網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)在云計算數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

文/閆鴻斌

當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)與云計算技術(shù)正成為信息化時代的重要支撐。許多大型企業(yè)基于資源利用率和工作效率雙重提升的考量，都營建了各自的云計算數(shù)據(jù)中心，并對網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)進(jìn)行深度吸納，開創(chuàng)了企業(yè)信息化的新模式。本文將基于大量應(yīng)用實(shí)踐，對網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)在云計算層面的應(yīng)用進(jìn)行研究，以期進(jìn)一步提升大數(shù)據(jù)利用的能力。

1 相關(guān)概念

云計算在近年來廣受關(guān)注，其本質(zhì)是以網(wǎng)絡(luò)存儲、負(fù)載均衡、虛擬化技術(shù)與分布式計算等信息化技術(shù)為依托，營造虛擬空間來實(shí)現(xiàn)對眾多實(shí)體設(shè)備作連接，以便更加高效、更加可靠地開展大數(shù)據(jù)分析和計算。評價云計算平臺的主要指標(biāo)是“計算能力”(該項(xiàng)能力的高低直接決定用戶投入資金的多少)，而“計算能力”在很大程度上受制于信息存儲與處理的模式。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)是一種新型的信息運(yùn)行方式。借助它，一方面多臺服務(wù)器可發(fā)生相互關(guān)聯(lián)(即管理資源的優(yōu)化)，另一方面相關(guān)軟件能朝著合理簡化的方向得到重新配置(即相關(guān)程序的二次開發(fā))。因此，將網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)應(yīng)用到云計算平臺，就能達(dá)成多個獨(dú)立操作系統(tǒng)并行運(yùn)行于同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的目標(biāo)，從而大幅提升云計算平臺的計算能力與運(yùn)行質(zhì)量。

2 云計算數(shù)據(jù)中心中虛擬化技術(shù)分類

2.1 數(shù)據(jù)平面虛擬化

技術(shù)實(shí)質(zhì)：依托多路徑轉(zhuǎn)發(fā)模式，借助寬帶與接入槽、核心層之間的“協(xié)作”，達(dá)成信息的交互。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：在一定程度上拓展了計算機(jī)運(yùn)行空間(因?qū)嵤┎⑿修D(zhuǎn)發(fā))，提升其信息儲存速度，從而最終能使人們的辦公時間得到縮減(因云計算數(shù)據(jù)中心的處理效率獲得了提高)。技術(shù)缺點(diǎn)：多路徑轉(zhuǎn)發(fā)會使計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)變得更為復(fù)雜化，帶來運(yùn)行安全的隱患。改善途徑：在電腦主機(jī)選配上側(cè)重運(yùn)算能力的考量，多渠道提升技術(shù)人員水平以及時處理運(yùn)行問題。

2.2 控制平面虛擬化

技術(shù)實(shí)質(zhì)：以一個主板電腦控制數(shù)萬個操作系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)調(diào)取能力得到提升。技術(shù)分類：

（1）縱向型。其運(yùn)行要求是增加上一級接口數(shù)量的同時削減下一級技術(shù)功能。

（2）橫向型。大致原理與縱向型類似，不過數(shù)據(jù)傳送口為分布式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

3 虛擬化技術(shù)在云計算數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

虛擬化技術(shù)在云計算的應(yīng)用大致分為4個層面，見圖1所示。

3.1 服務(wù)器虛擬化

所謂服務(wù)器虛擬化，指的是同一物理環(huán)境下多個系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行(彼此應(yīng)相互隔離、不能互為影響)。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵是將服務(wù)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，一般有兩種形式：寄居結(jié)構(gòu)與原生結(jié)構(gòu)。寄居結(jié)構(gòu)指在已安裝到位的傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中運(yùn)行虛擬化操作系統(tǒng)(相當(dāng)于將后者作為前者的一個應(yīng)用程序)，原生結(jié)構(gòu)指將虛擬化操作系統(tǒng)在服務(wù)器硬件中進(jìn)行部署(即通過硬件配置來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器虛擬化控制)。實(shí)際工程中，寄居結(jié)構(gòu)不用考慮虛擬化操作系統(tǒng)與相關(guān)硬件的匹配度，應(yīng)用起來較為方便，但該方式易受原有操作系統(tǒng)的影響，一旦發(fā)生問題可能致使系統(tǒng)癱瘓。

3.2 網(wǎng)絡(luò)虛擬化

網(wǎng)絡(luò)虛擬化是基于用戶實(shí)際需求來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的技術(shù)，可有效提升網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可在多個具有明確結(jié)構(gòu)與功能分配的層次之間展開，如核心層、訪問層、交換層等等。因?yàn)樵朴嬎阌脩舴稚⑿源蟆⒁?guī)模大，故一般要考慮多種接入方式的采用。這樣，必須借助技術(shù)手段來確保網(wǎng)絡(luò)接入的適應(yīng)性以及可擴(kuò)展性。

3.3 存儲虛擬化

圖1：虛擬化技術(shù)在云計算平臺的應(yīng)用架構(gòu)

所謂存儲虛擬化，就是對數(shù)據(jù)存儲施之以虛擬化操作，將多臺存儲實(shí)體的信息進(jìn)行融合但經(jīng)由一臺設(shè)備向用戶存儲服務(wù)，用戶可根據(jù)自身需要對資源池作各種調(diào)配操作。各類存儲虛擬化的應(yīng)用分析見圖2所示。

3.4 計算中心的虛擬化建設(shè)

云計算中心與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的差異：

（1）主要流量構(gòu)成取決于二層服務(wù)器流向；

（2）服務(wù)器數(shù)量大量增加；

（3）二層拓?fù)鋵佑泻艽髷U(kuò)張；

（4）多站點(diǎn)之間大二層互通。這樣，因選路情況更為復(fù)雜化，為達(dá)成數(shù)據(jù)集中環(huán)境下端到端的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用與訪問的相互隔離，就要求對云計算中心及與它相關(guān)聯(lián)的客戶端、接入段等層面作全覆蓋式虛擬化建設(shè)。

3.4.1 核心層虛擬化

所起作用：通過對系統(tǒng)資源的靈活調(diào)度與動態(tài)調(diào)整達(dá)成資源利用質(zhì)和效的雙雙提升。加強(qiáng)對象：核心層網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換能力與數(shù)據(jù)接入規(guī)模。實(shí)現(xiàn)途徑：

（1）借助虛擬機(jī)箱技術(shù)簡化設(shè)備管理流程；

（2）經(jīng)由端口捆綁達(dá)成跨交換機(jī)的相互連接；

（3）經(jīng)由以太網(wǎng)鏈路捆綁挖掘系統(tǒng)冗余能力。

3.4.2 接入層虛擬化

所起作用：對接入層作科學(xué)分級。相關(guān)要求：基于以太網(wǎng)環(huán)境，對走線作分析，選擇各種部署方式與相應(yīng)交換機(jī)發(fā)生關(guān)聯(lián)，適時發(fā)展以太網(wǎng)DCE，以實(shí)現(xiàn)“擁塞通知”、“傳輸選擇增強(qiáng)”、“優(yōu)先級流量控制”等高級功能。

3.4.3 虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換

類型：

（1）物理網(wǎng)卡虛擬化；

圖2：各類存儲虛擬化技術(shù)的應(yīng)用分析

（2）虛擬網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

功能：通過對交換機(jī)與網(wǎng)卡功能的虛擬，實(shí)現(xiàn)主機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生交換機(jī)，以及網(wǎng)卡與端口的一一連接。虛擬網(wǎng)卡擁有多個獨(dú)立邏輯(其MAC、IP等地址均呈獨(dú)立性)，可支撐流量靈活調(diào)度。

虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換的相關(guān)要求：

（1）應(yīng)支撐深度包檢測、端口鏡像等方式對虛擬機(jī)的訪問與監(jiān)控；

（2）要滿足VLAN、QoS等層面的必要屬性；

（3）要滿足虛擬機(jī)遷移與業(yè)務(wù)連續(xù)性的不相關(guān)(即遷移不影響連續(xù))。

4 結(jié)語

在信息化和智能化時代，基于云計算的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)必將在越來越多的層面得到應(yīng)用。隨著用戶對云計算數(shù)據(jù)中心運(yùn)行能效期冀的不斷攀升，需要基于網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)來達(dá)成多系統(tǒng)并行運(yùn)行等重要目標(biāo)。總之，應(yīng)在實(shí)踐中不斷總結(jié)，使網(wǎng)絡(luò)虛擬化和云計算得到更好地結(jié)合。