网络虚拟化技术在云计算数据中心的应用研究

　　虚拟化技术能够使多个操作系统或者多个应用同时在一台主机上运行，虚拟化技术为云计算提供了主要的技术支撑，在云计算数据中心的应用过程中，发挥着巨大作用。该文笔者就云计算中心虚拟化技术的分类与特点进行了分析，阐明了云计算中虚拟化技术的重要性，同时深入探究了虚拟化技术在云计算应用中有待解决的问题，希望为相关工作者提供一些参考和建议。

　　《计算机应用》创刊于1981年，是中国计算机学会会刊。以介绍计算机应用技术为重点，以推动经济发展和科技进步为宗旨，以促进计算机开发应用创新为目标。由包括张景中、潘云鹤、何积丰、周巢尘、陈国良院士在内的数十名计算机学科专家组成编委会，承担组稿、审稿、撰稿工作，另有数百名本学科其他专家参与审稿工作。

　　众所周知，大量的计算资源都存在于云计算数据中心，要想使不同服务器的资源变得抽象，必须使用虚拟化技术，构建一个计算资源池，根据粒度分配资源。利用虚拟化技术在云计算内部建造统一标准的逻辑网络接口、内存、存储空间以及CPU，然后屏蔽掉物理服务器之间的差异，使所有用户的虚拟化资源在供应、度量和调度上保持一致。本文笔者探究了云计算中虚拟化技术的应用。

　　1虚拟化技术的特点

　　想要在一台计算机上运行多个操作系统需要使用虚拟化技术，该技术在X86服务器架构中获得了快速的发展。在微软、VMW以及XEN等多家公司进行服务器虚拟化的过程中起到了关键的引导作用.但是虚拟化技术的运用在最初进度缓慢，主要是因为X86处理器自身性能的不足以及X86的架构与虚拟化技术运用要求不是很匹配。后来，Intel和AMD公司对X86处理器的架构进行了修改，X86处理器的自身性能得以提高，虚拟化技术的运用问题得到了解决。服务器虚拟化提高了物理空间内数据中心的应用密度，增加了逻辑服务器的数量.如此，使得服务器的内外数据流动增多，服务器处理效率也得到了提高。如今，虚拟化技术已经成为云计算的核心技术。

　　利用虚拟化技术能够在云计算数据中心构建出一个计算池，并拥有超级计算能力，它能够有效屏蔽不同服务器之间的差异。一个云计算数据中心多则拥有数万台物理服务器，每个物理服务器上都运行着多个动态变化的虚拟机。通过网卡、桥片、内存等硬件虚拟化和不断增强的CPU性能辅助，在物理服务器上增加虚拟机的运行数量。不难想象，一个大型的云计算数据中心的虚拟机运行数量。如今，在云计算数据中心，虚拟化技术发挥着不可替代的作用。

　　当云计算数据中心开始大规模应用虚拟化计算和存储之后，这就对运行网络有更高的要求。虚拟化技术的大规模应用需要更多的宽带支持，必须构建大容量的资源池端口，使虚拟机在DC间和DC内部互通，以此扩展资源获得更多的接口，同时要实现数据中心站点间的相互联系，加强业务和底层硬件的透明度，实现云计算空间的大规模构建。

　　2云计算数据中心虚拟化技术的分类

　　2.1数据平面虚拟化

　　控制平面和数据转发平面是数据通信的两个维度，数据转发平面又被称为数据平面。为了使数据平面的效果得到良好的展现，TRILL和SPB两个新协议应运产生，这两个协议属于控制协议，可以实现在N6-设备上进行拓扑路径计算的目标，但是TRT(LLL/SPB区域网络的内部转发对于外界来说没有任何意义，它仅为虚拟交换的进行提供了一个场所。虽然，数据平面虚拟化使用多合一的方式扩展了计算的范围规模，但是转发效率较低，也使网络变得更加复杂。

　　多路径转发问题和拓扑无环路问题是接人层与核心层设备在建造数据中心二层网络模型的过程中必须解决的。Ethernet想要实现无环转发，必须使用STP，但是这样一来，又会导致宽带浪费、部分路径被阻塞的情况出现，大大降低了整个网络的转发效率。因此，建设云计算数据中心需应用网络虚拟化技术，以此提高宽带的利用率。

　　首先，需要在接人层与核心层的交换机中引入动态寻址协议与外层封装标识，用来满足L2M(Layer2 MuhiPath)的需求，其实就是仿照IP,OSPF制作了一个外放版的协议机制，放置于Ethemet外面。

　　其次，需要构建无环的树状连接模式，在构建此模式时需要利用整个网络逻辑拓扑，此模式需要保证只有一条逻辑链路可以通过核心层与接人层或逻辑节点设备连接，顺利完成多路径和无环转发工作。另外，还需要将接人层以下设备的交换机全部虚拟成逻辑的框式交换机”。

　　例1.SPB与7RILL的不同之处，如表1。

　　2.2控制平面虚拟化

　　所谓的控制平面虚拟化，简单来说就是仅仅使用一个主体统一全部设备的控制平面，并完成整个虚拟交换机工作。控制平面虚拟化可以有两种方法，一种是横向虚拟化，另一种是纵向虚拟化。

　　将不同层次的多个设备通过虚拟化技术合而为一就是纵向虚拟化，这种纵向虚拟化方式使上级设备的接口增加，这样一来，下级交换机设备的功能就大大降低，不能实现对报文和交换机的控制和转发，仅仅可以完成一些简单的同步处理的工作。

　　横向虚拟化具有和纵向虚拟化相同的工作原理，同样将不同层次的多个设备通过虚拟化技术合而为一，用一个主体完成控制平面工作。但是有一点需要注意，作为典型的虚拟交换机，横向虚拟化使结构变为分布式，左右核子和机框负责处理和转发流量。换句话说，控制平面虚拟化是一种真正的虚拟交换机，它可以同时满足增加接口和管理统一的需求。

　　2.3控制平面多虚一技术

　　目前，国内IT界运用最多的控制平面多虚一技术就是VSS技术和IRF技术。IRF技术和VSS技术分别是H3C数据中心交换机和Cisco数據中心交换机的私有技术，以下是两者技术点的关键所在：

　　(1)双活检测处理：如果VSL或者Link出现问题，与其相关的物理设备就导致IP网关混乱，这是因为二者完全相同的配置，在上下游网络设备中出现了双活节点.所以VSS和IRF都会运行双活处理机制来修复专用链路出现的故障。还有一点要注意：在进行初始协商时，VSS技术和IRF技术都必须将备份的机框设备重启，才能完成虚拟化部署。

　　(2)基于引擎的主备模式：VSS技术与IRF技术都是使用一块主控引擎处理虚拟交换机的主控制问题的，其他的引擎都是备份过的。这个引擎可以单独完成协议学习、表项同步等工作。至于数据转发工作，如果拓扑不太大、OSPF邻居不多，交换机也可以独自完成。

　　(3)专用链路跑私有协议：IRF技术使用VSL和IRF link、Vss技术来承载控制平面私有交互协议IRF和SLP。

　　例2.CiscoVSS的三种故障检测方式，如下图：

　　3虚拟化技术提高了云计算数据中心的资源利用率和服务水平

　　3.1虚拟技术的快速发展为云计算数据中心带来全新的发展机遇

　　虚拟化技术可以根据众多的资源虚拟出更多的主机，为使用单位营造富有活力和弹性的网络资源环境，形成强大的网络架构，使数据中心资源的利用率和共享率得到明显提高，帮助云计算数据中心获得更大的收益：

　　(1)节约成本。使用虚拟化技术可以有效节省总体成本，减少了硬件投资，提高了每个服务器的利用率，不用因为旧系统的升级、维护和兼容性等问题而浪费时间和精力。

　　(2)提高服务水平。虚拟化技术对云计算数据中心的服务器、存储等资源实施统一管理，按照需求扩充容量，更好地完成动态资源调配。根据用户的不同需求，云计算数据中心可以为用户提供云服务器、云存储、云桌面、云应用等服务。

　　(3)提高工作效率。可以把部署时间由过去的小时级转化为分钟级，大大缩短服务器应用和重建的加载时间，由过去的20-40小时转变为现在的15-30分钟，大大减少了工作时间，工作的效率明显提高。

　　3.2虚拟化技术可以为云计算数据中心提供云计算基础架构

　　虚拟化技术不仅大大提高了使云计算数据中心的服务水平与资源利用率。还为云计算数据中心营造了富有弹性的使用空间，充分激发了云计算数据中心的潜力。云计算数据中心具有共享性，它是由储存设备、网络设备和服务器之类的底层硬件共同虚拟化而创造出的一个运作环境，它根据用户的不同要求形成服务导向的IT架构，利用各种相互隔离应用的方式建造上层数据。虚拟化技术为数据中心创建了一个安全、可行的云计算基础架构，更是在其中引入了自动化技术和先进的管理系统，它不仅仅是一个整合工具。这样一来，传统的数据中心和云计算数据中心就很容易区别了。

　　4云计算数据中心虚拟化技术的应用需解决以下问题

　　4.1虚拟化架构的可管理性

　　云计算数据中心虚拟化架构急需解决虚拟资源的可扩展性管理、可配置性管理等问题，以此实现虚拟资源的自动化管理，具体操作如下”：

　　(1)状态监控问题。对设备硬件工作状态和虚拟环境要进行严格的检查，如果发生问题，要第一时间发出警报。

　　(2)性能检测方面。对物理机器和虚拟机的性能进行监控，分析其瓶颈，同时有针对性地提出一些优化建议。

　　(3)补丁管理方面。能够自动为虚拟化管理软件和虚拟机系统提供补丁升级方案。

　　4.2虚拟化架构的安全性

　　云计算数据中心能够帮助使用单位或者个人节省大量成本，并在存储服务到网络服务的全部过程中为他們提供各种“云服务”。使用虚拟化技术可以将个人或者使用单位的计算机应用和已有工作量转移到云计算数据中心。面对众多的用户、多重技术、多杂的设备平台，在确保安全性和可用性的同时，对资源进行整合，这是云计算弹性数据中心顺利运用的关键。

　　5结束语

　　随着服务器、存储、网络等硬件资源的全面虚拟化，网络虚拟化技术将在云计算数据中心中发挥着越来越重要的作用，大大提高了计算机云计算的功能。在云计算数据中心利用虚拟化技术可以改变网络结构，使各项操作变得更为简单，工作速度也大大提高，同时也使网络维护变得更加简单，减轻工作人员的工作负担，因此需要加强研究，促进虚拟技术在云计算中心得到更加广泛的应用，提高虚拟技术应用的水平，为社会的发展做出更大的贡献。