基于vsphere高校私有云设计与部署Word格式文档下载.docx
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非常多的企业和高校都开始使用虚拟化数据中心来作为企业运作和业务平台。
如今，科技发展迅速，虚拟化数据中心的数量越来越多，而传统的数据中心在管理和维护上非常麻烦，对管理工作提出了很大的难题，所以很多中小型企业开始使用虚拟化技术，来降低成本开销，提高生产效率和增强业务的连续性[1]，虚拟化的数据中心现在慢慢成为企业运作的基础，说明唯有科技创新才能在竞争中占领先机，展现出创新能力和活力，进而推动业务的发展。
在旧的传统模式下，大部分的服务器远远没有得到充分的利用，一台服务器中只运行一种业务或者应用程序，这样造成了很多大资源浪费，同时物理基础架构由于数量的增加导致硬件的成本在不断攀升。
很多计算基础架构和服务器都必须保证每时每刻都在运行，管理成本也在增加，企业在手动维护服务器的过程中花费太多不必要的时间和资源，物理计算机和服务器也很容易因为性能老化和环境变化产生错误，出现错误可能会导致需要关停关键服务器，而某些关键应用停机对企业会造成很大的影响，可能影响到企业的利益，目前，随着虚拟化技术的发展壮大，大部分计算机和服务器资源得到了充分的利用。
虚拟化有着很多优势，它可以对数据提供全面的保护，可以进行快照备份和恢复的操作，每台虚拟机都可以在各种环境中共享物理机器的资源。
虚拟机可以模拟出相同与物理主机的配置，大大降低了硬件成本，也不需要占用太多空间，高校也不需要重复去购买服务器，只需要我们对现有的服务器进行规划和部署，简化了私有云的基础构架，也不需要太多人进行管理和维护工作，同时提高了业务的响应速度满足不断发展和变化的业务需求，提供了更高的灵活性，推动项目的发展[2]。
本次设计选择了Vmwarevsphere进行部署，是因为vmware的产品易于部署和管理，同时也提供了很多高级功能来对数据进行保护，为我们的应用提供了很好的的安全保障。
虚拟化技术可以对服务器进行整合，在虚拟机上创建所需的操作系统，vsphere提供的高级功能能够实现虚拟机在服务器之间的迁移和灾难恢复，相比较与传统的数据中心，能更高效地利用IT资源，充分地体现了虚拟化的价值与意义。
1.2发展现状与前景
目前在信息技术的领域中，虚拟化是目前很受欢迎的热点技术之一，特别是在企业与高校当中，随着传统IT技术运维成本的不断增加，虚拟化的发展就变得越来越重要。
虚拟化技术起源于美国，所以在国外发展极为迅速，成熟度比较高。
国内是近几年才发展起来，技术方面还需要借助外国的厂商，例如Vmware、亚马逊、和微软等基于虚拟化技术生产了很多的产品[3]。
下面我们对我们这次课题需要部署和使用的软件方面进行简单介绍：
（1）Vmware：
在虚拟化和云计算挤出机构领域在世界处于领先的地位，vmware软件原生集成计划，对网络和存储资源的虚拟化技术，支持企业更新基础架构，自动化的IT服务，实现灵活、敏捷、安全和高效的交付和管理。
包括了本次设计使用到的vsphere和ESXI和vcenter。
（2）Microsoft（微软）：
微软公司拥有着端到端的整个云计算架构的应用产品，用这些功能部署和管理物理服务器和软件，再通过这些全面和强大的功能的界面来进行监控和管理，即降低了用户的成本。
减少了复杂的程度，同时保证了应用的灵活性和可用性。
国内目前还没有自己研究开发出来的虚拟化产品，对我们国家来说也是一个优势，我们能成长的幅度很大，中小型企业利用虚拟化的例子并不多，国内虚拟化技术运用并不普及，这同样是一个新的机遇，党中央提出要把信息化作为“经济健康发展”的一个重要目标，为我国未来的信息化发展指明了道路和方向，采用虚拟化可以降低成本，提高平台的灵活性和安全性，虚拟化的发展可以促进企业和高校信息化发展，增强国家的经济实力。
1.3本文创新点
本文的创新点主要有以下三个方面：
（1）使用了vmwarevsphere来创建私有云平台，提供了一个稳定的平台，通过虚拟化降低了部署成本。
（2）利用虚拟标准交换机和分布式交换机部署网络虚拟化，同时配置了多个上行链接适配器进行网络负载均衡。
（3）部署了共享虚拟存储实现了对虚拟机之间的迁移，为了保障业务和应用的连续性，vsphere提供了高可用性HA，当集群中某台虚拟主机出现故障时，该主机中的虚拟机能自动迁移到其他主机中。
1.4章节安排
本论文一共分为五个章节，每个章节的对应主要内容如下：
第一章首先介绍了对本课题的研究背景和意义，讲述了虚拟化的带来的优势和如今虚拟化的发展现状与前景和本次设计的创新点。
第二章主要是介绍了vsphere平台体系、相关组件与核心功能，介绍了使用vsphere的优势，同时介绍了基于vsphere的网络和存储的虚拟化。
第三章是对vsphere私有云平台的虚拟网络和存储设计与部署。
第四章是对vmotion和高可用性HA的功能测试。
第五章是对本次课题的总结思考。
第二章VMwarevSphere平台与组件介绍与核心功能
2.1vmwarevsphere介绍
图2-1-1vsphere物理拓扑模型
VMwarevSphere由虚拟化服务器、虚拟存储、IP网络、管理服务器和桌面客户端组成。
首先是管理端，我们在有多台服务器的时候要把这些服务器集中管理，vcenterserver便是管理中枢，具有很多高级功能，vsphereclient提供的是单台服务器的管理，vspherewebclient便是vcenterserver的管理界面，管理端连接到服务器组，服务器组里面拥有多台虚拟机，我们可以在里面部署我们所需要的操作系统和功能，服务器之间可以通过IP网络进行互通，同时都连接到各种直连存储和共享存储中[5]。
2.1.1主流虚拟化产品比较
Vmware：
vmwarevsphere是第一款云端操作系统，核心是ESXI系统，提供了很多高级功能：
DRS，可以让主机提供动态负载均衡和资源调度。
高可用性HA，可以在主机故障时自动迁移虚拟机。
Vmotion可以在不断开服务连接的时候实现迁移。
Hyper-V：
是Microsoft的第一款半虚拟化产品，Hyper-V相比较与windowsvirtualserver更加灵活和强大，但是对软件和硬件的要求比较高。
Xen：
是一款开源的技术，它的虚拟化解决方案是在硬件上安装一个XenHypervisor,提供一个抽象层，这样就可以在上面安装虚拟服务器[4]。
下面是具体对照表：
产品供应商
Vmware
Microsoft
Citrix
产品名称
Vmwarevsphere
Hyper-V
XenServer
虚拟化技术
全虚拟化
半虚拟化
系统支持
支持所有能在X86服务器上的系统
Windows和Linux系统
Windows、Linux和Sunsolaris
迁移工具
Vmotion（可以不中断服务迁移）
LiveMigration（短暂停机）
Xenmotion（可以不中断服务）
受支持的存储设备
SCSI、FC-SAN、NFS、ISCSI、SATA
SATA、FC-SAN、SCSI
SATA、FC-SAN、ISCSI、NFS
虚拟文件格式
VMDK
VHD
表2.1.1性能比较
2.1.2vsphere体系
Vsphere：
是vmware一套产品的总称，vsphere的主要核心组件为vcenter和ESXI，其中也包含了其他组件，下面我们来介绍vsphere的体系：
VmwarevSphere可以用做动态操作环境管理大型的基础架构，VmwarevSphere是由虚拟化层、管理层和接口层组成。
首先是虚拟化层，虚拟化层是由基础架构服务和应用程序所组成，其中包括了存储器和IP网络服务，可以整合服务器和分配硬件资源[7]。
管理层：
是一台独立于额外服务器，我们需要在上面安装vCenterServer软件。
vCentersever是整个vSphere系统的管理中枢，vCenter控制和管理这整个虚拟化集群中的多种功能，例如添加数据中心和集群集、监控虚拟机状态等，还有多种高级功能例如vMotion、DRS、HA。
一旦vCenter出现问题，整个虚拟化中心都会崩溃，所以我们要做好vCenter的备份工作。
接口层：
客户可以通过vsphereclient管理单台ESXI服务器，在里面我们可以创建虚拟机，为虚拟机配置网络和存储等基础功能。
vSphere同时还提供了网页版的管理接口vSphereWebClient，用来管理vCenter，可以实现很多高级功能例如虚拟机的迁移和配置分布式虚拟交换机[8]。
2.1.3使用vsphere虚拟化的现实意义
（1）减少服务器的数量，通过虚拟化，我们可以在物理主机上虚拟出很多服务器和主机，这样就可以减少部署服务器的数量和成本，vsphere虚拟化能虚拟出和主机相同的配置，资源占用也不高。
（2）降低维护成本，因为使用了虚拟化，不需要购买太多服务器和空间进行部署，企业在进行管理的时候，便可以减少管理所需要的时间和精力，方便管理，vsphere的管理平台简单易于理解，同时方便在里面添加各种所需要的服务，不需要重新部署服务器。
（3）提高可靠性和安全性。
Vsphere提供了很多高级功能来保证业务的连续性和安全性，我们可以对服务器进行备份，特别是vcenter管理服务器。
在某台服务器出现故障的时候，我们可以通过快照功能迅速恢复。
在主机出现错误时，vsphere提供的高可用性HA也能自动迁移主机中的服务器，保障了安全性。
同时还有负载均衡等优点，保证每台主机资源利用率相对平均，vsphere提供了一个很好的高可用性环境[6]。
2.2网络虚拟化
虚拟网络：
是让在ESXI主机上运行的虚拟机之间可以进行通信所部署的网络，虚拟机上也可以创建多个上行链路适配器，可以实现两台虚拟机的互通和负载均衡。
Vsphere还包含了很多网络组件：
虚拟机网卡，标准交换和分布式交换机，还有虚拟端口组和虚拟分布式端口组和上行链路网卡。
2.2.1网络虚拟化的概念
网络虚拟化是目前一项重要的技术，物理网络是为了物理机能与外网互相通信，VmwareESXI是运行在物理机上面的一个系统，虚拟网络是建立在虚拟机之间，可以像物理网络一样进行通信。
Vsphere网络虚拟化的技术主要是把物理网卡进行虚拟化并转换成虚拟交换机，虚拟交换机有着两种接口模式：
（1）第一种是vmkernel端口，这个端口的功能是实现vmotion和和对ESXI主机进行管理，
（2）第二种是虚拟机端口，让虚拟网卡可以通信[9]。
ESXI系统默认会安装一个vmkernel端口和虚拟机端口对主机进行管理。
Vmware还有着三种网络模式：
（1）桥接模式，是本地网卡和虚拟网卡通过虚拟交换机进行桥接，桥接可以访问网络里面的所有主机。
（2）NAT模式，是让虚拟系统通过网络地址转换，然后通过主机就可以和外网进行通信。
（3）仅主机模式，在这个模式里面所有的虚拟机都可以相互通信，但是不能连接到外网。
2.2.2网络虚拟化的优点
（1）可以提高网络资源利用率，我们可以添加多个上行链路适配器，可以连接到虚拟机或者虚拟交换机，减少了网络冗余和实现负载均衡。
（2）提高网络安全性，虚拟网络具有较高的安全性，vsphere提供的网络虚拟化在封装在资源池中的，不容易被破坏和比较稳定。
（3）降低网络投资成本，减少重复，目前，随着发展的需要，我们可以通过虚拟化减少对服务器和设备的部署，借助虚拟化的特性和集中化管理，降低了投资成本，更高效的利用网络资源节约成本[11]。
2.3vsphere网络虚拟化
下面为vsphere网络虚拟化层次结构
图2.3网络虚拟化层次结构
Vsphere支持两种虚拟交换机：
（1）vsphere标准交换机
虚拟标准交换机的功能和物理交换机差不多，唯一不同就是没有物理交换机的高级功能，它可以在虚拟机之间进行流量转换或者连接到外部网络。
vSphere标准交换机虽然不能像物理交换机一样远程登录，但是是支持vSphereCLI命令的，许多操作与物理交换机类似（命令是不同的）。
同物理交换机一样，vSphere标准交换机也是工作在2层网络，基于MAC地址的话可以在其他交换端口转发他们之间的数据帧。
尽管vSphere标准交换机与物理交换机有许多相似之处，但是它们有不同点的。
vSphere标准交换机不能使用动态协商协议建立802.1q终端或端口通道。
vSphere标准交换机不能连接另一个vSphere标准交换机，从而不会出现环路配置（这实际上也能算上它的一个优点）。
（2）vSphere分布式交换机是所有主机之间中使用的交换机，可以分配多个分布式的端口组，检测与其虚拟端口连接的交换机并正确转发信息流量。
下面是虚拟交换机的重要功能特性：
分布式段端口组：
与分布式交换机连接的端口组，可以通过VDS连接到网络。
端口组：
为每个端口指定VLAN标签或者安全策略，网络服务就会通过端口组连接到虚拟交换机，一个标准交换机可以连接到多个端口组。
上行链路：
相当于网络适配器，如果没有上行链路，整个网络就只能内部通信[12]。
2.4vsphere存储虚拟化
存储系统虚拟化就是为了让主机脱离对存储设备的依赖，vsphere存储虚拟化带来了更高的资源利用率，可以更好的管理虚拟存储架构。
存储虚拟化大概分为三种技术：
（1）基于主机的存储虚拟化，不需要添加硬件设备，部署成本比较低，能提高主机的资源利用率，但是稳定性不高，不适合在数据中心使用。
（2）基于存储设备的虚拟化，比较容易部署和管理，但是存储数据量小，种类繁多，同样不适用于需要使用到迁移功能的数据中心里面。
（3）基于存储网络的虚拟化，这门技术是通过添加虚拟化存储设备来实现存储虚拟化，易于部署和管理，适合在虚拟化数据中心使用。
2.4.1存储虚拟化的概念
从存储虚拟化结构上面看，存储连接方式主要为两种，一种为本地存储，一种为共享存储。
本地存储又被称为直连式存储，指的是计算机用过ISCSI直接存储连接的体系结构。
优点是简单，易于部署，但是存储管理不方便，性能一般，不同实现vsphere高级功能。
目前vsphere系统同时支持直连式存储方式和共享式存储方式。
直连式存储饥比较适合简单单一的应用功能，对于企业级的应用来说基本是不使用直连式存储方式，因为不能实现vsphere中的高级功能，例如vmotion虚拟机迁移技术，和高可用性HA。
所以企业一般都是使用共享式存储。
2.4.2vsphere存储虚拟化的优点
（1）存储集中化管理，在实施私有云部署的时候数据部分都分散在服务器的存储系统中，由每台服务器自行管理，存储类型多样化，管理不方便，所以我们需要存储虚拟化保证存储类型一样，方便管理。
（2）提高数据的安全高效，由于对数据进行统一的管理，在安全问题上vsphere的存储管理高效安全。
（3）提高存数的可伸缩性，传统的服务器存储大小基本都是固定的，当存储空间不够的时候想进行扩充非常不方便，出现错误时迁移存储的工作量就非常大且容易出错，存储虚拟化就是将资源池化，按需分配，必要时可以增加硬盘进行扩充。
（4）降低成本，我们可以使用共享存储，把服务器部署在共享存储上，统一管理，所有服务器共享一个存储设备，降低了硬件成本。
2.5Vmotion
Vmotion是vmware对与虚拟机在线迁移提出的解决方案。
我们可以通过vsphere的高级功能实现不停机迁移，将虚拟机完整迁移到另外一个主机上，对于vsphere来说，vmotion还是DRS分布式资源调度程度的基础。
Vmotion利用服务器、存储和网络连接的虚拟化，在迁移中保留虚拟机网络表示和链接，从而确保实现完整的迁移过程。
Vmotion具有以下功能：
（1）迁移过程中不会影响到虚拟机的性能和不会停机。
（2）持续自动优化资源池中的虚拟机。
（3）在不中断业务运行的情况下执行硬件维护[13]。
2.5.1Vmotion迁移过程
通过vmotion迁移，虚拟机服务是不会被中断的，迁移过程分为三个阶段：
（1）开始vmotion迁移是，vcenterserver会检查虚拟机与主机是否没有故障。
（2）虚拟机内存和网络信息都被复制到目标主机上。
（3）虚拟机在新主机上继续运行服务。
使用vmotion的时候要注意虚拟机的存储都必须为共享存储，要保证网络接口配置正确，在每台主机上都要为vmotion配置vmkernel端口。
2.6HA高可用性介绍
HighAvailability（HA）是vsphere高级功能之一，HA能为虚拟机中运行的应用提供安全性保障，快速中断恢复，保证业务的连续性，不会中断太久。
如果我们其中某一台服务器出现故障，部署在里面的虚拟机将会自行迁移到其他的目标主机上，从而保持服务不会宕机很久，开启了HA功能后，HA代理就会对集群中的主机进行管理和检测，一旦检测到主机出现故障，受到影响的虚拟机就会暂时服务并且马上在其他主机上重新启动，HA功能要求我们要保证主机都在一个集群当中，同时确保主机可以访问相同的虚拟网络和共享的存储数据。
与传统的手动维护相比，HA提供的高可用性对我们自动化管理帮助是非常大的。
第三章vsphere私有云设计与部署
3.1环境部署
使用电脑：
华硕顽石4代、20G运行内存、win10操作系统。
ESXI和vcenter版本为6.5。
3.1.1部署ESXI6.5虚拟机
部署介绍：
ESXI1内存11G、双核处理器、添加了三个硬盘和7个网络适配器。
IP地址为192.168.1.4。
ESXI2内存5G、双核处理器、添加了三个硬盘和7个网络适配器。
IP地址为192.168.1.3。
图3-1-1创建完成
3.1.2部署vCenterServer
在这里我是用的版本是Vcenterserverappliance6.5的版本，在这里我们要注意，高版本的vcenter可以管理低版本的ESXI主机，但是不能管理高版本的ESXI主机，当然最好还是使用一致的版本，确保不会发生版本错误的问题。
在安装vcenterserver的过程中，我们要注意很多细节，vcenter6.5版本所需要的最低内存为10G，所以我们在创建ESXI主机的时候要注意多给一些内存，所以我在一台主机中是给11G内存的，运行vcenter对物理机器的内存需要较高，接下来我们便可以进行部署。
图3-1-2部署vcenter第一阶段
这里展示的是部署的第一阶段，Vcenter6.5的部署包括了两个阶段。
部署好vcenterserver后，我们可以利用火狐浏览器打开我们之前创建的ESXI主机，地址为192.168.1.4，用户名root。
图3-1-2
（2）开启vcenter
输入网址进行登录后我们可以发现已经成功部署好vcenterserver6.5。
我们可以看到vcenter的网络信息。
IP地址为192.168.1.21，主机名称为photon-machine。
接下来我们开启vcenter进行添加数据中心和集群。
由于vcenterserver6.5版本是不可以通过vsphereclient进行访问的，我们开启了vcenterserver服务后，我们可以使用vspherewebclient进行对vcenter的管理。
登陆界面用户名administrator@vsphere.local，密码是当初部署vcenter使用的密码。
图3-1-2（3）登陆完成后的页面
图3-1-2（4）登陆webclient
这里便是我们登陆vspherewebclient可以对vcenter进行管理，目前我们是在里面添加了两台ESXI主机，一台主机IP地址为192.168.1.4还另外一台主机IP地址为192.168.1.3。
在第一台192.168.1.4主机里面我部署了两台服务器，一台是HR部门的服务器，一台是IT部门的服务器，第二台主机中我也建立了一台管理部门的服务器。
而VMwarevCenterServer是一种服务，它负责管理ESXI主机，vcenterserver提供了很多高级功能，可以管理网络和共享存储，迁移和HA高可用性都是要通过vcenter实现的。
3.2网络虚拟化部署
3.2.1部署标准交换机和分布式虚拟交换机
第一步，在主机选项里面选择“配置”选项，网络选项下面选择虚拟机交换机，选择添加主机网络。
图3-2-1
（1）添加主机网络
第二步，这里面我们可以选择连接的类型，我们这里选择新建标准交换机的虚拟端口组。
图
升级会员 