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《私有云计算整合、虚拟化和面向服务的基础设施》一1.2功能模块:云模块

简介: 本节书摘来自华章出版社《私有云计算整合、虚拟化和面向服务的基础设施》一 书中的第1章,第1.2节,作者:(美)Stephen R.Smoot Nam K.Tan,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

1.2功能模块:云模块

虽然整本书都在讨论SOI框架,但我们并没按这个模式安排章节内容。假使我们以类似传统计算机那样的模块化形式来对比分析云计算机的结构,那么我们所熟悉的CPU、RAM、总线、磁盘等这些功能模块在云计算机中将转换成如图1-2所示的几个部分:
服务器模块
存储模块
光纤模块
WAN模块
I型终端用户(分支机构)
II型终端用户(移动客户端)
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1.2.1服务器模块

服务器模块就好比云计算机中的CPU,物理的服务器或服务器组组成了云计算的核心处理器,就像一块“三明治”,被“夹在”数据中心网络和存储网络中间。
如前所述,服务器虚拟化支持多台逻辑服务器或虚拟机器(Virtual Machine,VM)运行在同一台物理服务器上。每个虚拟机都像一台独立的服务器,但是不同虚拟机在监控设备管理下,可以共享彼此的硬件资源(例如处理器、磁盘、网卡以及内存),通常我们把管理这些虚拟机的监控设备(Virtual Machine Monitor,VMM)称为虚拟机管理器。虚拟机管理器将来自用户操作系统的访问发送至虚拟机上,并且负责监控这些任务的执行情况,这样不同的操作系统包括统一操作系统的不同实例,也能共享物理服务器的硬件资源。一个简单的虚拟机结构如图1-3所示。
服务器虚拟化实现了数据中心物理服务单元的压缩和整合,同时也提高了这些服务器的平均使用效率。如果希望了解更多有关服务器整合和虚拟化细节,请参考第2章相关内容。
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1.2.2存储模块

存储模块负责为云计算机提供数据存储功能。它由SAN及存储子系统构成,包括JBOD磁盘簇、磁盘阵列以及RAID等。更多基于SAN的虚拟化技术,请参见本书第2章相关内容。
SAN扩展
如图1-2所示,当系统中包括1个或1个以上的存储单元时,需要考虑借助SAN扩展技术以穿过WAN上的“云”,实现远程数据复制、备份及镜像等需求。SAN扩展方案包括密集波分复用网络 (Wave-Division Multiplexing,WDM )、时分复用网络(Time-Division Multiplexing,TDM)以及基于IP的光纤通道(Fibre Channel over IP,FCIP)。更多关于SAN扩展方案的资料请参见本书第7章。

1.2.3光纤模块

光纤模块好比云计算机的总线系统,负责在不同的云计算模块间数据的传输。如图1-2所示,服务器群就像一块三明治,被夹在数据中心网络(通常是以太网)和SAN中间,SAN实际上是一种光纤通道(Fibre Channel,FC)。SAN也是一种孤立的光纤拓扑,常称为SAN孤岛,因为光纤通道所使用的协议栈与TCP/IP所使用的协议栈完全不同。
研究光纤模块的主要动机源自希望能够将这种孤立的光纤拓扑(Isolated Fabric Topology,IFT)转换成统一的光纤拓扑(Unified Fabric Topology,UFT)。那么该如何实现这种统一性呢?简单说就是扩展,或者具体来说就是将光纤通道封装在以太网之上,得到光纤通道以太网(Fibre Channel over Ethernet,FCoE)。过去,以太网的有限带宽限制了它成为统一光纤拓扑基础的可能,现在随着10G以太网的研发,已有足够的带宽可以实现各种网络类型的灵活连接,有关FCoE的更多内容请参考本书第2章。

1.2.4WAN模块

WAN模块连接了企业内联网(内部访问)、外网(B-to-B访问)、Internet(公共访问)以及城域网(Metropolitan-Area Network,MAN)。从云计算用户的角度来看,WAN模块提供了到云的访问,其主要功能是使得云计算机可以被扩展连接至本地或远程的校园、分支机构办公室,而远程工作者、居家办公人员、移动用户以及旅行者也可以通过WAN享受云服务。可以通过各种不同网络技术来实现WAN,包括长距光纤网络或者是类似802.11那样的无线以太网技术。
网络虚拟化
由于每个终端用户及用户与计算资源之间都需要一定程度的相互隔离,因此云计算环境的核心要求之一就是能够在共享的物理网络基础设施之上,搭建能够跨越WAN的独立或孤立的逻辑传输路径。
第3层(IP层)的虚拟化提供了要求的端到端的网络分段及终端用户间的单独连接,这一层的虚拟化也就是我们熟知网络虚拟化,可以通过多虚拟路径转发(Virtual Routing and Forwarding,VRF)以及多协议标签交换(Multiprotocol Label Switching,MPLS)技术实现。网络虚拟化的原理如图1-4所示,将企业单一的物理网络基础设施在逻辑上划分成不同的相互隔离的子网,但终端用户并不能觉察出划分得到的逻辑子网与原来物理网络的差别。第3章将对网络虚拟化进行更详细地说明。
WAN优化
就在数据存储和处理因云计算的诞生而越来越趋于集中时,通过“云”间协作也能向远程用户提供和局域网络相差无几的响应时间成为新的挑战。更多的情况下,即便WAN资源存在局限,例如,网络延迟和有限带宽,也必须提升用户满意度,不能因为响应速度慢而降低远程终端对云计算机访问的效率。这也是为什么WAN优化是云体系结构的关键因素。WAN优化可以使用更有效的数据展现模式以及协议对在WAN内传输的数据进行整合,因此可以弥补带宽有限的不足并降低网络时延。网络优化经常被应用在光纤和WAN模块以及终端用户与WAN模块间。更多有关WAN优化技术的内容,请参考本书第4~6章。

1.2.5I型终端用户(分支机构)

I型终端用户的位置相对固定—通常为本地或远程的校园、分支机构、远程办公及家庭办公用户,可以通过有线或无线网络(偶尔也会使用3G/4G模式)访问云。
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在分布式计算比较流行的年代,远程分支机构(Remote Branch Office,RBO)可以拥有本地文件和应用服务器以及本地存储设备。当采用云计算集中模式时,这些分支机构的资源,包括光纤、服务器以及存储单元都会被重新安排在一个集中的数据中心里。可以使用WAN优化确保用户满意度在RBO整合后不受影响。随着本地存储也迁移到数据中心,RBO上的主机(源头)可以使用iSCSI存储技术访问位于存储单元上的存储子系统(目标)。而在本书中当我们提及云计算终端用户时,通常是指I型用户。有关WAN优化的详细内容,请参考本书第4~6章。关于iSCSI存储技术的细节,请参考本书第7章。

1.2.6II型终端用户(移动客户端)

II型终端用户属于没有固定工作地点的移动用户,借助移动设备通过无线网络访问云是这类用户常见工作模式。下一代移动宽带网络(已超过本书讨论范围)在这方面具有举重若轻的地位。一般情况下,移动设备的功率都不如传统PC,因此更容易以瘦客户端方式工作。

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