基于云模式的新一代IDC系統(tǒng)框架研究.doc

基于云模式的新一代idc系統(tǒng)框架研究石屹嶸 龔德志（中國電信股份有限公司上海研究院 上海 200122）摘要：本文闡述了目前云計算的三種服務模式，并從idc實際業(yè)務需求出發(fā)，提出了基于云模式的新一代電信idc平臺的體系架構、功能模型和部署架構，并進一步提出了云模式idc平臺演進路徑建議關鍵詞：idc云、規(guī)模擴展、實例管理1. 引言隨著虛擬化、多核、自動化、web技術等新技術的發(fā)展，以及大數(shù)據(jù)量、大用戶量、復雜業(yè)務對計算和存儲的需求不斷增長，基于云模式的資源和服務提供方式應運而生。“云計算”通過將大量的高度虛擬化的資源管理起來，組成一個大的資源池，通過網(wǎng)絡提供給用戶，是一種基礎架構管理方法論，其具有如下特征： 大規(guī)模：一個云計算系統(tǒng)由具備一定規(guī)模的多個節(jié)點組成的it集群系統(tǒng)，系統(tǒng)規(guī)模幾乎可以無限擴大； 平滑擴展：系統(tǒng)具備高度的擴展性和彈性，可以方便、快速地為應用增加和減少資源； 資源共享：提供一種或多種形式的資源池，包括物理服務器、虛擬服務器（虛擬機）、事務和文件處理能力或任務進程（如hadoop）、以及存儲資源等，這些資源池可通過抽象化方式實現(xiàn)，并能夠同時為多種應用提供服務； 動態(tài)分配：實現(xiàn)資源的按需動態(tài)分配，并按使用量計費?！霸朴嬎恪北徽J為是與下一代互聯(lián)網(wǎng)同樣重要的新技術，已經(jīng)引起了國內(nèi)外運營商的普遍重視，如：at&t、bt、中國電信、中國移動均已制定了各自的云計算發(fā)展計劃。對于運營商，云計算是個發(fā)展契機，它一方面能夠優(yōu)化it資源，降低企業(yè)內(nèi)部的運營成本，另一方面也是運營it業(yè)務的切入點，通過構建基于云計算的業(yè)務平臺，可以降低電信業(yè)務的運營成本和新業(yè)務的引入成本。而運營商在數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡、用戶和渠道上的積累，使其在構建云模式的新一代idc（以下簡稱idc云）時具有構建成本低、拓展優(yōu)勢大、存貯能力強等優(yōu)勢。2. idc云業(yè)務模型idc云的建設需要考慮不同用戶群體的需求差異性，以三類典型idc的承載目標客戶群為例： sp/cp托管:一般基礎架構規(guī)模較小、服務器平臺以pc服務器為主、運行windows/linux操作系統(tǒng)；應用類型以internet應用為主，應用模型需要符合開發(fā)規(guī)范；對托管費用成本敏感； 大型網(wǎng)站、在線游戲、電子商務等，如新浪、網(wǎng)易、騰訊、淘寶、盛大等新興web 1.x/2.0企業(yè)：基礎架構規(guī)模較大，混合型的基礎架構，從中端服務器到pc服務器均有，unix/windows/linux操作系統(tǒng)；應用類型為intenet應用，應用類型繁多；對服務水平、帶寬、應用部署速度敏感； 傳統(tǒng)行業(yè)、金融、證券、政府、集團客戶：基礎架構、應用類型復雜，一般都是自行開發(fā)的行業(yè)應用；對安全性、資源獨占性敏感。對于不同的客戶群適合運用的云計算層級不同，例如：sp/cp具備共性的應用群可以應用paas模型；大型網(wǎng)站適合iaas模型；其他應用以私有云或者獨占模式建設。基于云計算技術改造后的新一代idc除了傳統(tǒng)業(yè)務外，可以給用戶從基礎設施、平臺和應用不同的層次提供新型的服務：云主機服務云主機服務給外部或者內(nèi)部用戶提供基礎資源服務，用戶通過網(wǎng)絡就可以享用到基礎資源，而不需要在本地購買和部署物理資源?；A資源服務包括計算資源、網(wǎng)絡資源和存儲資源。計算資源是指物理服務器的計算能力，與cpu、內(nèi)存相關；存儲資源是指存儲能力，與磁帶、磁盤、存儲系統(tǒng)的空間相關；網(wǎng)絡資源包括網(wǎng)關、子網(wǎng)、帶寬和ip等資源。用戶購買到資源資源服務后，就可以通過網(wǎng)絡進行遠程訪問和使用，可以在申請的虛擬主機上安裝自己需要的中間件、應用、工具等，或者是在存儲服務上上傳自己的數(shù)據(jù)和內(nèi)容?；A資源的租用服務一方面可以降低用戶的一次性投入成本，以更低的價格使用服務；另一方面通過服務消費的方式降低在用戶內(nèi)部的管理和維護復雜度，不需要有專門的人員和技能，所有的管理和維護都由數(shù)據(jù)中心的專業(yè)人士完成，用戶只需要保證網(wǎng)絡連接就可以；同時專業(yè)的管理和維護給服務帶來更高的可靠性。在云主機服務層面上，除了提供基本的資源租用服務之外，idc云還可以更一步提供增值服務，例如災備服務。傳統(tǒng)模式下一個企業(yè)需要花費大量的成本自己搭建災備環(huán)境和系統(tǒng)，而災備系統(tǒng)的使用幾率又很低，因此企業(yè)往往在風險和成本之間猶豫。idc云可以給企業(yè)提供專業(yè)的災備服務，首先idc云和企業(yè)系統(tǒng)處于異地，符合災備的基本要求，而是在idc云內(nèi)部可以通過大量的資源共享來降低災備環(huán)境的成本，使得企業(yè)愿意購買災備服務。云主機服務的主要客戶定位包括對成本比較敏感的用戶，包括中小企業(yè)，軟件園區(qū)及軟件開發(fā)商等；物理資源的需求有周期波動，或者有不可預測性，包括創(chuàng)新型企業(yè)、網(wǎng)絡游戲公司、網(wǎng)站等；或者是有臨時性資源要求的短期性客戶。 云平臺服務云主機服務給用戶提供基本的資源，用戶可以根據(jù)自己的需求進行靈活部署和配置。在云主機服務基礎之上idc云可以進一步提供云平臺服務，對于常見的操作系統(tǒng)、中間件及工具等事先完成部署和配置，用戶可以直接享用這些平臺服務，而不需要自己進行安裝和維護。云平臺服務的提供有兩種方式，一種方式是提供內(nèi)置有中間件或者工具的鏡像文件，用戶可以直接申請帶有所需的操作系統(tǒng)、中間件和工具的虛擬機，來享用平臺層的服務；另外一種方式是提供統(tǒng)一的平臺級服務，用戶申請的是平臺服務而不是虛擬機，云平臺服務根據(jù)不同應用領域提供不同的平臺服務，常見的平臺服務包括： web應用平臺服務：提供統(tǒng)一的web應用平臺，用戶可以直接把web應用部署在該平臺上，給他的用戶提供功能。 數(shù)據(jù)庫平臺服務：提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫服務，云平臺通過多租戶等關鍵技術保證不同用戶數(shù)據(jù)的隔離性和安全性，同時提供不同的服務質(zhì)量級別，用戶可以根據(jù)自己的需求和預算選擇不同的服務質(zhì)量級別。 分析計算平臺：基于云技術的分析計算平臺針對企業(yè)數(shù)據(jù)的海量化，以及數(shù)據(jù)的種類繁多且大量數(shù)據(jù)是無結構或者半結構化，等特點提供高容錯、高可擴展的平臺進行數(shù)據(jù)存儲和分析計算，充分利用分布式技術提高分析計算的效率。 還有其他如存儲平臺、應用領域平臺（如s）等，提供不同的服務。除了用戶的生產(chǎn)環(huán)境可以使用云平臺服務之外，云平臺服務還可以給非生產(chǎn)環(huán)境，例如開發(fā)環(huán)境、測試環(huán)境、災備環(huán)境等提供服務。云平臺服務除了上述功能之外，很重要的一個非功能特性是提供彈性支持?？蛻羰褂迷破脚_提供的彈性管理服務，創(chuàng)建應用集群，通過云平臺的集群和彈性管理，在應用訪問量高的時候，自動增加更多虛擬機到應用集群中，通過更多的資源來保證服務質(zhì)量；在應用訪問量低的時候，云平臺自動減少應用集群里面的虛擬機，在保證服務質(zhì)量的同時降低系統(tǒng)額成本。 云應用服務在云平臺基礎之上進一步可以提供云應用服務，即通過idc云平臺給用戶提供應用級別的服務，在云平臺上提供應用服務包括兩方面： 一方面是基于典型的云主機租用服務，在云平臺的虛擬機上不僅提供平臺層和中間件層的預配置，同時和應用服務提供商合作，預安裝和配置應用內(nèi)容，例如辦公自動化系統(tǒng)，通用領域應用如報關、會計系統(tǒng)，特定行業(yè)的進銷存管理系統(tǒng)等。在這種模式下，用戶可以從idc云的運營商中購買到一整套服務，從底層資源到上層應用。通過idc云運營商的規(guī)?；?、共享和捆綁降低整體成本，用戶可以更低的價格使用服務。 另一方面是基于云平臺上的軟件即服務(saas)模式。saas模式指用戶無需購買軟件的版權和安裝包，而是通過網(wǎng)絡在線的方式訂閱使用。saas是一種通過internet提供軟件和應用的模式：廠商將應用軟件統(tǒng)一部署在服務器上，客戶可以根據(jù)自己實際需求，通過互聯(lián)網(wǎng)向廠商定購所需的應用軟件服務，按定購的服務多少和時間長短向廠商支付費用，并通過互聯(lián)網(wǎng)獲得廠商提供的服務。用戶不用再購買軟件，且無需對軟件進行維護，服務提供商會全權管理和維護軟件，軟件廠商在向客戶提供互聯(lián)網(wǎng)應用的同時，也提供軟件的離線操作和本地數(shù)據(jù)存儲，讓用戶隨時隨地都可以使用其定購的軟件和服務。在這種模式下，客戶通過internet就可以使用自己的應用系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)便可以享受到相應的硬件、軟件和維護服務，享有軟件使用權和不斷升級，這是網(wǎng)絡應用最具效益的營運模式。saas模式和前面應用租用服務的核心區(qū)別在于應用租用模式中各個用戶的應用都是各自獨立隔離的，每個用戶一個部署，彼此不共享應用平臺，而在saas模式下，多個用戶可以共享一個應用實例，由saas平臺來保證多個用戶之間的數(shù)據(jù)和配置互相隔離，彼此不會干擾。這樣在物理資源虛擬化的基礎上有提供了應用的虛擬化，可以進一步降低單位成本，同時通過虛擬化提高應用的可擴展性。 云移動服務平臺移動服務平臺是一種特殊的應用服務，運營商為了充分利用在固話和移動網(wǎng)絡上的核心能力，把這些核心能力封裝成服務的形式，通過云平臺提供給終端用戶和開發(fā)者，拓寬電信核心能力的使用，為運營商帶來更多的收入。運營商的核心能力包括基本網(wǎng)元服務和新的增值業(yè)務，例如短信、彩信、定位、全球眼等。移動服務平臺提供統(tǒng)一的入口進行服務檢索和使用，跟蹤記錄用戶對服務的興趣和使用程度，在為計費提供基礎數(shù)據(jù)的同時，也為運營商對核心能力的后續(xù)改進提供了客觀的依據(jù)。移動服務平臺構建在云平臺之上，根據(jù)平臺訪問量和負載的變化分配相應的物理資源。3. idc云體系架構idc云將是一個長期不間斷運行的、高可靠性、高處理能力、可擴展性強的多業(yè)務支撐平臺。因此，該平臺在設計和實施等方面應從先進性、穩(wěn)定性、安全性、開放性和可擴展性等幾方面進行綜合考慮，應遵循如下原則： 技術的先進性和成熟性：整個平臺的設計應立足于采用先進的、成熟可靠的、代表未來發(fā)展方向的主流技術，既減小了系統(tǒng)建設過程中的技術風險，又增加了系統(tǒng)的生命周期，使得投資得到最大的效益回報； 一致性和完整性：平臺中的各個模塊和各個層次應遵循關于信息描述、組織、系統(tǒng)管理和檢索與服務等方面的標準需要，遵循內(nèi)容編碼、數(shù)據(jù)通信、計算機系統(tǒng)安全等方面的標準，保證所建立的信息和服務的可使用性、互操作性和可持續(xù)性； 高度的可靠性和穩(wěn)定性：系統(tǒng)應具有很強的容錯、容災能力，完善的系統(tǒng)糾錯恢復安全機制和自動診斷告警能力； 可伸縮性和可擴展性：涉及的主機平臺、網(wǎng)絡平臺、數(shù)據(jù)庫平臺等應具有良好的可擴充性（升級能力）。數(shù)據(jù)模型的設計要充分考慮平臺系統(tǒng)將來可能的擴展和業(yè)務的變動，以適應業(yè)務的迅速發(fā)展。架構設計時應采用伸縮性很強的體系結構，以能夠適應業(yè)務的不斷發(fā)展和用戶規(guī)模的擴大。能夠通過逐漸疊加、集成或擴展不同的系統(tǒng)模塊或數(shù)據(jù)內(nèi)容，適應從簡單系統(tǒng)到復雜機制的不斷發(fā)展； 開放性：開放性是指系統(tǒng)能夠方便地進行功能擴充和修改，以及能夠方便地同其它系統(tǒng)（甚至基于不同軟硬件體系結構）進行連接、數(shù)據(jù)交換、增加子系統(tǒng)。為此，平臺設計要求采用標準協(xié)議和規(guī)范或采用中間件技術； 高安全性：安全性是指系統(tǒng)能夠抵御外來攻擊使得系統(tǒng)免遭破壞，平臺的機密信息不被非授權用戶訪問。整個網(wǎng)絡設計、網(wǎng)絡設備選擇、網(wǎng)絡平臺及軟件設計都要將安全放在重要位置，確保網(wǎng)絡安全和信息安全。不僅要求能抵御外來(internet)的數(shù)據(jù)非法訪問和攻擊，在內(nèi)部也要提供完善的認證和授權機制來保證系統(tǒng)的安全性。idc云平臺架構由管理控制中心、資源池和安全管理三大部分組成。管理控制中心是整個云平臺的控制中心，對平臺用戶提供自服務等功能，并提供資源池的分配、管理和控制，同時還應于產(chǎn)品業(yè)務管理、運營支撐平臺等外部系統(tǒng)對接，完成業(yè)務運營所需的流程控制和計費等功能；資源池由基礎資源和虛擬化資源組成。基礎資源包含服務器、存儲和網(wǎng)絡設備等傳統(tǒng)idc硬件設備，虛擬化資源是通過虛擬化軟件將基礎資源虛擬化，并整合為虛擬化資源池；安全管理貫穿idc云平臺從底層硬件到管理中心的各個環(huán)節(jié)，通過建立安全的身份認證、訪問授權、安全審計等機制，確保業(yè)務應用和平臺自身的安全。idc云平臺的功能聚焦在idc虛擬資源的合理分配、高效利用和自動管理上，主要定位于為其他產(chǎn)品和業(yè)務提供有彈性的、能快速部署的、高可用性的idc服務。因此，idc云平臺的管理中心獨立于各個產(chǎn)品業(yè)務，不涉及具體業(yè)務的用戶和業(yè)務管理，只負責分配和管理這些業(yè)務請求的idc資源和服務等級保障，以及管理這些資源使用周期。以云主機產(chǎn)品為例，產(chǎn)品的主體業(yè)務流程由云主機業(yè)務管理系統(tǒng)管理，在用戶申請開通、變更云主機服務的時候，由云主機業(yè)務管理系統(tǒng)向idc云平臺請求相應的資源，平臺的管理控制中心在虛擬化資源池中進行相關分配，返回響應結果，同時提供相應服務等級的增值服務（遷移、備份等）。同樣，云存儲業(yè)務、paas等業(yè)務在需要idc資源的時候，也是由其業(yè)務管理平臺向idc云平臺提出資源和服務等級申請。idc云平臺的體系架構圖如下圖1所示：圖1:idc云平臺的體系架構圖其中，管理控制中心的主要模塊功能描述如下： 自服務模塊：作為idc云平臺的服務入口，平臺用戶可以通過該入口進入平臺管理控制中心。區(qū)別于各產(chǎn)品業(yè)務的服務門戶，該自服務模塊僅向用戶提供所屬資源的監(jiān)視和控制，不直接提供資源的申請和變更服務。如在云主機業(yè)務中，由idc運營支撐系統(tǒng)向用戶提供云主機業(yè)務門戶，用戶在此門戶下使用云主機業(yè)務提供的功能、服務，可能包括云主機開通、變更、關閉以及資源查看、使用統(tǒng)計等。僅在用戶需要控制、監(jiān)視所屬主機的時候，業(yè)務門戶將用戶重定向到云管理平臺的自服務模塊中。 服務生命周期管理：從資源服務請求接收開始，到資源服務結束，管理和控制著資源服務的各生命周期狀態(tài)。主要包括服務請求管理、服務狀態(tài)管理、查詢檢索、審批等功能子模塊。 資源管理：負責管理平臺管理控制中心的核心資源，這些資源包括帳號、權限、服務目錄、鏡像文件、虛擬機、軟硬件以及l(fā)icense等。 資源服務模塊提供對資源池資源的操作封裝，將底層資源包裝成服務，其中包括計算資源配置、集群配置、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控告警、軟件部署、應用遷移、備份與恢復等子模塊。 系統(tǒng)接口：包括帳號管理接口，計費接口，工單接口，網(wǎng)管報表接口，使用狀況報表接口等，為idc云平臺與其他it系統(tǒng)對接提供數(shù)據(jù)輸入和輸出。4. idc云功能模型基于idc云平臺體系架構，我們可以將idc云的功能模型分層五個層次：物理資源層、虛擬化資源層、基礎服務層、接口層和管理層，每個層次又由不同功能模塊組成（見圖2），下面我們將對功能模型中的關鍵模塊逐一進行說明。圖2:idc云平臺的功能模型 虛擬資源管理模塊是對物理資源的虛擬化，物理資源主要包括三大類，計算資源，存儲資源和網(wǎng)絡資源。資源虛擬化通過對物理資源的抽象和虛擬化，虛擬化后提供三大類虛擬化資源，包括虛擬化計算資源，虛擬化存儲資源和虛擬化網(wǎng)絡資源。虛擬化計算是指在一個服務器上虛擬出多個虛擬服務器，每個虛擬服務器上可以運行不同的服務，這樣可以充分利用服務器的強大硬件能力，提供利用率。虛擬化存儲是指為物理的存儲設備提供一個抽象的邏輯視圖，用戶可以通過邏輯視圖來訪問物理上分布在不同存儲上的眾多文件，方便用戶訪問，提高文件訪問的效率。虛擬化網(wǎng)絡是指整合后的網(wǎng)絡硬件和軟件，提供虛擬化網(wǎng)絡，一個虛擬化網(wǎng)絡可以包括多個本地網(wǎng)絡，或者一個本地網(wǎng)絡可以被定義成多個虛擬化網(wǎng)絡； 鏡像管理模塊支持用戶瀏覽查看平臺上的鏡像文件，包括創(chuàng)建鏡像、更新鏡像、查看鏡像、修改鏡像等； 實例管理模塊支持用戶對自己的實例對象進行管理，并對實例全生命周期進行管理； 規(guī)模擴展模塊支持應用根據(jù)負載高低自動分配資源，高負載時增加資源，低負載時釋放多余資源，根據(jù)應用集群的監(jiān)控數(shù)據(jù)，自動調(diào)整應用集群，增加或者減少節(jié)點，在保證用戶服務質(zhì)量的同時優(yōu)化對資源的需求； 安全管理模塊貫穿整個idc云平臺，從物理機房，主機，存儲，網(wǎng)絡，到應用和服務層，idc云平臺的安全性需要從不同層次分別入手； 用戶管理模塊對平臺上的用戶提供管理功能，包括用戶自服務和用戶管理； 計費管理模塊是云模式的idc業(yè)務中不可缺少的一個模塊，該模塊負責對云模式idc中服務的定價，記錄用戶對服務的使用度量數(shù)據(jù)，以及根據(jù)度量數(shù)據(jù)和計價策略生成用戶的賬單； 系統(tǒng)監(jiān)控模塊對idc云進行實時監(jiān)控，獲取資源的運行和使用詳細情況，為系統(tǒng)的正常運行和計費提供基礎。5. idc云組網(wǎng)和部署結構idc云組網(wǎng)部署包括兩部分，一部分是虛擬化資源池的組網(wǎng)部署，另一部分是云平臺管理控制中心的組網(wǎng)部署。idc云的組網(wǎng)劃分為三大區(qū)域：隔離區(qū)（dmz）、網(wǎng)管網(wǎng)絡和生產(chǎn)網(wǎng)絡。三個區(qū)域由兩層防火墻進行劃分。隔離區(qū)是外部互聯(lián)網(wǎng)與idc內(nèi)部網(wǎng)絡的緩沖區(qū)，可以放置一些必須公開的服務器設施，如云平臺的自服務web服務器。網(wǎng)管網(wǎng)絡屬于內(nèi)部管理網(wǎng)絡，放置各種管理控制服務器設備，由兩層防火墻提供與外網(wǎng)的隔離，遠程管理的需求由vpn提供安全接入。生產(chǎn)網(wǎng)絡連接著虛擬化資源池中的設備，在云主機等服務交付后，用戶可有條件地進入生產(chǎn)網(wǎng)絡，登錄相應的云主機設備。根據(jù)用戶申請的云主機屬性和服務等級不同，云主機的訪問方式也有不同。對于可以訪問internet的云主機，用戶可以通過internet直接登錄和訪問云主機；對于不能訪問internet的云主機，用戶必須通過idc云平臺自服務模塊中提供的主機控制功能來操作云主機。虛擬化資源池包含服務器集群、存儲陣列等設備。服務器通過虛擬的和物理的交換機劃分為可以訪問internet的公網(wǎng)服務器組和不能訪問internet的內(nèi)網(wǎng)服務器組。服務器通過接入網(wǎng)絡設備接入到idc核心網(wǎng)絡，由idc生產(chǎn)網(wǎng)絡提供統(tǒng)一出口，構成服務器資源池。存儲設備由san網(wǎng)絡構建成的存儲網(wǎng)與服務器資源池互連，提供服務器對存儲資源的存儲訪問。云平臺管理控制中心根據(jù)服務模塊負載需求以分布式方式部署在網(wǎng)管網(wǎng)絡中，如按功能部署為資源服務服務器、資源管理服務器以及采集監(jiān)控服務器等。整體組網(wǎng)部署結構圖如下圖3所示：圖3：網(wǎng)部署結構圖6. 演進路徑第一步：基礎設施服務平臺建設 整合：服務器整合、存儲整合、整合效率評估，降低基礎架構復雜度； 虛擬化：主機虛擬化、存儲虛擬化和網(wǎng)絡虛擬化，消除資源物理邊界，提升資源利用率，統(tǒng)一資源池分配； 服務調(diào)度：面向服務的云平臺、動態(tài)伸縮、動態(tài)服務管理、多重租用、安全性、自服務、彈性基礎架構，大幅度加快服務部署周期； 強調(diào)“管理”能力的基礎架構； 運維體制、安全保障體制的建設； 融合服務模板的云主機業(yè)務的開展：基于系統(tǒng)級軟件的云主機，例如開發(fā)測試工具等；備份服務、病毒、補丁等增值云主機服務。第二步：電信服務能力開放和融合，建設云中開發(fā)平臺，完善paas平臺 開放電信的核心能力到云平臺，例如：sms/mms、商務領航、號百等； 完善服務模板，集成電信核心能力； 建設云中開發(fā)平臺，完善開發(fā)測試部署的環(huán)境；第三步：根據(jù)業(yè)務的需要，