虚拟化

虚拟化:从“孤井”到服务导向型架构

从“孤井式”到以服务为导向的基础设施


虚拟化正在成为一种越来越重要的概念——不仅对于IT人员,对于CIO和业务经理而言也是如此。需要虚拟化技术的“新经济”要素包括:分散在世界各地,希望更加有效地控制工作时间和工作方式的用户群体;人们对于服务、全球竞争和“无边界企业”概念的日益重视。在这种“无边界企业”之中,员工、客户和合作伙伴可以共同分享重要的信息和业务流程。另外一个重要的因素是IT的复杂性,包括供电和冷却限制,低资产利用率,手动配置,内部和外部安全,以及基于Web的应用等。


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为了应对这些范围广泛的变化,IT基础设施需要进行变革:从那种只能为采用堡垒式防御措施的独立部门提供基本网络连接的“随意架构”,发展到一个灵活、具有永续性且自适应的架构,可以通过集成化团队和服务等级协议(SLA),以及跨部门的合作,提供服务编制功能。这样,IT就能成为一个通过提供服务来提高企业效率的业务部门,而不是一个给企业增添负担的成本中心。


演进到以服务为导向的基础设施


要建立起完全自动化、基于策略且自适应的基础设施,企业需要采用分阶段的多方面措施方法,而虚拟化只是其中的一部分。企业通常会先开展一定程度的存储整合、数据中心整合、服务器标准化和分支机构整合等措施。所有这些措施都有助于迅速地提升资产的利用率和效率。虚拟化已经迈过了早期的试用阶段,尤其是在服务器虚拟化领域,企业开始在业务系统中采用Hypervisor技术,并且设法利用该技术透明地将应用从一个物理环境转移到另外一个。根据Gartner的统计,超过半数参加2007年度IT基础设施调查的企业都对基础设施整合的效果感到满意。IDC也持有类似的观点。它预测,虚拟化将在未来几年中成为主流技术。


与此同时,企业开始意识到,他们需要一些更加先进的工具和流程,以确保他们可以在不增加运营复杂性的情况下,将虚拟化技术应用到业务环境之中。虽然虚拟化可以带来很多优势,但是它也会给IT人员带来新的运营挑战。服务编制解决方案有助于克服一些与划分物理、虚拟运营域有关的挑战,帮助企业更加轻松地建立起一个自动化程度更高,并且以服务为导向的基础设施(SOI)。


虚拟化:之前和之后


下面让我们将目光转到一个没有采用虚拟化技术的典型企业。这时,它在分享资源方面只有两个选择:全部分享或全不分享。如果使用了一台物理应用交换机,应用必须互相竞争资源,对一个应用的影响可能会影响其他应用,而且设备配置极为复杂。如果添加更多的物理交换机,则会造成低效率的应用隔离,导致无计划的设备添置,资源利用率低下,以及升级复杂性过高。


相反,如果采用了虚拟化的架构,抽象和分区技术让一台物理交换机可以提供多个虚拟环境,以实现隔离的、安全的应用,有保障的资源,以及基于角色的访问。这会大幅度地减少配置周期、运营开支(OpEx)和供电需求。


我们可以结合新兴的虚拟化IT,比较数据网络和互联网的发展历程。在早期的数据网络和广域通信中,主要的问题是存在混合性的“网络孤井”,其中包含了不同类型的传输和操作系统。所用到的各种协议包括ATM、FDDI、以太网、令牌环、AppleTalk、Banyan Vines、Novell Netware和DECnet等,进行扩展的费用、复杂度和难度都很高。互联网1.0提供的是“基于IP的信息”,可以充当一个无所不在的中立媒介,通过标准的协议实现全球范围内的通信和信息共享。


同样,在大型企业中,主要的问题是混合的“基础设施孤井”――存储网络、应用程序、网络设备、服务器和互联技术,而且它们通常按照部门或者物理位置分区。因此,进行扩展的费用、复杂度和难度都很高。要解决这个问题,就需要采用互联网2.0,即“基于IP的基础设施”,为协作、共享资源和降低成本提供一个无所不在的中立媒介、标准的协议和内置的先进功能。


虚拟化的优势


虚拟化所带来的一个重要优势是降低功耗。设想一个典型的企业,需要10Gbps负载平衡,20Gbps防火墙保护,10个虚拟环境,以及高可用性。通过使用功耗约为每小时11kW的虚拟化集成模块,该企业可以将总体功耗降低85%,在三年时间内节约超过9万美元的运营开支。它还可以节约将近30个机架单元的机架空间,以及减少布线、端口使用和支持成本。


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配置也将大为简化。要为某个现有的孤井式基础设施中的Web群添加一台服务器,需要执行多个步骤,其中涉及到多个部门和技能。由于跨多个层进行协调会带来延迟,导致简单的扩展最多将需要花费90天的时间。新服务的启用则可能要耗时180天以上。要简化新服务的配置,必须避免“串行工作流程”问题。


基于网络的自动化基础设施配置可以利用虚拟的服务模板和物理的服务器、存储和网络设备“模块”(pod),完成以前需要通过实际机构和人员完成的步骤。


除了降低功耗以外,通过网络进行的端到端服务虚拟化还具有很多其他的优势,包括提高资源利用率,降低总体拥有成本(TCO),节约时间,增强灵活性等。举例来说,假定有一个传统的一体式数据中心,年增长率为25%,效率为20%。在投入使用的第二年,它的电力和容量资源将会达到极限,但是资产的使用率很低,而且由于高昂的运营开支导致成本不断提高,因而所能提供的商业价值非常有限。建设一个新的数据中心则需要花费2.5亿美元,另外每年还需要支出2500万美元的运营开支。


但是如果采用了虚拟化技术,情况会发生怎样的变化呢?利用思科在重新设计自己的数据中心时发现的指标,资源的利用率可以提高到60%,而且丢失的容量也会得到恢复。借助虚拟化技术,资源利用率可以得到大幅度提高,平均可以将现有数据中心的使用寿命延长4.5年。维护一个新数据中心的平均成本为每年4000万美元,因此在延长的使用寿命期间,企业可以节约1.8亿美元。其他优势也会变得更加明显,包括推迟购买新的容量,提高资产利用率,降低功耗,减少TCO等。


分阶段部署


如果企业致力于建立以服务为导向的网络基础设施,那么通过采用一种分阶段的部署方式,它可以获得最大的成功。这种方式让企业可以逐步地进行整合和虚拟化,从而实现自动化的最终目标。图4 显示了这种分阶段方式的主要步骤。


  • 整合阶段:从独立的资源孤岛和分散的网络开始,第一个革命性的步骤是将计算和存储岛整合为覆盖整个企业的网络。要做到这一点,一种方法是将数据中心资源整合到少数几个物理地点。另外一种方法则是将存储资源整合到一个SAN网络,再利用虚拟存域网(VSAN)技术将各个SAN孤岛整合为一个统一的网络,同时确保可扩展性和安全性。
  • 虚拟化阶段:虚拟化技术让企业可以方便、动态地对计算、网络和存储资源进行分区和配置,并分配到不同的应用。逻辑服务器分区、刀片式服务器部署和应用感知型负载均衡服务都属于这个阶段。存储资源都会被集中到一个或者多个共享的存储资源池之中。服务器处理资源也会被集中到一个或者多个共享处理资源池之中。这种虚拟化设计有助于提高灵活性,让数据中心能够更加方便地适应不断变化的业务环境。资源的虚拟化需要支持可以通过感知应用和响应变化条件来优化各种应用性能的智能化网络。内容交换和应用导向网络都是应用集成的典型实例。
  • 自动化阶段:最后一步是灵活服务自动化,即让智能网络可以迅速、自动地检测和响应不断变化的应用需求,并根据需要调配处理、存储和安全资源。自动化服务调配、自动化安全响应和自愈式系统是这个阶段的核心。通过自动执行这些流程,不仅能够加快企业对于新客户需求的响应速度,还能通过减少手动干预而大幅降低TCO。同时,这还有助于减少已分配的处理资源和存储资源的利用率不足问题。通过降低复杂性和减少对人工干预的需求,这个阶段还能提高可靠性。


以服务为导向的网络架构


要将企业从传统的孤井式基础设施转变为以服务为导向的基础设施,关键在于使用一个结构化的框架来引导具体的实施。思科的服务导向网络架构(即SONA)就是一个这样的框架,它涵盖了一组部署在网络中的通用服务,可以消除前文所提到的资源、应用之间的差距。因此,SONA描述了在企业中构建智能化信息网络的方法。


SONA包括三个层次:网络系统层、集成化网络服务层和应用层。


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位于最底层的网络基础设施(即网络系统层)代表了IT环境的基础设施投资,包括路由和交换基础设施、存储、服务器和设备等。下面所要介绍的很多服务都以软件或者附加模块的形式,在这些设备上运行。SONA框架还针对园区、数据中心和分支机构,提供了一组专门的架构、蓝图、配置指引和案例分析。


集成化网络服务层能够利用分布式网络功能优化应用和服务之间的通信。这些功能包括:不间断数据保护,多协议消息路由,嵌入式服务质量,I/O虚拟化,服务器负载均衡,SSL VPN, 身份识别,地址定位,以及基于IPv6的服务。这一层中的服务主要分为三类:

  • 基础设施服务, 即“面向下方”的服务,它们有助于消除上文所述的资源差距。这类服务包括:安全、移动、存储、语音、协作、计算、身份识别和网络基础设施虚拟化服务。这些服务让企业可以优化其基础设施的使用效率,更快地将适当的资源分配到相应的业务流程和应用。其中很多服务都共同采用了一种关键的技术:虚拟化。虚拟化主要具有两方面的功能:一是让很多资源看起来像是一个整体(或者让一个资源看起来像是很多个);二是在逻辑――而不是物理――的基础上处理资源。过去,网络曾经是虚拟化的主要对象,但是现在虚拟化的范围已经从网络资源拓展到其他IT资源,例如服务器和存储。
  • 应用服务是“面向上方”的服务,可以通过基于网络的服务实现应用的集成、交付、扩展和优化。这类服务主要包含两个部分:应用导向网络(AON)和应用交付。AON让网络可以使用应用的“语言”:例如一个像采购订单这样的消息。这让网络可以智能地路由、转换、记录、通知或者验证业务级的对象。因为大部分应用在设计时并没有考虑网络优化因素,所以通过在“水平”网络框架中添加应用交付服务,可以在整个企业,以及用户、供应商和合作伙伴之间,端到端地交付、扩展和优化应用数据和控制信息。
  • 自适应管理服务 包括三个部分:基础设施管理(对一组设备的自动化管理),服务管理(对集成化服务的管理),以及高级分析和决策支持。这些管理服务通过API部署到基础设施的其他部分,从而让网络可以在IT基础设施的所有层之间共享策略和控制信息。
    应用层分为两类:一是支持通信和协作的协作式应用,二是业务应用,例如CRM(客户关系管理)、ERP(企业资源规划)和SCM(供应链管理)。通过集成化服务层所提供的通用服务,网络现在能够在支持这些应用(及其资源)和相关业务流程方面,扮演一个直接的、关键的角色。
    最后,让我们看看SONA与服务导向架构之间的关系。SOA是一种应用设计、集成和交付方法,可以实现应用的重复使用和大幅度地降低集成成本。与目前占据主导地位的紧密集成的一体化应用相比,这是通过一些基于业务服务和松散业务逻辑的模块实现的。SONA通过支持以服务为导向的基础设施,为SOA提供了有力的补充。通过部署思科的SONA,企业可以立即获得一个更加实用、效率更高的IT基础设施所带来的优势。同时,通过部署这些新型应用和资源服务,企业能够为进一步发展到SOA铺平道路。


总结


在实现虚拟化方面,网络是一种具有独特优势的IT资源,可以为建设以服务为导向的基础设施和SOA,提供一条切实可行的方法。利用SONA框架,企业可以获得端到端虚拟化和由策略驱动的服务编制所带来的优势。这种共享式服务架构可以在提高灵活性、机动性的同时,精简资源和降低运营开支。


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