一员，它的优点正是FC SAN目前普遍存在的缺点。
? 低成本：由于通过以太网进行传输，企业可以利用现有的以太网设施来部署iSCSI储存网络，而不需要更改企业的网络体系，所以部署成本比较低。由于对以太网的熟悉程度比较高，所以培训和维护管理的费用也大大降低。
? 协议本身没有距离限制：由于使用TCP/IP进行传输，不但可以在局域网中进行部署，也可以跨过路由设备在广域网中进行部署，大大扩展了iSCSI储存网络的部署范围。
?易于使用：由于iSCSI结构简单，容易理解，协议通用，即使是多个厂家的设备，也可以结合起来共同使用，提供给企业投资极大的保护。
? 易于扩展：由于iSCSI储存系统可以直接在现有的网络系统中进行组建，并不需要改变网络体系。对于需要增加储存空间的企业用户来说，只需要增加储存设备就可完全满足，因此iSCSI存储系统的可扩展性高。 [nextpage]

IP SAN的不足
IP SAN要求每台服务器上必须配备iSCSI Initiator。基本上，iSCSI initiator可分为三种：软件Initiator驱动程序、硬件的TOE HBA卡及iSCSI HBA卡。

前面我们提到随着服务器CPU性能的提升，已经可以直接利用服务器板载千兆网卡结合软件Initiator驱动程序实现IP SAN的应用，但作为一项新技术，IP SAN尚存在一些需要解决的问题：
?支援的平台及软硬件仍少：虽然目前Windows、Linux、UNIX、Netware都已陆续推出软硬件的Initiator，但数量及完备性仍不足，尤其是版本特多的Linux，目前只有SuSE及Redhat有解决方案；其中，SuSE只有软件、Redhat只有硬件。此外，HP-UX及Novell Netware只有软件，SUN Solaris则只有硬件，而且一些平台上的设定十分复杂困难。换句话说，目前只有微软Windows平台具备最完备的支持性。但是目前业界及政府机构的数据中心，有相当数量是采用非Windows平台系统，再加上也有不少公司内部系统是属于多种作业平台环境，所以各平台解决方案的提出，仍是iSCSI急待解决的重要课题。
? 传输频宽问题：目前iSCSI产品的1Gb频宽，尚不及FC的2Gb和最新4Gb，要等到10Gb以太网络普及之后，才有可能赶上。但就目前企业的网络状况来看，GbE以太网络的普及率还有待加强，所以10Gb何时来临，还是未定数。
? 流量控制、链路冗余和负载均衡方面，远不及FC SAN做得好。
? SAN的文件共享问题：与FC SAN一样，是需要亟待解决的问题，尤其是在Linux、Unix和异构操作系统环境下。
? 硬件iSCSI适配卡较贵：如果想要让整体效能有好的表现，那么就必须添置较贵的iSCSI HBA卡或稍贵的TOE HBA卡（TCP Offload Engine），整体成本会因而大幅攀升。据Brocade指出，不论是FC HBA卡或FC交换机的价格都在逐步调降中，同时该公司会推出价格颇为低廉的FC交换机，如此一来，在寻求高效能的前提下，iSCSI的成本优势会相对减少。
? 安全性令人质疑：IP网络环境复杂，ISCSI设备能否利用IP网络成熟的安全防范机制，抵御网络黑客和病毒的攻击，有待验证。

监控行业的PVG储存方案应用分析
影像监控对储存需求有以下几个特点：
１. 对储存设备的容量扩展能力要求高，储存容量的多少随着画面质量的提高、画面尺寸的增大、影像线路的增加都会成倍地增加容量需求。
２. 对储存的性能要求不高，但是需要能够满足长时间的连续数据读写，数据流量大但访问请求数量低，所以要求储存设备具有高可靠性。
３. 数据保存周期短，一般的监控场所数据保存一定时间（如1个月）以后便可以删除。

要为影像监控选择合适的储存网络方案和储存设备，首先就要考虑储存网络方案的技术成熟度，能否兼容现有主流的监控设备、操作系统和应用环境，以及方案的总体拥有成本。其次要估算储存容量需求，选择适合储存网络架构的性价比最高、扩展性好、可靠性高的储存设备和数量。