云计算概念、模型和关键技术

(4)按需使用，按用付费

云业务是一个庞大的资源池，用户按需购买，如同像自来水、电、煤气那样计费。无论是短期还是长期，云计算的商业模型都按使用量付费。

(5)资源复用，成本廉价

由于云计算采用资源的统计复用技术，所以IT物理资源的利用率大为提高，从而使云的业务成本大大降低。

早期云计算的业务模式都有一个共同特点，那就是采用共有云(Public cloud)的架构提供单云(Stand-Alone Cloud)业务。共有云系指云业务的创立、拥有和提供由同一云运营商通过公众的互联网对所有公众开放的"云"。而单云系指提供相对单一功能应用的云实现，如搜索应用、IT资源应用。

早期云计算采用的技术理念是将分布在不同物理地点低廉的计算资源通过互联网联系在一起，形成巨大的虚拟资源池来提供单云业务。云计算可以充分利用闲置的资源进行大量运算，同时能够快速调度资源使用量的增减，灵活应变资源用量的迁移和调配，从而极大地提高计算资源的可用性和利用率，提升应用功能实现的灵活性和扩展性，增强业务的可管理性和运营的性价比，达到绿色环保高效节能的目标。

尽管早期云计算展现了虚拟技术的巨大优点和市场运营上的成功。但是早期云计算仍然具有一些局限性：

云业务的提供缺乏品质保障和安全可控机制，而品质保障和安全可控机制对企业中的多数IT应用至关重要。

云业务的实现模型基于特定的私有协议，因此云业务具有被云运营商锁定的风险和可能。

云业务的类型受限于若干特定的IT单云业务，即不是企业里的一切IT应用都能在共有云中有效实现。

造成这种局限的原因是由于目前共有云模型是建立在公众互联网之上，与网络的基础设施没有任何关联，云业务的实现是尽力而为的技术模式。另外，早期云计算的虚拟技术基于私有协议，除了较为低层的基云业务外，平云和软云业务几乎不具备跨运营商迁移的可能性，极大地限制了云的应用和业务范围的拓展。这就是为何早期云计算技术只限于若干特定的IT单云业务，而不适用于更广泛的企业、行业和公众用户的ICT业务。

彩云(Rich Media Cloud)系指提供包括信息、语音、视频、移动和物联应用的多媒体应用的云计算平台。内云(Internal cloud)系指云用户拥有云的全部资源，云平台由用户自己独用。专有云(Private cloud)系指云用户自己可支配和控制的云。专有云可以是用户自己的云或租用云运营商共有云的一部分，或两者的组合。有的文献将其称为私有云，不仅不妥而且还容易产生误导，故建议称为专有云。

从现在到未来5年，云计算技术主要是面对企业、行业、机构和运营商所迫切需要的内云或专有云。这标志着云计算发展的第二个黄金时期。这个时期的云计算的主要任务是在充分发扬光大云计算早期技术的基础上，使虚拟化技术在计算、应用和网络3个平台整合，在早期云计算优势的基础之上提供具有品质可靠、安全可控、运营可管的新型云计算业务。目标是依赖开放的技术标准和开放的产业联盟为企业、行业、机构和运营商提供具有彩云能力的技术体系和运营模式，为企业数据中心转型和ICT应用转向云技术而努力。之所以称第二个时期为云计算发展的黄金时期，是因为这个时期的云计算市场较早期更大，云业务范围更广。

3 企业数据中心架构演变

无论是公有云还是专有云，都离不开强大的数据中心和IP网络的支持。云计算发展下一个阶段的主要任务将集中于企业、行业、机构和运营商的IT与通信应用。所以有必要全面分析目前企业IT应用的需求、数据中心技术演进所面临的挑战以及企业数据中心向内云转型的关键技术。

3.1 企业传统IT应用架构面临的挑战

企业传统IT应用的主体平台是数据中心，而传统的数据中心往往是堆叠架构，包括IT资源和分离的IT应用。随着企业IT应用的急速增长，传统的数据中心架构已不能适合市场需求。在过去的几年里，一方面服务器的数量和存储的容量等物理资源以每年40%～70%的增速增长，但另一方面，每个物理资源(如服务器)的利用率却只有10%～25%。物理资源增加使得电费和冷却系统的费用占整个数据中心费用的比重越来越大，有的甚至高达25%～30%。物理资源增加还使得数据中心的部署越来越复杂，这导致人为因素成为数据中心故障的重要部分(有的甚至高达54%)。这一切都使数据中心的运维费用越来越大。面对未来ICT应用的增长，Web2.0应用的快速实施、部署以及面向业务的架构(SOA)的发展，企业数据中心走向内云架构势在必行。

3.2 内云架构实现步骤

让传统数据中心具有更高物理资源利用率，让一个数据中心能够为多个用户所共同使用，让多用户的多应用动态地使用同一物理的资源池，而它们之间又有安全的隔离，是未来企业数据中心走向云计算架构的目标。数据中心将在充分借鉴利用早期的云计算优势的同时，保留数据中心的传统好处：品质可靠、安全可控、运营可管。这种既具备传统数据中心的好处，又具备早期的云计算优势的新型云计算架构就是本文将重点讨论的企业内云技术。

实现企业数据中心向内云架构的转化需要3个步骤：整合化、虚拟化和自动化。

(1)整合化

从数据中心技术架构的发展趋势来看，IT架构有必要以网络为平台进行整合。

首先，应用所要求的底层服务功能应更多地被整合到底层设施中去。业务层面应更多地关心行业IT应用的效率，而非自身的安全性、可靠性、可达性等基础性的服务功能。数据中心整合的一个重要思路是将原来围绕应用而随意堆叠和搭建的Silo结构，向网络为核心的平台架构转移。原来围绕应用服务器而连接的IT资源(如存储器)应通通搬到网络上去。网络可以连接各种各样的IT资源和基础性的服务功能。网络成为数据中心资源虚拟化以后的数据交换平台，为物理资源提供逻辑服务，为应用需求提供动态业务部署。IP网络作为一个平台，各种各样的应用都可以享受虚拟化资源提供的计算服务。

企业往往在发现数据中心的使用效率不高、资源浪费和耗能情况严峻后开始考虑数据中心架构的整合。如果在架构的整合设计中采用一些具有云计算理念的前瞻性技术，无疑将有利于加快企业云计算架构的实施。

(2)虚拟化

虚拟化其实就是把已整合的资源以一种与物理位置、物理存在、物理状态无关的方式进行调用，是从物理资源到服务形态的质变过程。虚拟化是实现物理资源复用、降低管理维护复杂度、提高设备利用率的关键，同时也为未来自动实现资源协调和配置打下基础。

值得一提的是，由于数据中心虚拟化是一个非常热门的话题，大部分企业往往面对其现有的数据中心并不知道应该如何下手。其实，数据中心的整合是数据中心虚拟化的前提，在企业对数据中心有一个很好的整合架构以后，虚拟化的任务就会很容易实现。

(3)自动化

在整合、虚拟化基础上，底层资源和功能便可以有条件被智能系统自动和动态地调用和管理。管理员将应用策略传递给智能系统。智能系统通过最优化的计算和资源配置，自动完成相关物理资源的调度，最经济、最有效地完成功能提供任务。有限的资源可以最大化地提供服务，管理员的管理差错和漏洞将降为最低，这是最理想化的资源调用模式，也是云计算所终将达到的目标。

自动部署是以服务为导向的数据中心的根本标志。自动化就是数据中心实现随业务量的变化而对资源做出自动调配的动作，是资源的动态增减、快速调度和灵活部署。

3.3 内云模型

内云模型的实现要根据大型企业数据中心的长期实践经验，结合统一的IP/IT架构，对服务资源进行充分共享和灵活调配，从而降低内云建设和运维成本，提高业务开发和部署效率，满足最终用户按需服务的需求。企业的内云模型方案要求采用一系列新技术，从而提供有差异化、安全可靠和有品质的彩云业务。
企业数据中心向内云架构转化需要利用三大关键技术。

(1)统一交换架构(Unified Fabrics)

实现统一交换架构需要依赖一系列创新技术。有代表性的技术有：万兆数据中心以太网技术(DEC)和以太网光纤通道技术(FCoE)。

传统数据中心的交换技术多数停留在千兆水平。因为过去的服务器的处理能力和I/O接口能力有限，对宽带需求相对较低，限制了高密度和高性能千兆端口的发展。

专为新一代数据中心设计的万兆以太网技术(DCE)将传统以太网改进为高性能、低延迟，高性价比，不丢包，并具备优先级流控机制的以太网。IEEE DCE标准支持二层多路径以太网，不仅能够支持无损失以太网和超大规模数据中心，而且为企业数据中心简化和向内云架构整合提供了必不可少的技术。

现有的数据中心网络包含IP局域网、光纤存储网和高性能计算网络，而这3个网络采用不同的网络桥接标准和技术。IP局域网采用以太网，光纤存储网采用光纤通道，高性能计算网络采用HyperLink。考虑网管和备份的需要，服务器需要各种不同的I/O网卡，通过复杂的网络结构来连接。

在以太网架构上映射和传送光纤通道帧采用以太网光纤通道(FCoE)技术。FCoE可以使得光纤通道帧能够无损地运行于数据中心以太网络上。FCoE使光纤存储和以太网可以共享同一个端口，使局域网(LAN)和存储区域网络(SAN)一次连接服务器，从而大大减少I/O适配器和线缆的数量。

采用DCE和FCoE技术为核心的统一交换架构，可以在一个低延迟、无损耗的10G以太网平台上实现访问所有目前的3个独立网络(LAN、SAN和高性能计算网络)的资源。不仅整合了网络物理资源，减少了设备、网卡、适配器、交换机、布线电缆的数量，还降低了功率/冷却要求，节省了电力损耗，优化了网络架构，简化了运维管理。

(2)统一虚拟化机制(Unified Virtualization)

计算平台/服务器的虚拟化可使上层应用根据自己所需的计算资源对CPU、内存、I/O和应用功能等实现自由调度，而无须考虑该应用的物理关联和位置。当前商用化最为成功的x86服务器虚拟化解决方案是VMWare的VMotion，微软的虚拟服务器和许多其他第三方厂商(如Intel、AMD等)也正在加入，使得服务器虚拟化的解决方案越来越完善。

作者：殷康   来源：中兴通讯技术——第4期 总第93期