基于云计算的企业数据中心设计与实现

基于云计算的企业数据中心设计与实现

摘要随着云计算技术的快速发展，数据中心的运营模式悄然发生着变化，更加高效、更加绿色、更具效率的云计算数据中心正在崛起。这一切不仅仅是面向公众的公有云数据中心，企业内部倾向于私有云的数据中心也同样发生着变化。传统数据中心向云数据中心转型不仅仅是概念上的变化，云解决方案中会让很多看似不可能的技术变成现实，它还会反射到新功能、新特征等诸多方面。

云计算离不开虚拟化技术的应用，云计算数据中心中的虚拟化涉及多个方面的技术领域。本论文将重点介绍数据中心中主流的虚拟化技术，包括服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化，并作为一个整体揭示它们在这些环境中的影响和实适用性。

基于云计算的数据中心在服务提供水平、灵活性、扩展性、大数据处理方面有着先天的优势，但随着物理设备和虚拟系统的不断增多也暴露出一些问题，基于安全、性能、可用性考量，本论文将给出完善的基于云计算数据中心的设计与实现方案。

关键词: 数据中心云计算虚拟化安全

第一章绪论 1

1.1 研究本课题的意义 1

1.2 课题研究技术基本现状 2

第二章数据中心的构建 3

2.1 典型数据中心的搭建模式 3

2.1.1 数据中心规划与设计 4

2.1.2 数据中心管理与运维 5

2.2 云数据中心建模 5

2.2.1 云数据中心体系架构 6

2.2.2 云数据中心结构分层 6

2.3 云数据中心架构剖析 7

2.3.1 云计算数据中心总体架构 7

2.3.2 资源池分类 8

2.3.3 资源池管理 9

2.4 云数据中心核心技术 10

2.4.1 虚拟化技术 10

2.4.2 安全保护技术 11

2.4.3 运维和管理技术 11

2.4.4 绿色数据中心技术 11

第三章整体设计方案 13

3.1 数据中心目标架构 13

3.2 云计算数据中心网络设计 14

第四章基于云计算数据中心的详细设计 15

4.1 虚拟化设计 15

4.1.1 服务器虚拟化 16

4.1.2 存储虚拟化 23

4.1.3 网络虚拟化 28

4.1.4 软件定义网络 37

4.2 安全设计 41

4.2.1 物理设备的安全 41

4.2.2 数据的安全 42

4.2.3 通信的安全 43

4.2.4 容灾冗余 44

4.3 运维管理设计 45

4.4 绿色节能设计 45

第五章云计算数据中心的未来 47

5.1 云数据中心对企业的影响 47

5.2 云计算中心对IT产业的影响 48

第六章结束语 50

致谢 51

参考文献： 52

第一章绪论

1.1 研究本课题的意义

“烟囱式”垂直架构是传统数据中心最常见的体系，它造成了大量的信息孤岛和资源孤岛，进而产生了高度的耦合架构和静态的资源供应。相对于较为落后的机房环境，传统数据中心在基础架构和信息应用方面给出了很好的解决方案，但是资源的无限附加，让传统数据中心承受着巨大的压力。数据中心每日协助处理及存储海量数据，这些数据每日都在膨胀。我们知道数据中心是耗量大户，数据显示如不加控制，未来数据中心能耗将直线上升，2~3年能耗将超过数据中心的自建成本。如此耗能可有替代它的产品出现？答案是有的，这个产品就是云计算。

基于云计算的数据中心有较高的资源利用率，通过虚拟化手段将服务器资源给不同项目共享；实现简单备份备份，备份集成到管理功能里，通过Web界面就能实现；管理简单，把所有管理集成到一个Web界面；大幅降低耗电量，并且通过整合服务器达到减少硬件的目的，关闭部分服务器 [1]。

云的基本特性是动态、弹性、灵活、随需应变，这需要云计算的基础架构也具备动态、弹性和灵活的特点，云计算基础架构的核心——数据中心也应达到这一要求。传统数据中心的传统运行架构无法支撑弹性化的IT业务要求，它必然要求一种新的IT运营模式。大量的计算资源将是动态的、按需的服务和部署，云计算会被众多大企业认可的原因之一就是云计算能够降低能源使用量和达到更高的资源利用率。国外研究机构研究表明，云计算给寻求更高经济效益和商业优势的IT经理和企业带来了希望。专家预测传统数据中心的增加数量在未来几年会持续下降，向云计算的转变的步伐将加速[2]。

基于动态的云数据中心，云内的资源越来越向集约化的方向发展，功能交付方面也从简单地满足功能向精细、优化、节能的方向发展。数据中心的规模也呈现出大规模发展的形态，庞大数据中心正在高速发展。

1.2 课题研究技术基本现状

传统数据中心拓扑构建上采用树形分层结构，通常包括核心层、汇聚层、接入层3层架构，已经难以满足新一代数据中心网络服务的需求。关于云计算数据中心非树状网络拓扑构建方面的研究比较具有代表性的有美国加州大学的研究团队，加州大学的Al-Fares等人提出了Clos Network,Clos Network是一种基于胖树（fat tree）的类树形结构拓扑[3]。

云计算是在并行计算、分布式计算、网格计算、效用计算的基础上发展起来的，云计算的发展经历多种结构和算法，这些计算模式在今天依然非常重要。目前在云计算中主要使用三种虚拟化技术：VMware Infrastucture 、Xen、KVM。VMware Infrastucture是一个虚拟数据中心操作系统，它通过将一些分散的硬件资源统一起来来创建共享平台。其优点有：解决当前增加的IT设备数量、维护成本不断提高的困境；实现对设备的统一管理；建立一个相对完美的高可靠性、高可用性、和灾难后快速恢复的能力管理机制。如图1-1所示，虚拟化的通过虚拟机的方式对云平台中包括硬件和软件、基础设施等各IT资源进行简化并统一进行管理[4]。

图 1-1虚拟化

云计算面临的安全挑战有很多，考量的一个重要因素就是云的服务连续性，基于云计算的数据中心服务如何保证，谁来监管数据中心、云平台的管理是不是透明，一旦出现不可抗力的数据中心服务中断，对企业的业务有哪些危害，管理者需要有哪些应急手段，这些都是云计算不可回避的挑战。

参考文献：

[1]（巴西）Gustavo A.A.Stantana.数据中心虚拟化技术权威指南[M].人民邮电出版社， 2015-02.

[2]栗民.J公司云计算数据中心运维管理研究[J].广东商学院硕士论文，2013-04.

[3]杨欢.云数据中心构建实践[M].机械工业出版社，2015-11.

[4] M. S. Premalatha,B. Ramakrishnan. Green Scheduling of Bag-of-tasks Applications in Cloud Data Center Using GreenCloud Simulator[J].Journal of Emerging Technologies in Web Intelligence, 2014, Vol.6 (3), pp.273-279

[5](美) Ron Fuller，David Jansen.NX-OS与Cisco Nexus交换技术：下一代数据中心架构[M].人民邮电出版社，2013-12.

[6]ABC公司数据中心建设方案[J].互联网文档资源 2012.

[7]李建华.省级广电网络互联网数据中心建设构思[J].2012国际传输与覆盖研讨会文集，2012.

[8]资源整合打造高效数据中心[J].中国教育网络，2014.

[9]张凯，李可，李萌.基于安全云计算的金融监管网络演化设计[J].计算机与网络， 2015.

[10]谷和启.浅析虚拟化技术在数据中心建设中的应用[J].信息系统工程，2013-08.

[11]余侃.云计算时代的数据中心建设与发展[J].信息通信，2011.

[12]张水平，李纪真，张凤琴.基于云计算的数据中心安全体系研究与实现[J].计算机工程与设计，2011.

[13]史凡，赵慧玲.SDN让网络演进更具革命性[J].人民邮电，2013-03.

[14]赵慧玲，冯明.SDN-未来网络演进的重要趋势[J].电信科学，2012-11.

[15]吴强，徐鑫.基于SDN技术的数据中心基础网络构建[J].电信科学，2013-01.

[16]项力，吴学智，王斌.基于云计算的下一代数据中心设计[J].通信技术，2012-06.

[17]Anonymous. CISCO: Cisco, NetApp and VMware Collaborate to Deliver New Capabilities for the Dynamic Data Center; New Secure Multi-tenancy Design Architecture Enhances Security When Sharing Data Center Resources Across Virtualized and Enterprise Cloud Environments[J].ProQuest Journal.

[18] 陈琳，吴强.基于SDN技术构建数据中心虚拟网络[D].电信科学，2013-01.

[19]闫长江，吴东君，熊怡.SDN原理解析[M].人民邮电出版社，2016-04.

[20]（法）Eric Maillé René-Franois Mennec. VMware vSphere5虚拟数据中心构建指南[M].机械工业出版社，2013-03.

[21]刘文炯.关于虚拟化数据中心的构建[J].科技信息，2011-08.

[22][美]Venkata Joysula Malcolm Orr Greg. 云计算与数据中心自动化[M].人民邮电出版社，2012-07.