廣播制作系統服務器虛擬化網絡設計

付廣新

（作者單位：兵團廣播電視臺）

廣播制作系統服務器虛擬化網絡設計

付廣新

（作者單位：兵團廣播電視臺）

摘 要：本文闡述了VMware vsphere服務器虛擬化在廣播制播網絡中的初步搭建應用情況。利用低成本的虛擬化技術，實現廣播制播網路服務器資源共享，提升應用業務系統和數據的安全性，提高服務器資源的利用率，降低硬件成本和運維成本。

關鍵詞：廣播制播網；虛擬服務器；vmwarevsphere

計算機技術在廣播技術中的成功應用推動了廣播技術的發展，進入全媒體時代后廣播網絡建設也越來越龐大復雜。各類應用業務的不斷發展，服務器硬件環境配置已不能滿足業務增長的需要，如服務器資源的利用率不高，低資源的服務器剩余資源不能被其他服務器利用，造成資源的浪費，如何在有限的硬件資源上安全實現更多服務器功能。虛擬服務器技術就是借助于計算機虛擬技術對資源進行優化整合的方式來滿足這一要求。

1 虛擬服務器群技術

在計算機中利用虛擬技術在現有的軟硬件平臺中構建出虛擬的處理器、內存、存儲空間形成一個虛擬的硬件管理平臺，虛擬化是硬件與操作系統之間的一個抽象層，把物理硬件與操作系統分開，每個虛擬機都有自己一整套虛擬的cpu、內存、網卡、存儲空間和Bios。一臺物理的服務器可以虛擬出多臺虛擬機，在多臺物理服務器上所有虛擬服務器構成一個虛擬服務器群，通過虛擬應用技術，可以把所有物理服務器構成統一的抽象虛擬化平臺，所有的硬件被統一到一個虛擬化層中進行統一的調度分配。每個虛擬服務器可以在群內的不同物理服務器中遷移、復制和備份。

2 虛擬技術在廣播制作網中的實現

2.1 虛擬化的軟件選擇

目前市場上虛擬化的產品很多，例如VMWARE Vsphere、微軟的Hyper-V、紅帽的KVM、開源的xen等。最常用的VMWARE Vsphere是最可靠的虛擬軟件之一。下面以VMWARE Vsphere作為虛擬服務的平臺進行討論。

2.2 VMWARE Vsphere平臺介紹

VMWARE Vsphere是部署范圍最為廣泛的虛擬化平臺套裝軟件，主要由基礎架構服務、應用程序服務、vCenter server、客戶端組件層構成，各組件之間的關系如圖1。

圖1　VMWARE Vsphere各組件關系圖

基礎架構服務：用于抽象、聚合和分配硬件或基礎架構資源的服務集。應用程序服務：服務是用于確保應用程序可用性、安全性和可擴展性的服務集。VMware vCenter Server：VMware vCenter Server為數據中心提供一個單一控制點。提供基本數據中心服務，如訪問控制、性能監控和配置功能等。客戶端：用戶可以通過vSphere Client或Web Access等客戶端訪問VMware vSphere 數據中心。

2.3 虛擬化制作系統的實現

目前廣播的制播網大都采用播出網和制作網分離的方式，在這種結構中，播出網和制作網相對獨立，有各自的網絡平臺，播出和制作網通過網絡安全設備進行隔離，使安全性進一步提升。結合目前使用的xstduio制作系統為例，近一步了解VMware vSphere在廣播網絡中的應用。

2.3.1 制作網系統設計

整個制作網包含制作服務器系統、媒資服務器系統、新聞服務器系統、制作基礎平臺系統、音視頻收錄系統、廣告傳單系統、制作工作站系統、制作全局備份系統等幾個子系統。以制作服務子系統為例，其服務器主要配置有制作數據庫服務器、制作webservice服務器、制作ftp服務器、媒資數據庫服務器、媒資webservice服務器、媒資ftp服務器、新聞數據庫服務器、新聞webservice服務器、新聞ftp服務器、域控服務器1、域控服務器2、轉碼服務器、網管服務器、音頻收錄服務器、全局備份服務器。其中音頻收錄服務器需要外插業務板卡，不適宜采用虛擬服務器的方式，所以單獨配置。轉碼服務器由于對服

務器資源消耗很大，所以也單獨配置。全局備份服務器由于異地部署的需要也單獨配置。系統結構圖如圖2。

圖2　制作網系統結構圖

系統網絡布線采用垂直布線和水平布線兩級結構：核心交換機和樓層交換機兩級結構，整個網絡的主干網絡采用全光纖連接，接入交換機和核心交換機的連接都是采用光纖進行連接。核心交換機作為整個網絡的核心，其安全性也是很重要的，因此本次設計采用兩臺核心交換機，這兩臺核心交換互為備份關系。核心交換機采用全千兆接口的交換，核心交換機和樓層交換機的連接全部采用千兆光纖口進行上行連接，所有服務器（用于虛擬服務器系統的服務器除外，由于刀片系統的刀片機需要通過匯聚交換機才能和系統的網絡連接）和核心交換機的連接也采用千兆光纖口進行上行連接。而刀片服務器匯聚交換機和核心交換機之間通過10G光纖網線連接。

2.3.2 虛擬網絡的設計

vSwitches虛擬環境內部和外部網絡之間的關系如圖3。

圖3　vSwitches虛擬環境內部和外部網絡關系圖

虛擬環境提供了與物理環境類似的網絡元素。這些元素包括虛擬網絡接口卡（vNIC）、vNetwork標準交換機（vSwitch）、vNetwork分布式交換機（dvSwitch）和端口。與物理機一樣，每個虛擬機都有一個或多個vNIC?？蛻魴C操作系統和應用程序通過常用的設備驅動程序或VMware用于虛擬環境優化的設備驅動程序與vNIC進行通信。在虛擬機外部，vNIC有自己的MAC地址和一個或多個IP地址，并與物理網卡一樣遵守標準以太網協議。虛擬交換機的工作原理與二層物理交換機一樣。每臺服務器都有自己的虛擬交換機。虛擬交換機的一端是與虛擬機相連的端口組，另一端是與虛擬機所在服務器上的物理以太網適配器相連的上行鏈路。虛擬機通過與虛擬交換機上行鏈路相連的物理以太網適配器與外部環境連接。虛擬交換機可將其上行鏈路連接到多個物理以太網適配器以啟用網卡綁定。通過網卡綁定，兩個或多個物理適配器可用于分攤流量負載或在出現物理適配器硬件故障或網絡故障時提供被動故障切換。由于現今主流的服務器均配有4個以上的網絡接口，在做虛擬化實施時可以考慮在ESXi端對網卡進行聚合綁定。我們將2個或多個連接聚合在一個vSwitch上。在提高網絡流量的同時，保證硬件設備的故障不會對數據通訊造成影響。

2.3.3 虛擬服務器的HA措施

在該構架中，系統由多臺物理服務器和存儲系統構成。一臺物理服務器可以虛擬為多臺虛擬服務器。所有虛擬服務器的鏡像文件都存放在后端的存儲系統中，所有的物理服務器都可以讀取這些虛擬機的鏡像文件。

在虛擬服務器系統中，vSphere HA能在運行重要應用的實體機和同等配置的虛擬機上創建集群。所以每種服務器只虛擬一臺，當承載該虛擬服務器的物理服務器失效的時候，在vCenter Server的控制下，系統將在另外一臺物理服務器上自動重啟該虛擬服務器，從而實現系統的高可用。與其他群集解決方案不同，HA提供基礎架構并使用該基礎架構保護所有工作負載。無需在應用程序或虛擬機內安裝特殊軟件。所有工作負載均受HA保護。配置HA之后，不需要執行操作即可保護新虛擬機，它們會自動受到保護。HA可以將虛擬機及其所駐留的主機集中在群集內，從而為虛擬機提供高可用性。群集中的主機均會受到監控，如果發生故障，故障主機上的虛擬機將由vCenter Server服務器控制，在備用主機上自動重新啟動。通過這

種方式實現虛擬主機的HA，虛擬服務器切換過程基本就是虛擬機啟動的過程。

2.3.4 存儲系統設計

對于中小型電臺制作系統的存儲設計，可以配置獨立的外接存儲。由于非結構化數據快速增長，對于大型的制作系統來說，由于采用了虛擬服務器系統，所以系統的存儲不再按子系統區分，而是采用中心的NAS群集系統來存放所有的音頻。如圖4。

圖4　NAS群集系統圖

例如EDI-9300集群NAS具有分布式文件系統的特性，支持在線添加或刪除集群結點與存儲設備。EDI-9300集群NAS網關將EDI-6300中的邏輯卷合并成一個單一命名空間，用戶通過訪問EDI-9300集群NAS網關即可存取數據，同時，EDI-6300中的其他邏輯卷也可以同時以IP-SAN的方式向網絡中的用戶提供數據服務。一種存儲解決方案可以獲得多種不同的使用環境，并且可以更加需要動態調整邏輯卷的分配方式。2臺EDI-6300磁盤陣列配備10Gb Iscsi主機端口，并各連接2臺擴展柜，2套盤陣上的邏輯卷可以進行鏡像功能，無論在NAS還是IP-SAN下，均可實現數據的雙重備份。系統還配置了一套全局備份系統，也可以作為異地容災系統。實現對制作系統中所有數據（包括數據庫和音頻文件）的備份，以便其中任何一組服務器失效時，系統可以把相關切換到該全局備份服務器上，利用該全局備份服務器臨時充當對應服務器，保證服務繼續進行。同時該服務器還起到了容災備份的作用，該服務器組可以放置到其他樓層的其他房間或另外的建筑中，起到災備的作用，以滿足廣電總局的相關要求。

2.3.5 虛擬存儲構架

VMware vSphere存儲架構由各種抽象層組成，這些抽象層隱藏物理存儲子系統之間的差異，并管理它們之間的復雜性，如圖5。

圖5　VMware vSphere虛擬存儲架構圖

對于每個虛擬機內的應用程序和客戶機操作系統，存儲子系統顯示為與一個或多個虛擬SCSI磁盤相連的虛擬SCSI控制器。虛擬機只能查看和訪問以上類型的SCSI控制器。這些控制器包括BusLogic Parallel、LSI Logic Parallel、LSI Logic SAS和VMware Paravirtual。虛擬SCSI磁盤通過數據中心的數據存儲元素置備。數據存儲就像一個存儲設備,為多個物理主機上的虛擬機提供存儲空間。多個數據存儲可以聚合到一個名為數據存儲群集的邏輯、負載平衡池中。每個數據存儲都是存儲設備上的物理VMFS卷。NAS數據存儲是帶有VMFS特征的NFS卷。數據存儲可以跨多個物理存儲子系統。單個VMFS卷可包含物理主機上本地SCSI磁盤陣列、光纖通道SAN磁盤場或iSCSI SAN磁盤場中的一個或多個LUN。添加到任何物理存儲子系統的新LUN可被檢測到，并可供所有的現有數據存儲或新數據存儲使用。每個虛擬機可作為一組文件存儲在數據存儲中的目錄中。與每個虛擬客戶關聯的磁盤存儲是客戶機目錄中的一組文件。可以作為普通文件在客戶機磁盤存儲上進行操作?？梢詮椭啤⒁苿踊騻浞荽疟P存儲?？上蛱摂M機添加新虛擬磁盤，而無需關閉虛擬機電源。在這種情況下，系統將在VMFS中創建虛擬磁盤文件（.vmdk），從而為添加的虛擬磁盤或與虛擬機關聯的現有虛擬磁盤文件提供新存儲。

2.3.6 虛擬化環境的搭建

本系統中為了對服務器虛擬架構進行有效的管理和監控，方案中采用配置一臺獨立的Windows 2008 R2服務器來作為vSphere套件中的vCenter服務器。vCenter服務器為整個環境提供了集中化管理。另外5臺服務器上配置VMware esxi 5。在5臺服務器上虛擬出13臺服務器，由于采用VMware HA的方案，所以每種服務器只虛擬一臺，當承載該虛擬服務器的物理服務器失效的時候，在vCenter Server的控制下，系統將在另外一臺物理服務器上自動重啟該虛擬服務器，從而實現系統的高可用。在5臺服務器上安裝VMware esxi 5設置賬號及網絡（安裝過程中注意vCenter Server所需的端口，要為端口80解決IIS和vCenter

Server之間的沖突問題及防火設置問題）。在vmware client中設置虛擬中心，建立虛擬集群，加入5臺服務器。Vcenter server會聚合5臺ESXI主機所有的CPU、內存、存儲和網絡資源，根據不同的需求建立相應的資源池。從而可以動態靈活地將這些資源池提供給虛擬機。

3 總結

虛擬化廣播網絡在實施過程中建立配置網絡和存儲，建立集群框架是一個非常復雜的過程，如果配置不當，會影響整個系統的穩定性。設計和實施過程必須保證存儲設備的安全，如果存儲出問題將帶來災難性的后果。虛擬服務器整合了物理資源，減少了物理服務器的數量，明顯提高了物理服務器的利用率，降低了硬件成本和運維成本。采用虛擬機高級功能，使系統和硬件分離，提高了系統的安全性、可靠性。通過vsphere的搭建，可以為將來向云計算過度。

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