思科統一計算UCS 系統構造虛擬化數據中心的實踐

劉剛

摘要： 該文首先指出傳統虛擬化架構存在的問題，然后引入思科UCS虛擬化新技術，分析了UCS的各項技術特點，最后用它設計了虛擬化數據中心部署方案。此方案降低了虛擬化系統的構造復雜度，提高了可維護性。

關鍵詞： UCS；虛擬化；數據中心

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）13-0236-02

1 傳統虛擬化架構存在的問題

近年來數據中心虛擬化建設快速發展，虛擬化提高了服務器的資源利用率，但傳統虛擬化架構中還存在一些問題。

首先，傳統架構中存在數據局域網和存儲交換網絡兩種網絡，這使得機柜線纜較多，不利于散熱，而且導致網絡配置復雜，故障排除困難。

其次，每臺服務器都有著自已唯一的標識參數，如WWN名稱（World wide name），MAC地址等。這些參數通常是服務器上安裝的應用軟件Licenses（使用許可）綁定的對象，因此當服務器發生故障，虛擬化遷移至備用服務器時，這些參數發生改變將造成軟件無法在新的服務器上運行。

2 思科統一計算系統UCS

思科公司針對上述問題，開發了一種創新的計算架構：統一計算系統UCS（Unified Computing System）。它是對傳統虛擬架構的革新，它在一個緊密結合的系統中整合了計算、網絡、存儲接入與虛擬化功能，旨在降低總體擁有成本，同時提高業務靈活性。

2.1統一交換網絡矩陣

UCS使用統一交換矩陣技術實現了傳統數據網絡和存儲數據一起同時傳輸。它采用的是當前在以太網上融合傳統局域網和存儲網絡唯一成熟的技術標準Fiber Channel Over Ethernet（FCoE），即以太網光纖通道，它將存儲網（SAN）的數據幀封裝在以太網幀內進行轉發。思科UCS采用FCoE技術實現了Fiber Channel流量在 10G 以太網中傳輸，整合 I/O 到同一條線纜，減少了適配器，線纜和端口數量。單個網卡及單根連線就能將服務器同時聯向以太網和 Fiber Channel 存儲網絡，從而達到節省設備數量和布線簡化的目的。圖1表明了傳統虛擬架構和UCS統一計算架構的對比情況。

實現這一功能的具體設備是統一交換矩陣UCS 6020XP，它創建了一個統一的管理域，最多可將20個刀片機箱作為一個計算資源池進行統一的調度和管理，實現了所有網絡流量的統一傳輸和處理。

每塊刀片服務器還配備了一個Cisco集中網絡適配器（CNA）。它直接跟機箱的網絡結構相連，通過10Gb的通道進行存儲和網絡活動，實現了以太網光纖通道（FCoE）。

2.2 VN-Link虛擬適配器技術

思科統一計算系統中的每臺服務器都通過一條或多條物理鏈路連接到統一交換矩陣。Cisco VN-Link技術能在單一物理鏈路上配置多條虛擬鏈路。虛擬鏈路將虛擬機中的一個虛擬NIC （vNIC）連接到交換平臺中的一個虛擬接口。這個功能由Cisco UCS M81KR虛擬接口卡實現，它能創建多達128個虛擬端口，其身份（MAC地址和WWN）可動態編程。這個虛擬接口卡提供了足夠的接口，保證每個虛擬機都能擁有一個或多個專用物理接口，因此不再需要虛擬軟件層面的交換。這些端口都和UCS6120XP的某個物理網卡端口相關聯。圖2中虛擬機VM1的虛擬網卡先和M81KR中1號虛擬接口相關聯，然后和物理端口NIC1相關聯，形成一條虛擬鏈路。

這種結構使對虛擬機虛擬鏈路的管理就像管理物理服務器的物理鏈路一樣進行。也就是說，從虛擬機視角來看，每個虛擬機好像都有一個唯一的物理網卡。虛擬接口與物理接口的相聯關系能根據需要發生改變。當一個虛擬機從一臺服務器遷移到另一臺服務器時，該虛擬機的虛擬鏈路所連的虛擬接口只要簡單地與UCS6120XP另一個物理端口建立關聯就可以了。圖2中VM1由A刀片機箱遷移到B刀片機箱時，VM1的虛擬接口卡由原來關聯的NIC1變換為NIC2，而對于虛擬機系統中mac地址來說則不發生變化，因為虛擬接口卡仍然是1號虛擬接口。這樣就解決了服務器虛擬化遷移后軟件能正常運行的問題。

2.3 UCS Manager統一管理系統

Cisco UCS Manager是思科統一計算系統的管理中心。它提供了一個直觀GUI控制臺，能夠全方位管理服務器配置文件、HBA設置和網絡配置文件等，無需為個系統組件配備單獨的管理模塊。Cisco UCSManager軟件集成并內嵌于統一交換矩陣UCS6120XP之中。

UCS Manager為每臺刀片服務器都設置了一個服務配置文件。它全面定義服務器的各種參數和配置。當更換新的刀片服務器時，我們可將原來的服務配置文件直接應用到新服務器。由于配置文件中規定了服務器的物理參數如MAC地址，WWN地址，VLAN和VSAN的連接，boot order等各項參數，新的服務器也即備機就會具有和老服務器一樣的物理參數，由此，無需在網絡和SAN設備上做任何重新設置，備機就具有老服務器的所有特性。這樣就避免了傳統虛擬架構中服務器更換時的繁瑣設置工作，提高了管理效率，降低了維護難度。

3 基于UCS的虛擬數據中心部署方案

本方案采用了2臺思科UCS5108刀片服務器機箱，該機箱最多可以安裝8臺半寬兩路刀片服務器。刀片服務器選擇思科UCS B200 M2兩路刀片服務器，每個機箱共配置8臺，每臺配置2顆E5649處理器，48GB內存。刀片服務器通過2104XP陳列擴展器模塊連至兩臺交換矩陣6120XP，形成冗余結構，避免出現單點故障。每個2104XP有4個10G上行端口，支持40G帶寬，每刀片機箱安裝2個，共80G帶寬。兩臺UCS 6120xp都連接到思科上層核心交換機。NetAPP存儲由Cisco MDS9124交換機和統一交換矩陣相連。

每臺刀片配置48GB內存，在一般應用的負載情況下，可承載16臺虛擬機的資源需求。此虛擬化架構易于擴充，資源不夠時只需增加刀片機箱和刀片服務器即可。數據存儲由NetAPP存儲提供，可方便擴充數據容量，保障數據的可靠性。

4 結束語

UCS采用統一交換矩陣，在一個統一的網絡基礎設施上傳輸局域網、存儲流量，降低了網絡的復雜度和部署難度。 UCS Manager對整個刀片集群作為一個計算資源池進行統一的調度和管理，實現了刀片資源的動態調度以及刀片故障時的自動冗余切換功能。

UCS平臺將計算、網絡、存儲訪問和虛擬化統一到一個綜合系統中，進行集中管理，提升了數據中心虛擬化的靈活性和可靠性。

參考文獻：

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