数字电视制播技术.pptx
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1、1一、电视节目制作网二、RAID技术三、视频服务器四、数字电视自动播出系统第1页/共92页2一、电视节目制作网(一)节目制作网络中的几个基本概念 1 1 通道I/OI/O通道和网络是设备间数据传输和通信的基本连接方式。通道提供设备主机间或主机与外围设备间专用的点到点连接,其任务就是用最少的时间传送数据。目的地的地址是预先确定的,两点间是用实际线路连起来的。通道纠错过程简单,可由硬件完成。通常用于封闭的、有组织的可预知的环境,不需要进行路由选择和地址分辨,数据分组中不需携带任何地址和纠错信息。常见的通道标准包括SCSISCSI、HippiHippi、IEEE1394IEEE1394等。单机非线性
2、编辑系统可视为通道的一个例子,存储硬盘通过SCSISCSI接口与主机相连,传送压缩视频和音频。第2页/共92页31)SCSI接口小型计算机系统接口:一种总线接口标准,定义了有关硬件设备的物理特性和电特性,SCSI硬盘和CD-ROM等通过SCSI总线与主机相连,进行高速率的数据传输。SCSI设备以菊花链形式连接。在链中的第一台和最后一台设备需要终接。设备间电缆长度不超过2米。每台设备有一个地址号(ID),用于总线访问优先级分配(大数目=高优先级)。目前SCSI总线支持32bit的数据传输,并具备多线程I/O功能,可以从多个SCSI设备中同时存取数据。SCSI总线上运用了同步数据传输技术。Narr
3、ow总线宽8bit,Wide总线宽16bit。Narrow为50针接口,可接7个设备。Wide为68针接口,可接15个设备。SCSI标准新添FastSCSI和UltraSCSI,提高了数据传输速率和数据传输错误恢复能力和系统管理功能。第3页/共92页4SCSI接口的演变过程Fast SCSI把SCSI速度从5MHz提高至10MHz,数据传输率加倍到10MB/s。UltraSCSI速度提高至20MHz,传输率加倍到20MB/秒。WideSCSI用第二条数据电缆或68针数据线来提高总线性能,数据位宽16或32bit,把SCSI的性能提升至2倍或4倍。Wide Ultra SCSI用68针数据线把总
4、线性能提高到40MB/秒,后向兼容。SCSI传输率最大可达40MB/s80MB/s,广泛用于网络服务器及高档桌面系统。种类 SCSI Fast SCSI Ultra SCSI Ultra2 SCSI ultra3 SCSI性能 Narrow Narrow Wide Narrow Wide Narrow Wide 总线带宽(bits)8 8 16 8 16 8 16 16 最大的传输率MB/s 5 10 20 20 40 40 80 160 最多支持设备数目 8 8 16 8 16 8 16 16 最大的总线长度m 6 3 3 1.5 1.5 12 12 12第4页/共92页54iSCSI的发展
5、互联网小型计算机系统接口iSCSI。目的:千兆以太网和10G以太网出现,基于IP建立SAN,将SCSI技术应用到网络连接上,实现在IP网络上运行SCSI协议,允许用户通过TCP/IP网络来构建存储区域网(IPSAN)。与FC相比,IP的成本低、传输距离长。2003年2月11日,互联网工程任务组通过iSCSI(InternetSCSI)标准。这项由IBM、Cisco共同发起的技术标准。第5页/共92页6SCSI、FC和iSCSI的数据传输率:时间200120022003SCSI160MB/s320MB/s320MB/sFC200MB/s200MB/s1000MB/siSCSI100MB/s100
6、0MB/s1000MB/s第6页/共92页7iSCSI协议:iSCSI就是将SCSI命令打在IP包中传送给存储设备,进行数据块的存取。iSCSI协议定义了在TCP/IP网络发送、接收数据块级的存储数据的规则和方法。发送端将SCSI命令(TCP/IP头、iSCSI识别包)和数据封装到TCP/IP包中再通过网络转发;接收端收到TCP/IP包之后,将其还原为SCSI命令和数据,并执行操作,完成之后将返回的SCSI命令和数据再封装到TCP/IP包中,再传送回发送端。第7页/共92页85IP存储(IPStorage)概念IP存储就是基于IP网络来实现数据块级存储的方式。支持iSCSI技术的服务器和存储设
7、备能够直接连接到现有的IP交换机和路由器上,实现了IP存储。iSCSI技术具有易于安装、成本低廉、不受地理限制、良好的互操作性、管理方便等优势。第8页/共92页96iSCSI的应用情况iSCSI现在已用于下述中小型存储网络系统:1)主机通过高性能iSCSIHBA(HostBusAdapter)连接到IP网络、iSCSI服务器和iSCSI存储设备,构建IPSAN;2)整合FCSAN和IPSAN,即应用IP存储交换机互联FC和iSCSI设备,再连接到IP网;3)IPSAN通过IP广域网连接远程存储设备,实现基于iSCSI技术的IPSAN的远程备份;4)用IP存储交换机整合iSCSI系统,主要数据中
8、心通过IP存储交换机(即是存储路由器),将独立的IPSAN、FCSAN、NAS设备和IP网络系统都整合到通用的IP网络平台中,成为高度集成的IP数据SAN。第9页/共92页107FC和IP网的iSCSI整合架构例第10页/共92页11提供了现有局域网(LAN)和FCSAN设备之间的互操作性。上部分是基于iSCSI技术的IPSAN,由服务器、HBA、以太网交换;存储路由器互联IP设备和FCSAN;iSCSIHBA包括网卡的功能;可实现协议转换,将SCSI命令和数据封装到TCP/IP包中转发到网络上,或将接受的TCP/IP包还原为SCSI命令和数据并执行。第11页/共92页12TCP/IP网络传输
9、数据块的问题至今在技术上还没有突破。目前对于大容量、高速块级数据存取,FC还是首选。Brocade、Intel、Cisco等将促进FC与iSCSI技术融合。第12页/共92页138infiniBand光纤通道目前是建立SAN架构的唯一选择,但大多数FCSAN管理解决方案都需要一个独立的以太网连接,传递管理指令。将来可能会用G/10G以太网或InfiniBand架构(简称IBA)来实现SAN。对数据存储技术发展进程的预测,10G以太网交换机与Infiniband交换机将在2004年同时问世。InfiniBand贸易协会(ITA)提出的服务器结构(fabric)体系规范,旨在把I/O总线体系结构从
10、服务器和PC中“分离”出来。Infiniband规范体系结构(简称IBA)包含内容很丰富。第13页/共92页14Infiniband将处理计算、存储I/O、网络I/O等功能完全分开,实现以网络为中心的架构。下图是基于IBA(Infiniband)的SAN结构,也是基于IBA架构的计算机体系结构。第14页/共92页15计算机服务器体系结构网络化的发展进程本来是数据存储、计算处理和I/O合为一体的,现在数据存储部分已经分出来,未来将数据存储、计算处理、I/O吞吐三足鼎立的架构,这就是真正的服务器网络化体系结构。这种架构可以非常灵活的根据需要来定制系统。对计算能力要求高,就将计算处理节点的配置得高;
11、通过对存储节点进行定制可成为海量存储专用系统。目前和Infiniband竞争的网络互连标准是PCI-X,G/10G位以太网,FC等。在数据存储解决方案中将遇到G/10G位以太网技术的挑战。第15页/共92页16围绕数据存储的服务器体系结构的演变第16页/共92页17分布式第17页/共92页182)Hippi(高性能并行接口)HP公司为连接超级计算机和工作站开发的,定义了在CPU之间、CPU到磁盘阵列或其它外设传送数据的通道。Hippi是点对点连接,支持带有错误检测(但不改正)打包传送的发送序列。通常用于客户机-服务器结构的网络中,作为服务器间或服务器与存储体的连接。通道I/O技术的优点:低维护
12、管理量、低延迟时间、高速度、高可靠性,但配置结构不灵活,无法满足增长的设备连接和远程互联的需求,所能完成的任务比网络小得多。第18页/共92页192网络传统的局域网络是通过公共传输媒介互连的分布式节点的集合,用自己的协议支持这些节点之间的相互联络。通过共享媒介(电缆或光纤)在一个节点跟另一个节点之间传输数据和地址信息。用于无法预知的环境,要将地址信息打入包内按规定路线发送,完成网络传输。软件开销较大,数据包有很大的前缀,管理节点之间的网络协议和数据传输,限制了系统带宽。每个设备(节点)都将竞争传输媒介,使数据包互相抵触,导致长时间延迟和传输可靠性下降。每个节点必须能在网络中识别错误状况并提供纠
13、错。第19页/共92页20网络协议包括:以太网、令牌环网和FDDI协议、IP协议、ATM协议等。以太网技术属广播型“共享”式网络,采用CSMACD访问方式,即载波监听多路访问及冲突检测方式。在局域网上的每个站都在监听,一个要发送数据的站如果发现总线在使用中,就会推迟发送,等待介质上出现空闲期,该站点要延迟一段时间。当网上用户很多时,信号碰撞的概率会急剧加大,故传输速率下降。网络的优点:连接距离远,配置灵活,支持多种协议,由于其与连接无关的特性,使管理开销增大,节点间竞争传输媒介而导致传输效率下降。第20页/共92页213光纤通道(FibreChannel)结构FibreChannel是90年代
14、初IT领域提出的高速传输机制,于1994年经ANSI(美国国家标准化组织)进行标准化。光纤通道综合了网络的某些特性(如灵活的连接、远程通信和多路协议)以及通道的简洁性和高度可靠性,更象是一种通道/网络的混合体。光纤通道根据不同传输介质,可提供266Mb/s到4Gb/s的传输带宽。可以使用分层协议将数据帧从发送端传输到接收端。数据帧携带的数据可以是视音频数据,也可以是其它协议,如SCSI或Internet协议。最大特点是将网络和设备的通讯协议与传输物理介质分开,这样就支持在同一物理连接上同时传送多种协议。FC象一个大型运输队(数据帧长度较大),可以直接运输数据,也可以将数据按不同协议打包后运输。
15、第21页/共92页22光纤通道的五层定义:物理媒介和传输速率、编码方式、帧协议和流控制、公共服务以及上级协议(ULP)接口。FC-0(物理接口和媒介)定义物理端口特性,包括介质和连接器(驱动器、接收机、发送机等)的物理特性、电气特性、光特性、传输速率等。物理介质有光纤、双绞线和同轴电缆。速度 为 266Mb/s和1062Mb/s。光纤通道结构第22页/共92页23FC-1(FC-1(传输协议)FC-1FC-1规定了8 8B/10BB/10B的传输编码/解码方式和传输协议,包括串行编码、解码规则、特殊字符和错误控制。传输码字应直流平衡、有足够跳变保证时钟恢复。FC-2(FC-2(帧协议)FC-F
16、C-2 2层定义传输机制,包括帧定位(含同步信息)、帧头内容、使用规则以及流量控制等。数据帧(见下表)长度可变,最多达到2 2KBKB,可扩展地址,非常适合于大容量数据的传输。帧头内容包括控制信息、源地址、目的地址、传输序列标识和交换设备标识等。光纤通道依赖数据帧头的内容来引发操作,如把到达的数据发送到一个正确的缓冲区里FC-0、FC-1和FC-2构成光纤通道物理层(FC-PH)标准 。4 4字节2424字节 2112 2112字节净荷 4 4字节4 4字节SOF(帧起始)帧头64B可选帧头 2048B净荷 CRC误码检测EOF(帧结束)第23页/共92页24FC-3FC-3(公共服务)提供高
17、级特性的公共服务,例如条块化、搜索组和多路播放等。条块化的目的是为了利用多个端口在多个连接上并行传输,这样传输带宽能扩展到相应的倍数。l lFC-4FC-4(ULP(ULP映射)是光纤通道标准中定义的最高等级,固定了光纤通道的底层跟高层协议(ULP)ULP)之间的映射关系和现行标准的应用接口,这里的现行标准包括现有的所有通道标准和网络协议,如SCSISCSI接口和IPIP、ATMATM等。第24页/共92页254 4 光纤通道的拓扑结构点到点、交叉开关型(FabricFabric)、仲裁环(FC-ALFC-AL)点对点拓扑结构:将两个器件直接联接,提供对通道全部功能的实时访问,可用于单个工作站
18、与磁盘阵列或其它工作站之间。光纤通道仲裁环(FC-ALFC-AL)仲裁环路允许多台设备连接在光纤通道网络上的环路里,共享带宽,每个设备都要占用一个仲裁环物理地址。设备端口包含收/发机,仲裁用来建立点对点的通信。所有端口都相当于中继器,将信号进行中继放大。当某一端口识别出不是该端口要接收的数据时,可让其它端口的数据通过。节点1 节点2 点对点结构第25页/共92页26一旦一个传输请求被考虑,收发点占有整个环的带宽,直到传送结束。当两个端口释放环路的控制时,另一个点对点连接才可以建立。仲裁环结构设备也可采用集线器连接到FC-ALFC-AL上。HubHub 是一个多接口的光纤环,连接到HubHub的
19、设备共享100100MB/sMB/s带宽。一般的FCFC集线器具有8 8到1616个端口,设备连接到这些接口上,故障时可以旁通。FC-AL FC-AL的缺点:见下页图仲裁环连接的设备数有限,实际连接设备数取决于视频压缩率和对实时性的要求;任一个节点开/关机时,网络资源要重新分配。这对正在实时播放的站点会产生影响,造成瞬间停播。因此FC-ALFC-AL常用于制作设备联网,不考虑播出。节点4 节点5 节点6 节点3 节点2 节点1第26页/共92页27集线器与主环和从环的连接DASSASSAS集线器单连接站点(SASSAS)通过集线器连接到主环上。集线器直接连接到主环和从环上,以保证任何单连接站点
20、的出错或掉电不会破坏整个环路。双连接站点(DASDAS)有两个端口(A A和B B)分别与主环和从环连接。若双连接站点的设备与主环或从环的连接中断或掉电,将影响这个环路的工作。返回14第27页/共92页28采用仲裁环方式的制作网结构非线性编辑工作站非线性编辑工作站非线性编辑工作站录像机集线器仲裁环非线性编辑工作站在仲裁环结构中,所有的客户端和中央存储器以光纤HubHub连接。此结构要求客户端数量不多于五台,其优势在于价格较低,缺点是客户端通过HubHub分享服务带宽,只适合小系统。第28页/共92页29利用LoopHub建立的ArbitratedLoop,形成一个星状的回路架构。FC集线器实质
21、上是一个多接口的光纤环,一般具有8到16个端口,连接到集线器的设备共享100MB/s带宽。FC集线器第29页/共92页30光纤通道的交叉开关型结构 FabricFabric 适合工作在较大的物理区域,原理类似于电话交换机的转换,利用FabricFabric提供设备端口之间的多路径传输。这种拓扑在一帧数据头嵌入目的地标识符,把数据帧通过光纤转换器传输到指定目标的端口上,往光纤转换器上添加站点不会降低点对点通道的频带宽度。FabricFabric自身就能负责差错校验。如果发生传输错误,由FabricFabric负责重新路由连接,确保高速通讯。一旦在两个节点间建立起连接,就可以看作是一个高速通道。通
22、常使用FC FC SwitchSwitch(交换机)来构造交叉开关型网络。典型的FCFC交换机可提供8 8到1616个端口,每个端口均可提供独占 的100100MB/sMB/s带宽。节点2 节点2 节点1 节点1 Fabric 交叉开关型结构第30页/共92页31FabricFabric采用一个主动的智能互联方式进行设备之间的连接,与电话交换机功能相似,光纤通道在设备之间建立临时连接时,利用唯一的地址标识把内部处理器与远达10公里外的外围设备连接起来,如图。Fabric负责对每个端口连接的网络发送数据和错误恢复等管理工作。点对点连接端口叫N端口,每个N端口都有一个接收器和一个发送器,并分配一个
23、唯一的地址N端口地址标识。N端口通过一对光纤、双绞线或同轴电缆互相连接,信息可以在两个端口之间同时双向流动。端口管理设备与Fabric之间的点对点连接。呼叫端口在实际数据前面的加一个目的地的地址标识号码,如同电话拨一个电话号码。FabricFabric上的端口称为F F端口。F F端口根据地址信息把来自源N N 端口的数据发送给目标N N 端口。FabricFabric上连接的节点都可以通过F F端口进行通信 第31页/共92页32光纤通道链接结构示意图返回第32页/共92页33第33页/共92页34通用的光纤通道端口光纤通道用分层协议将数据帧从发送端传输到接收端。数据帧携带的数据可以是原始数
24、据,也可以是其它的协议,即光纤通道能通过单一媒体和相同的硬件连接许多其它的通道和网络协议,如FDDIFDDI、ATMATM、以太网、HIPPIHIPPI、SCSISCSI和IPIIPI。光纤通道这一通用特性的实现方法是,在发送方(如计算机或磁盘阵列)缓存中设置数据传输方式,而在接收方设置接收缓存。光纤通道不管这些数据的内容和它的格式,把一个缓存里的东西传送到另一个,绕开众多的协议规定。光纤通道可以看作一种传输机构,用户能把要传的东西(SCSISCSI命令、ATMATM命令等)放入包内,输送至所要求的地方。利用这种缓存,FCFC的设备可以通过点对点连接同时与所有其它终端进行数据交换。第34页/共
25、92页355FC-SAN(1)以服务器为中心的存储系统存储系统是服务器的一部分,服务器不仅承担工作站的应用程序服务,还要承担文件服务。即执行用户的应用程序和共享数据的管理、接收和发送均由同一服务器处理。服务器执行客户机的资料请求,读取资料,并通过网络以小数据包向客户机仲裁、分发文件和数据。这种存储系统,用户数量增加或服务器正在服务时,响应变慢。网络带宽够时,服务器成为瓶颈。存储器和服务器紧密连接也使应用受到限制。服务器 LAN 工作站 工作站 工作站以服务器为中心的存储体系 第35页/共92页36(2)附属于网络的存储结构(NAS)数据存储采用专用的文件服务器(称NAS服务器)管理文件存储系统
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