淺談云計算在網絡體系構建中的應用

單斌

（軟通動力信息技術(集團)有限公司，天津 300000）

1 云計算的原理與特點

云計算把分布在不同地方、設備上的海量信息和大量處理器資源融合在一起，組成一個超級系統池，通過互相協同為外部提供各種各樣的服務，它是基于Internet的超級化計算方法和模式，其特點在于通過基于互聯網的多級協同模式，具有比單臺計算機更強、更快的運算能力，組成集群的分布式計算機并不要求性能很強，但在數據處理中心的統一管理下，按客戶的不同需求分配資源，在處理能力上可以起到超級計算機的作用；數據中心統一管理數據，負責分配資源、均衡負載、部署安全控制軟件，由大量計算機構成的超級資源池承擔復雜、繁重的計算任務，能夠滿足各種應用對計算能力、存儲空間和其他服務的需求，它通過互聯網將數據中心的各種資源打包后對外提供服務。

云計算的產生主要來自于兩方面的需求：1)隨著計算機行業的發展，系統開發技術、運行維護技術分工不斷細化；2)用戶自有資源的有限性與公共計算需求的無限性之間不斷擴大的矛盾。云計算的出現和不斷發展，可以最大限度地利用分布式資源，更迅速、廣泛地交換信息，更準確地量化和控制成本，云計算虛擬化地封裝分布在不同計算機上的相同規格的資源，以服務的形式對外提供資源，云計算有自己的特點：1)1：2資源池的形式對外提供服務，它以數據為中心，以資源池的形式對外提供服務，“云”里有大量的服務和軟件，可為用戶提供各種服務，數據密集性強。可靠性強，從純技術角度看，在相同計算環境下，云計算采用同構節點 (節點之間可以互換)，可提供多個數據容錯副本，它比其他本地計算的可靠性更強。3)虛擬化技術。虛擬化是支持云計算技術的基礎，它將存儲與網絡設備、服務器、客戶機等底層硬件虛擬化，對控制和管理平臺進行資源分配和共享，相對隔離各種需求之間的資源。4)通用性強。云計算針對特定企業或某種具體應用，在“云”可伸縮模式下，構造許多不同的“服務”，并在同一時間，運行不同的“應用”。5)動態性強.云計算中服務池盡管是固定的，但分配給“應用”的資源量是可以進行動態調整的，可根據不同“應用”的需要，動態地分配資源，提供軟、硬件服務。

2 云計算在網絡體系構建中的關鍵技術與應用

2.1 網絡拓撲結構

從降低成本方面考慮，利用低造價交換機及商業級服務器來構建數據中心可以大大減少成本支出。另外，鑒于現在的PC機和服務器都具有至少兩個網絡端口，充分利用這些端口可以大大提高拓撲內節點的連通性以獲得更大的網絡吞吐量，這樣的構建方案具有更好的性價比。

數據中心網絡拓撲結構是由同一型號的可編程交換機組成，中間的服務器將網絡分割成兩個對稱的Fat-Tree結構的特殊變體，每個這樣的Fat-Tree結構包含核心層、匯聚層和接入層3個層次，使用這樣結構的好處是可以保證每臺服務器的任意網絡端口都可以同時以網絡硬件接口所允許的最大帶寬進行通信而不受網絡通信帶寬瓶頸的制約。

網絡能夠容納的服務器數量取決于構建網絡所使用的交換機的端口數k，網絡中的服務器被分成k組，每組包含 (k/2)2臺服務器，網絡被服務器分成上下兩個部分，每部分的接入層和匯聚層對應每組都有k/2臺交換機，每個接入層的交換機分別連接k/2臺服務器，剩下的端口分別連接上層的交換機.核心層有(k/2)2臺交換機，每臺交換機的第i個網絡端口連接到第i組的匯聚層的某臺交換機，這樣每個匯聚層的交換機都有k/2條鏈路與核心層的各個交換機相連接.使用具有幾個端口的交換機組建的網絡可以容納K3/4臺服務器，我們提出的這種結構適用于任意端口數的交換機，如采用常見的48口交換機，那么按照本文提出的方法構建的數據中心網絡可以包含27648臺服務器，足夠支持企業構建自己的私有云平臺。

這種網絡拓撲構建方式有以下4個優點：1)雖然相較于傳統樹形結構使用了更多的交換機，但是由于無需在核心層和匯聚層采用造價昂貴的高端高性能交換機，因此減少了總體構建成本；2)對于網絡中任意的兩臺服務器之間都存在多條等長度的路徑可供選擇；3)充分利用了服務器的兩個網絡端口，提高了網絡的連通性和吞吐量；4)在提出的網絡結構中不存在像傳統樹形結構中的單點故障，因此容錯性得到了加強。

2.2 對虛擬機遷移的支持體系

借鑒應用于Internet骨干網絡交換機上的網絡虛擬化技術，并使駐留在主機上的代理與可編程交換機的控制軟件實時地交換網絡運行時參數，以達到動態調整各虛擬網絡帶寬的分配及控制管理參數的目的，這樣的協同工作機制使得不同的虛擬網絡運行不同的網絡層路由協議成為可能，這將能夠保證運行于不同虛擬網絡上的應用服務對于QoS的個性化需求。

2.5 層代理的另一個重要功能就是實現虛擬機的迅速遷移，設計2.5層代理的映射功能，通過將虛擬地址和實際地址進行一次映射以隔離上層應用使用的網絡地址和底層網絡進行交換時使用的物理地址之間的聯系.不同的是文獻E83映射的是服務地址和位置信息地址，我們可將每臺主機上駐留的代理為每個虛擬網絡創建一個映射表，用來記錄網絡內的虛擬機IP地址與物理主機MAC地址的對應關系.代理之間可以實時通信，通過類似路由發現的分布式通信機制，周期性更新運行于各臺服務器上的虛擬主機與硬件網絡地址的對應關系。

在某個服務器上建立新的虛擬主機時，代理會記錄新的虛擬IP地址與物理主機MAC地址的對應關系并在該虛擬網絡內進行廣播，這樣各個代理上對應該虛擬網的映射表都將被更新.當虛擬機間通信時，請求通信的主機發送的ARP探測包將直接被代理捕獲，檢索本機代理上的映射表，如果有匹配項將直接返回對應的MAC地址，如果沒有，代理將負責進行廣播以獲得正確的MAC地址.當出現服務器故障時，虛擬主機遷移到其他服務器上之后，服務器上的代理將會在網絡中主動廣播遷移后虛擬主機地址與服務器端口的對應關系從而加快虛擬機遷移后的恢復時間。

結語

在云計算環境下，“主機”與“顯示器”的電線變成了網絡，把“主機”變成云服務提供商的服務器集群，用戶的使用觀念也會發生徹底的變化：從“購買產品”到“購買服務”轉變，因為他們直接面對的將不再是復雜的硬件和軟件，而是最終的服務。云計算的服務共享模式體現了以人為本和集約高效的發展理念，為信息技術更好的服務于人的生產生活提供了新的途徑.盡管這一模式的運作還在不斷的成熟之中，但是其發展方向是樂觀的，云計算正如它美麗的名字一樣，正在不斷的將新的驚喜呈現在世人面前.而其服務共享模式也將與社會整體發展的人本取向一道共同促進人的生產與生活。

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