內容簡介
數據中心專傢Gustavo A. A. Santana深入研究瞭數據中心端到端虛擬化解決方案中的所有組件,包括網絡、存儲、服務器、操作係統、應用優化和安全性。《數據中心虛擬化技術專業指南》並沒有把重點放在單個産品或技術上,而是探索瞭以産品能力作為交互式設計工具,這些工具可以整閤和集成到其他解決方案之中,如VMware vSphere等。 在《數據中心虛擬化技術專業指南》中,您將學習如何在數據中心新建、擴容以及改造項目中,去定義和實現高效的體係架構。這樣,需購買不必要的基礎設施,就可以實現靈活的應用配置,並能夠為雲計算以及IT-as-a-service等新方案奠定堅實的基礎。
作者簡介
Gustavo A. A. Santana, CCIE#8806,是思科技術方案架構師,緻力於企業和服務提供商的數據中心項目開發和部署,涉足數據中心所需的多項技術領域融閤,如網絡、應用優化、存儲以及服務器。 Gustavo在數據中心行業,擁有超過15年的工作經驗。在巴西,他領導和協調一支專業的思科工程師團隊。作為教育促進技術發展的信仰者,作者還緻力於IT專業人纔的技術培養和開發,為客戶、閤作夥伴和戰略聯盟組織培養瞭許多專業技術人纔。 除瞭持有兩個CCIE證書(路由交換和存儲網絡)之外 ,Gustavo也是VMware認證專傢(VCP)和SNIA認證存儲網絡專傢(SCSN-E)。他擁有巴西航空技術學院(ITA-Brazil)計算機工程的學士學位,並獲得巴西FGV大學戰略IT管理的MBA學位(FGV - Brazil), 並經常作為思科和數據中心業界活動的演講者。 Gustavo擁有並維護著其個人博客http://gustavoaasantana.net,用於分享並討論數據中心虛擬化技術相關的話題。
張其光,博士,ITIL專傢, CCIE#11333 R&S;/Security(10+ Years),現任思科服務支持經理,從事互聯網行業超過16年,先後指導並參與瞭中國各大運營商、互聯網公司的骨乾網絡/城域網絡/業務支撐網、數據中心、虛擬化/雲平颱等多個項目的設計、規劃、建設以及運營支持,是IT網界理論付諸於實踐的先驅和積極倡導者。目前感興趣和正在探索的領域有:雲計算的業務應用、基於大數據的軟體智能、傢庭物聯網的標準化,並持有VMware及Linux等多項專業證書。
袁強,CCIE#30025,是Cisco中國高級服務部團隊的網絡谘詢工程師,主要負責基於思科網絡産品來幫助客戶構建和優化思科網絡解決方案,有10年以上的網絡行業經驗。先後參與瞭中國移動、東方有綫、阿裏巴巴、騰訊等國內頂尖的運營商和互聯網企業的網絡和數據中心建設,對數據中心和虛擬化技術的産品如Nexus交換機,ASR9k路由器和UCS服務器有著深刻的理解和豐富地部署、實施和優化經驗。
薛潤忠,外企運營商部門售前工程師,高級網絡顧問,有二十多年的網絡和通信背景,研究的重點是核心網絡路由和數據中心架構,並持有CCNP、NCSA、VCP、VTSP等多項專業認證。
內頁插圖
目錄
第1 章 虛擬化的曆史和定義 1
1.1 數據中心的基本定義 2
1.1.1 數據中心的演進 ·2
1.1.2 作業區以及數據中心架構 ·4
1.2 數據中心虛擬化起源 5
1.2.1 虛擬內存 ·6
1.2.2 大型機虛擬化 ·6
1.2.3 熱備份路由器協議 ·7
1.2.4 定義虛擬化 ·8
1.2.5 數據中心虛擬化的時間軸 ·8
1.3 虛擬化技術分類 9
1.3.1 虛擬化分類 ·10
1.3.2 虛擬化的可擴展性 ·12
1.3.3 技術領域 ·12
1.3.4 分類的例子 ·14
1.4 總結 · 14
1.5 擴展閱讀 · 15
第2 章 數據中心網絡演進 16
2.1 以太網協議:過去和現在 16
2.1.1 以太網介質 ·17
2.1.2 同軸電纜 ·17
2.1.3 雙絞電纜 ·17
2.1.4 光縴 ·19
2.1.5 直連雙同軸電纜 ·20
2.1.6 以太網數據速率時間軸 ·21
2.2 數據中心網絡拓撲 · 22
2.2.1 數據中心網絡分層 ·23
2.2.2 數據中心網絡的設計因素 ·23
2.2.3 物理層網絡布局問題 ·25
2.2.4 ANSI/TIA-942 標準 26
2.3 網絡虛擬化的優點 · 27
2.3.1 網絡邏輯分區 ·27
2.3.2 網絡簡化和流量負載平衡 ·28
2.3.3 管理整閤和布綫優化 ·28
2.3.4 網絡擴展 ·28
2.4 總結 · 28
2.5 擴展閱讀 · 28
第3 章 網絡虛擬化入門 29
3.1 網絡分區 · 30
3.2 橋接世界的概念 30
3.3 VLAN 定義 · 31
3.4 VLAN 的兩個常見誤解 36
3.4.1 誤解1 :一個VLAN 必須
關聯到一個IP 子網 37
3.4.2 誤解2 :3 層VLAN ·38
3.5 生成樹協議和VLAN · 40
3.5.1 生成樹協議的工作機理 ·42
3.5.2 端口狀態 ·46
3.5.3 增強生成樹協議 ·47
3.5.4 生成樹實例 ·49
3.6 私有VLAN · 52
3.7 VLAN 特性 · 55
3.7.1 本徵VLAN ·55
3.7.2 預留VLAN 標識 56
3.7.3 資源共享 ·56
3.7.4 控製平麵和管理平麵 ·56
3.8 路由世界的概念 57
3.9 數據中心中的地址重疊 · 58
3.10 定義和配置VRF 59
3.11 VRF 和路由協議 61
3.12 VRF 和管理平麵 66
3.13 VRF 資源分配控製 · 68
3.14 使用案例:數據中心網絡分段 · 69
3.15 總結 71
3.16 擴展閱讀 71
第4 章 ACE 虛擬環境 72
4.1 應用網絡服務 · 73
4.2 負載均衡器的使用 · 73
4.2.1 負載均衡的概念 ·75
4.2.2 4 層交換與7 層交換 79
2 目 錄
4.2.3 連接管理 ·80
4.2.4 地址轉換和負載平衡 ·82
4.2.5 其他負載平衡的應用 ·84
4.2.6 服務器卸載 ·86
4.3 負載均衡器在數據中心中的增長 · 89
4.3.1 負載均衡器性能 ·90
4.3.2 安全策略 ·90
4.3.3 次優流量 ·91
4.3.4 應用環境獨立性 ·92
4.4 ACE 虛擬環境 93
4.4.1 應用控製引擎的物理連接 ·94
4.4.2 創建和分配資源給到虛擬環境 ·97
4.4.3 整閤ACE 虛擬環境到數據
中心網絡 ·105
4.4.4 管理和配置ACE 虛擬環境 ·109
4.4.5 控製虛擬環境的管理訪問 · 116
4.4.6 ACE 虛擬環境的附加特性 120
4.5 使用案例:多租戶數據中心 · 121
4.6 總結 · 123
4.7 擴展閱讀 · 124
第5 章 即時交換機:虛擬設備環境 125
5.1 設備虛擬化擴展 126
5.2 為什麼使用VDC · 127
5.3 VDC 詳細介紹 128
5.4 創建和配置VDC · 129
5.4.1 VDC 名稱和CLI 提示符 ·135
5.4.2 虛擬化嵌套 ·136
5.5 分配資源給VDC · 138
5.6 使用資源模闆 · 145
5.7 管理VDC 147
5.7.1 VDC 操作 147
5.7.2 進程故障和VDC 148
5.7.3 VDC 帶外管理 149
5.7.4 基於角色的訪問控製和VDC 153
5.8 全局資源 · 155
5.9 使用案例:數據中心安全區域 155
5.10 總結 157
5.11 擴展閱讀 157
第6 章 生成樹欺騙 158
6.1 STP 協議和鏈路利用率 · 159
6.2 鏈路匯聚 · 160
6.3 跨交換機的PortChannel · 164
6.4 虛擬PortChannel(vPC) 165
6.4.1 虛擬PortChannel 的定義 ·165
6.4.2 配置虛擬端口通道 ·169
6.4.3 第一步:定義vPC 域 169
6.4.4 第二步:建立對等體保持存活
的連接性 ·170
6.4.5 第三步:創建對等鏈路 ·171
6.4.6 第四步:創建vPC ·172
6.4.7 生成樹協議和虛擬PortChannel 174
6.4.8 對等鏈路故障和孤立端口 ·177
6.4.9 第一跳路由協議和虛擬
PortChannel ·177
6.5 2 層多路徑及vPC+182
6.5.1 FabricPath 數據平麵 ·183
6.5.2 FabricPath 控製平麵 ·184
6.5.3 FabricPath 和STP ·186
6.5.4 增強虛擬端口通道 ·190
6.6 使用案例:網絡POD 的演進 · 193
6.7 總結 · 196
6.8 擴展閱讀 · 196
第7 章 帶陣列擴展器的虛擬機箱 197
7.1 服務器接入模型 198
7.2 理解陣列擴展器 199
7.2.1 陣列擴展器選項 ·202
7.2.2 連接陣列擴展器至父交換機 ·202
7.2.3 陣列擴展接口和生成樹協議 ·205
7.2.4 陣列接口冗餘 ·206
7.3 陣列擴展器拓撲 209
7.3.1 直通式拓撲 ·210
7.3.2 雙宿主拓撲 ·212
7.4 使用案例:混閤接入數據中心 216
7.5 總結 · 217
7.6 擴展閱讀 · 217
第8 章 兩個數據中心的傳說 218
8.1 分布式數據中心的簡要曆史 · 219
8.1.1 冷門時期(1970-1980 年) ·219
8.1.2 熱門時期(1990-2000 年) ·219
8.1.3 雙活時期(2000- 今) ·221
目 錄3
8.2 2 層擴展實例 221
8.3 基於光連接的以太網擴展 223
8.3.1 虛擬端口通道(vPC) 223
8.3.2 FabricPath 225
8.4 基於MPLS 的以太網擴展 226
8.4.1 MPLS 的基本概念 227
8.4.2 基於多協議標簽交換的以太網
協議 ·229
8.4.3 虛擬私有局域網服務 ·233
8.5 基於IP 的以太網擴展 · 239
8.5.1 基於GRE 的MPLS 239
8.5.2 重疊傳輸虛擬化 ·241
8.5.3 OTV 術語 243
8.5.4 OTV 基本配置 244
8.5.5 OTV 環路避免和多宿主 248
8.5.6 遷移到OTV 249
8.5.7 OTV 站點設計 254
8.6 VLAN 標識符和2 層擴展 · 257
8.7 連接數據中心的內部路由 259
8.8 使用案例:雙活新數據中心 · 261
8.9 總結 · 262
8.10 擴展閱讀 263
第9章 存儲的演進 264
9.1 數據中心中的存儲設備 · 264
9.1.1 磁盤 ·264
9.1.2 磁盤陣列 ·265
9.1.3 磁帶庫 ·266
9.2 訪問後端數據 · 267
9.2.1 塊級數據訪問 ·267
9.2.2 小型計算機係統接口 ·267
9.2.3 大型機存儲訪問 ·270
9.2.4 高級技術附件 ·271
9.2.5 文件級數據訪問 ·271
9.2.6 網絡文件係統 ·272
9.2.7 公共互聯網文件係統 ·272
9.2.8 記錄類型的訪問 ·272
9.3 存儲虛擬化 272
9.3.1 虛擬化存儲設備 ·274
9.3.2 虛擬化LUN 276
9.3.3 擬化文件係統 ·277
9.3.4 虛擬化SAN 278
9.4 總結 · 278
9.5 擴展閱讀 · 278
第10 章 SAN 孤島 279
10.1 一些光縴通道的定義 · 280
10.1.1 光縴通道層次 ·280
10.1.2 光縴通道拓撲和端口類型 ·281
10.1.3 光縴通道地址 ·282
10.1.4 幀、序列和交換集 ·283
10.1.5 流量控製 ·284
10.1.6 服務分
前言/序言
《數據中心虛擬化技術權威指南》 內容簡介 在信息技術飛速發展的今天,數據中心作為企業運作的核心,其效率、靈活性和成本效益成為衡量企業競爭力的重要指標。本書《數據中心虛擬化技術權威指南》深入剖析瞭構建現代化、高效能數據中心的關鍵技術——虛擬化。本書並非泛泛而談,而是以權威、嚴謹的態度,為讀者呈現一個全麵、深入的技術視角,旨在幫助IT專業人士、係統架構師、網絡工程師以及決策者理解並掌握虛擬化技術的精髓,從而在復雜多變的技術環境中,構建齣更具彈性、更易管理、成本更優化的數據中心解決方案。 本書的編寫宗旨在於填補市場中對於數據中心虛擬化技術深度解析的空白,它摒棄瞭流於錶麵的介紹,轉而聚焦於底層原理、核心架構、關鍵組件以及實際應用中的最佳實踐。通過閱讀本書,您將能夠深刻理解虛擬化技術如何改變傳統數據中心的格局,如何從根本上提升資源的利用率,實現服務的快速部署與響應,以及如何為應對未來的技術挑戰奠定堅實的基礎。 第一部分:虛擬化技術的核心理念與演進 本書的開篇,我們將帶領讀者迴顧虛擬化技術的發展曆程,從早期的分時操作係統到如今遍布全球的雲數據中心,理解虛擬化技術是如何一步步演進並成為現代IT基礎設施的基石。我們將深入探討虛擬化的核心概念,包括: 抽象(Abstraction):理解虛擬化如何將物理硬件資源(CPU、內存、存儲、網絡)進行邏輯上的抽象,創建齣獨立的、虛擬化的資源池。 隔離(Isolation):闡述虛擬化技術如何實現虛擬機之間的完全隔離,保障不同虛擬機上運行的應用和數據的安全與獨立性。 封裝(Encapsulation):解析虛擬機鏡像的本質,理解虛擬機如何被打包成一個獨立的文件,便於遷移、備份和恢復。 硬件獨立性(Hardware Independence):探討虛擬化如何打破應用程序與特定硬件的綁定,實現硬件資源的靈活調度和設備無關性。 我們將詳細介紹不同類型的虛擬化技術,包括: 服務器虛擬化(Server Virtualization):這是數據中心虛擬化的基石,我們將深入講解其工作原理、常見的實現方式(如全虛擬化、半虛擬化、操作係統級虛擬化),以及不同Hypervisor(如VMware ESXi, KVM, Hyper-V)的技術特性和優劣分析。 存儲虛擬化(Storage Virtualization):解析如何將分散的存儲資源整閤為一個統一的存儲池,實現更高效的存儲管理、數據遷移和性能優化。我們將探討捲管理、RAID虛擬化、快照、剋隆等關鍵技術。 網絡虛擬化(Network Virtualization):這是構建現代化數據中心不可或缺的一環。我們將深入介紹軟件定義網絡(SDN)和網絡功能虛擬化(NFV)的理念,以及如何通過虛擬交換機、虛擬網卡、虛擬防火牆等實現網絡資源的按需分配和彈性配置。 桌麵虛擬化(Desktop Virtualization / VDI):雖然更側重於終端用戶計算,但其背後依賴的數據中心虛擬化資源管理能力同樣重要。我們將簡要介紹VDI如何通過將桌麵操作係統和應用程序集中到數據中心運行,提升管理效率和安全性。 第二部分:核心虛擬化組件與架構深度解析 在理解瞭虛擬化的基本概念後,本書將聚焦於構建虛擬化數據中心所必需的核心組件和技術架構。 Hypervisor(虛擬機監控器):我們將對不同類型的Hypervisor進行深入剖析,包括Type 1(裸機Hypervisor)和Type 2(宿主型Hypervisor)。詳細講解其在硬件資源分配、CPU調度、內存管理、I/O虛擬化等方麵的具體實現機製。我們將對比VMware ESXi、KVM(Kernel-based Virtual Machine)、Microsoft Hyper-V等主流Hypervisor的技術細節、性能特點和適用場景。 虛擬機(VM)與容器(Container):在虛擬化領域,容器技術作為一種更輕量級的虛擬化方案,與傳統虛擬機形成瞭互補。我們將詳細對比虛擬機和容器的架構差異、資源利用率、啓動速度、隔離性等,並探討它們在不同場景下的應用價值。 虛擬化管理平颱:一個高效的虛擬化數據中心離不開強大的管理平颱。我們將深入探討虛擬化管理平颱的關鍵功能,包括資源池化、自動化部署、性能監控、故障診斷、容量規劃、策略管理等。我們將以VMware vCenter Server、OpenStack等為代錶,分析其架構設計和核心功能模塊。 虛擬存儲區域網絡(vSAN)與軟件定義存儲(SDS):我們將探討如何構建彈性、可擴展的虛擬化存儲解決方案。詳細解析vSAN的架構原理,以及SDS如何通過軟件層麵的抽象,實現對異構存儲硬件的統一管理和池化。 虛擬網絡(vSwitch/vNIC/VXLAN/NVGRE):我們將深入講解虛擬網絡組件的工作原理,包括虛擬交換機(vSwitch)的轉發機製、虛擬網卡(vNIC)的配置與管理,以及VXLAN、NVGRE等Overlay網絡技術如何實現跨子網的虛擬機通信和網絡隔離。 第三部分:數據中心虛擬化的關鍵技術實踐與優化 掌握瞭核心技術後,本書將重點關注如何在實際數據中心環境中有效部署、管理和優化虛擬化技術。 資源規劃與容量管理:在虛擬化環境中,閤理的資源規劃至關重要。我們將教授如何根據應用需求、性能指標和業務增長預測,進行CPU、內存、存儲和網絡資源的精確規劃,並探討容量管理的最佳實踐,以避免資源浪費或瓶頸。 性能調優與故障排除:本書將提供一套係統性的方法論,用於識彆和解決虛擬化環境中的性能瓶頸。我們將詳細講解CPU爭用、內存過載、I/O延遲、網絡擁塞等常見性能問題的診斷和優化技巧。同時,我們將探討虛擬化環境下的故障排除策略,包括日誌分析、性能指標監控和問題根源定位。 高可用性(HA)與災難恢復(DR):高可用性和災難恢復是保障業務連續性的關鍵。我們將深入講解實現高可用性的技術,如虛擬機自動故障轉移(VMotion/Live Migration)、集群技術、冗餘設計等。同時,我們將詳細闡述構建災難恢復解決方案的策略,包括備份與恢復、數據復製、異地容災等,並探討如何利用虛擬化技術簡化DR流程。 安全性(Security):在虛擬化環境中,安全性是一個至關重要的話題。我們將探討虛擬化安全的關鍵要素,包括Hypervisor安全、虛擬機安全、網絡安全、存儲安全以及訪問控製。我們將講解諸如安全隔離、微分段、虛擬防火牆、入侵檢測等安全技術。 自動化與編排(Automation & Orchestration):為瞭提升效率和降低管理復雜度,自動化和編排技術在虛擬化數據中心中扮演著越來越重要的角色。我們將介紹自動化部署、配置管理、任務調度等方麵的工具和技術,並探討如何通過編排平颱實現復雜業務流程的自動化管理。 雲遷移與混閤雲策略:隨著雲計算的普及,將現有數據中心遷移至雲端或構建混閤雲環境成為必然趨勢。本書將為讀者提供關於雲遷移的策略、工具和最佳實踐,並探討如何設計和管理混閤雲環境,充分發揮公有雲和私有雲的優勢。 第四部分:虛擬化數據中心的未來展望 數據中心虛擬化技術仍在不斷發展,本書的最後一章將帶領讀者展望虛擬化技術的未來趨勢。 容器編排(Kubernetes):深入探討Kubernetes等容器編排平颱如何進一步提升微服務架構下的應用部署、擴展和管理能力,以及它們與傳統虛擬化技術的融閤。 邊緣計算(Edge Computing):分析邊緣計算對數據中心虛擬化提齣的新挑戰與機遇,以及如何在邊緣節點實現高效的虛擬化部署。 AI/ML在數據中心的應用:探討人工智能和機器學習技術如何在數據中心運維、性能優化、安全防護等方麵發揮作用。 綠色數據中心與可持續發展:分析虛擬化技術如何助力構建更節能、更環保的數據中心。 《數據中心虛擬化技術權威指南》不僅是一本技術手冊,更是一份指導路綫圖。本書的每一個章節都力求用最清晰的語言、最深入的分析、最貼切的實例,為讀者構建一個全麵、立體、可操作的虛擬化技術知識體係。無論您是希望深入理解虛擬化技術原理,還是尋求在實際工作中解決復雜問題的方案,亦或是為數據中心的未來發展進行規劃,本書都將是您不可或缺的參考。通過本書的學習,您將能夠自信地駕馭虛擬化技術,構建齣更強大、更靈活、更具成本效益的數據中心,從而在日新月異的IT浪潮中,始終保持領先地位。