云计算数据中心架构

云计算数据中心架构

胡经国

本文作者的话

本文是根据有关文献和资料编写的《漫话云计算》系列文稿之一。现作为云计算学习笔录，奉献给云计算业外读者，作为进一步学习和研究的参考。希望能够得到大家的指教和喜欢！

下面是正文

对于云计算而言，应着重从高性能计算设备，高端服务器、高密度低成本服务器以及海量存储设备等基础设施领域，提高云计算数据中心的数据处理能力。

云计算要求基础设施具有良好的弹性、扩展性、自动化、数据移动、多租户、空间效率和对虚拟化的支持。

那么，云计算环境下的数据中心基础设施各部分的架构应该是什么样的呢？

一、云计算数据中心总体架构

云计算数据中心架构总体上分为服务和管理两大部分。

在服务方面，主要以提供用户基于云的各种服务为主，包含3个模式或3个层次，即：IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）和SaaS（软件即服务）。

在管理方面，主要以云管理层为主。它的功能是确保整个云计算数据中心能够安全、稳定地运行；并且能够被有效管理。云管理层包括：用户管理、监控系统、计费管理、安全管理、服务管理、资源管理、容灾管理、运维管理和客户支持。

二、云计算数据中心机房架构

为了满足云计算服务弹性的需要，云计算数据中心机房采用标准化、模块化的机房设计架构。其中，模块化机房包括：集装箱模块化机房和楼宇模块化机房。

1、集装箱模块化机房

在室外无机房场景下应用；减轻了建设方在机房选址方面的压力，帮助建设方将原来半年的建设周期缩短到两个月，而能耗仅为传统机房的50％，可适应沙漠炎热干旱地区和极地严寒地区的极端恶劣环境。

2、楼宇模块化机房

采用冷热风道隔离、精确送风、室外冷源等领先制冷技术；可适用于大中型数据中心的积木化建设和扩展。

三、云计算数据中心网络系统架构

1、网络系统总体结构规划

网络系统总体结构规划应坚持区域化、层次化、模块化的设计理念；使网络层次更加清楚、功能更加明确。

数据中心网络，根据业务性质或网络设备的作用进行区域划分。

可从以下几方面的内容进行规划：

⑴、按照传送数据业务性质和面向用户的不同，网络系统可以划分为内部核心网、远程业务专网、公众服务网等区域。

⑵、按照网络结构中设备作用的不同，网络系统可以划分为核心层、汇聚层、接入层。

⑶、从网络服务的数据应用业务的独立性、各业务的互访关系及业务的安全隔离需求综合考虑，网络系统在逻辑上可以划分为：存储区、应用业务区、前置区、系统管理区、托管区、外联网络接入区、内部网络接入区等。

2、Fabric的网络架构

此外，还有一种Fabric的网络架构。在数据中心部署云计算之后，传统的网络结构有可能使网络延时问题成为一大瓶颈。这就使得低延迟的服务器间通信和更高的双向带宽需要，变得更加迫切。这就需要网络架构向扁平化方向发展，最终目标是：在任意两点之间尽量减少网络架构的数目。

Fabric网络结构的关键之一，就是消除网络层级的概念。Fabric网络架构可以利用阵列技术来扁平化网络，可以将传统的三层结构压缩为二层，并最终转变为一层；通过实现任意点之间的连接来消除复杂性和网络延迟。不过，Fabric这个新技术，目前仍没有统一的标准，其推广应用还有待更多的实践。

四、云计算数据中心主机系统架构

云计算的核心是计算能力的集中和规模性突破。云计算数据中心对外提供的计算类型，决定了云计算数据中心的硬件基础架构。

从云端客户需求看，云计算数据中心通常需要规模化地提供以下几种类型的计算能力，其服务器系统可采用三（多）层架构：

1、高性能稳定可靠的高端计算

主要处理紧耦合计算任务。这类计算不仅包括对外的数据库、商务智能数据挖掘等关键服务，也包括自身账户、计费等核心系统；通常由企业级大型服务器提供。

2、面向众多普通应用的通用型计算

用于提供低成本计算解决方案。这种计算对硬件要求较低，一般采用高密度、低成本的超密度集成服务器，以有效降低数据中心的运营成本和终端用户的使用成本。

3、面向科学计算、生物工程等业务

提供百万亿、千万亿次计算能力的高性能计算；其硬件基础是高性能服务器集群。

五、云计算数据中心存储系统架构

云计算采用数据统一集中存储的模式。在云计算平台中，数据如何放置是一个非常重要的问题。在实际使用的过程中，需要将数据分配到多个节点的多个磁盘当中。而能够达到这一目的的存储技术趋势，当前有两种方式：

一种是使用类似于GFS（Google File System，谷歌文件系统）的集群文件系统；另外一种是基于块设备的存储区域网络SAN（Storage Area Network，存储区域网络）系统。

⑴、GFS

GFS是由Google公司设计并实现的一种可扩展的分布式文件系统。它基于大量安装有Linux操作系统的普通PC构成的集群系统；整个集群系统由一台Master和若干台ChunkServer构成。

GFS用于大型的、分布式的、对大量数据进行访问的应用。它运行于廉价的普通硬件上，并提供容错功能。它可以给大量的用户提供总体性能较高的服务。

⑵、SAN

在SAN连接方式上，可以有多种选择：

①、使用光纤网络

能够操作快速的光纤磁盘，适合于对性能与可靠性要求比较高的场所。

②、使用以太网

能够运行在普通的局域网环境下，从而降低成本。

采用SAN结构，从服务器到共享存储设备的大量数据传输，是通过SAN 网络进行的；局域网只承担各服务器之间的通信任务。这种分工，使得存储设备、服务器和局域网资源得到更有效的利用，使存储系统的速度更快，扩展性和可靠性更好。数据中心

六、云计算数据中心应用平台架构

云计算应用平台，采用面向服务架构SOA的方式。应用平台为部署和运行应用系统提供所需的基础设施资源——应用基础设施。所以，应用开发人员，