隨著計算機技術及其相關各種網絡應用的飛速發展,通過網絡進行傳輸的信息量不斷膨脹,用戶對網絡存儲的需求也日益增多。存儲系統已不再是計算機系統的附屬設備,而成為互聯網中與計算機和傳輸設備同等重要的三大基石之一,且網絡存儲已成長為信息化的核心發展領域。另一方面,在社會安全防范觀念、技術、應用飛速發展的今天,通過中心業務平臺進行集中管理和控制、以網絡視頻服務器和IP Camera為前端的網絡視頻監控設備已開始得到廣泛部署。從而,網絡化存儲給安防視頻監控帶來了全新的存儲架構,一方面,用戶要求在存儲的部署上更加靈活、訪問更簡單;另一方面,需要更為便捷地構建能實現大容量存儲的視頻監控系統。
三種典型的存儲技術
早期的存儲系統是計算機系統的一部分,存儲設備大多以附屬形式出現。計算機系統以總線連接到磁盤,或者通過輸入輸出系統和磁盤系統相連,作為計算機的基本部分,以單機方式工作。隨著網絡的發展,數據的存儲也逐漸由單機向多機和專用機方式發展,數據的共享和傳遞也逐漸從依靠主機系統向依靠網絡系統發展。當前,應用業務系統有向多服務器、多數據源演變的趨向。在大型企業應用和Internet發布系統中,安裝數十臺服務器已經很常見。但過于分散的數據資源,會給用戶訪問和管理帶來困難。因此,數據存儲新問題備受關注。
根據存儲設備與服務器相連的方式,從體系架構上可以分為三種模式。
直接附加存儲(Direct Attached Storage)
直接附加存儲是指將存儲設備通過SCSI接口直接連接到一臺服務器上使用。這種直連方式能夠解決單臺服務器的存儲空間擴展、高性能傳輸需求。DAS購置成本低,配置簡單,使用過程和使用本機硬盤并無太大差別,對于服務器的要求僅僅是一個外接的SCSI口,因此對于小型企業很有吸引力。但由于存儲設備與服務器直接相連,導致連接的存儲設備及其存儲的數據有限,而且整個系統中的數據分散,共享和管理比較困難。
由DAS存儲方式的特性來看,DAS主要適用環境有以下幾種。
1、服務器在地理分布上很分散,通過SAN或NAS在它們之間進行互連非常困難時(商店或銀行的分支便是一個典型的例子)。
2、存儲系統必須被直接連接到應用服務器(如Microsoft Cluster Server或某些數據庫使用的“原始分區”)上時。
3、包括許多數據庫應用和應用服務器在內的應用,它們需要直接連接到存儲器上,群件應用和一些郵件服務也包括在內。
網絡附加存儲(Network Attached Storage)
NAS實際是一種帶有瘦服務器的存儲設備。這個瘦服務器實際是一臺網絡文件服務器。NAS設備直接連接到TCP/IP網絡上,網絡服務器通過TCP/IP網絡存取管理數據。NAS作為一種瘦服務器系統,易于安裝和部署,管理使用也很方便。同時由于可以允許客戶機不通過服務器直接在NAS中存取數據,因此對服務器來說可以減少系統開銷。NAS為異構平臺使用統一存儲系統提供了解決方案。由于NAS只需要在一個基本的磁盤陣列柜外增加一套瘦服務器系統,對硬件要求很低,軟件成本也不高,甚至可以使用免費的LINUX解決方案,成本只比直接附加存儲略高。
NAS能夠滿足那些希望降低存儲成本但又無法承受SAN昂貴價格的中小企業的需求,具有相當好的性能價格比。首先,看這個用戶的核心業務是否建立在某種信息系統上,對數據的安全性要求很高;其次,看該信息系統是否已經有或者將會有海量的數據需要保存,并且對數據管理程度要求較高;最后,還可以判斷一下網絡中是否有異構平臺,或者以后會不會用到。如果上述有一個問題的答案是肯定的,那么就有必要重點考慮使用NAS設備。
存儲區域網(Storage Area Network)
SAN是通過一個單獨的通常是基于光纖通道的SAN網絡把存儲設備以及服務器相連,如此當有海量數據存取需求時,數據完全可以通過SAN網絡在相關服務器和后臺的存儲設備之間高速傳輸,對于LAN的帶寬占用幾乎為零,而且服務器可以訪問SAN上的任何一個存儲設備,提高了數據的可用性。在對性能和可靠性要求較高的場合,采用先進的SAN數據存儲網絡,可以使數據的存儲、備份等活動獨立于原先的局域網之外,從而將減輕LAN的負載,保證原有網絡應用的順暢進行;同時SAN網采用光纖傳輸通道,可以得到高速的數據傳輸率。
SAN降低了存儲管理費用,并平衡了開放式系統服務器的存儲能力和性能,為企業級存儲應用提出了解決方案。SAN主要用于存儲量大的工作環境,如ISP、銀行等,但現在由于需求量不大、成本高、標準尚未確定等問題影響了SAN的市場,不過,隨著這些用戶業務量的增大,SAN也有著廣泛的應用前景(圖1是SAN及NAS組成架構示意圖)。
隨著技術的發展,采用SAN存儲架構的存儲技術呈多樣性發展,根據傳輸介質的不同,SAN又可分為FC-SAN(采用光纖傳輸)和IP-SAN(采用以太網傳輸)。
1、FC-SAN采用Fiber Channel(光纖通道)協議實現點到點的高速數據傳輸,其大部分功能都基于硬件來實現。而且采用光纖通道組建單獨的存儲網絡,有效地改善了數據的讀寫速度,提高了系統運行的可靠性。目前市場上采用FC-SAN技術架構的存儲設備一般會采用FC或SAS接口、高轉速硬盤以及高性能RAID控制器,所以使得FC-SAN成為高性能易于擴展的海量存儲的理想選擇。
2、IP-SAN是架構于IP網絡上的存儲網絡,它采用iSCSI(Internet SCSI)協議,利用IP協議封裝SCSI命令,從而實現IP在網絡上傳輸SCSI命令和數據。其優點是,基于以太網構成的區域存儲網絡價格較低,而且由于目前市場上的IP-SAN產品多采用低轉速的SATA硬盤以及性能不高的控制器,使得其整體系統成本較低。
差異及對比
DAS直連存儲的最大弊端在于,各部分的存儲資源相互隔離,容易形成信息孤島。NAS具有無人值守、高度職能、性能穩定、功能專一的特點,但NAS技術不能滿足可靠度為99.999%的數據存儲系統的要求。而SAN的最大優勢則在于,可以把異構環境下不同廠商的存儲設備整合在一起,實現資源共享。因此,可以預見SAN將成為企業存儲應用的主流(三種存儲方式的詳細對比請參看表1)。
總的來說,DAS、NAS、SAN三種存儲模式,已經能滿足目前各行業信息化應用在單服務器擴容、服務器雙機高可用集群、高性能、高可用、高擴展的網絡存儲和簡單易用的網絡文件共享等方面的需求。隨著信息化建設朝深度和廣度發展,新興的存儲模式也必將會逐步走向普及應用。
網絡存儲系統的特性要求
那么各企業存儲應用的體系結構應該選擇哪種存儲模式呢?三種模式從體系架構的邏輯上看,有明顯的區別。一個企業存儲具有以下幾方面的要求:性能、安全性、擴展性、易用性、整體擁有成本、服務等等。由于企業用戶的存儲系統構建并不是一蹴而就的事情,會經歷從單機邁向網絡化存儲的過程,因此就存在DAS、NAS和SAN三種存儲方案可供用戶進行不同的選擇。對于存儲方式的選擇問題,EMC的技術工程師孫勝利表示,“選擇網絡存儲產品應該從用戶需求、系統架構以及應用要求等幾個方面綜合考慮,而不要生搬硬套,趕時髦。網絡存儲從整體上提高了安防數據的可用性,因此后期的安全信息數據的發掘與統計分析應該得到足夠的重視,這樣也可以充分發揮網絡存儲這種信息數據載體的作用。”
而要達到存儲系統獨立的數據管理目標,對存儲系統的特性有如下幾個方面的要求,按照重要性排列分別是:
1、可靠性。數據集中到存儲系統中,必然對系統設備的可靠性提出更高的要求。同時需要建立數據備份、容災系統進行配合,提高數據安全性。
2、可擴展性。網絡時代業務發展的不確定性和數據的高速膨脹,對獨立于計算系統之外的存儲系統,必然提出高可擴展性的要求。這種擴展性并非是簡單的容量擴展,同時還必須包括數據處理能力、數據交換帶寬和數據管理功能的擴展。
3、兼容性。雖然存儲系統已分離于計算系統之外,但今天主機系統對數據的使用方式,仍舊以文件系統,數據庫系統為主要手段。存儲系統要適應各種主機系統的數據I/O要求,就必須要能夠兼容各種操作系統、文件系統、數據庫系統等各種傳統數據管理手段。
4、可管理性。支持各種主流的管理協議和管理架構,能夠與網絡、計算機等各種設備統一管理和集中管理,能夠在各種復雜的環境中實現方便統一的設備和數據管理功能。
5、性能。能夠根據不同應用類型要求.提供帶寬、IOPS(IO Per Second,每秒IO操作數)、OPS(Operations Per Second,每秒并發操作數)、ORT(Overall Response Time,總響應時間)等不同指標側重點的性能服務。高端系統還應能夠對系統性能進行動態的擴展和調整。
6、功能。各種數據遷移、數據分發、數據版本管理、數據復制、在線擴容等數據管理功能。
結語
就安防行業應用來講,網絡化、智能化是視頻監控的未來發展方向,其要求能提供基于網絡的智能化存儲、檢索和回放。因此構建一個視頻監控系統,其存儲部分將不再是單純的存儲單元,而應該是一個聯系前端的智能處理和后端智能檢索的整合系統的一部分。視頻監控存儲系統隨著存儲技術的發展將會有更多選擇,實際構建時需綜合考慮建設成本、系統性能等因素。
此外,由于數據存儲的結構發展越來越復雜,沒有類似網絡的標準分層,各家廠商產品以及解決方案之間的兼容的情況不是很好。所以,數據存儲的結構化也是一個必然的趨勢。實際上數據存儲的結構化也順便解決了存儲設備的異構問題,由于存儲設備的不斷發展,各種存儲方案、存儲產品、存儲網絡設備、存儲接口的互操作性是個難題,有時候甚至是一個“不可能的任務”。存儲系統如果能夠提出一個類似網絡分層的統一標準,這些問題都將得到解決。