虚拟化数据中心建设技术方案【投标方案】

虚拟化数据中心建设技术方案【投标方案】内容摘要：

闭部分服务器藉此根据实际工作负载需要精确控制功耗和碳排放量 服务配置文件和服务配置文件模板是大幅简化在系统中添加新服务器这一流程的机制能在几分钟而非数小时甚或数天内将新服务器添加到资源池同样这个机制也能用来重新配置服务器以便服务器能用于另一不同的资源池中 Cisco UCS Manager 全方位配置服务器以及它在系统中的连接它能设置或配置唯一用户 ID UUID BIOS 和固件版本包括 MAC 地址 VLAN 和服务质量 QoS 设置在内的 NIC配置包括全球名称 WWNVSAN带宽限制和固件版本在内的 HBA配置以及包括 VLANVSANQoS 和以太通道设置在内的上行链路端口配置 服务配置文件全面定义服务器及其所有设置可使用服务配置文件来配置新服务器或在需要时用它来配置同一服务器的副本以便全部软件都能从原始服务器迁移到替代服务器这些操作对于软件和其许可证机制完全透明参见图 2 服务配置文件是对服务器进行全面定义而服务配置文件模板则是定义如何创建服务配置文件服务 配置文件就像是课程示例服务配置文件模板则定义课程即定义创建服务配置文件的策略 图 2 服务配置文件配置服务器和网络资源能使服务器配置在物理服务器间移动 通过激活服务配置文件模板能够将多个服务器进行完全相同的配置同时又使它们能在采用唯一标识符的实例中拥有自己的身份如 UUIDMAC地址和 WWN应用服务配置文件模板的结果就是获得一个全面定义一个独特服务器的服务配置文件当一台新服务器被添加到思科统一计算系统时 Cisco UCS Manager 能发现它并根据服务器的物理特征自动应用相应的服务配置文件模板借助这一功能能够 快速简便地向不同虚拟池添加服务器例如一个虚拟池可能包括多个 64GB 主内存的服务器这对于某类应用已经足够而另一虚拟池中的服务器则可能至少为 192 GB主内存以实现最大虚拟机密度 Cisco VNLink 技术 思科统一计算系统中的每台服务器都通过一条或多条物理链路连接到互联阵列 Cisco VNLink技术能在单一物理链路上配置多条虚拟链路虚拟链路将虚拟机中的一个虚拟 NIC vNIC 连接到互联阵列中的一个虚拟接口当使用 Cisco UCS M81KR虚拟接口卡时从与虚拟机连接通过直通交换或 Hypervisorbypass的物理接口创建一条虚拟链路参见图 5 这使得对于虚拟机的网络连接的管理能像管理物理服务器的物理链路一样进行虽然进出虚拟机的所有流量都通过各自不同的虚拟链路传输但 QoSVLAN 和访问控制列表 ACL 等属性能从单一管理点统一管理 虚拟链路在互联阵列内部的虚拟接口处终止一个虚拟接口与一个物理接口相关联这种关联能根据需要改变当一个虚拟机从一台服务器移动到另一台服务器该 VM 的虚拟链路所连的虚拟接口只要简单地与另一个物理端口建立关联就可以了现在虚拟机的网络特性也能随它们一起在服务器间移动不必再在多个交换层 间进行复杂的协调 在互联阵列中的虚拟接口与虚拟接口卡所支持的物理接口之间思科统一计算系统通过硬件部署了 Cisco VNLink 技术在使用非 Cisco UCS M81KR 接口来传输虚拟机网络流量时使用 Cisco Nexus 1000V 系列交换机在软件中也能实现相同的管理简洁性 图 5 Cisco VNLink 技术支持每虚拟机链路它们的管理和移动独立于物理链路 使用虚拟接口和 Cisco VNLink 技术进行联网 传统的刀片服务器为部署虚机环境增加了不必要的成本复杂性和风险在大多数网络部署中网络接入层被分为三 个层次很难控制网络连接并保证其安全增加了 VM 到 VM 联网的延迟难以进行高效管理 接入层交换机通常属于数据中心基础设施范畴由网络管理员管理对安全和QoS 进行高效控制 刀片服务器中的交换机增加了一个新网络层它们使用的处理器和特性集常常与数据中心接入层交换机所用的处理器和特性集不同 虚拟软件厂商部署的软件交换机占用 CPU 周期来模拟网络硬件其代价就是降低应用性能这些软交换机常常超出了网络管理员的控制范围经常由服务器管理员配置 这些环境中的接入层划分导致的结果是在同一刀片服务器中的虚拟机同一机箱中的虚拟机或不同机 箱中的虚拟机之间通信时采用不同交换设备来实现 VM到 VM 通信很难在各层实现统一管理尤其是在虚拟机在服务器间动态移动时就更为困难 思科统一计算系统将 VM到 VM通信所需的交换机精简为一个互联阵列由此简化加速并保护了交换这种方法为系统中的所有网络通信提供了单一控制和管理点参见图 4 单一接入层交换机即 Cisco UCS 6100 系列互联阵列支持虚拟机间的所有网络流量传输而无论虚拟机位于何处为网络流量提供了单一控制和管理点 无需在刀片中部署交换机而是使用 Cisco UCS 2100 系列阵列扩展模块它逻辑上是互联阵列的 一部分将所有流量从刀片服务器传输到上游互联阵列 无需使用软件交换机虚拟机直接连接到物理 NIC 采用直通交换或采用Hypervisorbypass 技术对其进一步加速此技术由支持导向 IO 的 Intel 虚拟化技术提供 图 4 思科统一计算系统提供了单一控制和管理点不再划分网络接入层 采用 Cisco UCS M81KR 虚拟接口卡的 Cisco VNLink 技术 当服务器配置了 Cisco UCS M81KR 虚拟接口卡时思科统一计算系统能发挥最大功效这些卡采用灵活配置的 IO 使 Cisco UCS Manager 能创建多达 128 个其中8个预留供系统使用以太网 NIC或光纤通道 HBA的任意组合其身份 MAC地址和 WWN可动态编程这个虚拟接口卡提供了足够的接口保证每个虚拟机都能拥有一个或多个专用物理接口因此不再需要虚拟软件层面的交换 Cisco UCS Manager 与 VMware vCenter 软件共用能够协调虚拟机及它们直接与之通信的接口的创建和移动 Cisco UCS Manager 中的端口配置文件定义了虚拟机所使用的 NIC配置在创建 VM或将 VM移动到另一服务器时灵活地引导管理器配置虚拟机所需的接口端口配置文件的名称与 VMware ESX 服务器中的端口组名称相对应当 VMware ESX 服务器希望创建一个新虚拟机或设置虚拟机移动的目的地时它将端口组名称告知虚拟接口卡虚拟接口卡向 Cisco UCS Manager 询问具有相同名称的端口配置文件然后虚拟机就能使用预期的设备来连接网络 总结 服务器虚拟化为世界各地的数据中心带来了众多优势但同时它也向数据中心提出了挑战如果有统一的 IO 配置和足够的带宽在每台物理服务器上支持大量VM 则资源池的管理会较为容易资源池将能更快速地应对迅速变化的业务情况和工作负载新服务器资源的添加能在几分钟内完成然后设 置并投入使用而无需通过数小时甚或数天繁琐耗时且易于出错的人工配置来准备服务器及其接口固件和设置通过平衡 CPU 处理能力和经济高效的内存配置使虚拟机密度提高时就能够更轻松地实现服务器虚拟化的经济优势最后在统一了网络接入层并以相同方式对待虚拟机链路与物理服务器链路时能够更高效更安全地管理虚拟环境并获得更出色的 QoS 思科统一计算系统通过下一代数据中心平台解决了上述挑战此平台将计算网络存储访问和虚拟化统一到一个综合系统中进行集中管理并使用 VMware ESX服务器等虚拟化软件进行协协调该系统在一个万兆以太网统一阵列 中集成了企业级服务器提供了虚拟机和虚拟化软件所需的 IOUCS 中用户可以非常方便的实现双活网络的高可用并且实现不丢包的网络故障切换普通刀片系统无法实现类似功能 目前每台服务器无论刀片还是机架式一般都配有 2 块网卡为实现网络高可用用户都会做网卡的绑定以实现当一块网卡损坏或一条网络链路故障能自动切换到另一条链路但是这样的做法有一定局限性网卡的切换需要一定时间一般 为几秒钟且切换过程中一定会导致应用的中断对于刀片系统来讲情况就要严重得多因为刀片系统中交换机是插入刀片机箱的一般刀片到交换机的连接不会故障刀片网卡是经中板连至交换机的下行接口一般中板不会损坏这时如果交换机上行链路故障如线路物理损坏上行交换机损坏等传统刀片系统无法实现故障切换这是因为刀片上的 OS 认为刀片的到机箱内交换机的连接是完好的所以无论上行链路出现什么问题 OS都不会有任何动作这种情况下即使 OS能正常运行网络也不通更严重的是用户也无法通过正常的远程连接来让网卡做故障切换只能通过管理模块来实现而管理模块通常在 特定的管理网段内一般不对外 采用网卡绑定的另一个问题是只能有一个 IP地址这对某些需要多 IP地址的应用来所就有很大限制 UCS 的架构和普通刀片不一样刀片机箱内无交换设备刀片机箱连到 6120XP上 6120XP 工作在 endhost 模式在配置刀片和 6120XP 连接时用户可以指定某块网卡连到特定的 6120XP一旦这条链路上任何部件故障无论是 6120XP本身机箱到6120XP的连线还是 6120XP到上行交换机的连线或者是上行交换机本身只要有任何部件故障刀片服务器上的网卡会自动采用另一条链路而切换过程不丢包保证业务的连 续性 这个独特的功能是由硬件实现和操作系统完全无关无需在 OS 层面上做网卡绑定不但实现不中断切换还实现双 IP 和双活 以下是该功能的配置示意图只要简单的点选 fail over 框即可 下图是整体系统架构图 注此功能目前适用于虚拟化平台 自动化的备机切换 UCS 采用了 service profile 和无状态计算概念所有刀片服务器在没有配置前均可视为裸机因此刀片服务器的物理位置或者说插入那个机箱已经不再重要这样就为跨机箱的服务器冗余做好物理上的准备 当用户设置了 server pool 并将某个配置文件关联到此 server pool 该配置文件会自动寻找第一个可用的服务器资源并和它做关联当该服务器损坏配置文件会继续寻找第二个可用服务器资源并自动与之关联由于配置文件中规定了服务器的物理参数如 MAC 地址 WWN 地址 VLAN 和 VSAN 的连接 boot order 等各项参数新的服务器也即备机就会具有和老服务器一样的物理参数由此无需在网络和SAN 设备上做任何重新设置备机就具有老服务器的所有特性如果采用 boot from SAN 的模式 OS 和用户应用就可自动重启完全无需人工干预 传统冷备模式需要大量的人工干预并且需要事先准备好所有的介质而 UCS的自动备机技术则完全避免了类似的情况实现了备机的自动切换 UCS 系统中 6120XP 的超高性能 UCS 中的统一交换平台 6120XP 是目前业界符合 DCEDate Center Ether标准的交换设备 6120XP 是一款全万兆接口线性速率低延时不丢包的交换设备且支持 FCoE 协议此款高性能交换设备可以帮助用户实现以前只有采用专有设备才能实现的性能如大规模并行数据库和高性能计算 如果用户希望实现大规模并行数据库一般只能限制在 2 个节点如果不采用专有设备如 infinband超过 2节点就会导致性能下降而不是提高原因在 于并行数据库需要做到内存同步虽然同步的数据量不是很大但是一台服务器的内存改变需要同步到所有服务器上一旦节点数上升则同步开销就对大大增加而内存同步的一个关键指标就是交换设备的延时普通万兆交换机的端口延时在毫秒级一些产品虽然采用万兆端口但是延时会在 20 微秒左右在大型 TCP 帧时甚至回到 300微秒采用这样的设备并行数据库的性能无法随节点数的增加而提高只会下降即使用户试图采用多网卡绑定等方式也无济于事这是由设备的物理参数决定的 6120XP 的端口延时在 32 微秒左右相对于传统交换机有 10 倍以上的提高只有在采用这种交换设 备的前提下才能充分利用并行数据库的架构优势实现性能随节点数增长而线性提高 下图为 Oracle RAC 的性能测试数据可以看到随节点数的增加用户也接近线性增加而响应时间甚至在下降这是采用传统交换设备无论如何做不到的 UCS 系统中 M81KR 的超高性能 UCS 中的 M81KR 虚拟网卡是 Cisco 的独特产品该虚拟网卡可以模拟出最多128个独立的设备包括 NIC 和 HBA且在。