高校軟件定義數(shù)據(jù)中心建設(shè)與優(yōu)化策略研究*

孟凡立

（江蘇師范大學 信息網(wǎng)絡(luò)中心，江蘇 徐州 221116）

一、引言

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心物理、邏輯架構(gòu)復(fù)雜，業(yè)務(wù)與基礎(chǔ)設(shè)施緊密關(guān)聯(lián)，靈活性差，應(yīng)用系統(tǒng)運行維護嚴重受制于硬件，造成數(shù)據(jù)中心的運行、維護和管理復(fù)雜，硬件資源利用率低，TCO（Total Cost of Ownership，總擁有成本）過高。隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的不斷擴展，越來越多的業(yè)務(wù)、功能和協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)上進行疊加，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備越來越多，設(shè)備類型不斷增加，安全策略也越來越龐大和復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)管理變得更加繁瑣，極大地增加了數(shù)據(jù)中心運維的難度，延緩了數(shù)據(jù)中心服務(wù)上線時間。近年來，隨著云操作系統(tǒng)、虛擬化、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、超融合等技術(shù)在高校數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)質(zhì)量與運行管理水平有效提升，推動高校數(shù)據(jù)中心向全軟件定義的數(shù)據(jù)中心演進?！败浖x”技術(shù)從最初的軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）開始，逐步發(fā)展到軟件定義存儲（Software Defined Storage，SDS）和軟件定義數(shù)據(jù)中心（Software Defined Data Center，SDDC）[1]。軟件定義數(shù)據(jù)中心通過軟件將數(shù)據(jù)中心的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全等重要基本構(gòu)建模塊虛擬化，并將各種不同的物理平臺轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢酝ㄟ^軟件整合成統(tǒng)一管理的單一實體。

SDDC 概念最早于2012 年由VMware 首先提出，通過軟件的方式實現(xiàn)了整個數(shù)據(jù)中心內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施資源的抽象、池化、部署和管理，滿足了定制化、個性化的應(yīng)用和業(yè)務(wù)需求，在數(shù)據(jù)中心層面為智慧校園提供了強有力的資源支撐[2]。軟件定義數(shù)據(jù)中心徹底改變了IT（Information Technology，信息技術(shù)）服務(wù)的交付方式，IT資源以完整的數(shù)據(jù)中心服務(wù)形式進行快速交付，包括計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源、安全服務(wù)等。軟件定義數(shù)據(jù)中心用戶從申請到獲得服務(wù)的時間從原來的幾天甚至幾個月，縮減到幾分鐘就可以獲取到按需定制的個性化數(shù)據(jù)中心服務(wù)，根據(jù)用戶需要可以提供不同等級、成本的服務(wù)。在軟件定義數(shù)據(jù)中心中，數(shù)據(jù)中心核心基礎(chǔ)設(shè)施都完成了虛擬化，能以服務(wù)的形式交付，并由軟件來控制，這是一種高靈活性、高彈性、高可擴展性和高安全性的數(shù)據(jù)中心模式，被越來越多的高校認可。

二、高校數(shù)據(jù)中心建設(shè)面臨的問題

目前多數(shù)高校已經(jīng)完成了服務(wù)器虛擬化工作，通過在傳統(tǒng)物理服務(wù)器上安裝虛擬化管理軟件，將服務(wù)器的CPU、內(nèi)存和硬盤等資源通過虛擬化管理軟件提供給操作系統(tǒng)，一臺物理服務(wù)器上可以運行多個操作系統(tǒng)，一個操作系統(tǒng)也可以調(diào)用多臺物理服務(wù)器的資源。虛擬化技術(shù)使傳統(tǒng)物理架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中陸續(xù)被虛擬化架構(gòu)替代，通過虛擬化技術(shù)實現(xiàn)了資源的動態(tài)分配和服務(wù)的高可用性，大幅提升了數(shù)據(jù)中心管理效率，降低了運維成本，很多高校一個技術(shù)人員可以管理維護幾百臺虛擬機，這在數(shù)據(jù)中心全面虛擬化之前是不可能完成的任務(wù)。隨著智慧校園的建設(shè)，數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴大，因為所有虛擬機的存儲全部來自于集中式存儲，其性能受集中式存儲控制器數(shù)量的影響，不可能隨著應(yīng)用需求的擴展而線性增加。由于數(shù)據(jù)無法快捷地在不同存儲設(shè)備之間進行遷移，無法有效解決存儲設(shè)備的性能孤島和數(shù)據(jù)孤島問題，從而嚴重影響了數(shù)據(jù)中心的可擴展性和安全性，當存儲設(shè)備發(fā)生故障時，數(shù)據(jù)中心的所有服務(wù)將全部停止工作。另外，由于應(yīng)用、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲是分離的，造成多個系統(tǒng)管理員分別管理，無法通力合作，運維和管理效率低下。

高校數(shù)據(jù)中心資源利用率低的問題隨著服務(wù)器的虛擬化得到了一定改善，但大量數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、存儲利用率仍然長期停留在25%以下，而全球數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的平均利用率僅為15%[3]。僅實現(xiàn)服務(wù)器虛擬化，數(shù)據(jù)中心的交換機、存儲、安全等設(shè)備沒有實現(xiàn)虛擬化，系統(tǒng)內(nèi)部硬件資源的負載很不均衡，由于各種設(shè)備之間處于隔離狀態(tài)，資源無法在設(shè)備之間流動，造成資源分布、使用不均衡，利用率低。通過服務(wù)器虛擬化，計算資源實現(xiàn)了動態(tài)調(diào)度，服務(wù)器硬件利用率得到了一定提升，但是由于資源調(diào)度的過程中需要使用大量資源，虛擬機遷移時間較長，存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源無法有效共享，無法有效支撐計算資源的靈活調(diào)度，從而無法實現(xiàn)整個數(shù)據(jù)中心資源的靈活調(diào)度。另外，隨著高校智慧校園建設(shè)要求的不斷提高，數(shù)據(jù)中心的性能、擴展能力和可靠性都受到了嚴峻挑戰(zhàn)，受CPU（Central Processing Unit，中央處理器）協(xié)同工作機制、集中存儲的IOPS（Input Output Operations Per Second，每秒輸入輸出量）性能瓶頸等因素影響，在現(xiàn)有架構(gòu)下，計算性能不可能無限擴充，為了獲取更高的計算能力，只能使用更多的設(shè)備借助交換機進行連接，從而達到擴展系統(tǒng)能力的目的。由于設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力比設(shè)備內(nèi)部數(shù)據(jù)總線傳輸能力低，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也更為復(fù)雜，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸效率更低，為了提升數(shù)據(jù)中心設(shè)備的利用率，通過基于集中式存儲架構(gòu)的虛擬化數(shù)據(jù)中心解決方案已不能解決數(shù)據(jù)中心目前面臨的問題，必須對數(shù)據(jù)中心整體架構(gòu)進行調(diào)整，才能滿足目前智慧校園建設(shè)的新需求。

三、軟件定義數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

軟件定義數(shù)據(jù)中心把傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的硬件資源進行虛擬化和軟件化，數(shù)據(jù)中心的計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲、管理、安全等資源都可以通過軟件進行定義，從而實現(xiàn)更加靈活配置的動態(tài)架構(gòu)，同時可以通過豐富的應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，API）對外提供服務(wù)[2]。軟件定義數(shù)據(jù)中心相較傳統(tǒng)虛擬化架構(gòu)主要變化體現(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)、存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由軟硬件一體變?yōu)檐浻布蛛x，由于網(wǎng)絡(luò)和存儲方式的調(diào)整，在帶來諸多便利的同時也出現(xiàn)了一些新的問題和挑戰(zhàn)，主要是軟件定義網(wǎng)絡(luò)、存儲的實現(xiàn)以及各類資源在數(shù)據(jù)中心靈活調(diào)度的實現(xiàn)方式。

1.軟件定義網(wǎng)絡(luò)

隨著數(shù)據(jù)中心流量的急劇增長，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)靈活性差、運行效率低、鏈路利用率低、負載均衡困難、易擁塞等問題愈發(fā)明顯，SDN 技術(shù)的出現(xiàn)為數(shù)據(jù)中心解決網(wǎng)絡(luò)當前所面臨的問題提供了一個有效解決方案?；ヂ?lián)網(wǎng)在最初設(shè)計時，為了提升整個網(wǎng)絡(luò)的健壯性，避免因單點故障導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)大面積癱瘓，采用了去中心化、分布式控制的設(shè)計理念，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制功能和轉(zhuǎn)發(fā)功能是緊密耦合的，控制和轉(zhuǎn)發(fā)通過同一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)，這種實現(xiàn)方式大幅提升了網(wǎng)絡(luò)整體的可靠性，單臺或局部設(shè)備停止工作不會對整個網(wǎng)絡(luò)的運行造成嚴重影響。高校為了面向校內(nèi)用戶提供私有云計算服務(wù)，需要更為靈活、高效的網(wǎng)絡(luò)支撐，數(shù)據(jù)中心對其內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)體系提出了新要求[4]。為解決這一系列問題，Mckeown教授于2009 年提出了軟件定義網(wǎng)絡(luò)的概念，計劃通過分離轉(zhuǎn)發(fā)和控制層來改善網(wǎng)絡(luò)僵化的問題[5]。軟件定義網(wǎng)絡(luò)可以有效解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)過于依賴設(shè)備供應(yīng)廠商所造成的管理成本高、維護工作量大、擴展升級困難等問題，有效滿足了智慧校園對數(shù)據(jù)中心資源快速調(diào)度的需求。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)目前受到廣泛認可的是ONF 提出的SDN 模型，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)被分成轉(zhuǎn)發(fā)、控制和應(yīng)用三個層級，該模型將控制功能從所有交換機中獨立出來，交換機只負責轉(zhuǎn)發(fā)，原來交換機的控制功能移交給控制層的控制器，通過控制器對整個網(wǎng)絡(luò)進行集中管理，控制功能的獨立與集中是實現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。分層的架構(gòu)使網(wǎng)絡(luò)具有更為靈活和細粒度的控制能力，數(shù)據(jù)中心能夠?qū)崟r優(yōu)化、控制整個網(wǎng)絡(luò)的流量，SDN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。SDN 控制器集中對物理交換機、虛擬交換機進行管理，在軟件定義網(wǎng)絡(luò)中交換機僅具備轉(zhuǎn)發(fā)功能，而原來交換機負責的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則交由控制器進行管理，控制能力的移交實現(xiàn)了控制功能與轉(zhuǎn)發(fā)功能的分離。轉(zhuǎn)發(fā)層中的設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，它根據(jù)控制層給其下達的指令進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的載體可以是物理交換機，也可以虛擬交換機軟件。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心環(huán)境下，數(shù)據(jù)中心需要的僅僅是高性能網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，甚至是純二層無路由功能的交換機就可以滿足需要，很大程度上降低了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度和對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能的要求。應(yīng)用層負責對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行分析和處理，指導(dǎo)底層設(shè)備控制流量轉(zhuǎn)發(fā)，從而實現(xiàn)路由、網(wǎng)關(guān)等各類網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)功能。根據(jù)數(shù)據(jù)中心服務(wù)管理需要，可以開發(fā)流量控制、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量保障、組播、網(wǎng)絡(luò)接入控制、網(wǎng)絡(luò)安全策略等應(yīng)用。通過軟件對網(wǎng)絡(luò)進行調(diào)度可以更好地開展數(shù)據(jù)可視化、網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)分析等工作，為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和管理水平提升提供有效的途徑。

SDN 網(wǎng)絡(luò)可編程、動態(tài)擴展的特點，對數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、存儲的建設(shè)與管理方式產(chǎn)生了深遠影響。SDN 控制和轉(zhuǎn)發(fā)相互分離以后，承載控制功能的控制器成為了整個網(wǎng)絡(luò)的核心，控制器放置位置的不同明顯會影響到整個網(wǎng)絡(luò)的性能，這不僅是SDN 應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心時需要面臨的首要問題，還是一個軟件定義網(wǎng)絡(luò)自身面臨的關(guān)鍵性的問題，SDN 網(wǎng)絡(luò)仍然處于發(fā)展期，部分技術(shù)細節(jié)還不夠成熟，在實施過程中應(yīng)根據(jù)應(yīng)用環(huán)境來進行選擇。

圖1 SDN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.軟件定義存儲

多數(shù)高校以前端服務(wù)器加后端集中共享存儲的模式，對數(shù)據(jù)中心服務(wù)器進行了虛擬化，隨著虛擬機數(shù)量的增加，普遍存在服務(wù)器計算、內(nèi)存資源還有富余的情況，使存儲系統(tǒng)的性能、空間首先達到瓶頸，導(dǎo)致虛擬機的運行受到影響，其實，存儲的采購、實施以及后續(xù)的管理都比較復(fù)雜。近幾年，軟件定義存儲開始從概念走向?qū)嵸|(zhì)，軟件定義存儲的目標是將存儲應(yīng)用程序與物理的數(shù)據(jù)存儲基礎(chǔ)設(shè)施分離，實現(xiàn)存儲資源的靈活分配，軟件定義存儲允許用戶自主創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)，用戶可自由選擇硬件供應(yīng)商，并通過軟件自主創(chuàng)建解決方案。傳統(tǒng)存儲以硬件為核心，軟件定義存儲以工作負載為核心，軟件定義存儲改變了存儲資源的提供方式，容量可以根據(jù)用戶對性能、空間以及可靠性的要求按需提供。軟件定義存儲實現(xiàn)了軟件與硬件的隔離以及異構(gòu)平臺的有效共享，與傳統(tǒng)的存儲虛擬化有本質(zhì)區(qū)別，它既支持通用硬件，也支持專用硬件的特殊功用，適用于幾乎所有橫向擴展的存儲[6]。通過對異構(gòu)存儲資源的統(tǒng)一資源池化管理，支持存儲和數(shù)據(jù)服務(wù)的按需線性分批建設(shè)，管理員設(shè)置存儲和數(shù)據(jù)服務(wù)的管理策略，通過豐富的自助服務(wù)接口向虛擬機提供資源，從而實現(xiàn)了存儲和數(shù)據(jù)服務(wù)的解聚。

超融合架構(gòu)的出現(xiàn)，為數(shù)據(jù)中心及存儲系統(tǒng)全面虛擬化提供了理想的技術(shù)解決方案。超融合架構(gòu)目前有兩種解決方案：第一種是使用軟、硬件一體的超融合設(shè)備，就是在單個機箱內(nèi)提供完整的虛擬機平臺解決方案，實質(zhì)就是一個部署了多個虛擬管理程序的商用X86 服務(wù)器，并利用相關(guān)軟件將本地存儲匯聚到一個大的共享池里，供虛擬機使用；第二種方案就是通過純軟件的方式實現(xiàn)，軟件定義存儲可以更好地實現(xiàn)整個數(shù)據(jù)中心資源的自動化。數(shù)據(jù)中心僅僅實現(xiàn)存儲虛擬化，存儲很難與服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)中心其他資源協(xié)同工作，只有實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心整體虛擬化，才可能實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲和安全資源的協(xié)同工作。通過超融合架構(gòu)建設(shè)的分布式存儲系統(tǒng)，可以使虛擬機快捷地從一臺服務(wù)器在線遷移到平臺內(nèi)的任一臺服務(wù)器，這能有效提升數(shù)據(jù)中心的容災(zāi)能力。超融合架構(gòu)下軟件定義存儲的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 軟件定義存儲結(jié)構(gòu)示意圖

3.虛擬機遷移

為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的管理和優(yōu)化，需要不斷對軟件定義的數(shù)據(jù)中心進行資源分配、資源優(yōu)化、設(shè)備更新和負載均衡等操作，這需要虛擬機從工作服務(wù)器遷移到目的服務(wù)器。實時虛擬機遷移有利于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和管理目標，為了保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性需要在遷移過程中不中斷正在運行的服務(wù)，通過虛擬機實時遷移技術(shù)，可以在虛擬數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)這些目標，但是虛擬機遷移仍然可能對網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)性能產(chǎn)生影響。主要原因是在執(zhí)行虛擬機遷移操作時，工作主機和目的主機上需要消耗大量的計算資源，這肯定會對其他共享這臺物理機的虛擬機性能產(chǎn)生影響。多臺虛擬機共享一臺物理主機時，每臺虛擬機都沒有獨立的計算資源，虛擬機管理平臺無法保證每臺虛擬機有效的性能獨立。當進行大規(guī)模的虛擬機遷移時，遷移過程可能會使用承載了關(guān)鍵服務(wù)的鏈路來傳輸遷移數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁堵、延遲甚至數(shù)據(jù)包丟失?？傔w移時間和停機時間是評估實時虛擬機遷移性能的兩個重要指標，遷移持續(xù)時間過長可能會影響數(shù)據(jù)中心為用戶分配新的虛擬機，或者導(dǎo)致延遲資源分配。在遷移過程，虛擬機也會經(jīng)歷不可忽略的停機時間。為了有效地進行虛擬機遷移，減少總遷移時間，提升服務(wù)性能，可以通過基于分組的啟發(fā)式算法（grouping-based heuristic algorithm，GBHA）進行遷移，算法通過計算每個分組的虛擬機對其他虛擬機遷移時間的累積影響，通過數(shù)據(jù)中心軟件管理平臺及時優(yōu)化調(diào)整分配有限的計算、網(wǎng)絡(luò)帶寬等資源，找到最優(yōu)的遷移方案，從而在滿足依賴關(guān)系和性能要求的前提下，解決大規(guī)模遷移觸發(fā)時的遷移規(guī)劃問題，減少虛擬機的總遷移時間。

4.軟件定義計算

服務(wù)器虛擬化是SDC 的核心技術(shù)之一，目前多數(shù)高校已完成了服務(wù)器的虛擬化工作，有效提升了服務(wù)器的使用率，服務(wù)器的管理更為高效，運行質(zhì)量也得到了一定提升。服務(wù)器虛擬化后，通過虛擬化管理平臺軟件可以對計算機資源進行高效調(diào)度管理，實現(xiàn)了通過軟件對計算機資源的管理，是軟件定義數(shù)據(jù)中心中最早開展也是最為成熟的一個環(huán)節(jié)。

5.軟件管理平臺

軟件管理平臺是整個軟件定義數(shù)據(jù)中心的調(diào)度中心，負責將計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全等資源根據(jù)軟件設(shè)置的策略進行自動化調(diào)度與統(tǒng)一管理、編排和監(jiān)控，同時根據(jù)用戶需求形成不同層次的服務(wù)以及資源量化統(tǒng)計能力。數(shù)據(jù)中心軟件管理平臺主要包括資源管理、服務(wù)管理和運維管理三個主要功能模塊。目前VMware、Amazon 和Microsoft 等公司已經(jīng)開始提供比較成熟的虛擬化數(shù)據(jù)中心管理平臺，另外OpenStack 等開源軟件也得到了較為廣泛的應(yīng)用，開源的SDDC 管理平臺軟件具有較好的開放性和兼容性，但后期維護升級服務(wù)的可持續(xù)性存在一定的風險，管理平臺是數(shù)據(jù)中心的核心，其穩(wěn)定性決定了數(shù)據(jù)中心整體運行情況，建議優(yōu)先考慮商業(yè)化的成熟方案。

四、軟件定義數(shù)據(jù)中心的優(yōu)化與提升

軟件定義數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)了對資源的動態(tài)調(diào)配，有效提升了資源利用率，通過軟件集中管理使運維難度和管理成本進一步降低。相較傳統(tǒng)虛擬化數(shù)據(jù)中心，軟件定義數(shù)據(jù)中心在靈活性、安全性、穩(wěn)定性和整體效能方面都有明顯的提升空間。

1.靈活性

軟件定義數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)了計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源的池化，可以根據(jù)業(yè)務(wù)類型，將數(shù)據(jù)中心劃分為多個VDC（Virtual Data Center，虛擬數(shù)據(jù)中心），對不同業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)進行有效隔離，由軟件定義數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)直接配置底層的硬件設(shè)備實現(xiàn)，以提供不同業(yè)務(wù)之間的完全隔離，相較于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作更為簡便，實現(xiàn)更為快速，數(shù)據(jù)中心靈活性得到大幅提升，VDC 數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)如圖3 所示。在軟件定義數(shù)據(jù)中心環(huán)境下，計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源全部實現(xiàn)了虛擬化，形成了資源池，資源的分配、回收、優(yōu)化更為靈活。同時SDDC 為大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)自動化帶來了新的機遇，數(shù)據(jù)中心整體虛擬化后，通過硬件與軟件的解耦，高校可以有效提高業(yè)務(wù)的敏捷性，業(yè)務(wù)部署更加快速，管理、維護更為靈活方便，用戶體驗更好。

圖3 VDC 數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)示意圖

2.安全性

在沒有實現(xiàn)整體虛擬化時，如果數(shù)據(jù)中心內(nèi)部一個業(yè)務(wù)系統(tǒng)被黑客攻破，數(shù)據(jù)中心所有業(yè)務(wù)都會暴露在被攻破的系統(tǒng)中，因為傳統(tǒng)的安全產(chǎn)品部署在數(shù)據(jù)中心的出口，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間很難實現(xiàn)完全隔離。常見的做法是讓所有網(wǎng)絡(luò)流量必須從數(shù)據(jù)中心流出到安全設(shè)備，經(jīng)過安全設(shè)備檢測后再回到數(shù)據(jù)中心，不論流量的交互方是否在同一臺物理主機內(nèi)，這導(dǎo)致數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)路由并不是最優(yōu)路徑，在降低效率的同時消耗了大量數(shù)據(jù)中心資源。實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心整體虛擬化后，通過數(shù)據(jù)中心軟件管理平臺，可以對各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實施更精細化的控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部所有虛擬機的隔離，虛擬機之間必須經(jīng)過數(shù)據(jù)中心管理平臺允許，才可以交互數(shù)據(jù)，從而進一步提升了數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)安全性。另外通過VDC 技術(shù)將數(shù)據(jù)中心按業(yè)務(wù)類別和安全等級可以劃分為幾個虛擬的數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在多個層面的完全隔離，大幅提升了數(shù)據(jù)的安全性。

3.穩(wěn)定性

隨著智慧校園的建設(shè)，數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷增大，學校對業(yè)務(wù)的可靠性提出了更高的要求。為了提高數(shù)據(jù)中心運行的可靠性，除了提升系統(tǒng)本身的健壯性外，當前主流做法是通過負載均衡的方式實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)雙活部署。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的分布式架構(gòu)使得負載均衡技術(shù)難以滿足低成本、高靈活性、自適應(yīng)調(diào)整的要求，SDN 數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)路徑當前負載狀況和鏈路負載波動為路徑設(shè)置一個權(quán)重，并以此作為路徑選擇依據(jù)，針對需要調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)流量，設(shè)置流量閾值，從而保證了高效的網(wǎng)絡(luò)流量調(diào)度[7]。在軟件定義數(shù)據(jù)中心中，所有流量通過集中的控制器進行調(diào)度，因此可以更為方便、快捷地掌握服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)整體運行狀態(tài)，從而可以根據(jù)各鏈路及服務(wù)的負載和運行情況引導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，集中的控制器通過算法就能完成傳統(tǒng)負載均衡設(shè)備的所有功能，有效提升了數(shù)據(jù)中心整體運行質(zhì)量和可靠性。通過對容易引起網(wǎng)絡(luò)擁塞的高并發(fā)負載進行調(diào)度，將高負載應(yīng)用、鏈路的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到低負載設(shè)備，以降低最大負載，并使整個數(shù)據(jù)中心的負載更加均衡。

4.效率

軟件定義數(shù)據(jù)中心能夠縮短服務(wù)部署的時間，應(yīng)用程序的部署不再需要幾個星期，僅需幾分鐘，服務(wù)及其配套的網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源和安全政策都可以部署到位。通過API 驅(qū)動的虛擬化可實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心環(huán)境完全自動化，軟件定義數(shù)據(jù)中心能夠提供更為全面的應(yīng)用環(huán)境。和數(shù)據(jù)中心管理人員現(xiàn)在配置虛擬機一樣，在軟件定義數(shù)據(jù)中心中，計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲和安全都可以在集中的軟件管理平臺上通過軟件設(shè)置來實現(xiàn)，因此，數(shù)據(jù)中心管理中員不僅可以進行自助快速配置，還能獲取數(shù)據(jù)中心必需的業(yè)務(wù)連續(xù)性、實施效率和控制能力。

5.優(yōu)化情況

通過軟件定義數(shù)據(jù)中心架構(gòu)對傳統(tǒng)虛擬化數(shù)據(jù)中心進行改造后，數(shù)據(jù)中心在服務(wù)器利用率、交換機利用率、能耗、穩(wěn)定性、安全性、存儲利用率、可用性和可擴展性等方面都得到了明顯的提升，優(yōu)化前后的對比情況見圖4。

五、結(jié)束語

圖4 軟件定義數(shù)據(jù)中心與傳統(tǒng)架構(gòu)對比圖

本文在數(shù)據(jù)中心整體虛擬化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了軟件定義數(shù)據(jù)中心，很好地支持了基礎(chǔ)設(shè)施云中的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全資源的池化和彈性調(diào)度。從技術(shù)角度來說，軟件定義數(shù)據(jù)中心的本質(zhì)是通過軟件定義計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)和安全資源，并以API 接口的方式對外提供服務(wù)。同服務(wù)器虛擬化一樣，軟件定義網(wǎng)絡(luò)、軟件定義存儲以及軟件定義的其他IT 資源，整合形成了軟件定義數(shù)據(jù)中心，對高校整體IT 基礎(chǔ)設(shè)施帶來明顯變化，并進而對構(gòu)建在其基礎(chǔ)上的應(yīng)用、數(shù)據(jù)和服務(wù)產(chǎn)生了深遠影響。因此需要高校從整體架構(gòu)層面做好規(guī)劃和設(shè)計，確保軟件定義數(shù)據(jù)中心實施的有序、高效。