存儲虛擬化技術(shù)解決數(shù)據(jù)中心難題
在如今這樣一個數(shù)據(jù)迅猛增長的時代中，數(shù)據(jù)中心承載著非常大的壓力。那么，隨著業(yè)務(wù)的持續(xù)發(fā)展、系統(tǒng)的更新升級、設(shè)備的不斷增多、能耗的大幅飚升，數(shù)據(jù)中心都面臨著哪些難題呢？
• 業(yè)務(wù)系統(tǒng)日益增多：需要更多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器，運行的業(yè)務(wù)系統(tǒng)不斷的發(fā)生變化，資源和設(shè)備分配之間的矛盾日趨激烈；
• 設(shè)備多，部署繁雜：在數(shù)據(jù)大集中的趨勢下，數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)的IT基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模非常龐大，而且還將持續(xù)不斷的增加、部署難度大幅增加；
• 投資持續(xù)增加： IT基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模的成倍增加，在數(shù)據(jù)中心投入的硬件成本、軟件成本、人力成本等水漲船高；
• 運維成本和能耗高：設(shè)備增多，能耗和運維成本自然隨之增加，不符合綠色數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢，能耗已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心運維的沉重經(jīng)濟負擔(dān)。
采用虛擬化技術(shù)能夠有效的解決上述難題，虛擬化用多個物理實體創(chuàng)建一個邏輯實體，或者用一個物理實體創(chuàng)建多個邏輯實體。
數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)的虛擬化可以概括為計算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和存儲虛擬化三個部分，H3C數(shù)據(jù)中心虛擬化解決方案涉及到網(wǎng)絡(luò)虛擬化和存儲虛擬化兩個方面。
網(wǎng)絡(luò)虛擬化
隨著企業(yè)IT應(yīng)用的展開，業(yè)務(wù)類型快速增長，運行模式不斷變化，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)需要不斷變化結(jié)構(gòu)、不斷擴展以適應(yīng)這些變化，這給運維帶來極大壓力。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計依據(jù)高可靠思路，形成了冗余復(fù)雜的網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
結(jié)構(gòu)化網(wǎng)狀網(wǎng)的物理拓撲在保持高可靠、故障容錯、提升性能上有著極好的優(yōu)勢，是通用設(shè)計規(guī)則。這樣一種依賴于純物理冗余拓撲的架構(gòu)，在實際的運行維護中卻同時也承擔(dān)了極其繁冗的工作量。
結(jié)構(gòu)化網(wǎng)狀網(wǎng)的物理拓撲
多環(huán)的二層接入、Full Mesh的路由互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)中各種鏈路狀態(tài)變化、節(jié)點運行故障都會引起預(yù)先規(guī)劃配置狀態(tài)的變遷，帶來運維診斷的復(fù)雜性；而應(yīng)用的擴容、遷移對網(wǎng)絡(luò)涉及更多的改造，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下甚至可能影響無關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運行。
因此，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在支撐業(yè)務(wù)發(fā)展的同時，對運維人員提出的挑戰(zhàn)是越來越嚴峻的。
隨著上層應(yīng)用不斷發(fā)展，虛擬化技術(shù)、大規(guī)模集群技術(shù)廣泛應(yīng)用到企業(yè)IT中，作為底層基礎(chǔ)架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，也進入新一輪技術(shù)革新時期。網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)也隨著數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)要求有不同的形式。多種應(yīng)用承載在一張物理網(wǎng)絡(luò)上，通過網(wǎng)絡(luò)虛擬化分割(稱為縱向分割)功能使得不同企業(yè)機構(gòu)相互隔離，但可在同一網(wǎng)絡(luò)上訪問自身應(yīng)用，從而實現(xiàn)了將物理網(wǎng)絡(luò)進行邏輯縱向分割虛擬化為多個網(wǎng)絡(luò)；多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點承載上層應(yīng)用，基于冗余的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計帶來復(fù)雜性，而將多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行整合(稱為橫向整合)，虛擬化成一臺邏輯設(shè)備，提升數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)可用性、節(jié)點性能的同時將極大簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
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網(wǎng)絡(luò)虛擬化---橫向整合
數(shù)據(jù)中心是企業(yè)IT架構(gòu)的核心領(lǐng)域，不論是服務(wù)器部署、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計，都做到精細入微。因此，傳統(tǒng)上的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由于多層結(jié)構(gòu)、安全區(qū)域、安全等級、策略部署、路由控制、VLAN劃分、二層環(huán)路、冗余設(shè)計等諸多因素，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使得數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的運維管理難度較高。
H3C第二代智能彈性架構(gòu)技術(shù)（IRF2）以極大簡化網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)、整合物理節(jié)點、支撐上層應(yīng)用快速變化為目標(biāo)，實現(xiàn)IT網(wǎng)絡(luò)運行的簡捷化，改變了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計的繁冗規(guī)則。
H3C第二代智能彈性架構(gòu)
使用第二代智能彈性架構(gòu)虛擬化技術(shù)（IRF2），用戶可以將多臺設(shè)備連接，“橫向整合”起來組成一個“聯(lián)合設(shè)備”，并將這些設(shè)備看作單一設(shè)備進行管理和使用。多個盒式設(shè)備整合類似于一臺機架式設(shè)備，多臺框式設(shè)備的整合相當(dāng)于增加了槽位，虛擬化整合后的設(shè)備組成了一個邏輯單元，在網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)為一個網(wǎng)元節(jié)點，管理簡單化、配置簡單化、可跨設(shè)備鏈路聚合，極大簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，同時進一步增強冗余可靠性。
網(wǎng)絡(luò)虛擬交換技術(shù)為數(shù)據(jù)中心建設(shè)提供了一個新標(biāo)準，定義了新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使得各種數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)都能夠使用這種靈活的架構(gòu)，能夠幫助企業(yè)在構(gòu)建永續(xù)和高度可用的狀態(tài)化網(wǎng)絡(luò)的同時，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的使用。
在虛擬化架構(gòu)上，通過OAA集成虛擬化安全，使得傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中離散的安全控制點被整合進來，進一步強化并簡化了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)安全，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)將在數(shù)據(jù)中心端到端總體設(shè)計中發(fā)揮重要作用。
數(shù)據(jù)中心簡捷化架構(gòu)---橫向整合的虛擬化如下圖所示：
數(shù)據(jù)中心簡捷化架構(gòu)
上圖虛擬化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計相比，提供了多項顯著優(yōu)勢：
• 運營管理簡化。數(shù)據(jù)中心全局網(wǎng)絡(luò)虛擬化能夠提高運營效率，虛擬化的每一層交換機組被邏輯化為單管理點，包括配置文件和單一網(wǎng)關(guān)IP地址，無需VRRP。
• 整體無環(huán)設(shè)計。跨設(shè)備的鏈路聚合創(chuàng)建了簡單的無環(huán)路拓撲結(jié)構(gòu)，不再依靠生成樹協(xié)議（STP）。虛擬交換組內(nèi)部經(jīng)由多個萬兆互聯(lián)，在總體設(shè)計方面提供了靈活的部署能力。
• 進一步提高可靠性。虛擬化能夠優(yōu)化不間斷通信，在一個虛擬交換機成員發(fā)生故障時，不再需要進行L2/L3重收斂，能快速實現(xiàn)確定性虛擬交換機的恢復(fù)。
• 安全整合。安全虛擬化在于將多個高性能安全節(jié)點虛擬化為一個邏輯安全通道，安全節(jié)點之間實時同步狀態(tài)化信息，從而在一個物理安全節(jié)點故障時另一個節(jié)點能夠無縫接管任務(wù)。
安全整合的進一步表現(xiàn)為OAA架構(gòu)下，IRF2集成的安全模塊之間仍然延續(xù)了此虛擬化能力，使得整個數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)具備更為簡捷的架構(gòu)。
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網(wǎng)絡(luò)虛擬化---縱向分割
如果把一個企業(yè)網(wǎng)絡(luò)分隔成多個不同的子網(wǎng)絡(luò)——它們使用不同的規(guī)則和控制，用戶就可以充分利用基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的虛擬化路由功能，而不是部署多套網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)這種隔離機制。
網(wǎng)絡(luò)虛擬化概念并不是什么新概念，因為多年來，虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)作為基本隔離技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。當(dāng)前在交換網(wǎng)絡(luò)上通過VLAN來區(qū)分不同業(yè)務(wù)網(wǎng)段、配合防火墻等安全產(chǎn)品劃分安全區(qū)域，是數(shù)據(jù)中心基本設(shè)計內(nèi)容之一。
出于將多個邏輯網(wǎng)絡(luò)隔離、整合的需要，VLAN、MPLS-VPN、Multi-VRF技術(shù)在路由環(huán)境下實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)訪問的隔離，虛擬化分割的邏輯網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部有獨立的數(shù)據(jù)通道，終端用戶和上層應(yīng)用均不會感知其它邏輯網(wǎng)絡(luò)的存在。但在每個邏輯網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，仍然存在安全控制需求，對數(shù)據(jù)中心而言，訪問數(shù)據(jù)流從外部進入數(shù)據(jù)中心，則表明了數(shù)據(jù)在不同安全等級的區(qū)域之間流轉(zhuǎn)，因此，有必要在網(wǎng)絡(luò)上提供邏輯網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的安全策略，而不同邏輯網(wǎng)絡(luò)的安全策略有各自獨立的要求，虛擬化安全技術(shù)，將一臺安全設(shè)備可分割成若干臺邏輯安全設(shè)備(成為多個實例)，從而很好滿足了虛擬化的深度強化安全要求。
如下圖所示，虛擬化網(wǎng)絡(luò)與虛擬化安全的整體結(jié)合，通道化設(shè)計，構(gòu)成了完整的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
虛擬化網(wǎng)絡(luò)與虛擬化安全的整體結(jié)合
當(dāng)前在交換機中集成防火墻等安全業(yè)務(wù)線卡已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)安全實施的一個主流方向，這種架構(gòu)促進了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)安全的快速部署、簡捷運行。
早期的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)都是按照雙機冗余結(jié)構(gòu)進行設(shè)計與部署的，那么，在交換系統(tǒng)IRF2虛擬化環(huán)境下，防火墻等安全線卡與兩臺交換機的關(guān)系有所變化。在雙機冗余設(shè)備中插入多塊防火墻模塊，通過IRF2對交換機進行了虛擬化整合，則這多塊防火墻本質(zhì)上如同插在一臺交換機上。
雙機冗余設(shè)備中插入多塊防火墻模塊
不同交換機集成安全功能變?yōu)橐慌_交換機集成安全功能，安全線卡只面對一臺虛擬交換機，一個網(wǎng)絡(luò)交換單元，給設(shè)計上帶來了更為方便的地方。
IPS作為線卡集成到交換機，安全檢測流量是預(yù)先定義并重定向到IPS上的，在一般的雙機條件下，兩臺交換機之間是一種完全松耦合的路由關(guān)系，針對不同設(shè)備上的IPS無法起到相互備份和負載分擔(dān)的作用。但是在IRF2架構(gòu)下集成多塊IPS后，各IPS在整個IRF2結(jié)構(gòu)上均被整合，即IPS所在物理端口在IRF2全局可見、可被訪問控制流規(guī)則所引用，因此，多塊IPS線卡集成后，可在方案設(shè)計上將其性能疊加起來，如下圖所示，多塊IPS線卡如同多臺IPS獨立設(shè)備可并行使用。
多塊IPS線卡如同多臺IPS獨立設(shè)備可并行使用
可以看到，通過虛擬化技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)與安全進行融合后的“縱向分割”，可以將網(wǎng)絡(luò)資源進行更加細致的劃分，真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心內(nèi)部資源的整合和動態(tài)調(diào)整，提高了數(shù)據(jù)中心的資源利用率，增加了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
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存儲虛擬化
在傳統(tǒng)的建設(shè)模式中，存儲通常是被當(dāng)作孤島來管理的，在需要擴展的時候只是簡單地添加新的存儲子系統(tǒng)，而不是充分發(fā)揮現(xiàn)有資源的潛在能力，這種方式導(dǎo)致存儲資源的利用率通常只有35%至50%。此外，由于管理存儲資源所需要的成本是購買這些資源的三到五倍，為了創(chuàng)建一個高效率的環(huán)境，管理員必須掌握各種工具和嫻熟的技巧，才能對大型、復(fù)雜和異構(gòu)的環(huán)境實施管理。這種日益增長的存儲空間和隨之而來的管理壓力已經(jīng)成為了CIO們的心病。
如何解決這個問題？存儲虛擬化技術(shù)無疑是一個很好的選擇。H3C數(shù)據(jù)中心虛擬化解決方案利用H3C公司存儲產(chǎn)品Neocean IV5000內(nèi)置的NeoStor虛擬化數(shù)據(jù)管理引擎，能夠整合異構(gòu)存儲環(huán)境，由統(tǒng)一界面進行集中存儲管理，使得存儲空間利用率最大化，同時整合應(yīng)用服務(wù)器，跨越SAN的孤島聯(lián)接，或者進行數(shù)據(jù)遷移；同時，通過存儲虛擬化和SSE（Storage Service Enabler，存儲服務(wù)使能）選項，將關(guān)聯(lián)的存儲設(shè)備整合起來，在此基礎(chǔ)上，還可以提供與之相關(guān)的存儲服務(wù)，如快照、鏡像、復(fù)制等，滿足用戶復(fù)雜的存儲服務(wù)需求。
H3C數(shù)據(jù)中心虛擬化解決方案
存儲資源整合
方案支持標(biāo)準開放的協(xié)議（包括SCSI、iSCSI、FC以及NFS/CIFS），集成統(tǒng)一的管理平臺將所有底層的存儲和網(wǎng)絡(luò)資源作為一個一體化的存儲資源提供給上層的應(yīng)用服務(wù)器。因此IV5000能夠統(tǒng)一管理FC SAN、IP SAN、DAS等存儲設(shè)備和資源，整合到統(tǒng)一的邏輯存儲池中，并使用存儲池的資源為應(yīng)用服務(wù)器創(chuàng)SAN或者NAS資源，滿足客戶全方位的需求。
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存儲服務(wù)使能
解決方案通過獨特的方式實現(xiàn)物理設(shè)備的虛擬化，即把物理設(shè)備的虛擬化信息寫入到邏輯存儲池中某個空閑的存儲空間，因此虛擬化的過程不會破壞磁盤已有的數(shù)據(jù)，也不需要大量的數(shù)據(jù)拷貝。
SED虛擬化原理如下圖所示：
SED虛擬化原理
SED設(shè)備支持IV5000的各種存儲服務(wù)（比如鏡像、復(fù)制、TimeMark等），并且支持剝離SED作為一個普通的磁盤掛接到PC上直接使用。但是SED設(shè)備不支持容量的擴展，也不能把一個SED設(shè)備劃分為更小的邏輯磁盤。因此SED設(shè)備的物理磁盤和邏輯磁盤是一一對應(yīng)的關(guān)系。
H3C數(shù)據(jù)中心存儲虛擬方案的目標(biāo)與特點
存儲虛擬化解決方案的主要目標(biāo)是系統(tǒng)整合與數(shù)據(jù)遷移。
• 在用戶長期的IT建設(shè)過程中，由于種種原因引入不同廠商、不同品牌的存儲系統(tǒng)。這些型號各異的存儲系統(tǒng)給IT管理人員帶來挑戰(zhàn)，存儲系統(tǒng)的管理維護成本日漸增加。
• 解決方案采用帶內(nèi)虛擬化技術(shù)，可整合異構(gòu)的存儲環(huán)境形成一個虛擬的存儲資源池。它支持與應(yīng)用服務(wù)器的多協(xié)議連接，可通過iSCSI、FC、CIFS/NFS為應(yīng)用服務(wù)器分配存儲資源。
解決方案采用帶內(nèi)虛擬化技術(shù)
該方案具有以下特性：
• 構(gòu)建全新的存儲網(wǎng)絡(luò) 整合IP SAN、FC SAN、DAS設(shè)備，甚至應(yīng)用服務(wù)器本地磁盤，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。同時，IV5000支持不同產(chǎn)品的應(yīng)用服務(wù)器（包括Linux/UNIX、HP-UX、IBM AIX、Sun Solaris和Microsoft Windows等）跨越協(xié)議接口的限制使用存儲資源。
• 快速虛擬化 提供獨特的SSE虛擬化技術(shù)，可以保證虛擬化存儲資源時，不破壞存儲資源中原有數(shù)據(jù)，這大大降低了系統(tǒng)的實施難度，同時大大縮短了實施時間。
• 提供豐富的數(shù)據(jù)遷移方式 結(jié)合DiskSafe技術(shù)，方案可以實現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)器本地磁盤中的數(shù)據(jù)備份到IV5000管理的存儲設(shè)備中。
• 同步鏡像/異步鏡像可以簡單、快速地在后端網(wǎng)絡(luò)中完成異構(gòu)存儲設(shè)備之間的數(shù)據(jù)遷移。
• 零干擾數(shù)據(jù)遷移 應(yīng)用服務(wù)器本地磁盤到存儲設(shè)備數(shù)據(jù)遷移在后臺運行，對應(yīng)用服務(wù)器沒有影響；而存儲設(shè)備之間的數(shù)據(jù)遷移在后端網(wǎng)絡(luò)運行，不影響前端網(wǎng)絡(luò)的性能。
• 實時擴充存儲容量 在存儲設(shè)備層，可以實時添加新的存儲系統(tǒng)，增大數(shù)據(jù)中心的存儲容量。
• 提高投資回報率 通過簡潔的Web界面統(tǒng)一管理存儲設(shè)備提供的存儲容量，避免在每一個應(yīng)用服務(wù)器上安裝存儲管理軟件，降低存儲管理的軟件成本和人力成本；同時，多個應(yīng)用服務(wù)器共享存儲設(shè)備，提高了存儲資源的利用率，提高了投資回報率。
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