云计算概念、模型和关键技术

摘要:云计算指IP技术架构下的网络计算，其本质是ICT业务的一种新的应用方式。绝大数企业和运营商的数据中心的改造将是云计算未来发展的主要任务：使云计算技术更为普遍和更为广泛地为绝大部分企业、机构、团体和运营商服务。云计算技术将不仅提供传统意义的IT资源和应用服务，而且将支持包括IT、通信、电视、移动和物联等一切互联网技术融合后的资源使用和业务应用。云计算发展的关键技术主要有统一交换构架、统一虚拟化和统一计算系统，云计算发展的战略推手将是组建开放产业联盟和推动开放技术标准。

关键字:云计算；统一交换构架；统一虚拟化；统一计算系统

英文摘要:Cloud computing is a new technology for network computing under the IP architecture, and its potential lies in new ICT business applications. For the majority of operators and enterprises, the main task of cloud computing is data centre transformation. This will ensure cloud computing becomes more widespread among enterprises, institutions, organizations, and operators. Cloud computing will not only provide traditional IT resource usage and application services, but will also support full resource usage and application services—such as IT, communications, video, mobile, as well as Internet of Things under a converged network infrastructure. Some key cloud computing technologies include unified fabric, unified virtualization, and a unified computing system. The formation of an open industry alliance and promotion of open technology standards will also be strategically critical for future development of cloud computing.

英文关键字:cloud computing; unified fabrics; unified virtualization; unified computing system
 
    随着有关云计算概念、术语和技术的不断涌现和大量报道，人们对在企业中采用和实施云计算技术的热情大增。现在人们对云计算可能带来的好处已有所了解，但同时也应该看到，由于云计算概念和技术比较新颖，涵义比较宽泛，再加上市场上一些人将云计算放大成无所不包、无所不能和无所不在的万能技术，因此对云计算的描述和推销多少出现了一些浮燥和炒做的嫌疑。云计算有点像天上的云的感觉：飘忽不定，虚无缥缈。本文认为，脱离实际过分夸大或缺乏全面分析地炒做云计算不仅可能带来误解，也会使得云计算的市场实践盲目推进，对于云计算产业在中国的成长非常不利。事实上在中国产业界有关云计算的介绍文章较多，对云计算发展趋势的理性分析文章较少。所以，有必要对云计算的由来和概念进行了较为全面的梳理和定义，并在此基础上，分析云计算的早期技术模式和业务形态。在总结云计算技术为IT产业带来好处的同时，理性分析其技术的不足及局限，从而找出云计算未来发展的突破方向十分必要。

值得一提的是，目前中国云计算的讨论多数集中在早期云计算的概念、技术和模式。早期的云计算是一种动态的、易扩展的、通过互联网提供虚拟化IT资源和应用的一种计算模式。用户不需要了解云技术内部的细节，也不必具有云内部的专业知识，更不需要直接参与、投入、建设、维护和控制就能直接按需使用并按用量付费。早期的云计算技术本质特征是采用虚拟技术使用户共享一个共同的物理资源池，但应看到虚拟技术不是云计算技术的全部。

早期云计算的IT资源包括服务器、存储、宽带、网络及安全等资源组件，而数据中心是云计算资源和能力的主要支持和供应核心。早期云计算实践结合了虚拟化技术、网格计算技术、分布式计算技术，不但体现了新兴技术的组合和创新，更代表着业务和商业模式的创新和开拓。早期云计算的实践不仅影响了IT技术和架构未来的走向，还影响着商业模式、应用开发、业务部署、运行交付的一系列IT应用和实现。

尽管人们所普遍熟悉和广为介绍的这些早期的云计算概念、技术和模式已经商用，并取得一些瞩目的成功，但是必须看到，早期的云计算理念和技术还有极大的局限性。本文分析了早期的云计算理念的由来、基础设施、云业务适用的模式、商业模型以及相关技术和应用场景，同时也指出了其局限性及造成局限性的技术根源，并从产业发展的视野来分析云计算下一个阶段的重点。本文认为绝大数企业和运营商的数据中心的改造将是云计算未来发展的主要任务：使云计算技术更为普遍和更为广泛地为绝大部分企业、机构、团体和运营商服务[1-4]。

早期的云计算概念、技术和模式将得以全面拓展，云计算将不仅提供传统意义的IT资源和应用服务，而且将支持包括IT、通信、电视、移动和物联等一切互联网技术融合后的资源和应用。毫无疑问，云计算作为一个新技术和新的运营模式正影响着IT产业的未来走向。

1 云计算的概念

计算机的应用模式大体经历了以大型机为主体的集中式架构(数据中心1.0)、以PC机为主体的客户/服务器分布式计算架构(数据中心2.0)、以虚拟化技术为核心面向服务的体系结构(SOA)及基于Web2.0应用特征的新型架构(数据中心3.0)。计算机的应用模式、技术架构及实现特征的演变是云计算发展的时代背景。

云计算由英文Cloud Computing直接翻译而来。这样一个通俗的技术术语，却难以找到业界统一的定义。随着云计算术语的流行和广泛使用，有必要对云计算的由来和其核心概念简略进行介绍，以方便理性分析和讨论。

云计算中的"计算"是一个简单而明确的概念。"计算"系指计算应用，在产业和市场中，可以指一切IT应用。随着网络技术的融合，一切信息、通信和视频应用也都整合在统一的平台之上。由此推而广之，云计算中的"计算"可以泛指一切ICT的融合应用。所以，云计算术语的关键特征并不在于"计算"，而在于"云"。

应该说，云概念这个术语的诞生和使用纯属偶然。在互联网技术发展的早期阶段，技术人员都习惯性地将互联网画成一朵"云"来代表，因为这样一来，人们可以简化网络内部的技术细节和复杂机制来方便讨论新技术。随着互联网技术的飞速发展，互联网应用的全面普及和广泛深入，互联网技术使ICT应用架构发生了深刻和根本的改变，于是采用云计算来代表和体现新型的网络计算特征和技术趋势就变得非常自然。因此，云计算这一术语很容易就在业界流行起来。

互联网技术成为ICT应用的基础，层出不穷的互联网应用需求也要求ICT理念进行重新思考和设计。这种改变不仅带来ICT应用平台的更新换代，而且也带来ICT应用实现和商用模式的创新。这种变化的影响是如此巨大而鲜明，以至于人们可以从多个角度和视角来描述这些新的特征和现象。尽管云计算的概念和定义很多，但究其本质还是为了满足ICT应用和业务的网络实现。为了理论和讨论的严谨性，本文给云计算更为明确而严格的定义：云计算是在整合的架构之下，基于IP网络的虚拟化资源平台，提供规模化ICT应用的实现方式。

云计算的实质是网络下的应用，是由IP和IT技术共同构建的。从发展的角度来看，"云"的技术和目标是一个逐步演化的过程。比如，Web技术出现时，就具备了云计算的应用特征有了统一界面的雏形。随着服务器应用平台上的虚拟化技术的成熟和Web统一界面的推出，虚拟化和Web走向结合，使得云计算可以在一个整合的架构上统一实现。

2 云计算的实现模型

如果说"云"的本质就是业务实现的方式，那么云计算有哪些新的业务模型呢？

比较熟悉的早期云计算实践来之于国际上以亚马逊、谷歌(Google)和Saleforces.com为代表的公司，并且都提供了具有显著特征，但又代表着不同模式的成功云业务。

基云系指将IT的基础设施作为业务平台，直接按资源占用的时长和多少，通过公共互联网进行业务实现的"云"。基云的用户可以是个人，也可以是企业、集体和行政单位。基云在英文里是IaaS，也称基础设施即服务。亚马逊(Amazon)是业界通过其弹性计算云(EC2)最早实施基云的运营商。基云的IT业务将计算、存储、网络、安全等原始IT资源以出租形式租给用户。用户可以通过操作系统和应用软件(如数据库和Web服务软件)使用租来的IT资源。

平云系指将应用开发环境作为业务平台，将应用开发的接口和工具提供给用户用于创造新的应用，并利用互联网和提供商来进行业务实现的"云"。平云可以利用其他基云平台，也可以用平云运营商自己的基云平台。平云在英文里是PaaS，也称平台即服务。谷歌(Google)通过其AppEngine软件环境向应用开发者提供平云业务，应用开发者必须采用AppEngine应用接口来开发应用。

软云系指基于基云或平云开发的软件。与传统的套装软件不同，软云是通过互联网的应用来进行业务的实现。软云业务可以利用其他的基云和平云平台，也可以利用软云运营商自己的基云和平云环境。软云在英文里是SaaS，也称软件即服务。Saleforces.com是最著名的软云运营商之一，提供企业资源规划(ERP)应用服务。软云为用户省去了套装软件安装、维护、升级和管理造成的麻烦，因为应用程序完全由软云运营商集中管理。

云计算按照层次可将业务模式划分为3层，最顶层是软云，中间层是平云，底层是基云。在基云之下是构建云计算的基础技术。

基于云计算的实践与运营案例，可以总结出云计算的基本特征：

(1)动态的高可扩展性

云技术使用户可以随时随地根据应用的需求动态地增减IT资源。由于应用运行在虚拟平台上，没有事先预订的固定资源被锁定，所以云业务量的规模可以动态伸缩，以满足特定时期、特定应用及用户规模变化的需要。

(2)虚拟化的超大规模

云业务的需求和使用与具体的物理资源无关，IT应用和业务运行在虚拟平台之上。云计算支持用户在任何有互联网的地方、使用任何上网终端获取应用服务。用户所请求的资源来自于规模巨大的云平台。

(3)高可用性

云平台使用数据多副本拷贝容错、计算节点同构可互换技术来保障服务的高可用性。任何单点物理故障发生，应用都会在用户完全不知情的情况下，转移到其他物理资源上继续运行，使用云计算比使用其他计算手段的可用性更高。

作者：殷康   来源：中兴通讯技术——第4期 总第93期