IaaS私有云数据中心系统设计.docx
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1、.-.IaaS 私有云数据中心系统设计IaaS 私有云数据中心将逐步替代原有形态的企业数据中心,为企业日常 IT等业务运营环境供给更加强有力的支持。当前云计算产业正在如火如荼的开展,大型互联网运营商如阿里、百度等都已经供给了公有云业务,特地效劳于中小型企业,为其供给根底 IT 建立与维护效劳。而对局部大型企业和平安性有较高要求的用户来说,私有云那么成为其自身 IT 建立的首选。在云计算的三个层面中,上层架构的 PaaS 与 SaaS 要求更加贴合企业自身的业务系统特征,因此系统设计更加留意共性化和独立化部署。而底层的 IaaS 构造那么具有更高的通用性与普适性,可以在大多数云计算数据中心中部署
2、,为企业供给灵敏的业务部署环境。本文将重点阐述 IaaS 私有云数据中心较为常见的根底系统设计构造。1 IaaS 私有云数据中心整体系统构造从架构上来看,IaaS 私有云数据中心主要由 7 个局部组成: 计算虚拟化资源;共享存储资源; 融合网络资源; 平安防护资源; 应用优化资源;.文档.统一治理平台; 使用交付平台。计算虚拟化资源与共享存储资源供给了云计算中最为根底的计算与存储 系统,平安防护资源与应用优化资源供给了平安优化的附加增值效劳,统一治理平台和使用交付平台为外部的用户与治理员供给了云计算资源治理使用的入口, 融合网络资源通过连接整合将上述 6 个局部严密结合在一起,使云计算资源能够
3、作为一个真正的整体对外供给 IaaS 效劳。2 计算虚拟化系统设计为了使大量的效劳器资源能够集成在一起,统一对外供给计算效劳,必需部署软件的虚拟化系统来整合成云。因此在 IaaS 私有云数据中心,效劳器虚拟化软件平台是该系统最为核心的组成容。虚拟化软件平台通常分为虚拟化业务平台和治理平台两个局部,业务平台部署在大量的物理效劳器计算资源上,实现计算资源一虚多的虚拟化业务需求; 而治理平台那么通常会部署在统一治理平台组件部,对业务平台所在物理效劳器计算资源进展统一调度部署。效劳器虚拟化平台主要供给分区、隔离、封装和迁移 4 个关键特性。分区:在单一物理效劳器上同时运行多个虚拟机。隔离:在同一效劳器
4、上的虚拟机之间相互隔离。封装:整个虚拟机都保存在文件中,而且可以通过移动和复制这些文件的方式来移动和复制该虚拟机。迁移:运行中的 VM 可实现动态迁移到不同物理机的虚拟平台上。目前 IaaS 数据中心的虚拟化业务平台有 ESX/ESXi、Hyper-V、XEN 和 KVM 四大主流软件产品。其中 ESX/ESXi 是 VMware 公司的私有技术平台,Hyper-V是 Microsoft 公司的私有技术平台。而 XEN 和 KVM 那么是两款主流开源虚拟化平台,有诸多厂商如 Citrix、Redhat、Amazon 等的虚拟化平台产品都是基于这两款开源平台修改实现的。从根本功能支持与性能牢靠性
5、上比较,上述四款平台的差异不大。相对来说,XEN 和 KVM 由于属于开源平台工程,更加符合目前软件行业趋于开源的整体开展方向,在 IaaS 私有云和公有云数据中心建立部署时被选用的也相对更多。其中 XEN 是 2023 年公布的早期虚拟化平台,KVM 是2023 年公布的一代虚拟化平台, XEN 在已有数据中心工程应用较多, KVM 那么由于其构造精简,且与 Linux 核结合的更加严密,在近些年建的 IaaS 数据中心中更受欢送,大有后来居上的趋势。3 存储系统设计3.1 共享存储系统设计在 IaaS 数据中心部,除了使用虚拟化平台对物理效劳器计算资源进展整合以外,还需要对存储资源进展集中
6、处理,以到达数据级别的资源整合。存储系统实现上有很多技术分类,依据效劳规模要求,在 IaaS 私有云数据中心主要使用 IP SAN 或 FC SAN 作为共享存储系统供给数据存储效劳。IP SAN 通常针对数据规模较小,IOPS每秒 I/O 吞吐要求较低的场景使用,投资本钱相对降低。FC SAN 那么针对大型数据规模或高 IOPS 要求的场景使用,系统搭建消耗较高。近些年随着 FCoE 技术的开展,这种兼具了 IP 网络带宽优势与 FC 存储高 IOPS 特点的融合型存储系统开场受到关注,但由于厂商产品还不够成熟,大规模部署实现还需要确定的时间。存储系统整合后,可以通过专业的软件平台为效劳器集
7、群供给数据共享效劳。共享存储平台产品分为两大类,其中绝大局部是由存储设备厂商依据自身产品特性设计供给,主要在自己的产品上使用,如 EMC、IBM、NetApp 和 Hitachi 等。另外一局部是由专业的软件厂商设计,通过增加一层数据治理平台架构,可以在绝大局部存储产品上使用,如 Symantec 的 Veritas 等。具体选择取决于决策者更加看重数据中心存储治理的运维简化还是兼容异构。3.2 分布式存储系统设计值得一提的是,在近几年,随着效劳器计算力气和网络传输带宽的极大提升,整个业务系统的性能瓶颈开场向存储设备上转移,如上介绍的传统集中式存储受到带宽和 I/O 吞吐等硬件条件限制,开展已
8、现颓势。兴的分布式存储技术正在逐步走进群众的视野,该技术将原有单一磁盘阵列中的存储资源分散到大量低本钱的效劳器中,通过软件方式进展数据读写调度,并供给数据冗余。代表技术如 Google 的 GFS 和 Hadoop 的 HDFS 等,都已经拥有确定的使用规模。一些专业厂商也已经推出了适用于小型应用业务的产品,但由于相对于传统集中式存储技术成熟度较低,还需要时间成长。分布式存储的目标是利用多台效劳器的存储资源来满足单台效劳器所不能满足的存储需求。分布式存储要求存储资源能够被抽象表示和统一治理,并且能够保证数据读写操作的平安性、牢靠性、性能等各方面要求。分布式存储技术可以通过多种方式实现,一种比较
9、典型的实现方式是分布式文件系统。分布式文件系统允许用户像本地文件系统一样远程效劳器的文件系统,用户可以将自己的数据存储在多个远程效劳器上,分布式文件系统根本上都有冗余备份机制和容错机制来保证数据读写的正确性。云环境的存储效劳基于分布式文件系统并依据云存储的特征做了相应的配置和改进。另一类分布式存储的实现方式是分布式存储软件或效劳,例如著名的 Ryze 存储效劳,以及很多 P2P 文件存储系统。在考虑了分布式文件系统的设计准那么的根底上,又觉察了以下几个不同于传统分布式文件系统的需求:第一,PC 效劳器极易发生故障,造成节点失效, 故障的缘由多种多样,有机器本身的、网络的、治理员引起的及外部环境
10、引起的, 因此需要对整个系统中的节点进展监控,检测消灭的错误,并开发相应的容错和故障恢复机制;其次,在云计算环境中,海量的构造化数据被保存为格外大的文件,一般为 GB 量级,因此需要转变原有的基于对中小文件(KB 或者 MB 虽级)进展治理的文件系统设计准那么,以适应对超大文件的;第三,系统中对文件的写操作绝大多数是追加操作,也就是在文件的未尾写入数据,在文件中间写入数据的状况其实很少发生,而且数据一且被写入,绝大多数状况下都是被挨次地读取, 不会被修改,因此在设计系统时把优重点放在追加操作上,就可以大幅度提高系统的性能;第四,设计系统时要考虑开放的、标准的操作接口,并隐蔽文件系统下层的负载均
11、衡、冗余复制等细节,这样才可以便利地被上层系统大规模地使用。在不同地域的多个数据中心部署文件系统需考虑企业客户的以下需求:远程备份:将重要数据在不同的地域节点冗余存储,实现跨地域节点的冗余存储,具备抵抗自然灾难的容灾力气高可用:各地域节点均可独立向企业供给效劳,当某个地域节点发生故障后可由其它地域节点担当负载就近:企业在不同的地域设有分支机构,各地的分支机构或出差人员可就近或者通过局域网本地的地域节点,提升数据的速度负载均衡:多个地域节点同时工作并按就近的策略分担负载,减轻峰值压力按需备份:分支机构的某些数据只需就近保存在本地节点,某些数据既需要保存在本地节点也需要同步给其它地域节点供全公司;
12、集团公司的某些数据需要在全部地域节点传播供各分支机构热点数据播送:热点数据能够播送到不同的地域节点,在地域节点部又能传播到不同的存储节点,可以分散热点数据对网络、主机、磁盘的压力智能存储治理:企业治理员可以查看各地域节点的存储空间使用状况和查看指定文档的远程备份状况,可以灵敏设定文档资产在多个地域节点的备份数量、传播策略、可以指定在局部地域节点上去除某些数据以优化空间利用云计算的消灭给分布式存储带来不的需求和挑战。在云计算环境中,数据的存储和操作都是以效劳的形式供给的;数据的类型多种多样,包括了一般文件、虚拟机镜像文件这样的二进制大文件、类似 XML 的格式化数据,甚至数据库的关系型数据等;云
13、计算的分布式存储效劳设计必需考虑到各种不同数据类型的大规模存储机制,以及数据操作的性能、牢靠性、平安性和简洁性。4 融合网络系统设计假设将 IaaS 私有云数据中心比作为人体,计算资源就似乎心脏,网络系统那么是遍布全身的血管。再强健有力的心脏,假设没有繁茂通畅的血管,也无法将能量发挥出来,整个人也谈不上XX 精神了。在IaaS 数据中心,网络系统将其他组件联通在一起,使全部系统亲热结合为一个整体。在数据中心部,依据位置和连接资源的不同,网络系统通常可以分为五个局部。接入网络:效劳器到接入设备之间。后端网络:效劳器到存储设备之间。前端网络:接入设备到核心设备之间。互连网络:数据中心之间互连局部。
14、边缘网络:数据中心与外部网络互连局部。4.1 接入网络接入网络主要用于连接物理效劳器与接入层设备,在 IaaS 私有云中,由于大量虚拟化技术的应用,对接入网络的挑战从传统的物理效劳器间流量传输变化为如何更好的承载虚拟机之间的流量。从技术思路上来说,目前主要有两个开展方向,一是由虚拟化软件厂商主导的将流量处理工作都交由物理效劳器的虚拟交换机 vSwitch 完成,同一物理效劳器部虚拟机交互流量由 vSwitch 本地转发, 不同物理效劳器的虚拟机通信时通过在 vSwitch 之间建立隧道技术完成,无需关心中间物理网络的连接方式,此类方案代表技术如 VXLAN、NVP 等;另一个方向由网络厂商主导
15、的将网络流量处理照旧交给网络设备完成,效劳器部不对虚拟机的流量进展细分把握,由接入层网络设备在连接效劳器的物理接口下建立对应虚拟机的虚拟接口,从而到达精细化流量把握的目的,代表技术如 IEEE 的802.1BR 和 802.1Qbg。进展接入网络系统架构设计时,对技术的选择主要依据效劳器资源与网络资源投入状况。vSwitch 处理方式明显会加剧效劳器的计算资源消耗,假设全部效劳器的性能都足够强大,且虚拟化之后都会预留较多计算资源供 vSwitch 做任务处理,那么可以选择使用 vSwitch 处理流量的方案。假设期望将更多的计算资源用于虚拟化后的业务处理,那么可以考虑将虚拟机流量放到接入设备上
16、处理的方案,即仍由网络设备处理网络的任务。4.2 后端网络后端网络主要用于连接效劳器资源与存储资源,可选方式以 FC/IP/FCoE 几种为主,设计依据存储资源的类型选择,前文共享存储设计中有过说明, 此处不再赘述。值得一提的是 FCoE 网络由于可以与接入网络融合,从整体构造上可以简化网络设计与降低投资,同时能够兼容 FC 存储资源,所以在最近几年的开展中越来越被看好。4.3 前端网络依据数据中心的计算资源规模大小,前端网络可以选择承受二层或三层架构设计。如接入层设备承受 1:40 的效劳器接入比例,全部效劳器都使用双上行到两台接入层设备实现冗余,几种常见接入层到核心层网络构造对应规模如下:
17、使用传统二层 MSTP 设计,网络节点规模在 50 以下,效劳器资源需要小于 1000 台(50*40/2);使用三层 OSPF 设计,网络节点规模可以支持200 左右,效劳器资源到达4000 台;使用大二层如 TRILL 设计,网络节点规模理论上可以到达 500 以上,对应效劳器资源规模能够支持到 10000 台。上述计算都是抱负状况下的结果,实际部署时考虑到带宽和治理等其他因素,对应支持的效劳器资源规模还要更少一些。此外,较的 SDN软件定义网络技术如OpenFlow 等,原理上将把握层面与转发层面别离,网络节点只处理转发任务,全部的路径计算与治理都由独立的把握器设备完成。此类技术理论上都
18、是支持无限大的网络与计算资源规模, 实际部署时只受限于把握器软件所在的硬件如效劳器处理力气。但由于 SDN 技术相对不够成熟,真正的到达大规模实施还需要确定时间。4.4 互连网络受场地供电等限制以及不同地理位置用户就近接入的需求,在扩大云计算规模时,IaaS 私有云中多地部署数据中心站点已经是很常见的建立方式,尤其像一些超大型全球企业,其私有云数据中心势必需要多点开花,以支撑其遍布世界各地的分支使用。互连网络需要依据站点的地理距离以及通信需求选择适宜的网络技术进 展搭建。现有技术主要是以搭建隧道为主,如二层隧道 VPLS/OTV/EVI,三层隧道 MPLS/GRE 等。这些技术都是来自网络厂商
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