106交通行业云平台解决方案.docx

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106交通行业云平台解决方案

交通行业云平台解决方案

二〇一六年一月

一、项目背景

交通问题可以说是全世界各国面临的共同难题，交通拥挤带来了巨大的时间浪费，加剧了环境污染。

我国大多数城市的平均行车速度已降至20km/h以下，有些路段甚至只有7~8km/h。

由于车辆速度过慢，尾气排放增加，使得城市的空气质量进一步恶化。

这些问题严重影响了人们的出行和生活质量，造成社会经济的巨大损失。

因此，为了缓解经济发展所带来的交通运输方面的压力，尽量的利用现有的资源，使其发挥最大的作用，世界各国都加大了对智能交通系统的研究和建设的力度。

二、问题与挑战

2.1、交通拥堵带来的技术挑战

随着经济的高速发展，现在的交通业、物流业等领域正面临着更加苛刻的要求，交通拥挤不堪，交通事故频发以及交通污染这些问题在过去通常采用诸如道路的拓宽以及大力建设立体交通等方式加以解决，但是随着社会的发展，这些传统的手法已经不能够从根本上解决上述问题了。

如何对城市每天产生的海量交通数据进行处理、分析、和存储，将是未来交通信息服务的关键问题。

就X市而言，每年仅车辆通过卡口所产生的数据记录条数就将达到惊人的200亿条，而Oracle数据库的上限值为10亿条。

即使是一个县的卡口数据，查询的响应时间都是分钟级的，更不用说要基于将X市或全省的数据开展智能交通应用了。

同样的，X市拥有20万个摄像头，每个月所产生的数据量将有120PB，其中有相当一部分与交通相关，如何将这些数据安全、高效地存储起来，也将成为存储技术的挑战。

另外，如果要向某市全市约800万人提供个性化的智能交通出行信息服务，所面对的海量信息访问请求也是惊人的。

2.2、传统IT架构面临的挑战

随着IT技术的发展和业务变化，IT基础设施会因新增加的应用和计划外的增长变得复杂，每次当您面临新需求、新应用时，您就会增加一台服务器。

每增加一台新服务器，就会需要更多的空间、电源、散热、网络接口、数据存储以及管理员工。

服务器数量蔓延，规模日益庞大，导致IT成本难以控制。

而现有服务器的利用率低，只有5%-10%；IT基础架构对业务需求反映不够灵敏，不能有效地调配系统资源适应业务需求。

具体来说，企业的IT基础架构正面临如下一系列问题。

2.2.1、总体拥有成本高

服务器数量增多，直接带来采购成本的增加，数据中心的复杂度不断提高，难于管理，导致管理成本增加，运行成本增加，包括服务器电力成本、机房空间及冷却系统耗电等。

2.2.2、服务器利用率低

服务器都是单机运行，有些服务器工作负载很重，而有些服务器工作负载很轻，服务器资源不能被合理、高效利用。

2.2.3、缺乏灵活性

安装部署新的服务器、网络、存储和应用的时间过长，上线之前要做复杂的硬件平台测试。

在原有服务器的升级过程中，原有应用系统迁移到新硬件平台时无法完美兼容，不能对新业务系统上线与原有系统迁移做出灵活快速的响应。

2.2.4、高可用性问题

当服务器或核心业务升级时，核心业务和服务器不得不停机，无法保证24小时运行；使用传统方式部署服务的高可用性，最终也取决于硬件平台支撑，不仅要购买同样配置性能的硬件设备，而且还需要购买专业的负载均衡设备。

云计算虚拟化打破了数据中心、服务器、存储、网络、数据和应用中的物理设备障碍，降低了动态基础架构的总体拥有成本，提高了应用的稳定和灵活性。

实施服务器虚拟化可以帮您有效解决上述问题。

三、解决方案综述

因此，我们要对基础设施进行虚拟化，形成动态的虚拟资源池。

虚拟资源服务层利用虚拟机技术在软、硬件之间引入虚拟化层。

虚拟化层可以应用独立的运行环境，避免因为硬件资源差异引起的问题，同时支持硬件资源的共享和多次利用，为老师和学生提供个人的独立环境，对于管理人员来说也节省了很多麻烦。

服务器虚拟化是把相关的服务器物理资源抽象成对应的逻辑资源，从而让一台服务器变成了几台不同的，不受物理上的界限，从而提高基础设层资源的使用率，相应的就简化了系统管理。

存储虚拟化可以把物理存储拟化为逻辑存储，用户只访问逻辑存储，从而实现对分散的不同级别的存储系统整合。

网络的虚拟化是从物理的网络元素中通过软件的抽象，从而分离出网络流量的这么一种方式，在一个物理网卡上虚拟出多个逻辑独立的网卡，使每个虚拟网卡具有独立的MAC地址。

在虚拟化技术基础上高校整合收集资源，建立校园私有云平台，方便老师学生的学习生活。

但现阶段国内大部分高校缺乏优质教育资源和平等的教育机会，教育信息资源分配不平衡。

3.1、服务器虚拟化网络拓扑图

虚拟化架构图

3.2、详细设计

根据需求分析，本次服务器虚拟化供需承担10个左右业务系统，主要包括数据库系统和一般性应用系统。

3.2.1、硬件设计

虚拟化环境网络拓扑示意图

3.2.1.1、CPU数量估算

根据以往经验，我们在做系统设计的时候一般都会按照业务正常运行峰值来设计服务器性能，同时这个峰值绝对不能是服务器性能最大值，一般都是在70%~80%之间，而且目前由于随着科技的发展，服务器性能被大大提高，已经远远超过摩尔定律，导致设备性能远超过其运行设计的最大值，资源利用率被大大浪费，在一般情况下，服务器在系统正常运行过程的资源利用率不会超过10%，在系统启动或其他情况也不会超过30%，一般最大峰值时也不会超过70%。

有服务器虚拟化经验推断，一台主流两路PC服务器可以承担3-8个应用系统在其上运行，那么本项目总共有10个应用系统，则需要2-3台主流2路PC服务器，考虑到硬件资源需具备一定的冗余能力，加上应用系统中有数据库系统，因此我们推荐采用4台2路PC服务器构建服务器虚拟化资源池。

同时配置一台入门级服务器作为虚拟化管理平台。

注：

以上情况也是对目前系统的预估，更为实际的做为应该是对每台物理服务器进行一段时间的监控（3天~7天），查看其资源利用率的使用情况，这样对于虚拟机的规划来说会更加准确。

3.2.1.2、内存容量估算

根据应用系统的实际需要进行配置，一般推荐CPU核数/内存比为1：

4或1：

8，然后再根据单条内存容量和内存槽位数来综合配置内存容量。

3.2.1.3、服务器整体资源估算

根据前两节对服务器CPU和内存的估算，此次项目总共需要8颗主流8核Intel处理器，总计512内存。

以两路服务器计算，总共需要4台物理服务器承载10个应用系统。

3.2.2、存储设计

3.2.2.1、存储描述

虚拟桌面环境不同场景的IOPS需求：

工作类型

同时打开应用

虚拟机配置

IOPS

任务型（轻）

数量有限

同时运行1-5个应用

1个虚拟CPU

1G内存

4~8

知识型（中）

标准办公

同时运行5个以上应用

1个虚拟CPU

2G内存

9~16

高级用户（重）

计算密集型

同时打开5个以上应用

1个虚拟CPU

4G内存

17~28

高级用户（重）

计算密集型

同时打开5个以上应用

2个虚拟CPU

4G内存

28+

不通磁盘接口类型所提供的IOPS

磁盘类型

最大IOPS

SSD

6000~数十万

SAS15Krpm

150~180

SAS10Krpm

125~150

SATA7200rpm

75~100

SATA5400rpm

50~70

本项目中预计桌面500个，按知识性办公桌面对IOPS的需求计算，约需要4500~8000IOPS，由于本项目对磁盘IOPS要求较高，因此在选择磁盘阵列磁盘时推荐选择SAS15Krpm磁盘。

或者在磁盘阵列中通过SSD硬盘与SATA硬盘结合方式满足本项目对IOPS的要求。

在本方案中，我们建议统一共享存储平台，即使用磁盘阵列存放所有的虚拟机文件和硬件数据文件，这样设计的好处是：

1）只用当所有数据都放在存储设备上才能实现vServer高级功能中的ELM（虚拟机在线迁移）、HA（高可用）、DRS（动态资源调度）等诸多虚拟化特性。

2）所有数据虚拟机和数据都存储在同一存储设备上，可以方便对数据进行管理。

3）所有的虚拟机和数据都部署在存储设备上，对于服务器的依赖性降低，一旦物理服务器出现问题，不影响虚拟机和数据的使用，同时存储的可靠性一般都再5个“9”，远超服务器的可靠性。

4）所有的虚拟机和数据都部署在存储设备上，可通过网络对虚拟机和数据进行备份。

除了部署统一共享存储设备之外，还需要考虑传输媒介，目前主流的数据传输媒介为存储光纤（FC）、千兆网络（NAS或ISCSI）、万兆光纤（ISCSI或FCOE），千兆网络用于虚拟化环境中的传输媒介并不能满足其对传输性能要求，而且也容易造成与业务网络的冲突，而万兆光纤价格又太过昂贵，所以本项目中建议采用单独网络实现服务器与存储设备间的传输网络，即存储光纤网络-FCSAN，目前主流的传输速度为8Gb/sec，同时为保证今后随着物理服务器的增加对整个存储网络造成扩展性的瓶颈，还建议选择光纤交换机做为服务器和存储设备间的中转站，为日后的服务器扩展及备份设备的增加留出更多余地。

3.2.2.2、存储容量计算

光纤存储

按照用户需求，本次光纤存储配置15T容量空间。

服务器本地存储

通过SSD缓存加速技术，将两块240GBSSD作为缓存结合1TBSATA盘提高本地存储读写速率。

RAID组划分

对于存储Raid级别应根据应用的需要设置，如对于随机读写的数据库如SQL数据库，建议在存储级别采用RAID10结构。

应用系统建议在存储级别采用RAID5结构。

3.2.2.3、传输媒介和设备选择

除了部署统一存储设备之外，还需要考虑传输媒介，目前主流的数据传输媒介为存储光纤（FC）、千兆网络（NAS或ISCSI）、万兆光纤（ISCSI或FCOE），千兆网络用于虚拟化环境中的传输媒介和业务数据传输，很容易造成与业务网络的冲突，而万兆光纤价格又太过昂贵，所以本方案中建议采用单独网络实现服务器与存储设备间的传输网络，如存储光纤网络FCSAN或者已经进行Vlan隔离的千兆网络环境，同时为保证今后物理服务器的增加不会对整个存储网络造成扩展性的瓶颈，还建议选择光纤交换机或独立的网络交换机做为服务器和存储设备间的中转站，为日后的服务器扩展及备份设备的增加留出更多余地。

所以，本方案中，建议分别采用2台光纤交换机或单独的网络交换机连接物理服务器形成具有冗余SAN网络，连接示意图如下：

存储网络连接示意图

根据前面章节所述，此次桌面云平台共有14台物理服务器需要连接共享存储，因此，单台光纤交换机至少需要15个端口，由于光纤交换机一般为4/8口激活，所以此次光纤交换机建议采用24端口8GbFC接口光纤交换机，其中16端口激活（包含SFP模块）。

3.2.3、网络设计

3.2.3.1、网络划分

根据最佳实践和以往项目经验，建议将业务系统所在业务网络和虚拟机主机管理端口以及管理服务器使用的管理网络隔离开来，防止业务网络和管理网络混淆带来的风险，并降低网络广播风暴。

方案中通过在业务网络之外为管理网络单独划分VLAN的方式实现网络分段。

存储网络建议采用单独的存储网络降低存储数据对业务网络带来的交换压力。

所有主机管理端口及虚拟机端口需要配置IP地址，将主机的管理端口地址和ECenterServer等用于架构管理的服务器地址划分为一个管理VLAN。

虚拟环境网络划分示意图

虚拟交换机SwitchA用于主机服务器管理

虚拟交换机SwitchB用于虚拟机迁移（本项目使用千兆网络）

虚拟交换机SwitchC用于业务网络连接（本项目使用万兆网络）

3.2.3.2、物理主机网络部署

根据最佳实践，网络架构应该满足如下要求：

Ø管理网络、ELM在线迁移网络、虚拟机对外提供服务的网络，三者应该各自独立。

Ø对于每个虚拟交换机vSwitch建议应该至少配置两个上行链路物理网络端口。

Ø对于多网口的冗余配置应该遵