時間：2024-01-25 15:53:25
序論：在您撰寫云計算基本架構(gòu)時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
NTT的國際國內(nèi)長途電話業(yè)務(wù)部門將收購Virtela Technology公司，這樣能使其在之前未獲得業(yè)務(wù)許可的一些國家開展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。Virtela Technology公司總部位于美國科羅拉多州丹佛市，它在超過190個國家和地區(qū)與當(dāng)?shù)毓竞献鳛槠髽I(yè)客戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)。NTT準(zhǔn)備收購的另一家云計算公司的情況，目前外界還不得而知。
在語音業(yè)務(wù)收入出現(xiàn)下滑的大背景下，NTT公司在中國香港和英國開設(shè)了數(shù)據(jù)中心，它計劃從本財年到2016年3月，實現(xiàn)云計算業(yè)務(wù)收入比2011/12財年翻一番，達到2000億日元（約合20億美元）。
近年來，不差錢的日本公司在海外大舉收購企業(yè)。在通信和信息技術(shù)行業(yè)，軟銀公司于今年7月以216億美元收購了總部位于美國堪薩斯州的有線及無線通信公司Sprint，這是迄今日本發(fā)生的最大一筆海外收購案例。
Facebook收購以色列移動技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)Onavo
10月中旬，F(xiàn)acebook收購了以色列的初創(chuàng)企業(yè)Onavo，后者致力于研發(fā)手機應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。
這筆交易的具體金額沒有披露，但據(jù)美國金融日報Calcalist估計，交易額應(yīng)該超過1億美元。
Facebook公司在發(fā)給媒體的一封電子郵件中表示：“Facebook的使命是讓更多人上網(wǎng)，我們期望Onavo的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)能在實現(xiàn)這一目標(biāo)的過程中發(fā)揮核心作用。Onavo的分析工具將幫助我們生產(chǎn)出更好、更有效率的移動產(chǎn)品?！?/p>
根據(jù)交易協(xié)議，Onavo的特拉維夫辦公室將繼續(xù)保留，此舉將使以色列擁有第一家Facebook研發(fā)中心。
Onavo公司建立于2010年，致力于研發(fā)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和移動分析的實際應(yīng)用。它使用的數(shù)據(jù)來自數(shù)百萬用戶，以此評估移動應(yīng)用程序的普及程度。但有媒體分析認為，F(xiàn)acebook看重的并不是0navo的評估能力，而是為了利用其數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)來實現(xiàn)Facebook移動應(yīng)用程序數(shù)據(jù)耗費的最小化，目前Facebook移動應(yīng)用程序存在著運行速度慢和數(shù)據(jù)臃腫的問題。
關(guān)鍵詞：云計算；虛擬化；VMware;VMware vSphere；架構(gòu)
中圖分類號：TP303文獻標(biāo)識碼：A文章編號：16727800（2012）008000602
作者簡介：連鴻鵬(1987-)，福建師范大學(xué)協(xié)和學(xué)院初級網(wǎng)絡(luò)工程師，研究方向為云計算。
0引言
虛擬化技術(shù)是伴隨著計算機的產(chǎn)生而發(fā)展的，虛擬化意味著對計算機資源的抽象。虛擬化技術(shù)實現(xiàn)了物理資源的邏輯抽象和統(tǒng)一表示，通過它可以提高資源利用率，并能夠根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求的變化，快速、靈活地進行資源部署，因此，虛擬化技術(shù)已經(jīng)成為構(gòu)建云計算環(huán)境的一項關(guān)鍵技術(shù)。
VMware 云基礎(chǔ)架構(gòu)能夠讓現(xiàn)有的用戶從虛擬化中獲益，加速了現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心云計算的轉(zhuǎn)移，與公共云基礎(chǔ)兼容，鋪平了向混合云模式前進的道路，成為云計算的新里程碑。
本文主要討論作為X86體系結(jié)構(gòu)虛擬化技術(shù)的代表，VMware公司基于已有的虛擬化技術(shù)和優(yōu)勢，提供了云基礎(chǔ)架構(gòu)及管理、云應(yīng)用平臺和終端用戶計算等多個層次上的解決方案，主要支持企業(yè)級組織機構(gòu)利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，實現(xiàn)從目前的數(shù)據(jù)中心向云計算環(huán)境轉(zhuǎn)變方面的架構(gòu)分析。
1VMware vSphere 簡介
VMware vSphere是在原來的VI3基礎(chǔ)上推出的系統(tǒng)，被成為業(yè)界首款云計算操作系統(tǒng)。vSphere將應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)從底層硬件分離出來，從而簡化了 IT 操作?，F(xiàn)有的應(yīng)用程序可以看到專有資源，而服務(wù)器則可以作為資源池進行管理。vSphere以原生架構(gòu)的ESX/ESXi Server為基礎(chǔ)，讓多臺ESX Server能并發(fā)負擔(dān)更多個虛擬機。主要包括3部分：一是虛擬化管理器VMM部分的VMware ESX 4，VMware ESX Server主要是用于調(diào)配物理服務(wù)器中內(nèi)存、CPU、存儲及網(wǎng)絡(luò)各種硬件資源，運行在物理服務(wù)器上的一個虛擬層并根據(jù)預(yù)定好的策略將這些資源分配到運行在其中的各虛擬機中，這些虛擬機以安全獨立的模式并行運行；二是用于整合和管理VMM的VMware vCenter，提高在虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)每個級別上的集中控制和可見性，通過主動管理發(fā)揮 vSphere 潛能，是一個具有廣泛合作伙伴體系支持的可伸縮、可擴展平臺；三是用于管理客戶端的軟件VMware Infrastructure Client。
2VMware vSphere 的基本架構(gòu)
VMware vSphere 主要通過虛擬化技術(shù)將數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)變?yōu)樵朴嬎慊A(chǔ)架構(gòu)，通過虛擬化提供自助部署和調(diào)配的功能，將IT基礎(chǔ)架構(gòu)作為服務(wù)來交付使用。vSphere是一個整體架構(gòu)而非單個產(chǎn)品，基本架構(gòu)如圖1。
圖1VMware vSphere 的基本架構(gòu)
2.1vSphere的云端部分
vSphere所謂的云端是指平臺及架構(gòu)部分（PaaS和IaaS）,可以分為內(nèi)部和外部云端。內(nèi)部云端由各種硬件資源組成，并有vSphere負責(zé)統(tǒng)合云端資源，在IaaS及PaaS中，資源為硬件及OS資源。外部云端vSphere可以將這些第三方提供的資源集成到企業(yè)的IT架構(gòu)中。
2.2vSphere的底層：架構(gòu)服務(wù)（Infrastructure Service）
有了硬件資源之后，就需要一個Hypervisor將資源集成，然后ESX和ESXi服務(wù)器將負責(zé)硬件資源虛擬化。Infrastructure Service主要可以分為運算部分的vCompute、存儲部分的vStorage以及網(wǎng)絡(luò)部分的vNetwork。
（1）vCompute部分。vCompute包括了ESX/ESXi以及DRS。ESX/ESXi主要實現(xiàn)服務(wù)器整合、提供高性能并擔(dān)保服務(wù)品質(zhì)、流水式測試和部署及可伸縮的軟硬件架構(gòu)。DRS確保按需調(diào)整資源配置，根據(jù)需要和優(yōu)先級壓縮和增加應(yīng)用系統(tǒng)的資源，動態(tài)的響應(yīng)負載平衡。
（2）vStorage部分。vStorage包括VM所在硬盤的文件系統(tǒng)VMFS以及動態(tài)分配大小的Thin Provisioning，提供多種存儲虛擬連接選擇，通過vStorage VMotion減少或消除計劃內(nèi)停機，通過精簡部署降低虛擬環(huán)境的存儲要求，通過vStorage API簡化管理并提高存儲操作的效率。VMFS是專門為虛擬機設(shè)計的高性能集群文件系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在VMware虛擬機的VMware虛擬數(shù)據(jù)中心環(huán)境中訪問共享存儲。
（3）vNetwork部分。VMware的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)主要通過VMware vSphere 中的vNetwork網(wǎng)絡(luò)元素實現(xiàn)。通過這些元素，部署在數(shù)據(jù)中心物理主機上的虛擬機可以像物理環(huán)境一樣進行網(wǎng)絡(luò)互連。vNetwork的組件主要包括虛擬網(wǎng)絡(luò)接口卡Vnic、vNetwork標(biāo)準(zhǔn)交換機vSwitch和vNetwork分布式交換機dvSwitch。vSphere提供了一個Distributed Network的架構(gòu)，不但有完整的Bridged/NAT/Host only架構(gòu)，更和Cisco合作推出一個專門安裝在vSphere上的分布式網(wǎng)絡(luò)。
2.3vSphere的Application Service
關(guān)鍵詞：云計算技術(shù)；計算機應(yīng)用大賽；應(yīng)用
如今的計算機已經(jīng)越來越趨向智能化發(fā)展，為信息的查找、儲存和計算帶來了便利條件。在時展的影響下，人們需要存儲和查找的信息越來越多，對計算機也更加依賴，云計算技術(shù)就是在這樣的背景下產(chǎn)生的，云計算技術(shù)的出現(xiàn)與現(xiàn)代人的需求非常吻合，得到很快的發(fā)展。那么云計算技術(shù)是什么，它是如何在大學(xué)計算機大賽中應(yīng)用的，下面就讓我們帶著這些疑問一起走進下面的內(nèi)容。
一、云計算技術(shù)是什么
物美價廉是云計算技術(shù)的最大優(yōu)勢。成本低得原因在于云計算技術(shù)本身是由眾多實用性強、性價比高，同時又物美價廉的服務(wù)器組合而成，虛擬化技術(shù)是這種組合的媒介。雖然這種組合比較松散，技術(shù)含量也不是很高，但是它卻可以最終構(gòu)成一個非常龐大的存儲系統(tǒng)，這個系統(tǒng)中包含的信息可謂不計其數(shù)。在此基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)還具有將計算機中心進行大范圍擴展的功能。因為使用者在支付金額時可以根據(jù)自身的信息存儲來進行，所以該系統(tǒng)還具有為互聯(lián)網(wǎng)付費的業(yè)務(wù)。用戶在支付費用之前可以對自己需要的資源數(shù)量進行估算，然后進行購買支付，這樣的付費流程可謂簡單快捷，又省時省力。
大學(xué)計算機應(yīng)用大賽需要對大賽每一位參與者的作品和參與信息進行存儲，所以需要的信息量是非常大的，所以專門在大學(xué)計算機應(yīng)用大賽中應(yīng)用到的系統(tǒng)是有別于其他系統(tǒng)的，它本身存在著一定的專業(yè)性與特殊性，因為用戶提交上來的東西一般只是作品的代碼，這就是這個系統(tǒng)的特別之處。如果利用傳統(tǒng)的軟件，就要用戶通過郵箱將作品上交，經(jīng)過評委進行審核。在云計算技術(shù)的幫助下，一個在線交流與審核作品的平臺形成了，通過這樣的流程對作品進行審核，省卻了很多復(fù)雜的程序，節(jié)約了人力與時間資源。
二、云計算技術(shù)是如何在大學(xué)計算機應(yīng)用大賽中應(yīng)用的
（一）云計算技術(shù)針對大學(xué)計算機應(yīng)用大賽的應(yīng)用架構(gòu)
云計算技術(shù)在花費少的基礎(chǔ)上還具有擴展功能、服務(wù)、計算機功能以及很多隱性價值，其主要特點是用互聯(lián)網(wǎng)、用服務(wù)和使用量做基礎(chǔ)。云計算技術(shù)的核心主要有虛擬化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)計算、網(wǎng)絡(luò)存儲等等。云計算技術(shù)的基本架構(gòu)可以分為三個方面：基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用程序和應(yīng)用平臺，他們分別為使用者提供互聯(lián)網(wǎng)資源、存儲資源和計算機資源，資源的全面性不可小覷。
1.云計算技術(shù)的基本架構(gòu)――基礎(chǔ)設(shè)施
云計算技術(shù)在大學(xué)計算機大賽中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在為參賽者和評委之間搭建交流的平臺。這個平臺式利用硬件服務(wù)來完成的，換一種說法就是，它運用的是由眾多服務(wù)器組合而成的存儲資源池和內(nèi)存資源地。所以可以為平臺服務(wù)和存儲空間提供不同的等級，云計算技術(shù)可以針對與計算及應(yīng)用競賽相關(guān)的重要數(shù)據(jù)進行適當(dāng)?shù)奶幚?，服?wù)方便并且快捷。
2.云計算技術(shù)的基本架構(gòu)――應(yīng)用程序
應(yīng)用程序主要由參賽團隊對作品進行布置，在最短的時間內(nèi)完成遠程調(diào)試的工作，這樣才能在最大的程度上對大賽服務(wù)系統(tǒng)和評審系統(tǒng)進行服務(wù)。
3.云計算技術(shù)的基本架構(gòu)――應(yīng)用平臺
應(yīng)用平臺的最重要功能就是為操作系統(tǒng)和圍繞特定應(yīng)用提供重要服務(wù)。換句話說，利用虛擬化技術(shù)提供IOS操作系統(tǒng)和Linus操作系統(tǒng)以及相應(yīng)的操作模板。還可以為計算機競賽提供專門制定的七大移動開發(fā)平臺，比如Apple、Android等。
（二）針對計算機應(yīng)用競賽的云計算應(yīng)用得以實現(xiàn)
云計算技術(shù)在計算機競賽中主要的責(zé)任范圍就是為參賽團和參賽者提供計算資源。資源量的提供與實際的需求應(yīng)該達到吻合的狀態(tài)。還有，大學(xué)生計算機應(yīng)用大賽的規(guī)模通常都比較大，而且對參賽者和參賽團的地域沒有任何限制。這樣，云計算就應(yīng)該發(fā)揮平臺作用，為評委提供跨區(qū)域的評審環(huán)境。選手可以通過網(wǎng)址對云端開發(fā)環(huán)境隨時隨地的進行瀏覽以及訪問。
云計算平臺的主要技術(shù)有網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)和負載均衡技術(shù)，有了這兩大技術(shù)的幫忙，云計算平臺無論是數(shù)據(jù)的訪問速度還是硬件的支撐能力都得到了大幅度的提高，從而使系統(tǒng)的應(yīng)用性和安全性得到了提高。
云計算平臺對云計算帶來的負載和失衡問題都能夠得到有效的解決。云平臺應(yīng)該做到服務(wù)的安全性，所以無論是著眼于網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全還是虛擬化安全云安全都是最佳選擇。為了保護數(shù)據(jù)的安全，云安全將數(shù)據(jù)進行備份，如果真的不慎發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，只需要短短的一個小時，數(shù)據(jù)就可以得到復(fù)原。為了給來自互聯(lián)網(wǎng)的威脅做保障，云計算還很好的引用了虛擬技術(shù)。
（三）云計算技術(shù)的具體應(yīng)用過程
首先參賽者或參賽團需要向資源平臺提出資源請求，可供選擇的平臺有多個，選擇后只要付費就可使用。由云平臺提供的資源的用處是多方位的，可以將各開發(fā)環(huán)境和版本進行備份，還可以建立并維護快照。在整個競賽過程中使參賽者和參賽團體之間和睦的展開工作，工作效率也得到了提高。
大學(xué)計算機應(yīng)用大賽規(guī)模非常大，參賽者、參賽團體甚至評委都是來自五湖四海的人，這時是很難建立起集中的現(xiàn)場評審模式的。云計算平臺在這時充分發(fā)揮出它的作用：評委只需要進入網(wǎng)址，登陸云計算平臺，就可以對參賽團隊的作品代碼進行查看，最后對作品進行公平公正的評判。
結(jié)語：
基于以上論述，云計算技術(shù)在大學(xué)計算機應(yīng)用大賽中進行應(yīng)用可謂勢在必行，云計算技術(shù)的應(yīng)用不僅使異地評審得以實現(xiàn)，而且省時省力，最大程度上保障了參賽團體數(shù)據(jù)的安全性。并且，云計算技術(shù)還具有使用簡單、價格低廉等特點，隨著技術(shù)的不斷完善，云計算技術(shù)一定會為更多計算機競賽所應(yīng)用。
參考文獻：
[1]牛愛芳，杜煜，鐘麗，楊沛. 基于云技術(shù)開展大學(xué)生計算機應(yīng)用大賽的研究[J]. 實驗技術(shù)與管理，2013（9）.
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[關(guān)鍵詞]VMware vSphere；云平臺；應(yīng)用技術(shù)
中圖分類號：TP391.9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）47-0249-01
0 引言
自2006年以來，云概念的提出受到IT界內(nèi)的很大重視，各大IT公司紛紛研發(fā)相應(yīng)的云產(chǎn)品，為代表的云計算在全世界內(nèi)得到快速發(fā)展。廣義范圍上，云技術(shù)是通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器向客戶提供在線軟件服務(wù)、軟件租借、數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)挖掘的服務(wù)，涵蓋多種技術(shù)，如虛擬化、分布式計算、分布式數(shù)據(jù)庫及分布式存儲等技術(shù)。虛擬化技術(shù)是云計算技術(shù)的基石，是實施的關(guān)鍵技術(shù)。利用虛擬化技術(shù)才可實現(xiàn)軟硬件、操作系統(tǒng)、存儲及網(wǎng)絡(luò)等的虛擬化，最終得以實現(xiàn)云計算的目標(biāo)。VMware vSphere作為重要的虛擬技術(shù)，對于云平臺的搭建有著不容小視的作用。
1 VMware vSphere系統(tǒng)概述
1.1 虛擬化技術(shù)的含義及地位
當(dāng)今社會的虛擬化技術(shù)是目前大型的數(shù)字化控制中心進行硬件資源的整合及提高價值的重要 技術(shù)，分為完全虛擬化、部分虛擬化及操作系統(tǒng)層虛擬化三種形式。虛擬化屬于一個抽象概念，打破了普通物理硬件和操作系統(tǒng)間的物理連接形式。
服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)實質(zhì)是利用虛擬技術(shù)在服務(wù)器里虛擬出許多客戶機進行整合式管理，而這些 客戶機是能夠相互獨立且運行不同操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序。為了成為面向全體用戶的系統(tǒng)，必須要設(shè) 計一個擁有簡潔友好界面的虛擬化客戶應(yīng)用程序，能夠更好滿足對用戶靈活有效管理與服務(wù)，實現(xiàn)虛擬化，VMware vSphere就是其中的典型虛擬技術(shù)。虛擬化技術(shù)涉及的范圍十分廣，包含服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化等技術(shù)。
1.2 VMware vSphere虛擬技術(shù)簡介
VMware vSphere是從原先的VI3基礎(chǔ)之上推出的新系統(tǒng)，被稱作信息技術(shù)業(yè)界首款的云計算操作系統(tǒng)。它將應(yīng)用程序及操作系統(tǒng)從底層的硬件分離出，并通過此簡化了IT的操作難度。在現(xiàn)有的應(yīng)用程序中可以看到有專有的資源，其服務(wù)則能夠作為其資源池來進行管理。 系統(tǒng)主要包括三個部分：首先是虛擬化的管理器VMM處部分的VMware ESX4，Server一般是用于調(diào)配的物理服務(wù)器中相應(yīng)內(nèi)存、CPU、存儲和網(wǎng)絡(luò)之中的各種硬件資源，在物理服務(wù)器上運行的一個虛擬層并通過由此預(yù)定的策略將這些相關(guān)的資源分配到其中不同虛擬機的運行之中，這些相應(yīng)的虛擬機憑借安全獨立的模式進行并行運行；其次，用來整合及管理vCenter，在虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)所有級別上集中控制及可見性都需要提高，利用主動地管理發(fā)揮其內(nèi)在潛能，成為具有廣泛合作的伙伴體系可支持、可伸縮及可擴展的平臺。
2 云平臺系統(tǒng)搭建中VMware vSphere的應(yīng)用
2.1 VMware vSphere云計算應(yīng)用綜述
VMware vSphere系統(tǒng)能夠利用虛擬化技術(shù)將數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)換為云計算的基礎(chǔ)架構(gòu)，能使IT行業(yè)擁有提供靈活可靠服務(wù)的機會。其兩個核心組件包括VMware ESXi及VMware vCenter Server。其中ESXi屬于用來創(chuàng)建及運行虛擬機的中體平臺。而vCenter Server[2]可以歸類于一種服務(wù)，相當(dāng)于連接到網(wǎng)絡(luò)的ESXi系統(tǒng)主機的主管理員。
vCenter Server可以將多個主機資源加入資源池中對這些資源進行。此外，vCenter Server還提供許多額外功能，可以來監(jiān)控及管理物理及虛擬基礎(chǔ)的架構(gòu)。典型數(shù)據(jù)中心由物理構(gòu)建塊，如x86虛擬化服務(wù)器及存儲器網(wǎng)絡(luò)等。
2.2 可擴展VMware vCenter虛擬技術(shù)及其應(yīng)用程序
VMware vCenter常指VMware vCenter Server。VMware vCenter Server提供一個可伸縮且可擴展的平臺，給虛擬管理奠定基礎(chǔ)。該管理的主機可以提升虛擬性構(gòu)架的可見性，并能夠?qū)崿F(xiàn)集中化的控制與管理，對其潛能的充分發(fā)揮具有十分重要的作用。vCenter Client影響到所有VM的創(chuàng)建、管理、運行及維護的水平，可以使管理主機的服務(wù)器優(yōu)化資源并提高其可用性，從而實現(xiàn)動態(tài)化遷移、容錯率提高，并完成應(yīng)用備份。一般VMware vCenter應(yīng)用程序包含三種，其主要表現(xiàn)如表1所示。
2.3 Mware Data Recovery虛擬備份技術(shù)
VMware Data Recovery技術(shù)能夠創(chuàng)建虛擬機備份，還可以不會中斷虛擬機使用或其數(shù)據(jù)及資料的提供。Data Recovery可以管理現(xiàn)有備份數(shù)據(jù)資料，并且在備份過時后及時將它們刪除。此外，它還可以支持重復(fù)功能用來刪除其余的數(shù)據(jù)。
Data Recovery是建立在VMware vStorage API for Data Protection基礎(chǔ)上的，與VMware vCenter Server之間集成，可以進行集中調(diào)度備份作業(yè)。通過與vCenter Server之間的集成，還可實現(xiàn)虛擬機的備份，也就是使用VMwarev Motion及VMware Distributed Resource Scheduler移動該類虛擬機。
Data Recovery可以使用虛擬機以及客戶端插件來進行管理和還原相應(yīng)的備份數(shù)據(jù)。備份設(shè)備是為了開放虛擬化格式而提供的。因此，該插件需要安裝Client，基本可在所有由VMware ESXi支持虛擬磁盤上的存儲備份。此外，還可以利用存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)附加存儲設(shè)備和基于具體公用文件的系統(tǒng)。
3 總結(jié)
VMware vSphere的應(yīng)用對于構(gòu)建當(dāng)今信息社會的云平臺有不容忽視的作用，它的虛擬化的管理器VMM及用來整合及管理的vCenter等對于“云計算”虛擬管理十分重要。隨著信息時代的發(fā)展，VMware vSphere、Mware Data Recovery等新虛擬平臺應(yīng)用將會越來越為人們所接受。
參考文獻
關(guān)鍵詞：云計算；數(shù)字圖書館；服務(wù)平臺；架構(gòu)設(shè)計
中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)示碼：A 文章編號：2095-1302（2014）02-0080-02
0 引 言
云計算具有超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、易用性、高可擴展性、按需服務(wù)、廉價等優(yōu)點，因此，研究人員已經(jīng)探索將云計算技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字圖書館服務(wù)共享平臺建設(shè)中，以提高資源共享度。喻昕、王敬一[1]提出了一種數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺的架構(gòu)模型，并設(shè)計了服務(wù)平臺管理、運行機制。裴紅羅[2]等提出了一種基于云計算的數(shù)字圖書館平臺架構(gòu)，該平臺架構(gòu)分為模型數(shù)據(jù)庫、控制算法層和表現(xiàn)應(yīng)用層。陳宮、牛秦洲[3]采用Eucalyptus和Portlet 等技術(shù)，實現(xiàn)了一種基于云計算的數(shù)字圖書館信息服務(wù)平臺。在我國，數(shù)字圖書館建設(shè)主要集中在高校，但目前關(guān)于數(shù)字圖書館云計算平臺架構(gòu)的研究，幾乎都將平臺定位于學(xué)術(shù)資源共享，而忽視了平臺可以為數(shù)據(jù)挖掘、基因序列測定、天文信號分析等需高性能計算支撐的工作提供計算資源，此外，研究都沒有涉及云計算平臺的實現(xiàn)技術(shù)。因此，本文提出一種基于云計算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺的架構(gòu)及實現(xiàn)技術(shù)，為高校自主建設(shè)數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺提供參考。
1 云計算
1.1 云計算的基本架構(gòu)
Voorsluys等[5]介紹了多個云計算架構(gòu)，其中普遍被認可的云計算通用基本架構(gòu)如圖1所示。其中：IaaS（Infrastructure as a service）表示基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)，基礎(chǔ)設(shè)施由虛擬機、服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、負載均衡設(shè)備等組成；PaaS（Platform as a service）表示平臺即服務(wù)，PaaS層包括數(shù)據(jù)庫、Web服務(wù)器和開發(fā)工具集等；SaaS （Software as a service）譯為軟件即服務(wù)，SaaS層屬于應(yīng)用層，為云用戶提供各種軟件服務(wù)。例如，Google APPEngine實際上提供了PaaS服務(wù)；Amazon的云服務(wù)包括：EC2、S3存儲服務(wù)和Elastic Beanstalk，從技術(shù)架構(gòu)來看，前兩者屬于IaaS，而Elastic Beanstalk則屬于PaaS。
圖1 云計算的基本架構(gòu)
1.2 云計算平臺發(fā)展趨勢
Google、Amazon等公司提供的云計算平臺無法滿足不同用戶的特定需求，所以，很多機構(gòu)（如美國國防部）開始構(gòu)建私有內(nèi)部云。一些小公司也致力于幫助客戶構(gòu)建云，如3Tera公司聲稱能夠提供許多Amazon沒有的管理服務(wù)，自主建設(shè)私有云已經(jīng)成為一種潮流。Xen等開源平臺及軟件的出現(xiàn)，使得學(xué)術(shù)界、中小企業(yè)自主搭建中小型云平臺成為可能[6]，也為自主建設(shè)數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺提供了一種更加貼近實際需求的選擇。
2 基于云計算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺架構(gòu)
本文提出的基于云計算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺架構(gòu)如圖2所示，平臺由物理資源層、虛擬化資源層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和用戶層組成，可以滿足用戶對于存儲資源、計算資源和網(wǎng)絡(luò)資源的需求。
用戶層 服務(wù)匯總、服務(wù)個性化定制、不同訪問設(shè)備兼容
服務(wù)層 用戶管理、安全管理、資源管理、借閱、檢索、書刊推薦、專題訂閱等
數(shù)據(jù)層 異構(gòu)數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫訪問模塊
虛擬化資源層 存儲資源、計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源
物理資源層 服務(wù)器、存儲器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等
圖2 基于云計算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺架構(gòu)
2.1 物理資源層
最底層的物理資源主要包括服務(wù)器、存儲器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。物理資源的規(guī)模與結(jié)構(gòu)相對固定，難以支持多變的服務(wù)需求，需要通過虛擬化方式將其整合，以便為上層服務(wù)。
2.2 虛擬化資源層
利用虛擬化技術(shù)將各種物理資源整合（或劃分）并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的虛擬化資源，為云計算平臺提供了資源調(diào)配上的靈活性，提高了資源利用率。虛擬化資源層包括存儲資源、計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源等。存儲資源通常由網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)和分布式存儲技術(shù)實現(xiàn)。計算資源主要包含 CPU 資源和內(nèi)存資源。網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化抽象隔離了網(wǎng)絡(luò)中的路由器、交換機、網(wǎng)絡(luò)端口以及其他物理元素的網(wǎng)絡(luò)流量，將每個物理元素用虛擬表示形式代替，虛擬網(wǎng)絡(luò)元素配置靈活，能夠滿足特定需求。
物理資源層和虛擬化資源層共同組成了基礎(chǔ)設(shè)施層。為降低建設(shè)成本，可以采用開源技術(shù)構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施層，從功能、虛擬化技術(shù)支持程度和商用評估三個方面綜合來看，OpenStack是構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施層的理想選擇[7]。作為開源云端運算軟件的典型代表，OpenStack具有良好的靈活性、擴展性和兼容性，采用分布式和異步的體系結(jié)構(gòu)，支持多種局域網(wǎng)管理方式、虛擬機鏡像和實例管理、iSCSI 存儲容器管理等，能幫助用戶快速構(gòu)建云基礎(chǔ)設(shè)施，已有超過 100 多個全球領(lǐng)先的 IT 公司參與了OpenStack項目。
2.3 數(shù)據(jù)層
數(shù)據(jù)層包含各種異構(gòu)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫訪問模塊。數(shù)據(jù)庫軟件種類繁多，既有商業(yè)化的數(shù)據(jù)庫軟件，也有開源的數(shù)據(jù)庫軟件，不同的數(shù)據(jù)庫軟件依賴于不同的操作系統(tǒng)，如SQL Server只能運行在Windows平臺上，無法與Unix兼容。在云計算環(huán)境下，各數(shù)字圖書館組成聯(lián)盟有利于資源最大程度的共享，作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)字圖書館，其節(jié)點異構(gòu)性是不可避免的。數(shù)據(jù)庫訪問模塊（也稱為信息集成模塊）用于屏蔽各種數(shù)據(jù)庫的差異性，并提供訪問接口，便于上層服務(wù)完成對異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的操作，可以利用Java持久化API等技術(shù)實現(xiàn)這個模塊。Java持久化API簡稱JPA是Java EE 5規(guī)范中用于對象/關(guān)系映射的一組API，它使得對象（構(gòu)成上層服務(wù)的基本組件）持久化更加規(guī)范和容易實現(xiàn)。
2.4 服務(wù)層
服務(wù)層由用戶管理服務(wù)、安全管理服務(wù)、資源管理服務(wù)、借閱服務(wù)、檢索服務(wù)、書刊推薦、專題訂閱等模塊組成。用戶管理服務(wù)實現(xiàn)用戶的增加、刪除、修改、查詢，并通過角色劃分賦予各用戶以不同的權(quán)限。安全管理服務(wù)完成用戶身份認證，按角色來區(qū)分訪問控制。資源管理服務(wù)負責(zé)存儲資源、計算資源和網(wǎng)絡(luò)資源的管理，包括調(diào)度、動態(tài)部署、配置和回收。借閱服務(wù)實現(xiàn)紙質(zhì)圖書資料的管理。檢索服務(wù)滿足學(xué)術(shù)資源的檢索、下載，書刊推薦和專題訂閱等則實現(xiàn)個性化服務(wù)。
服務(wù)層的實現(xiàn)可采用J2EE平臺。J2EE是當(dāng)前的主流平臺之一，具有支持異構(gòu)環(huán)境、可伸縮性強、采用多層的分布式服務(wù)模型等優(yōu)點，開發(fā)J2EE的工具很多（如Eclipse），這些工具通常都提供向?qū)?、上下文幫助、可視化工具及代碼自動生成等功能，可避免不必要的重復(fù)編碼，幫助開發(fā)人員快速構(gòu)建應(yīng)用程序。
2.5 用戶層
用戶通過門戶訪問云服務(wù)，而訪問方式卻各不相同，可以分Web服務(wù)、Web應(yīng)用、外部服務(wù)和非Web應(yīng)用等，因此，需要實現(xiàn)內(nèi)外部服務(wù)的匯總、服務(wù)個性化定制以及針對計算機、手機、平板電腦等不同設(shè)備的顯示。實現(xiàn)技術(shù)可以采用JSF（JavaServer Faces），JSF提供了一種以組件為中心的用戶界面（UI）構(gòu)建方法，采用基于組件和事件驅(qū)動的開發(fā)模式，為Java Web應(yīng)用程序開發(fā)帶來了極大的便利，使得開發(fā)人員可以專注于業(yè)務(wù)邏輯，加速Web應(yīng)用程序的構(gòu)建。
3 結(jié) 語
作為圖書館的主要依托單位，各高校應(yīng)該將最新的云計算技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字圖書館或聯(lián)盟的建設(shè)，構(gòu)建云服務(wù)平臺，實現(xiàn)資源大范圍共享，減少重復(fù)建設(shè)。在經(jīng)費有限的情況下，高?？梢猿浞掷醚邪l(fā)人員優(yōu)勢，自主建設(shè)云服務(wù)平臺。本文分析了高校對于云服務(wù)平臺的主要需求，提出了基于云計算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺架構(gòu)模型，詳細說明了架構(gòu)模型每層的構(gòu)成及功能，在研究主流開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)上，介紹了架構(gòu)的實現(xiàn)技術(shù)，選用的技術(shù)具有成熟度高、兼容性強、研發(fā)難度低等特點，適合于快速構(gòu)建云服務(wù)平臺，可以為今后的建設(shè)工作提供參考和借鑒。
參 考 文 獻
[1] 喻昕，王敬一. 基于云計算技術(shù)的數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺架構(gòu)研究[J]. 情報科學(xué)， 2011， 29（7）：1049-1053.
[2] 裴紅羅，王運圣，江洪濤，等. 基于云計算的數(shù)字圖書館平臺架構(gòu)設(shè)計[J]. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報， 2010， 12（6）：126-129.
[3] 陳宮，牛秦洲. 基于云計算的數(shù)字圖書館信息服務(wù)平臺[J]. 情報科學(xué)， 2012，30（5）：684-687.
[4] 倪煜佳. 基于云計算的圖書館聯(lián)盟服務(wù)平臺構(gòu)建研究[D]. 長春：東北師范大學(xué)， 2012.
[5] VOORSLUYS W， BROBERG J， BUYYA R. Introduction to Cloud Computing [M]. New York， USA： Wiley Press， 2011.
[6] 丘群業(yè). 企業(yè)私有云計算基礎(chǔ)架構(gòu)研究與設(shè)計[D]. 廣州：華南理工大學(xué)， 2012.
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目 錄
第1章 緒論
1.1 云計算的概念
1.2 云計算發(fā)展現(xiàn)狀
1.3 云計算實現(xiàn)機制
1.4 網(wǎng)格計算與云計算
1.5 云計算的發(fā)展環(huán)境
1.5.1 云計算與3G
1.5.2 云計算與物聯(lián)網(wǎng)
1.5.3 云計算與移動互聯(lián)網(wǎng)
1.5.4 云計算與三網(wǎng)融合
1.6 云計算壓倒性的成本優(yōu)勢
習(xí)題
參考文獻
第2章 Google云計算原理與應(yīng)用
2.1 Google文件系統(tǒng)GFS
2.1.1 系統(tǒng)架構(gòu)
2.1.2 容錯機制
2.1.3 系統(tǒng)管理技術(shù)
2.2 分布式數(shù)據(jù)處理MapReduce
2.2.1 產(chǎn)生背景
2.2.2 編程模型
2.2.3 實現(xiàn)機制
2.2.4 案例分析
2.3 分布式鎖服務(wù)Chubby
2.3.1 Paxos算法
2.3.2 Chubby系統(tǒng)設(shè)計
2.3.3 Chubby中的Paxos
2.3.4 Chubby文件系統(tǒng)
2.3.5 通信協(xié)議
2.3.6 正確性與性能
2.4 分布式結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表Bigtable
2.4.1 設(shè)計動機與目標(biāo)
2.4.2 數(shù)據(jù)模型
2.4.3 系統(tǒng)架構(gòu)
2.4.4 主服務(wù)器
2.4.5 子表服務(wù)器
2.4.6 性能優(yōu)化
2.5 分布式存儲系統(tǒng)Megastore
2.5.1 設(shè)計目標(biāo)及方案選擇
2.5.2 Megastore數(shù)據(jù)模型
2.5.3 Megastore中的事務(wù)及并發(fā)控制
2.5.4 Megastore基本架構(gòu)
2.5.5 核心技術(shù)——復(fù)制
2.5.6 產(chǎn)品性能及控制措施
2.6 大規(guī)模分布式系統(tǒng)的監(jiān)控基礎(chǔ)架構(gòu)Dapper
2.6.1 基本設(shè)計目標(biāo)
2.6.2 Dapper監(jiān)控系統(tǒng)簡介
2.6.3 關(guān)鍵性技術(shù)
2.6.4 常用Dapper工具
2.6.5 Dapper使用經(jīng)驗
2.7 Google應(yīng)用程序引擎
2.7.1 Google App Engine簡介
2.7.2 應(yīng)用程序環(huán)境
2.7.3 Google App Engine服務(wù)
2.7.4 Google App Engine編程實踐
習(xí)題
參考文獻
第3章 Amazon云計算AWS
3.1 Amazon平臺基礎(chǔ)存儲架構(gòu)：Dynamo
3.1.1 Dynamo在Amazon服務(wù)平臺的地位
3.1.2 Dynamo架構(gòu)的主要技術(shù)
3.2 彈性計算云EC2
3.2.1 EC2的主要特性
3.2.2 EC2基本架構(gòu)及主要概念
3.2.3 EC2的關(guān)鍵技術(shù)
3.3.4 EC2安全及容錯機制
3.3 簡單存儲服務(wù)S3
3.3.1 基本概念和操作
3.3.2 數(shù)據(jù)一致性模型
3.3.3 S3安全措施
3.4 簡單隊列服務(wù)SQS
3.4.1 SQS基本模型
3.4.2 兩個重要概念
3.4.3 消息
3.4.4 身份認證
3.5 簡單數(shù)據(jù)庫服務(wù)Simple DB
3.5.1 重要概念
3.5.2 存在的問題及解決辦法
3.5.3 Simple DB和其他AWS的結(jié)合使用
3.6 關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)RDS
3.6.1 SQL和NoSQL數(shù)據(jù)庫的對比
3.6.2 RDS數(shù)據(jù)庫原理
3.6.3 RDS的使用
3.7 內(nèi)容推送服務(wù)CloudFront
3.7.1 內(nèi)容推送網(wǎng)絡(luò)CDN
3.7.2 云內(nèi)容推送CloudFront
3.8 其他Amazon云計算服務(wù)
3.8.1 快速應(yīng)用部署Elastic Beanstalk和服務(wù)模板CloudFormation
3.8.2 云中的DNS服務(wù) Router
3.8.3 虛擬私有云VPC
3.8.4 簡單通知服務(wù)SNS和簡單郵件服務(wù)SES
3.8.5 彈性MapReduce服務(wù)
3.8.6 電子商務(wù)服務(wù)DevPay、FPS和Simple Pay
3.8.7 Amazon執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)
3.8.8 土耳其機器人
3.8.9 Alexa Web服務(wù)
3.9 AWS應(yīng)用實例
3.9.1 在線照片存儲共享網(wǎng)站SmugMug
3.9.2 在線視頻制作網(wǎng)站Animoto
3.10 小結(jié)
習(xí)題
參考文獻
第4章 微軟云計算Windows Azure
4.1 微軟云計算平臺
4.2 微軟云操作系統(tǒng)Windows Azure
4.2.1 Windows Azure概述
4.2.2 Windows Azure計算服務(wù)
4.2.3 Windows Azure存儲服務(wù)
4.2.4 Windows Azure Connect
4.2.5 Windows Azure CDN
4.2.6 Fabric控制器
4.2.7 Windows Azure應(yīng)用場景
4.3 微軟云關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL Azure
4.3.1 SQL Azure概述
4.3.2 SQL Azure關(guān)鍵技術(shù)
4.3.3 SQL Azure應(yīng)用場景
4.3.4 SQL Azure和SQL Server對比
4.4 Windows Azure AppFabric
4.4.1 AppFabric概述
4.4.2 AppFabric關(guān)鍵技術(shù)
4.5 Windows Azure Marketplace
4.6 微軟云計算編程實踐
4.6.1 利用Visual Studio2010開發(fā)簡單的云應(yīng)用程序
4.6.2 向Windows Azure平臺應(yīng)用程序
習(xí)題
參考文獻
第5章 VMware云計算
5.1 VMware云產(chǎn)品簡介
5.1.1 VMware云戰(zhàn)略三層架構(gòu)
5.1.2 VMware vSphere架構(gòu)
5.1.3 云操作系統(tǒng)vSphere
5.1.4 底層架構(gòu)服務(wù)vCloud Service Director
5.1.5 虛擬桌面產(chǎn)品VMware View
5.2 云管理平臺 vCenter
5.2.1 虛擬機遷移工具
5.2.2 虛擬機數(shù)據(jù)備份恢復(fù)工具
5.2.3 虛擬機安全工具
5.2.4 可靠性組件FT和HA
5.3 云架構(gòu)服務(wù)提供平臺vCloud Service Director
5.3.1 創(chuàng)建虛擬數(shù)據(jù)中心和組織
5.3.2 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計
5.3.3 目錄管理
5.3.4 計費功能
5.4 VMware的網(wǎng)絡(luò)和存儲虛擬化
5.4.1 網(wǎng)絡(luò)虛擬化
5.4.2 存儲虛擬化
習(xí)題
參考文獻
第6章 Hadoop：Google云計算的開源實現(xiàn)
6.1 Hadoop簡介
6.2 Hadoop分布式文件系統(tǒng)HDFS
6.2.1 設(shè)計前提與目標(biāo)
6.2.2 體系結(jié)構(gòu)
6.2.3 保障可靠性的措施
6.2.4 提升性能的措施
6.2.5 訪問接口
6.3 分布式數(shù)據(jù)處理MapReduce
6.3.1 邏輯模型
6.3.2 實現(xiàn)機制
6.4 分布式結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表HBase
6.4.1 邏輯模型
6.4.2 物理模型
6.4.3 子表服務(wù)器
6.4.4 主服務(wù)器
6.4.5 元數(shù)據(jù)表
6.5 Hadoop安裝
6.5.1 在Linux系統(tǒng)中安裝Hadoop
6.5.2 在Windows系統(tǒng)中安裝Hadoop
6.6 HDFS使用
6.6.1 HDFS 常用命令
6.6.2 HDFS 基準(zhǔn)測試
6.7 HBase安裝使用
6.7.1 HBase的安裝配置
6.7.2 HBase的執(zhí)行
6.7.3 Hbase編程實例
6.8 MapReduce編程
6.8.1 矩陣相乘算法設(shè)計
6.8.2 編程實現(xiàn)
習(xí)題
參考文獻
第7章 Eucalyptus：Amazon云計算的開源實現(xiàn)
7.1 Eucalyptus簡介
7.2 Eucalyptus技術(shù)實現(xiàn)
7.2.1 體系結(jié)構(gòu)
7.2.2 主要構(gòu)件
7.2.3 訪問接口
7.2.4 服務(wù)等級協(xié)議
7.2.5 虛擬組網(wǎng)
7.3 Eucalyptus安裝與使用
7.3.1 在Linux系統(tǒng)中安裝Eucalyptus
7.3.2 Eucalyptus配置和管理
7.3.3 Eucalyptus常用命令的示例和說明
習(xí)題
參考文獻
第8章 其他開源云計算系統(tǒng)
8.1 簡介
8.1.1 Cassandra
8.1.2 Hive
8.1.3 VoltDB
8.1.4 Enomaly ECP
8.1.5 Nimbus
8.1.6 Sector and Sphere
8.1.7 abiquo
8.1.8 MongoDB
8.2 Cassandra
8.2.1 體系結(jié)構(gòu)
8.2.2 數(shù)據(jù)模型
8.2.3 存儲機制
8.2.4 讀/寫刪過程
8.3 Hive
8.3.1 整體構(gòu)架
8.3.2 數(shù)據(jù)模型
8.3.3 HQL語言
8.3.4 環(huán)境搭建
8.4 VoltDB
8.4.1 整體架構(gòu)
8.4.2 自動數(shù)據(jù)分片技術(shù)
習(xí)題
參考文獻
第9章 云計算仿真器CloudSim
9.1 CloudSim簡介
9.2 CloudSim體系結(jié)構(gòu)
9.2.1 CloudSim核心模擬引擎
9.2.2 CloudSim層
9.2.3 用戶代碼層
9.3 CloudSim技術(shù)實現(xiàn)
9.4 CloudSim的使用方法
9.4.1 環(huán)境配置
9.4.2 運行樣例程序
9.5 CloudSim的擴展
9.5.1 調(diào)度策略的擴展
9.5.2 仿真核心代碼
9.5.3 平臺重編譯
習(xí)題
參考文獻
第10章 云計算研究熱點
10.1 云計算體系結(jié)構(gòu)研究
10.1.1 Youseff劃分方法
10.1.2 Lenk劃分方法
10.2 云計算關(guān)鍵技術(shù)研究
10.2.1 虛擬化技術(shù)
10.2.2 數(shù)據(jù)存儲技術(shù)
10.2.3 資源管理技術(shù)
10.2.4 能耗管理技術(shù)
10.2.5 云監(jiān)測技術(shù)
10.3 編程模型研究
10.3.1 All-Pairs編程模型
10.3.2 GridBatch編程模型
10.3.3 其他編程模型
10.4 支撐平臺研究
10.4.1 Cumulus：數(shù)據(jù)中心科學(xué)云
10.4.2 CARMEN：e-Science云計算
10.4.3 RESERVOIR：云服務(wù)融合平臺
10.4.4 TPlatform：Hadoop的變種
10.4.5 P2P環(huán)境的MapReduce
10.4.6 Yahoo云計算平臺
10.4.7 微軟的Dryad框架
10.4.8 Neptune框架
10.5 應(yīng)用研究
10.5.1 語義分析應(yīng)用
10.5.2 生物學(xué)應(yīng)用
10.5.3 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用
10.5.4 地理信息應(yīng)用
10.5.5 商業(yè)應(yīng)用
10.5.6 醫(yī)學(xué)應(yīng)用
10.5.7 社會智能應(yīng)用
10.6 云安全研究
10.6.1 Anti-Spam Grid：反垃圾郵件網(wǎng)格
10.6.2 CloudAV：終端惡意軟件檢測
10.6.3 AMSDS：惡意軟件簽名自動檢測
10.6.4 CloudSEC：協(xié)作安全服務(wù)體系結(jié)構(gòu)
習(xí)題
參考文獻
第11章 總結(jié)與展望
11.1 主流商業(yè)云計算解決方案比較
11.1.1 應(yīng)用場景
11.1.2 使用流程
11.1.3 體系結(jié)構(gòu)
11.1.4 實現(xiàn)技術(shù)
11.1.5 核心業(yè)務(wù)
11.2 主流開源云計算系統(tǒng)比較
11.2.1 開發(fā)目的
11.2.2 體系結(jié)構(gòu)
11.2.3 實現(xiàn)技術(shù)
11.2.4 核心服務(wù)
11.3 國內(nèi)代表性云計算平臺比較
11.3.1 中國移動“大云”
11.3.2 阿里巴巴“阿里云”
11.3.3 “大云”與“阿里云”的比較
11.4 云計算的歷史坐標(biāo)與發(fā)展方向
11.4.1 互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的階段劃分
11.4.2 云格（Gloud）——云計算的未來
【關(guān)鍵詞】 SDN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 可靠性 可用性 策略
一、背景
隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的靈活性和敏捷性要求更高，現(xiàn)有的傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)的局限性日益突顯，主要表現(xiàn)為：
1.網(wǎng)絡(luò)剛性。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大量由單一功能的專用設(shè)備構(gòu)成，造成網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、無法協(xié)同、缺乏靈活性等弊端。
2.網(wǎng)元封閉。硬件和軟件一體化的封閉結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致設(shè)備擴展性差、價格昂貴、不同廠家的網(wǎng)元互通困難。
3.業(yè)務(wù)僵硬。不同廠家的網(wǎng)元設(shè)備功能單一封閉，新業(yè)務(wù)開發(fā)周期長、成本高，難以滿足快速靈活提供業(yè)務(wù)的要求。
4.運營復(fù)雜。大量廠家的各類專用設(shè)備以及相關(guān)的協(xié)議眾多，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃復(fù)雜，整合難度高，運營復(fù)雜，造成運營成本居高不下。
多年來積累的問題已經(jīng)使得今天的IP網(wǎng)絡(luò)患有“動脈硬化癥”，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重構(gòu)迫在眉睫。2006年，SDN概念于是應(yīng)運而生。
SDN（Software Defined Network）即軟件定義網(wǎng)絡(luò)，是一種開放靈活和可持續(xù)演進的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用軟件化、虛擬化的“分離”方法，將現(xiàn)有傳統(tǒng)的分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行重構(gòu)，讓網(wǎng)絡(luò)中的控制面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面進行分離，由傳統(tǒng)分布控制向集中控制的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變。
關(guān)于SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不同的組織有不同的定義，當(dāng)前較為主流的是開放網(wǎng)絡(luò)基金會ONF（Open Networking Foundation）對SDN分層架構(gòu)的定義，如圖1所示。
該分層架構(gòu)模型得到了產(chǎn)業(yè)界的廣泛認可和推廣使用。
SDN的核心是“S”即軟件，也就是網(wǎng)絡(luò)不再是“硬”的，固化封閉的，難以擴展的，而是可以通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)靈活的新I務(wù)開發(fā)和部署，網(wǎng)絡(luò)資源可以靈活調(diào)度，使得網(wǎng)絡(luò)作為一個管道變得更加智能和彈性可用，較好地解決運營商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)運營的痛點，因此，SDN概念一經(jīng)提出，就受到了運營商的青睞和積極響應(yīng)。2014年以來，隨著SDN技術(shù)的逐步成熟，國內(nèi)運營商開始進行局部試點商用。
二、傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)和SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析
SDN是對運營商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行重構(gòu)，重構(gòu)后的網(wǎng)絡(luò)是否能夠穩(wěn)定運行，是否出了故障能及時恢復(fù)，是否能達到或接近傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性可用性要求，是運營商關(guān)注的重點之一。
2.1可靠性、可用性
網(wǎng)絡(luò)的可靠性使用網(wǎng)絡(luò)運行階段平均業(yè)務(wù)失效故障間隔時間來描述，用無故障運行時間來衡量。網(wǎng)絡(luò)的可用性使用網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定不出現(xiàn)故障的時間與總的時間的百分比來表示。
從通俗的角度來理解，可靠性高是指網(wǎng)絡(luò)持續(xù)一段較長時間（如一年或兩年）運行穩(wěn)定，不出現(xiàn)業(yè)務(wù)失效的故障；可用性高是指網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行不易出現(xiàn)故障，并且一旦出現(xiàn)故障能夠快速恢復(fù)。
要提升網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性，通常采用冗錯技術(shù)來實現(xiàn)，也就是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中增加冗余資源，避免單點故障造成業(yè)務(wù)失效。
2.2傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)分析
傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)如圖2所示，分為管理平面、控制平面和數(shù)據(jù)平面。管理平面為網(wǎng)管系統(tǒng)，負責(zé)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和業(yè)務(wù)配置，當(dāng)業(yè)務(wù)配置下發(fā)后即使脫網(wǎng)也不影響網(wǎng)絡(luò)的正常運轉(zhuǎn)?？刂破矫婧蛿?shù)據(jù)平面由路由器等設(shè)備組成，路由器負責(zé)按路由表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，采用IGP和BGP兩種核心分布式動態(tài)路由協(xié)議，當(dāng)網(wǎng)管把業(yè)務(wù)配置上傳到路由器后，如果網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化，控制平面即路由器會在網(wǎng)絡(luò)中自動擴散這些變化，各自根據(jù)新的狀態(tài)自動重新計算路由，全網(wǎng)采用冗余路由技術(shù)和路由快速收斂技術(shù)，當(dāng)故障發(fā)生時能夠在秒級時間內(nèi)使受到影響的業(yè)務(wù)得以恢復(fù)，網(wǎng)絡(luò)具有故障快速自愈能力。
2.3 SDN網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)分析
SDN網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)如下圖3所示，分為應(yīng)用層、控制層、基礎(chǔ)設(shè)施層。應(yīng)用層由各類商業(yè)應(yīng)用軟件程序組成，通過北向接口向控制器提交各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；控制層由SDN控制器組成，它是整個網(wǎng)絡(luò)的控制中心和指揮中心，是整個網(wǎng)絡(luò)的“大腦”，擁有全局網(wǎng)絡(luò)視圖，負責(zé)實時采集全網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓撲和各鏈路流量，生成流表并通過南向接口下發(fā)給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同時根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化或應(yīng)用層提交的功能更改重新生成流表并下發(fā)；基礎(chǔ)設(shè)施層由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和線路組成，一方面負責(zé)接收控制器下發(fā)的流表并按之進行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，另一方面負責(zé)將網(wǎng)絡(luò)資源信息和狀態(tài)上報給SDN控制器，是執(zhí)行單元，本身不做決策。
從SDN網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)來看，SDN控制器作為網(wǎng)絡(luò)的“大腦”是關(guān)鍵部位，成為單點故障引發(fā)全網(wǎng)故障的風(fēng)險點。
2.4兩種架構(gòu)的可靠性可用性比較
從傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)和SDN網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)來看，傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)的控制功能是分布式的，任何一個單點故障發(fā)生時網(wǎng)絡(luò)具有快速自愈能力，而SDN網(wǎng)絡(luò)的控制功能全部集中在SDN控制器，有單點故障引發(fā)所有業(yè)務(wù)失效風(fēng)險，因此，傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性較高，但是，SDN具有簡化網(wǎng)絡(luò)、快速業(yè)務(wù)開發(fā)和部署、低成本等核心價值，值得研究對策，讓SDN網(wǎng)絡(luò)可用。
三、提升SDN網(wǎng)絡(luò)可靠性可用性的策略
可靠性和可用性是基于網(wǎng)絡(luò)故障來考慮的，如果能夠識別出各層可能發(fā)生的故障及對網(wǎng)絡(luò)的影響程度，拿出應(yīng)對策略，避免網(wǎng)絡(luò)因單點故障而癱瘓。
從SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來看，各層可能出現(xiàn)的故障如下：
應(yīng)用層
設(shè)備方面：服務(wù)器故障、應(yīng)用程序故障、服務(wù)器所在機房出現(xiàn)斷電等故障。
鏈路方面：服務(wù)器與SDN控制器的通信鏈路故障。
安全方面：非法侵入等。
控制層
設(shè)備方面：服務(wù)器故障、SDN控制器軟件故障、服務(wù)器所在機樓出現(xiàn)坍塌等故障。
鏈路方面：SDN控制器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的鏈路故障。
安全方面：非法接入或受DDOS攻擊等。
基礎(chǔ)設(shè)施層
設(shè)備方面：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障。
鏈路方面：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的鏈路故障。
安全方面：非法侵入等。
針對以上各層可能出現(xiàn)的故障，以及各層在網(wǎng)絡(luò)中的重要程度，權(quán)衡成本投入以及可接受的可靠性、可用性等因素采取以下的應(yīng)對策略：
3.1應(yīng)用層的應(yīng)對策略
應(yīng)用層的設(shè)備方面故障對網(wǎng)絡(luò)的運行影響并不大，當(dāng)應(yīng)用需求通過北向接口提交給控制器，由控制器生成相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯變成相關(guān)流表下發(fā)給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備執(zhí)行，此后，應(yīng)用程序的服務(wù)器即使出現(xiàn)脫網(wǎng)等故障也暫時不會影響網(wǎng)絡(luò)的運行。因此，用層的服務(wù)器、應(yīng)用程序采用冷備份冗余設(shè)計，考慮到機房安全問題，在異地機樓部署冷備份系統(tǒng)。當(dāng)主用系統(tǒng)出現(xiàn)異常時切換到冷備份系統(tǒng)上運行。
防范鏈路方面的故障，可采用一條主鏈路和一條備用鏈路。由于與應(yīng)用程序通信的外部設(shè)備是可知的，因此，防范安全方面造成的故障，采取對連接的設(shè)備進行白名單設(shè)置并進行嚴(yán)格的身份認證。
3.2控制層的應(yīng)對策略
SDN控制器是網(wǎng)絡(luò)的控制中心和指揮中心，一旦SDN控制器無法提供服務(wù)，假設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施層的網(wǎng)絡(luò)沒有發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仍按原有的流表進行轉(zhuǎn)發(fā)，不影響網(wǎng)絡(luò)運行，但是此時基礎(chǔ)設(shè)施層的網(wǎng)絡(luò)拓撲如果發(fā)生變化，沒有SDN控制器重新計算路由生成新的轉(zhuǎn)發(fā)流表，對網(wǎng)絡(luò)的運行就會造成重大影響。因此，控制層健壯性設(shè)計非常關(guān)鍵。
防范設(shè)備方面的故障，采取SDN控制器異地機樓的熱備份設(shè)計顯得尤為重要，承載SDN控制器軟件的服務(wù)器采用云化虛擬機集群，這些虛擬機獨占物理設(shè)備不與其他用戶分享，軟件采用分布式部署，主用控制器和備份控制器同時運行，都在處理業(yè)務(wù)，是負載均擔(dān)關(guān)系，因此具有超強的自愈能力來應(yīng)對單臺或多臺服務(wù)器故障，冗余保護措施在故障情況下自動生效，對外服務(wù)不中斷，故障服務(wù)器修復(fù)后重新上線，系統(tǒng)自動平衡工作負載。
控制器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信鏈路如果中斷導(dǎo)致控制器無法控制網(wǎng)絡(luò)，會造成重大影響，為了防范鏈路故障的影響，應(yīng)采用控制器通過多條鏈路連接到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，采取帶外專門的鏈路通道，輔以帶內(nèi)控制通道作為冗余鏈路，使得任何一條鏈路故障，都不影響控制器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信。
為防范非法接入或受DDOS攻擊，應(yīng)采取在SDN控制器和網(wǎng)絡(luò)邊界處部署防火墻、入侵檢測設(shè)備以及流量清洗系統(tǒng)。通過防火墻和入侵檢測設(shè)備進行訪問控制、病毒木馬防治、非法入侵檢測、安全漏洞掃描等，采取只對特定的IP地址提供服務(wù)并按需開放端口原則，阻斷非法IP接入或攻擊；通過清洗系統(tǒng)對進出控制器的流量進行分析，一旦發(fā)現(xiàn)非法攻擊流量，立即引導(dǎo)非法流量到清洗部件。
3.3基礎(chǔ)設(shè)施層的應(yīng)對策略
基礎(chǔ)設(shè)施層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或鏈路故障，會造成部分業(yè)務(wù)中斷，故障發(fā)生后，SDN控制器會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)變化情況，重新進行路由計算并生成新的流表下發(fā)給在線運行的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)收斂。在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)節(jié)點時采用傳統(tǒng)的設(shè)備冗余、鏈路冗余技術(shù)，部署IP FRR快速重路由，一旦節(jié)點故障發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在沒有控制器控制下也能自動完成路徑切換。適當(dāng)加大資源冗余度，以輕載為主，鏈路帶寬利用率控制在50%以下。防范非法侵入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)生的故障，采取管理控制網(wǎng)絡(luò)與公網(wǎng)隔離，對遠程登錄進行嚴(yán)格設(shè)置和身份認證。
四、SDN可靠性可用性策略在實際網(wǎng)絡(luò)部署中的應(yīng)用
中國電信廣西公司從2014年以來，積極推進SDN網(wǎng)絡(luò)的試點工作，在實際SDN試點網(wǎng)絡(luò)部署中綜合考慮以上可靠性可用性策略，采用如圖4的方式部署：
應(yīng)用層和控制層的軟件使用云資源池分配的虛擬機來承載，同時在異地機樓云資源池上部署備用系統(tǒng)。應(yīng)用層和控制層的虛擬機各自獨占一個VLAN與云資源池中的其它網(wǎng)絡(luò)進行隔離。這些虛擬機獨占物理設(shè)備不與其他用戶分享。SDN控制器采用熱備份部署。
SDN控制器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信鏈路，采用帶外管理控制網(wǎng)絡(luò)和帶內(nèi)控制通道相結(jié)合的方式。
基礎(chǔ)設(shè)施層采用設(shè)備、鏈路冗余配置。
在控制層部署防火墻、入侵檢測設(shè)備和流量清洗系統(tǒng)，保障SDN控制器的安全。
通過在SDN試點網(wǎng)絡(luò)進行了專線業(yè)務(wù)開通、業(yè)務(wù)流量優(yōu)化、新業(yè)務(wù)開發(fā)和部署、模擬攻擊、設(shè)備主備倒換等一系列實驗，各項業(yè)務(wù)功能達到了預(yù)期效果，網(wǎng)絡(luò)可靠性可用性也達到商用的要求。
五、結(jié)束語
SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無可比擬的優(yōu)勢，雖然SDN網(wǎng)絡(luò)的可靠性可用性相對于傳統(tǒng)分布式IP網(wǎng)絡(luò)而言，還有一些差距，但是可以通過以上的策略來提升SDN網(wǎng)絡(luò)的可靠性可用性，從而使SDN網(wǎng)絡(luò)達到可商用的目的。
參 考 文 獻
[1]閆長江，吳東君，熊怡 .SDN原理解析―轉(zhuǎn)控分離的SDN架構(gòu)[M].北京：人民郵電出版社，2016
[2]劉文懋，裘曉峰，王翔 .軟件定義安全：SDN/NFV新型網(wǎng)絡(luò)的安全揭秘[M].北京：機械工業(yè)出版社，2016
