網絡虛擬化技術在云計算數據中心的應用研究

　　虛擬化技術能夠使多個操作系統或者多個應用同時在一臺主機上運行，虛擬化技術為云計算提供了主要的技術支撐，在云計算數據中心的應用過程中，發揮著巨大作用。該文筆者就云計算中心虛擬化技術的分類與特點進行了分析，闡明了云計算中虛擬化技術的重要性，同時深入探究了虛擬化技術在云計算應用中有待解決的問題，希望為相關工作者提供一些參考和建議。

　　《計算機應用》創刊于1981年，是中國計算機學會會刊。以介紹計算機應用技術為重點，以推動經濟發展和科技進步為宗旨，以促進計算機開發應用創新為目標。由包括張景中、潘云鶴、何積豐、周巢塵、陳國良院士在內的數十名計算機學科專家組成編委會，承擔組稿、審稿、撰稿工作，另有數百名本學科其他專家參與審稿工作。

　　眾所周知，大量的計算資源都存在于云計算數據中心，要想使不同服務器的資源變得抽象，必須使用虛擬化技術，構建一個計算資源池，根據粒度分配資源。利用虛擬化技術在云計算內部建造統一標準的邏輯網絡接口、內存、存儲空間以及CPU，然后屏蔽掉物理服務器之間的差異，使所有用戶的虛擬化資源在供應、度量和調度上保持一致。本文筆者探究了云計算中虛擬化技術的應用。

　　1虛擬化技術的特點

　　想要在一臺計算機上運行多個操作系統需要使用虛擬化技術，該技術在X86服務器架構中獲得了快速的發展。在微軟、VMW以及XEN等多家公司進行服務器虛擬化的過程中起到了關鍵的引導作用.但是虛擬化技術的運用在最初進度緩慢，主要是因為X86處理器自身性能的不足以及X86的架構與虛擬化技術運用要求不是很匹配。后來，Intel和AMD公司對X86處理器的架構進行了修改，X86處理器的自身性能得以提高，虛擬化技術的運用問題得到了解決。服務器虛擬化提高了物理空間內數據中心的應用密度，增加了邏輯服務器的數量.如此，使得服務器的內外數據流動增多，服務器處理效率也得到了提高。如今，虛擬化技術已經成為云計算的核心技術。

　　利用虛擬化技術能夠在云計算數據中心構建出一個計算池，并擁有超級計算能力，它能夠有效屏蔽不同服務器之間的差異。一個云計算數據中心多則擁有數萬臺物理服務器，每個物理服務器上都運行著多個動態變化的虛擬機。通過網卡、橋片、內存等硬件虛擬化和不斷增強的CPU性能輔助，在物理服務器上增加虛擬機的運行數量。不難想象，一個大型的云計算數據中心的虛擬機運行數量。如今，在云計算數據中心，虛擬化技術發揮著不可替代的作用。

　　當云計算數據中心開始大規模應用虛擬化計算和存儲之后，這就對運行網絡有更高的要求。虛擬化技術的大規模應用需要更多的寬帶支持，必須構建大容量的資源池端口，使虛擬機在DC間和DC內部互通，以此擴展資源獲得更多的接口，同時要實現數據中心站點間的相互聯系，加強業務和底層硬件的透明度，實現云計算空間的大規模構建。

　　2云計算數據中心虛擬化技術的分類

　　2.1數據平面虛擬化

　　控制平面和數據轉發平面是數據通信的兩個維度，數據轉發平面又被稱為數據平面。為了使數據平面的效果得到良好的展現，TRILL和SPB兩個新協議應運產生，這兩個協議屬于控制協議，可以實現在N6-設備上進行拓撲路徑計算的目標，但是TRT(LLL/SPB區域網絡的內部轉發對于外界來說沒有任何意義，它僅為虛擬交換的進行提供了一個場所。雖然，數據平面虛擬化使用多合一的方式擴展了計算的范圍規模，但是轉發效率較低，也使網絡變得更加復雜。

　　多路徑轉發問題和拓撲無環路問題是接人層與核心層設備在建造數據中心二層網絡模型的過程中必須解決的。Ethernet想要實現無環轉發，必須使用STP，但是這樣一來，又會導致寬帶浪費、部分路徑被阻塞的情況出現，大大降低了整個網絡的轉發效率。因此，建設云計算數據中心需應用網絡虛擬化技術，以此提高寬帶的利用率。

　　首先，需要在接人層與核心層的交換機中引入動態尋址協議與外層封裝標識，用來滿足L2M(Layer2 MuhiPath)的需求，其實就是仿照IP,OSPF制作了一個外放版的協議機制，放置于Ethemet外面。

　　其次，需要構建無環的樹狀連接模式，在構建此模式時需要利用整個網絡邏輯拓撲，此模式需要保證只有一條邏輯鏈路可以通過核心層與接人層或邏輯節點設備連接，順利完成多路徑和無環轉發工作。另外，還需要將接人層以下設備的交換機全部虛擬成邏輯的框式交換機”。

　　例1.SPB與7RILL的不同之處，如表1。

　　2.2控制平面虛擬化

　　所謂的控制平面虛擬化，簡單來說就是僅僅使用一個主體統一全部設備的控制平面，并完成整個虛擬交換機工作?？刂破矫嫣摂M化可以有兩種方法，一種是橫向虛擬化，另一種是縱向虛擬化。

　　將不同層次的多個設備通過虛擬化技術合而為一就是縱向虛擬化，這種縱向虛擬化方式使上級設備的接口增加，這樣一來，下級交換機設備的功能就大大降低，不能實現對報文和交換機的控制和轉發，僅僅可以完成一些簡單的同步處理的工作。

　　橫向虛擬化具有和縱向虛擬化相同的工作原理，同樣將不同層次的多個設備通過虛擬化技術合而為一，用一個主體完成控制平面工作。但是有一點需要注意，作為典型的虛擬交換機，橫向虛擬化使結構變為分布式，左右核子和機框負責處理和轉發流量。換句話說，控制平面虛擬化是一種真正的虛擬交換機，它可以同時滿足增加接口和管理統一的需求。

　　2.3控制平面多虛一技術

　　目前，國內IT界運用最多的控制平面多虛一技術就是VSS技術和IRF技術。IRF技術和VSS技術分別是H3C數據中心交換機和Cisco數據中心交換機的私有技術，以下是兩者技術點的關鍵所在：

　　(1)雙活檢測處理：如果VSL或者Link出現問題，與其相關的物理設備就導致IP網關混亂，這是因為二者完全相同的配置，在上下游網絡設備中出現了雙活節點.所以VSS和IRF都會運行雙活處理機制來修復專用鏈路出現的故障。還有一點要注意：在進行初始協商時，VSS技術和IRF技術都必須將備份的機框設備重啟，才能完成虛擬化部署。

　　(2)基于引擎的主備模式：VSS技術與IRF技術都是使用一塊主控引擎處理虛擬交換機的主控制問題的，其他的引擎都是備份過的。這個引擎可以單獨完成協議學習、表項同步等工作。至于數據轉發工作，如果拓撲不太大、OSPF鄰居不多，交換機也可以獨自完成。

　　(3)專用鏈路跑私有協議：IRF技術使用VSL和IRF link、Vss技術來承載控制平面私有交互協議IRF和SLP。

　　例2.CiscoVSS的三種故障檢測方式，如下圖：

　　3虛擬化技術提高了云計算數據中心的資源利用率和服務水平

　　3.1虛擬技術的快速發展為云計算數據中心帶來全新的發展機遇

　　虛擬化技術可以根據眾多的資源虛擬出更多的主機，為使用單位營造富有活力和彈性的網絡資源環境，形成強大的網絡架構，使數據中心資源的利用率和共享率得到明顯提高，幫助云計算數據中心獲得更大的收益：

　　(1)節約成本。使用虛擬化技術可以有效節省總體成本，減少了硬件投資，提高了每個服務器的利用率，不用因為舊系統的升級、維護和兼容性等問題而浪費時間和精力。

　　(2)提高服務水平。虛擬化技術對云計算數據中心的服務器、存儲等資源實施統一管理，按照需求擴充容量，更好地完成動態資源調配。根據用戶的不同需求，云計算數據中心可以為用戶提供云服務器、云存儲、云桌面、云應用等服務。

　　(3)提高工作效率?？梢园巡渴饡r間由過去的小時級轉化為分鐘級，大大縮短服務器應用和重建的加載時間，由過去的20-40小時轉變為現在的15-30分鐘，大大減少了工作時間，工作的效率明顯提高。

　　3.2虛擬化技術可以為云計算數據中心提供云計算基礎架構

　　虛擬化技術不僅大大提高了使云計算數據中心的服務水平與資源利用率。還為云計算數據中心營造了富有彈性的使用空間，充分激發了云計算數據中心的潛力。云計算數據中心具有共享性，它是由儲存設備、網絡設備和服務器之類的底層硬件共同虛擬化而創造出的一個運作環境，它根據用戶的不同要求形成服務導向的IT架構，利用各種相互隔離應用的方式建造上層數據。虛擬化技術為數據中心創建了一個安全、可行的云計算基礎架構，更是在其中引入了自動化技術和先進的管理系統，它不僅僅是一個整合工具。這樣一來，傳統的數據中心和云計算數據中心就很容易區別了。

　　4云計算數據中心虛擬化技術的應用需解決以下問題

　　4.1虛擬化架構的可管理性

　　云計算數據中心虛擬化架構急需解決虛擬資源的可擴展性管理、可配置性管理等問題，以此實現虛擬資源的自動化管理，具體操作如下”：

　　(1)狀態監控問題。對設備硬件工作狀態和虛擬環境要進行嚴格的檢查，如果發生問題，要第一時間發出警報。

　　(2)性能檢測方面。對物理機器和虛擬機的性能進行監控，分析其瓶頸，同時有針對性地提出一些優化建議。

　　(3)補丁管理方面。能夠自動為虛擬化管理軟件和虛擬機系統提供補丁升級方案。

　　4.2虛擬化架構的安全性

　　云計算數據中心能夠幫助使用單位或者個人節省大量成本，并在存儲服務到網絡服務的全部過程中為他們提供各種“云服務”。使用虛擬化技術可以將個人或者使用單位的計算機應用和已有工作量轉移到云計算數據中心。面對眾多的用戶、多重技術、多雜的設備平臺，在確保安全性和可用性的同時，對資源進行整合，這是云計算彈性數據中心順利運用的關鍵。

　　5結束語

　　隨著服務器、存儲、網絡等硬件資源的全面虛擬化，網絡虛擬化技術將在云計算數據中心中發揮著越來越重要的作用，大大提高了計算機云計算的功能。在云計算數據中心利用虛擬化技術可以改變網絡結構，使各項操作變得更為簡單，工作速度也大大提高，同時也使網絡維護變得更加簡單，減輕工作人員的工作負擔，因此需要加強研究，促進虛擬技術在云計算中心得到更加廣泛的應用，提高虛擬技術應用的水平，為社會的發展做出更大的貢獻。