基于超融合架構的交通云數據中心建設與應用

張廣玉

摘要：隨著云計算技術的快速發展，采用傳統基礎架構的交通數據中心，已經嚴重制約交通領域各業務信息系統性能的提升。整合資源、升級架構、簡化運維是傳統基礎架構的數據中心迫切需要解決的問題。通過對交通數據中心的升級建設過程分析，闡述了現狀需求、建設方案以及應用情況等。

[關鍵詞]超融合交通數據中心

交通數據中心是智慧交通建設的核心，實現對交通數據信息的集中處理、存儲、傳輸、交換和管理，為交通各業務信息系統提供基礎支撐。隨著信息技術的不斷進步，尤其是超融合技術的快速發展，軟件定義的本質促使傳統數據中心全部向虛擬化發展，數據中心將成為虛擬資源中心，能夠更好地實現資源自動調配、按需分配，極大地減少運維成本，簡化業務部署，為交通數據中心的變革帶來新的契機。

1現狀需求分析

淮安市交通數據中心在十二五期間建成，采用傳統基礎架構，實現了部分計算資源和存儲資源的虛擬化，其中交通專網向上連接省交通運輸廳，向下連接7家縣區交通運輸局局，橫向連接6家交通職能部門，實現了省市縣三級交通運輸主管部門互聯互通與應用協同，打破了系統內的“信息孤島”，基本實現了各類業務信息資源的整合及共享交換，在一定程度上提升了交通信息化水平。

數據中心是信息系統的中心，通過網絡提供信息服務，主要依靠服務器、存儲和網絡這三者結合才能高效運轉。隨著交通業務的不斷增長，對系統的要求、期望值及依賴程度也越來越高，現有的數據中心逐漸不能滿足需求，傳統基礎架構的性能瓶頸也日益凸顯，而且在后期的管理與使用過程中，也慢慢發現了一些不足。

1.1資源利用率低

存在“煙囪式”的建設模式，每增加一個業務系統，就要新增一套硬件設備，而且各個業務系統內的資源又不能共用或借用。系統運行中有的設備負載太高，不堪重負，有點設備負載又太低，資源儲備太多，得不到有效利用，造成對底層資源的投入與上層應用的效果不成正比關系。

1.2管理維護困難

缺乏一體化的運維監控管理系統，基本以業務為單位來增加相關設備，從選型采購到安裝部署需要很長的周期，其中牽扯到各類軟件的安裝，比如操作系統、補丁以及應用軟件等，還有網絡設備的調試，比如VLAN、路由的配置等，以及安全設備的調試，比如防火墻端口、訪問策略的配置等，比較復雜。

1.3擴展能力不足

傳統基礎架構因為是縱向擴展的，割裂了各個業務系統之間數據的聯系，對設備的升級或更換，主要是通過各個設備相關資源的運，行狀態來判斷，也就是通過單點的方式去購買相關資源，比如存儲、服務器、網絡等設備，容易造成資源孤島，橫向擴展性較差，不能針對業務變化實現快速調整部署。

1.4服務策略不同

高可用性、安全、優化等策略受制于以孤立的設備功能為中心的傳統基礎架構，造成跨平臺的不一致性，不能面向整個系統形成統一的服務策略。造成投入的設備資源能力不能形成強大合力，實現不了為上層業務提供強大策略服務支撐的目標。

1.5能源消耗量大

數據中心的運維成本很重要的一個就是能耗，在正常情況下，所有設備的工作負載平均不超過25%，但又必須全部得開機使用，大量的硬件占據了很大的空間，也消耗了很多的電力，在節能減排的大形勢下，迫切需要采用一些新技術來進行降耗。

2升級建設方案

2.1建設目標

根據數據中心現狀，基于集約化建設和虛擬化管理理念，按照相關標準規范，結合交通自身業務發展需求，采用超融合架構技術，構建一一個彈性、靈活、安全、可靠、高效、節能的交通云數據中心。通過對計算、網絡、存儲、安全等基礎資源的全面整合，達到對基礎資源的全面池化，實現對基礎資源的按需分配及彈性擴展，在統一的云平臺，上實現自動化部署。依托交通專網，調整數據存儲方式，優化數據分級管理及資源共享交換，建立統一高效的運維管理平臺，降低運營和維護成本，確保在日常管理及后期維護上方便、靈活，提升數據中心的效能與管理水平，為各項業務信息系統提供更加可靠、高效的服務支撐。整體邏輯結構如圖1所示。

2.2建設要求

2.2.1標準規范性

信息技術發展速度非常快，系統采用的技術在后期使用運行過程中要和整個信息技術發展相同步，具備良好的適應性，數據中心的結構設計和設備選型必須堅持相關標準規范，優先選擇國家標準和通用的國際規范。

2.2.2先進成熟性

系統要面向未來，設計應體現先進性和成熟性的統一"，在充分考慮到數據中心應用的現狀及未來發展趨勢的基礎上，采用成熟的并且經過市場檢驗的先進技術和產品，確保數據中心達到行業內先進水平。

2.2.3安全可靠性

數據中心裝載了大量軟硬件設備及數據信息資源，并且具有實時服務的特點，要充分保證系統運行安全可靠，管理模塊冗余配置，整個系統無單點故障。具備周密的數據備份恢復機制，防止數據丟失，確保數據交換安全。2.2.4靈活擴展性

系統應能夠適應交通業務的發展，具有良好的橫向擴展能力，可根據業務量進行彈性擴容。實現自動分配系統資源，簡化系統部署，能夠應對交通行業未來的發展變化。

2.2.5性能可用性

滿足數據庫集群及關鍵應用對性能的需求，實現性能與業務需求相匹配，破除系統運行在訪問高峰期時產生的性能瓶頸，進一步縮短系統處理業務時的響應時間。確保系統訪問不卡頓、不延遲、不中斷，保持服務的高可用性。

2.3架構設計

總體架構設計思路遵循面向交通業務實際需求，設計方法基于模塊化，實現業務模塊與數據中心基礎架構模塊松耦合，保證數據中心業務彈性擴展和新業務快速部署，確保基礎架構簡單可靠、易于管理，實現交通數據中心的可視化統一管控。總體架構如圖2所示。

2.3.1基礎架構層

將虛擬化的計算資源、存儲資源、網絡資源以基礎設施即服務的方式通過網絡提供給用戶管理和使用，實現大幅提高基礎架構的靈活性、可管理性及擴展性的目標，按照邏輯結構包含三層，從底到上分別是硬件層、虛擬化層、云層。

硬件層：主要包含服務器、存儲設備、網絡設備等物理資源。

虛擬化層：基于計算虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化等各種虛擬化技術，對物理資源進行抽象，屏蔽硬件層自身的差異和復雜度，向上呈現為標準化的可彈性擴展及自動分配的虛擬資源池。

云層：根據業務系統的需求，自動擴展生成所需的各類資源，實現對虛擬資源池的統一調配及組合。

2.3.2業務應用層

包含虛機模塊、協議模塊、存儲模塊、用戶模塊、策略模塊等，由這些模塊來共同構建易擴展、靈活、高效的數據中心，使數據中心業務的復雜性大大降低，主要運行交通的各類業務系統，比如辦公OA、交通服務熱線、公文交換、交通運輸運行監測平臺等信息系統。

2.3.3統一運維管理

采用開放的管理架構和模塊化的設計思路，根據數據中心實際管理需要配置運維管理模塊。主要包括資源管理、流程管理、策略管理、平臺管理等模塊，將這些模塊集成到一個運維界面，對計算和存儲等資源進行池化及動態分配，實現業務系統的快速部署及運維的簡化。

2.3.4綜合安全保障

從基礎設施、網絡安全、數據安全、應用安全等多個方面為數據中心運行提供全方位安全保障，可提供完整的安全規劃建議及建設模板，做到安全可視，實現云安全體系的快速構建。

3建設實施情況

VMwarevSphere是業界公認的、成熟的虛擬化軟件，市場占有率居領先地位，而VxRail系列是VMware和EMC在VMwareHCI（Hyper-ConvergedInfrastructure，超融合基礎架構）基礎上聯合開發的超融合基礎設備，附帶了vSAN、vCenter、LogInsight以及來自EMC和VMware的一整套行業領先的數據服務，包括恢復、數據保護、云分層和備份等。是目前市面上唯一的全面集成VMware、預先配置VMware軟件的超融合基礎架構設備，也是目前HCI領域的市場領導者，故采用VxRail系列超融合應用裝置，來實現計算、存儲、網絡等硬件和軟件資源的整合以及一體化IT基礎架構的轉型。升級后的數據中心網絡拓撲結構如圖3所示。

3.1基礎硬件配置

部署VxRail120超融合應用裝置2套，共8個節點，每個節點配置2顆CPU（XeonE5-2620V3、12C24T、2.4GHz）、256GB內存、400GBSSD硬盤、5塊企業級1.2TBSAS硬盤（10000轉）、2個萬兆接口，每個節點擁有獨立的CPU、內存、存儲和網絡資源，采用X86架構，支持橫向擴展功能，整個集群含3.2TB緩存。

3.2系統網絡構建

部署2臺萬兆交換機（華為CE6810）為VxRail120超融合應用裝置提供網絡接入，避免單點故障。內建虛擬交換機，實現虛擬機相互之間或與物理機之間的網絡調度。數據中心內部網絡配置均采用全萬兆互聯，保證網絡帶寬。

3.3軟件安裝部署

VxRail120超融合應用裝置集成虛擬化軟件、管理軟件及數據保護軟件等，包含VMware和EMC的全套軟件功能，配置部署簡單，無需命令行操作，只需在圖形化管理界面上點擊即可完成。

通過設置vMotion網絡、vSAN信息、虛擬機網絡、LogInsight信息等實現設備的初始化配置。可通過VxRailManager管理設備的安裝和升級，通過VMwarevCenter管理單一設備或多個集群，通過vRealizeOperations實現端對端的分析、主動預警和容量管理，通過vRealizeAutomation建立自助服務目錄，實現云數據中心運營的自動化。

3.4系統安全防護

部署亞信服務器深度安全防護系統，采用“無代理”安全保護方式，從物理主機底層向上為所有虛擬機提供保護，實現較低的性能消耗。具備虛擬補J功能，以及Web應用層檢測、IDS、IPS等深度檢測包技術，對惡意程序感染、網絡入侵、惡意訪問、漏洞利用等多種層面的風險形成有效的防御能力。通過安全過濾策略，主動偵測虛擬網絡中流動的惡意代碼，阻攔從外部或內部發動的網絡攻擊，為虛擬化系統打造一體化的安全管理平臺。

4建設成果應用

本次云數據中心建設，實現了計算、存儲、網絡、安全等資源的統一整合，共計提供384個VCPU、2TB內存、48T業務存儲資源，這些資源均可以彈性靈活的按需分配給交通業務信息系統提供服務。目前遷移到云數據中心的有辦公OA系統、交通運行監測平臺、公文交換系統、網絡管理系統、視頻統一分析系統、行政權力網上公開透明運行系統、交通服務熱線系統等7個應用，均能夠安全、穩定、高效運行，沒有出現業務中斷的情況。

系統具備HA（HighAvailable，高可用性集群）功能，當一個節點發生故障時，相關的虛擬機可以在集群內的其他物理機上重新啟動，實現在線遷移功能，保障業務系統運行的連續性。針對每個虛擬機可以設置4個副本，保證業務系統7>24小時不間斷運行。可以對系統中存在的事故隱患生成具有前瞻性的預警，方便用戶提前做出響應，降低風險。具備主動式運維管理能力，全系統中文視圖故障監測分析、圖形化性能分析、圖形化健康監測、圖形化容量分析。虛擬機連續數據保護可以實現RPO（RecoveryPointObject，恢復點目標）為秒級單位進行恢復。通過與第三方安全軟件融合，無需在虛擬機內安裝代理即可保護虛擬機，實現虛擬化環境下的安全防護。

5結語

與傳統基礎架構方式相比，超融合架構更簡單，使得云數據中心可以從容應對當前快速發展的交通業務需求，將更加簡化的運維管理、快速的業務部署、彈性的資源擴展得以實現，大大提升了云數據中心的運行效率、管理水平及服務能力，為交通信息化的發展提供了強有力的技術支撐。

參考文獻

[1]林勇。探究云化時代背景下的IT基礎架構——超融合架構[J].電子元器件與信息技術，2018，2（10）：33-35+45.

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