談云計算技術的規劃與設計論文

2021-04-20 論文

　　【摘要】近年來，隨著信息化、數字化、物聯網等新技術在智慧礦山建設上的應用，煤炭集團傳統的數據中心在規模、帶寬、擴展性以及成本方面存在很大不足，已經適應不了新形勢下的應用需求。本文針對基于云計算技術的數據中心相關感念及技術進行分析，探討面向云計算數據中心網絡體系、數據存儲、容災備份的規劃與設計。

　　【關鍵詞】云計算；煤炭；規劃；設計

　　1前言

　　“十二五”時期是我國煤炭工業提高科學化發展水平，加大結構調整力度，轉變發展方式的關鍵時期，信息化、數字化、物聯網等新技術在智慧礦山建設上得到了快速的應用和發展。近年來，云計算技術的蓬勃發展為整個IT行業帶來了巨大變革，以傳統方式構建的數據中心已經不能滿足現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集團公司信息化水平不斷提高，對高密度服務器及高度自動化管理系統的需求不斷增長，建設云有必要建設以云計算技術為基礎的新一代數據中心。

　　2云數據中心的概念及關鍵技術

　　云數據中心是指以客戶為中心，以服務為導向，基于高效、低能耗的IT與網絡基礎架構，利用云計算技術，自動化地按需提供各類云計算服務的新一代數據中心。云數據中心對傳統數據中心進行了升級，代表了未來有關數據中心技術的演進方向。

　　2.1云數據中心的特點

　　（1）資源池化。云數據中心的資源池由其IT資源和網絡資源構成，功能是去耦合邏輯資源和物理資源，用戶不需要關注底層的物理設備，僅對邏輯資源進行相關操作就可以了。（2）智能高效。云數據中心通過統一的管理平臺對資源監控、部署與調度、業務生命周期進行自動化的智能管理，集群設備成本比較低，利用虛擬化、分布式計算技術，高效實現對數據的承載、存儲和處理。（3）面向服務。云數據中心建立以服務為導向的整體架構，由提供資源轉為提供服務，用戶選擇服務時通過服務目錄，對底層實際資源透明。（4）按需供給。云數據中心的底層基礎架構以資源池化為基礎實現資源的`動態伸縮，計費功能細粒化。另外根據上層應用的發展趨勢，智能地規劃底層物理設備的容量。（5）綠色低碳。云數據中心通過虛擬化綠色節能技術和模塊化的設計，可以降低設備的投入成本與運營維護成本實現PUE（PowerUsageEffectiveness）值的綠色低碳運營。

　　2.2云數據中心的關鍵技術

　　云數據中心的關鍵技術主要是在IT基礎設施的虛擬化技術。虛擬化的定義是指計算原件不是在真實的基礎上運行而是在虛擬的基礎上，是為了簡化管理、優化資源設計的解決方案，其本質是實現底層物理設備與邏輯資源的去耦合。（1）服務器虛擬化。虛擬化可以使彼此獨立的操作系統和應用軟件在相同的一套硬件上運行，同質、高效、資源受控是服務器虛擬化的主要特點。為了提高資源配置的靈活性，根據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器上運行多個虛擬機；整個系統的硬件配置、操作系統和應用通過虛擬化技術封裝在文件里，可以快速部署系統、發布軟件和備份系統，系統的可靠性和擴展性強，在不同服務器上動態遷移時業務不中斷。（2）存儲虛擬化。通過虛擬化技術對存儲服務或存儲系統的內部功能進行抽象、隔離或隱藏，分離存儲或數據的管理與網絡資源、服務器、應用的管理，在系統的多個層面可以實現存儲虛擬化，比如通過建立類似HSM（分級存儲管理）系統，一起解決對系統異構問題。（3）網絡虛擬化。以前傳統的虛擬專用網是通過VPN或VLAN的方式在公用網絡上建立的，近年來，“多對一”特征的計算虛擬化對現有網絡提出了和底層虛擬機相感知、相適配的新要求，使傳統的網絡具備了大二層網絡、虛擬交換機、虛擬網卡以及虛擬化動態感知的功能。

　　3云數據中心網絡規劃與設計

　　隨著我國煤炭行業兩化融合工作的推廣，信息化建設作為促進煤炭企業安全高效發展的重點工程來抓，近年來，信息技術已初步應用于礦井安全、生產、經營管理等各業務領域，國內給大型煤炭集團本著“總體規劃、分步實施、重點突破、務求實效”的工作方針，著力將公司信息化建設向信息擴展、高度集成、綜合應用、自動控制、預測預報、智能決策的方向全面發展。現以我國某大型煤炭集團總部業務應用的需求為例，對其數據中心網絡進行重新規劃與設計，按照功能將劃分為七大區：核心業務交換區、核心業務區、辦公區、互聯網接入區、運維管理區、廣域網接入區、外聯業務區。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絡。核心區提供各分區模塊互連；運維管理區是企業的IT運營中心；外聯業務區是企業對外業務、互聯網業務部署區域。數據中心網絡如下圖（圖1）。

　　4云數據中心數據安全規劃與設計

　　4.1數據存儲方式

　　集團數據存儲量巨大，生產數據、安全數據、業務數據以及測試數據等需要進行頻繁的快速讀寫，為保證這種應用的需求，該集團希望在數據中心的數據存儲方式上既要保證存儲的可擴展性還要保證數據的快速訪問，同時也要考慮對新服務器的快速部署，數據中心存儲方式設計為IPSAN的存儲方式。數據中心數據采取的存儲方式主要有DAS、NAS、SAN三種，根據集團公司對數據存儲的要求，采取SAN的存儲方式。SAN是存儲區域網絡（StorageAreaNetwork），是將服務器與一個或多個網絡存儲設備通過專用高速網絡連接起來，采用數據塊方式進行數據存儲，因此其數據存儲速度比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，可以為網絡存儲用戶提供高速、高可靠性及安全穩定的傳輸，實現不同主機互連、企業之間共享存儲系統。IPSAN繼承了FCSAN技術的優點，并且通過IP，利用廉價的以太網設備，如就交換機、路由器、線纜實現低風險、低成本的SAN存儲。ISCSI是實現IPSAN的最重要的技術，是運行在TCP/IP之上的塊模塊協議，因此它可將IP網絡和塊模塊的優勢很好的結合起來，且使IPSAN的成本低于FCSAN。所以，數據中心建設設計為IPSAN的存儲方式。

　　4.2兩地三中心容災備份

　　為增強該集團業務應用系統、重要數據的可用性，抵抗災難發生時帶來的風險，集團公司按照國家的要求需要建設兩地三中心的容災備份方案。兩地三中心是指主數據中心、同城災備及異地災備中心。兩地三中心機房為業務應用系統提供基礎配套設施，數據中心架構采取的網絡互聯拓撲方案如下圖（圖2）。本地主數據中心通過雙機熱備、本地備份、CDP這些在線/近線的數據保護手段完成機房內事件的災備。同城災備中心是指在一個城市中部署的災備中心，為了保證業務的連續性，對集團公司的數據在同一個城市進行實時備份和業務倒換。同城實時數據備份和業務倒換可以保證災備中心數據和主數據中心數據完全一致，數據保護級別達到最高，對核心和關鍵業務尤其適用，如RPO、RTO要求接近于零的業務應用。異地災備中心是在災害地質半徑之外較遠的城市部署的災備中心，能消除地震、異常天氣等災害對存儲業務數據的破壞，構建異地災備系統可以采用MSTP、WDM等技術。異地災備系統采用兩套設備和主備路由保護等物理隔離方式，可以實現業務網絡、核心單板“雙重”保護，確保異地災備網絡的私有性和安全性。

　　5結語

　　數據中心是安全生產、經營管理等數據大集中而形成的集成IT應用環境，是各種業務的提供中心，是企業信息化建設的基礎。云計算技術能極大地提高網絡工作效率、企業安全生產管理水平，在煤炭集團企業應用前景十分廣泛，公司在對云數據中心部署實施應用的同時，還要加強對安全的管理，避免云計算環境中的各種風險。

　　參考文獻：

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