談云計算技術(shù)的規(guī)劃與設(shè)計論文
【摘要】近年來，隨著信息化、數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)在智慧礦山建設(shè)上的應(yīng)用，煤炭集團傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心在規(guī)模、帶寬、擴展性以及成本方面存在很大不足，已經(jīng)適應(yīng)不了新形勢下的應(yīng)用需求。本文針對基于云計算技術(shù)的數(shù)據(jù)中心相關(guān)感念及技術(shù)進行分析，探討面向云計算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系、數(shù)據(jù)存儲、容災(zāi)備份的規(guī)劃與設(shè)計。
【關(guān)鍵詞】云計算；煤炭；規(guī)劃；設(shè)計
1前言
“十二五”時期是我國煤炭工業(yè)提高科學(xué)化發(fā)展水平，加大結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的關(guān)鍵時期，信息化、數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)在智慧礦山建設(shè)上得到了快速的應(yīng)用和發(fā)展。近年來，云計算技術(shù)的蓬勃發(fā)展為整個IT行業(yè)帶來了巨大變革，以傳統(tǒng)方式構(gòu)建的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在新形勢下日益增長的高性能及高性價比需求，我國各大型煤炭行業(yè)集團公司信息化水平不斷提高，對高密度服務(wù)器及高度自動化管理系統(tǒng)的需求不斷增長，建設(shè)云有必要建設(shè)以云計算技術(shù)為基礎(chǔ)的新一代數(shù)據(jù)中心。
2云數(shù)據(jù)中心的概念及關(guān)鍵技術(shù)
云數(shù)據(jù)中心是指以客戶為中心，以服務(wù)為導(dǎo)向，基于高效、低能耗的IT與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，利用云計算技術(shù)，自動化地按需提供各類云計算服務(wù)的新一代數(shù)據(jù)中心。云數(shù)據(jù)中心對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心進行了升級，代表了未來有關(guān)數(shù)據(jù)中心技術(shù)的演進方向。
2.1云數(shù)據(jù)中心的特點
（1）資源池化。云數(shù)據(jù)中心的資源池由其IT資源和網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)成，功能是去耦合邏輯資源和物理資源，用戶不需要關(guān)注底層的物理設(shè)備，僅對邏輯資源進行相關(guān)操作就可以了。（2）智能高效。云數(shù)據(jù)中心通過統(tǒng)一的管理平臺對資源監(jiān)控、部署與調(diào)度、業(yè)務(wù)生命周期進行自動化的智能管理，集群設(shè)備成本比較低，利用虛擬化、分布式計算技術(shù)，高效實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的承載、存儲和處理。（3）面向服務(wù)。云數(shù)據(jù)中心建立以服務(wù)為導(dǎo)向的整體架構(gòu)，由提供資源轉(zhuǎn)為提供服務(wù)，用戶選擇服務(wù)時通過服務(wù)目錄，對底層實際資源透明。（4）按需供給。云數(shù)據(jù)中心的底層基礎(chǔ)架構(gòu)以資源池化為基礎(chǔ)實現(xiàn)資源的動態(tài)伸縮，計費功能細�；�。另外根據(jù)上層應(yīng)用的發(fā)展趨勢，智能地規(guī)劃底層物理設(shè)備的容量。（5）綠色低碳。云數(shù)據(jù)中心通過虛擬化綠色節(jié)能技術(shù)和模塊化的設(shè)計，可以降低設(shè)備的投入成本與運營維護成本實現(xiàn)PUE（PowerUsageEffectiveness）值的綠色低碳運營。
2.2云數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵技術(shù)
云數(shù)據(jù)中心的'關(guān)鍵技術(shù)主要是在IT基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬化技術(shù)。虛擬化的定義是指計算原件不是在真實的基礎(chǔ)上運行而是在虛擬的基礎(chǔ)上，是為了簡化管理、優(yōu)化資源設(shè)計的解決方案，其本質(zhì)是實現(xiàn)底層物理設(shè)備與邏輯資源的去耦合。（1）服務(wù)器虛擬化。虛擬化可以使彼此獨立的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件在相同的一套硬件上運行，同質(zhì)、高效、資源受控是服務(wù)器虛擬化的主要特點。為了提高資源配置的靈活性，根據(jù)需求彈性虛擬化后的虛擬機可以增加或減少對其分配的硬件資源；為了提高資源利用率，降低能耗，可以同時在單個物理服務(wù)器上運行多個虛擬機；整個系統(tǒng)的硬件配置、操作系統(tǒng)和應(yīng)用通過虛擬化技術(shù)封裝在文件里，可以快速部署系統(tǒng)、發(fā)布軟件和備份系統(tǒng)，系統(tǒng)的可靠性和擴展性強，在不同服務(wù)器上動態(tài)遷移時業(yè)務(wù)不中斷。（2）存儲虛擬化。通過虛擬化技術(shù)對存儲服務(wù)或存儲系統(tǒng)的內(nèi)部功能進行抽象、隔離或隱藏，分離存儲或數(shù)據(jù)的管理與網(wǎng)絡(luò)資源、服務(wù)器、應(yīng)用的管理，在系統(tǒng)的多個層面可以實現(xiàn)存儲虛擬化，比如通過建立類似HSM（分級存儲管理）系統(tǒng)，一起解決對系統(tǒng)異構(gòu)問題。（3）網(wǎng)絡(luò)虛擬化。以前傳統(tǒng)的虛擬專用網(wǎng)是通過VPN或VLAN的方式在公用網(wǎng)絡(luò)上建立的，近年來，“多對一”特征的計算虛擬化對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)提出了和底層虛擬機相感知、相適配的新要求，使傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)具備了大二層網(wǎng)絡(luò)、虛擬交換機、虛擬網(wǎng)卡以及虛擬化動態(tài)感知的功能。
3云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計
隨著我國煤炭行業(yè)兩化融合工作的推廣，信息化建設(shè)作為促進煤炭企業(yè)安全高效發(fā)展的重點工程來抓，近年來，信息技術(shù)已初步應(yīng)用于礦井安全、生產(chǎn)、經(jīng)營管理等各業(yè)務(wù)領(lǐng)域，國內(nèi)給大型煤炭集團本著“總體規(guī)劃、分步實施、重點突破、務(wù)求實效”的工作方針，著力將公司信息化建設(shè)向信息擴展、高度集成、綜合應(yīng)用、自動控制、預(yù)測預(yù)報、智能決策的方向全面發(fā)展。現(xiàn)以我國某大型煤炭集團總部業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求為例，對其數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)進行重新規(guī)劃與設(shè)計，按照功能將劃分為七大區(qū)：核心業(yè)務(wù)交換區(qū)、核心業(yè)務(wù)區(qū)、辦公區(qū)、互聯(lián)網(wǎng)接入?yún)^(qū)、運維管理區(qū)、廣域網(wǎng)接入?yún)^(qū)、外聯(lián)業(yè)務(wù)區(qū)。二級板塊及其下屬子公司可參考建立符合自身情況的局域網(wǎng)絡(luò)。核心區(qū)提供各分區(qū)模塊互連；運維管理區(qū)是企業(yè)的IT運營中心；外聯(lián)業(yè)務(wù)區(qū)是企業(yè)對外業(yè)務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)部署區(qū)域。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)如下圖（圖1）。
4云數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)安全規(guī)劃與設(shè)計
4.1數(shù)據(jù)存儲方式
集團數(shù)據(jù)存儲量巨大，生產(chǎn)數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及測試數(shù)據(jù)等需要進行頻繁的快速讀寫，為保證這種應(yīng)用的需求，該集團希望在數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)存儲方式上既要保證存儲的可擴展性還要保證數(shù)據(jù)的快速訪問，同時也要考慮對新服務(wù)器的快速部署，數(shù)據(jù)中心存儲方式設(shè)計為IPSAN的存儲方式。數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)采取的存儲方式主要有DAS、NAS、SAN三種，根據(jù)集團公司對數(shù)據(jù)存儲的要求，采取SAN的存儲方式。SAN是存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（StorageAreaNetwork），是將服務(wù)器與一個或多個網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備通過專用高速網(wǎng)絡(luò)連接起來，采用數(shù)據(jù)塊方式進行數(shù)據(jù)存儲，因此其數(shù)據(jù)存儲速度比DAS、NAS快。SAN主要有IPSAN和FCSAN兩種形式（分別使用IP和光纖通道）。光纖通道是一種高性能、高成本技術(shù)，可以為網(wǎng)絡(luò)存儲用戶提供高速、高可靠性及安全穩(wěn)定的傳輸，實現(xiàn)不同主機互連、企業(yè)之間共享存儲系統(tǒng)。IPSAN繼承了FCSAN技術(shù)的優(yōu)點，并且通過IP，利用廉價的以太網(wǎng)設(shè)備，如就交換機、路由器、線纜實現(xiàn)低風(fēng)險、低成本的SAN存儲。ISCSI是實現(xiàn)IPSAN的最重要的技術(shù)，是運行在TCP/IP之上的塊模塊協(xié)議，因此它可將IP網(wǎng)絡(luò)和塊模塊的優(yōu)勢很好的結(jié)合起來，且使IPSAN的成本低于FCSAN。所以，數(shù)據(jù)中心建設(shè)設(shè)計為IPSAN的存儲方式。
4.2兩地三中心容災(zāi)備份
為增強該集團業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、重要數(shù)據(jù)的可用性，抵抗災(zāi)難發(fā)生時帶來的風(fēng)險，集團公司按照國家的要求需要建設(shè)兩地三中心的容災(zāi)備份方案。兩地三中心是指主數(shù)據(jù)中心、同城災(zāi)備及異地災(zāi)備中心。兩地三中心機房為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)配套設(shè)施，數(shù)據(jù)中心架構(gòu)采取的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)拓撲方案如下圖（圖2）。本地主數(shù)據(jù)中心通過雙機熱備、本地備份、CDP這些在線/近線的數(shù)據(jù)保護手段完成機房內(nèi)事件的災(zāi)備。同城災(zāi)備中心是指在一個城市中部署的災(zāi)備中心，為了保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性，對集團公司的數(shù)據(jù)在同一個城市進行實時備份和業(yè)務(wù)倒換。同城實時數(shù)據(jù)備份和業(yè)務(wù)倒換可以保證災(zāi)備中心數(shù)據(jù)和主數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)完全一致，數(shù)據(jù)保護級別達到最高，對核心和關(guān)鍵業(yè)務(wù)尤其適用，如RPO、RTO要求接近于零的業(yè)務(wù)應(yīng)用。異地災(zāi)備中心是在災(zāi)害地質(zhì)半徑之外較遠的城市部署的災(zāi)備中心，能消除地震、異常天氣等災(zāi)害對存儲業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的破壞，構(gòu)建異地災(zāi)備系統(tǒng)可以采用MSTP、WDM等技術(shù)。異地災(zāi)備系統(tǒng)采用兩套設(shè)備和主備路由保護等物理隔離方式，可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)、核心單板“雙重”保護，確保異地災(zāi)備網(wǎng)絡(luò)的私有性和安全性。
5結(jié)語
數(shù)據(jù)中心是安全生產(chǎn)、經(jīng)營管理等數(shù)據(jù)大集中而形成的集成IT應(yīng)用環(huán)境，是各種業(yè)務(wù)的提供中心，是企業(yè)信息化建設(shè)的基礎(chǔ)。云計算技術(shù)能極大地提高網(wǎng)絡(luò)工作效率、企業(yè)安全生產(chǎn)管理水平，在煤炭集團企業(yè)應(yīng)用前景十分廣泛，公司在對云數(shù)據(jù)中心部署實施應(yīng)用的同時，還要加強對安全的管理，避免云計算環(huán)境中的各種風(fēng)險。
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