云计算数据中心整体规划.docx

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云计算数据中心整体规划

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云计算数据中心整体规划

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一、

概述

云计算包含的技术如硬件技术（40GB核心交换、万兆网卡），虚拟化技术（计算、网络、存储、桌面、应用），海量存储技术，分布式并行计算、多租户架构、智能管理和部署；其次是云计算赖以存在的互联网的发展，凭借这些技术的发展，IT资源（计算、存储、网络等）与底层物理设备实现了去耦合化。

用户在云计算环境下，只需根据实际需求向云计算IaaS服务提供商购买或租用相关资源，并通过PaaS和SaaS服务提供商按需制定信息服务系统，即可完成IT系统的部署和应用。

云计算要求基础设施具有良好的弹性、扩展性、自动化、数据移动、多租户、空间效率和对虚拟化的支持。

二、云计算数据中心总体架构

云计算架构分为服务和管理两大部分。

在服务方面，主要以提供用户基于云的各种服务为主，共包含3个层次：

基础设施即服务IaaS、平台即服务PaaS、软件即服务SaaS。

在管理方面，主要以云的管理层为主，它的功能是确保整个云计算中心能够安全、稳定地运行，并且能够被有效管理。

逻辑设计如下图所示：

可以分成下面四层：

1.资源层

资源层是服务器、网络设备和能力（包括交换、防火墙设备等）、存储等设备的集合，这是一个融合了各种物理IT资源的基础层。

这里的网络设备包括物理网关、路由器和防火墙等。

存储设备是动态数据中心对外提供虚拟磁盘空间的基础，这些存储设备都是通过高速以太网或光纤连接在一起，从而保障虚拟机的可移动性。

在传统的数据中心中，由于建设时间和不同应用的差异等造成硬件平台差异比较大。

动态数据中心由于采用了虚拟化技术，服务器之间的差异的必要性将不存在。

因此，企业可以选择同一技术架构的服务器，从而不需要再管理各种不同的硬件平台、BIOS版本、备件等。

通过标准化而开发、测试和生产环境的硬件环境，可以大大降低了管理的复杂度和成本，并减少错问题的概率。

另外一个附加的好处是由于采购量的变化，企业还可以通过这种方式降低采购成本。

2.虚拟化层

虚拟化层是平台的核心之一，主要提供对物理的设备的抽象以及未来对应用的虚拟化能力。

在这一层，动态数据中心能够集成多种的虚拟化技术和多种的客户机操作系统（GuestOS）。

动态数据中心的硬件虚拟化主要是基于xen的虚拟化技术，同时它可以集成第三方的虚拟化环境比如kvm等。

通过利用像openstack中在线迁移这样的功能，应用程序可以实时的、不间断的从一台物理服务器迁移到另外一台服务器。

应用程序虚拟化最开始是针对客户端计算机应用程序的部署问题，但是随着数据中心中服务器的增加，这个技术已经逐渐应用到服务器端应用程序的自动化部署。

另外根据最终用户的需要，动态数据中心可以同时提供基于Windows的虚拟化的环境或者基于Linux的虚拟化的环境。

3.管理层

虚拟化技术的出现一方面提升了资源的利用率和部署的灵活性，但另一方面也为管理带来了挑战。

管理层主要是提供对虚拟化资源、物理资源的管理能力以及负载均衡等网络服务能力，包括对计算资源的自动配置、动态的分配、系统的备份和监控等。

一般来说，这一层的功能，不会直接开放给最终用户以及系统管理员，而是将能力提供给最上层的服务层，由服务层的相关的功能来完成资源管理能力的集成，尽可能屏蔽用户对不同资源管理能力的要求。

4.服务层

服务层包括两个方面：

核心系统管理的服务和服务层门户。

核心的系统管理服务主要是指将管理平台的能力通过标准的编程接口对外提供服务。

这些标准的编程接口可以给其他应用使用，另外服务层门户也是通过这些编程接口与管理层进行集成的。

服务层门户主要包括自助服务门户和管理门户。

前者是提供给平台用户使用，可以让用户能完成产品的订购、资源的调整、提交服务申请等功能;后者是提供一个集成的系统管理员功能，完成对资源的分配、审核、服务开通、系统安全保障等能力。

云计算数据中心架构模型

其总体架构如下图。

三、云计算网络系统架构

网络系统总体结构规划应坚持区域化、层次化、模块化的设计理念，使网络层次更加清楚、功能更加明确。

数据中心网络根据业务性质或网络设备的作用进行区域划分，可从以下几方面的内容进行规划。

1）按照传送数据业务性质和面向用户的不同，网络系统可以划分为内部核心网、远程业务专网、公众服务网等区域。

2）按照网络结构中设备作用的不同，网络系统可以划分为核心层、汇聚层、接入层。

3）从网络服务的数据应用业务的独立性、各业务的互访关系及业务的安全隔离需求综合考虑，网络系统在逻辑上可以划分为存储区、应用业务区、前置区、系统管理区、托管区、外联网络接入区、内部网络接入区等。

四、云计算主机系统架构

云计算核心是计算力的集中和规模性突破，云计算中心对外提供的计算类型决定了云计算中心的硬件基础架构。

从云端客户需求看，云计算中心通常需要规模化的提供以下几种类型的计算力，其服务器系统可采用三（多）层架构，一是高性能的、稳定可靠的高端计算，主要处理紧耦合计算任务，这类计算不仅包括对外的数据库、商务智能数据挖掘等关键服务，也包括自身账户、计费等核心系统，通常由企业级大型服务器提供；二是面向众多普通应用的通用型计算，用于提供低成本计算解决方案，这种计算对硬件要求较低，一般采用高密度、低成本的超密度集成服务器，以有效降低数据中心的运营成本和终端用户的使用成本；三是面向科学计算、生物工程等业务，提供百万亿、千万亿次计算能力的高性能计算，其硬件基础是高性能集群。

五、云计算存储系统架构

云计算采用数据统一集中存储的模式，在云计算平台中，数据如何放置是一个非常重要的问题，在实际使用的过程中，需要将数据分配到多个节点的多个磁盘当中。

而能够达到这一目的的存储技术趋势当前有两种方式，一种是使用集群文件系统如Hadoop，另外一种是基于块设备的存储区域网络SAN系统。

Hadoop是一种分布式文件系统，基于大量安装有Linux操作系统的普通PC构成的集群系统，整个集群系统由一台Master和若干台ChunkServer构成。

在SAN连接方式上，可以有多种选择。

一种选择是使用光纤网络，能够操作快速的光纤磁盘，适合于对性能与可靠性要求比较高的场所。

另外一种选择是使用以太网，采取iSCSI协议，能够运行在普通的局域网环境下，从而降低成本。

采用SAN结构，服务器到共享存储设备的大量数据传输是通过SAN网络进行的，局域网只承担各服务器之间的通信任务，这种分工使得存储设备、服务器和局域网资源得到更有效的利用，使存储系统的速度更快，扩展性和可靠性更好。

六、云计算应用平台架构

智慧社区综合信息服务平台是智慧社区的支撑平台，是以城市公共信息平台和公共基础数据库为基础，利用数据交换与共享系统，以社区居民需求为导向推动政府及社会资源整合的集成平台，该平台可为社区治理和服务项目提供标准化的接口，并集社区政务、公共服务、商业及生活资讯等多平台为一体。

云计算应用平台采用面向服务架构SOA的方式，应用平台为部署和运行应用系统提供所需的基础设施资源应用基础设施，所以应用开发人员无需关心应用的底层硬件和应用基础设施，并且可以根据应用需求动态扩展应用系统需的资源。

完整的应用平台提供如下功能架构。

　1.　应用运行环境

　　分布式运行环境

　　多种类型的数据存储

　　动态资源伸缩

2.应用全生命周期支持

　　提供开发SDK、IDE等加快应用的开发、测试和部署。

　　公共服务：

以API形式提供公共服务，如队列服务、存储服务和缓存服务等。

　　监控、管理和计量：

提供资源池、应用系统的管理和监控功能，精确计量。

应用使用所消耗的计算资源。

3.集成、复合应用构建能力

除了提供应用运行环境外，还需要提供连通性服务、整合服务、消息服务和流程服务等用于构建SOA架构风格的复合应用。

云计算是给用户提供的是一种IT服务，其内容也是随时间变化、动态弹性的。

因此，云计算数据中心的架构也会随着社会的进步不断调整和优化。

七、云计算机房架构

云计算之机房分布图：

八、云计算之业务

云计算对外提供的服务图：

九、云计算数据中心建设步骤

云计算数据中心的演进分三个阶段:

第一阶段是基础设施作为服务（IaaS），利用现有的硬件，包括存储，进行整合、虚拟化、动态的优化。

第二阶段是逐步搭建一个平台（PaaS），开放的平台，包括开源。

在这个平台上做创新、做管理。

第三阶段是形成一个企业的云服务中心（SaaS），关注与企业商业模式创新、供应链的优化与外延，最终形成社区云。

IaaS的技术特征

1、1划N：

将一台物理服务器划分为多台独立的虚拟设备。

2、N划1：

将所有的物理设备资源形成对用户同名的统一资源池。

3、弹性：

IaaS具有良好的可扩展性和可靠性。

4、智能：

IaaS能实现资源的自动监控和分配，业务的自动部署。

IaaS提供的服务

1、网络和通信系统提供的通信服务。

2、服务器设备提供的计算服务。

3、数据存储空间提供的存储服务

4、操作系统、通用中间件和数据库等软件服务。

PaaS的技术特征

PaaS平台是构建在物理服务器集群或虚拟服务器集群之上，通过分布式技术解决系统的协同工作问题。

它由分布式文件系统、分布式计算、分布式数据库和分布式同步机制4各部分组成。

PaaS提供的服务

①端到端的软件开发环境。

②基于云平台的配套服务，如账户、邮件、数据库、信息列表等。

③基于Web浏览器的使用模式，简化客户机的安装、配置工作。

④易于掌握的编程语言和编程环境，提供软件开发环境IDC或API接口。

⑤屏蔽底层软硬件设施的复杂性，为用户提供简易安全的使用接口。

⑥动态可扩展性，可根据用户应用程序的实际需求动态调整资源分配。

⑦应用程序监控服务。

收集运行日志、访问量、资源使用率等信息。

⑧良好认证、计费机制，保证用户账号的安全性，并按实际使用计费。

SaaS的技术特征

SaaS是以互联网为载体，以浏览器为交互方式，把服务器端的程序软件传给远程用户来提供软件服务的应用。

在服务器端，SaaS提供商为用户搭建信息化所需要的所有网络基础设施及软硬件运作平台，包括前期的实施、后期的维护。

SaaS提供的服务

总的说就是客户根据自己的需求，向SaaS提供商租赁软件服务，无需购买软硬件、建设机房、招聘IT人员。

服务可分为两大类：

面向企业的服务。

采用客户预定的销售方式，为具备一定规模的企业提供大型商务解决方案。

面向个人消费者的服务。

通常是把软件服务免费提供给客户，只是通过广告等途径赚取收入。

十、例子

基于云计算数据中心平台的社会健康信息服务平台，如图：

十一、云计算管理

十二、附录

云计算用到的技术