云計算基礎架構與實踐-教案

PAGEPAGE0教案課程名稱云計算基礎架構與實踐課程代碼系(部)教研室(實驗室)授課教師職稱年月PAGE1課程名稱云計算基礎架構與實踐總計：56學時課程類別專業(yè)課課程代碼講授：20學時實驗：36學時上機：學時其他：學時授課教師學分授課對象教材和主要參考資料徐文義《云計算基礎架構與實踐》人民郵電出版社2017.2課程簡介云計算基礎架構與實踐是計算機網絡技術相關專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，系統(tǒng)介紹云計算基礎架構與實踐的相關內容，共劃分為5個項目，“項目一：云計算的認知與體驗”主要介紹了云計算的概念與發(fā)展趨勢、云計算的架構內涵與關鍵技術、云計算基礎架構等內容，“項目二：云計算存儲架構部署”主要介紹了共享存儲模型、磁盤存儲陣列、存儲網絡、共享文件系統(tǒng)等內容，“項目三：云計算網絡架構部署”主要介紹了網絡總體架構、接入層網絡、主機網絡虛擬化、網絡流量平面等內容，“項目四：桌面云設計與部暑”主要介紹了云接入技術、桌面云和VMwareView桌面云等內容，“項目五：私有云設計與部署”主要介紹了私有云和CloudStack私有云平臺。同時，針對每個項目內容設計了多個實訓任務，通過練習和操作實踐，幫助學習者鞏固所學的內容。通過本課程的學習，使學生能夠在已有的計算機基礎知識的基礎上，對云計算基礎架構有一個系統(tǒng)的、全面的了解，掌握架構一個私有云所必需的基本理論、基本知識和基本技能，從而能成功架構一個企業(yè)的私用云。教學難點重點1．云計算的基本概念、特點、系統(tǒng)架構、分類、關鍵技術、資源架構、服務支付、云計算運維流程建設；2．DAS存儲技術、NAS存儲技術、SAN存儲技術；3．VMwarevSphere總體架構、虛擬儲存域網絡技術（VSAN），SDN的相關知識；4．云接入的定義、優(yōu)點，桌面云的定義、優(yōu)缺點、基本架構、VMwareView體系結構與規(guī)劃原則；5．私有云的定義、優(yōu)點、邏輯架構和核心技術，CloudStack各組件功能，企業(yè)如何建設私有云平臺、私有云安全性解決方案。

教案一：云計算的認知與體驗授課題目：項目一云計算的認知與體驗授課方式（請打√）理論課□討論課□實驗課□習題課□其他□課時安排8教學大綱要求：掌握云計算的基本概念、系統(tǒng)架構、分類，了解云計算的發(fā)展趨勢、關鍵技術、資源架構、服務支付等相關知識。教學目標：1．知識目標（1）掌握云計算的基本概念、系統(tǒng)架構、分類，了解云計算的發(fā)展趨勢；（2）了解云計算的關鍵技術、資源架構、服務支付等；（3）了解云計算給IT服務管理帶來的影響和變更。2．能力目標（1）能解釋導致成功接受云計算的典型步驟，并說明它對組織的意義；（2）能從節(jié)源、開流的角度衡量分析云計算框架的優(yōu)劣；（3）能熟練使用百度、Google等搜索系統(tǒng)；（4）能熟練使用Viso繪圖軟件繪制云計算架構圖；（5）能熟練安裝與使用VM虛擬機軟件。教學重點及難點：重點：云計算的基本概念、特點、系統(tǒng)架構、分類、關鍵技術、資源架構、服務支付難點：云計算架構的關鍵技術、云計算運維流程建設作業(yè)、討論題、思考題：詳見課本“1.7習題”部分。課后總結分析：教學內容備注主要教學內容（提綱）：一、理論教學內容1.4.1云計算的基礎概述1．云計算的特點目前，云計算沒有統(tǒng)一的定義。云計算的定義主要包括如下幾種。（1）維基百科對云計算定義為：云計算將IT相關的能力以服務的方式提供給用戶，允許用戶在不了解提供服務的技術、沒有相關知識以及設備操作能力的情況下，通過Internet獲取需要的服務。（2）中國云計算網將云計算定義為：云計算是分布式計算（DistributedComputing）、并行計算（ParallelComputing）和網格計算（GridComputing）的發(fā)展，或者說是這些科學概念的商業(yè)實現(xiàn)（云計算發(fā)展歷程見圖1-1所示）。（3）在綜合多個云計算的定義之后，我們給“云”下了如下定義。云是一個包含大量可用虛擬資源（例如硬件、開發(fā)平臺以及I/O服務）的資源池。這些虛擬資源可以根據(jù)不同的負載動態(tài)地重新配置，以達到更優(yōu)化的資源利用率。這種資源池通常由基礎設施提供商按照服務等級協(xié)議（ServiceLevelAgreement，SLA）采用用時付費（Pay2Per2Use，PPU）的模式開發(fā)管理。綜上，“云計算”是分布式處理、并行處理和網格計算的發(fā)展，或者說是這些計算機科學概念的商業(yè)實現(xiàn)。正如云計算概念指出，云計算一方面是虛擬化技術（Virtualization）、效用計算（UtilityComputing）、XaaS（包括IaaS、PaaS、SaaS等）等技術混合演進并躍升的結果；另一方面是并行計算（ParallelComputing）、分布式計算（DistributedComputing）和網格計算（GridComputing）的發(fā)展，或者說是這些計算機科學概念的商業(yè)實現(xiàn)。2．云計算的特點1）超大規(guī)模；2）虛擬化；3）高可靠性；4）通用性；5）高可擴展性；6）按需服務；7）極其廉價；8）安全；9）方便。1.4.2云計算的分類從服務方式角度來劃分的話，云計算大體上來說可分為三種：為公眾提供開放的計算、存儲等服務的“公有云”，如百度的搜索和各種郵箱服務等；部署在防火墻內，為某個特定組織提供相應服務的“私有云”；以及將以上兩種服務方式進行結合的“混合云”。從技術的角度來講，云計算可分為四層：HAAS（硬件即服務）、IaaS（基礎設施即服務）、PaaS（平臺即服務）和SaaS（軟件即服務），并有逐步向XaaS發(fā)展的態(tài)勢。1.4.3云計算的發(fā)展趨勢云計算的研究始于Google公司公布其三大關鍵技術GFS、MapReduce和BigTable以后，各大IT廠商包括Microsoft、IBM、Amazon等和研究機構都爭相對云計算展開了各自的研究，并實現(xiàn)或提供云計算服務、云計算產品與云計算解決方案，云計算技術已經成為了IT界最受關注和發(fā)展最快的技術?？傮w來說，云計算的資源相對集中，主要以數(shù)據(jù)中心的形式對資源虛擬化后提供底層資源的使用，并不強調虛擬組織（VirtualOrganization，VO）的概念。目前，云計算的商業(yè)實現(xiàn)與技術平臺在業(yè)界還沒有統(tǒng)一的標準與定義，基于云計算的產品與服務種類繁多，由于關注點不同，其分類標準也不一。無論哪種分類，通過對云計算的理論和實現(xiàn)產品的分析和研究，可以認為云計算是虛擬化（Virtualization）技術、效用計算（UtilityComputing）、軟件即服務（SaaS）、平臺即服務（PaaS）、基礎實施即服務（IaaS）的結合。這里強調基于IT資源的服務，正是云計算的固有特色，它通常以第三方擁有的機制提供這些服務，用戶只關心需要的服務，一切計算交由云計算中心進行透明訪問處理。另外，云計算被認為是繼分布式計算、并行計算和網格計算等之后計算模式的最新發(fā)展，云計算通過將各種互聯(lián)的計算、存儲、數(shù)據(jù)、應用等資源進行有效整合、多層次的虛擬化與抽象，未來用戶只需連接網絡便可透明使用云計算強大的計算與存儲能力。云計算未來主要有兩個發(fā)展方向：一個是構建與應用程序緊密結合的大規(guī)模底層基礎設施，使得應用能夠擴展到很大的規(guī)模；另一個是通過構建新型的云計算應用程序，在網絡上提供更加豐富的用戶體驗。第一個發(fā)展趨勢能夠從現(xiàn)有的云計算研究狀況中體現(xiàn)出來，詳見上一節(jié)的分析。而在云計算應用的構造上，很多新型的社會服務型網絡，如Facebook等，已經體現(xiàn)了這個發(fā)展趨勢，而在研究上則更加注重如何通過云計算基礎平臺將多個業(yè)務融合起來。1.4.4云計算的總體架構從云計算的相關定義可知，對用戶而言，云計算更多地體現(xiàn)的是它所能提供的服務。在服務方面，主要以提供用戶基于云的各種服務為主，共包含三個層次：其一是軟件即服務（SoftwareasaService，簡稱SaaS），這層的作用是將應用主要以基于Web的方式提供給客戶；其二是平臺即服務（PlatformasaService，簡稱PaaS），這層的作用是將一個應用的開發(fā)和部署平臺作為服務提供給用戶；其三是基礎架構即服務（InfrastructureasaService，簡稱IaaS），這層的作用是將各種底層的計算（比如虛擬機）和存儲等資源作為服務提供給用戶。從用戶角度而言，這三層服務，它們之間關系是獨立的，因為它們提供的服務是完全不同的，而且面對的用戶也不盡相同。但從技術角度而言，云服務這三層之間的關系并不是獨立的，而是有一定依賴關系的，比如一個SaaS層的產品和服務不僅需要使用到SaaS層本身的技術，而且還依賴PaaS層所提供的開發(fā)和部署平臺或者直接部署于IaaS層所提供的計算資源上。此外，PaaS層的產品和服務也很有可能構建于IaaS層服務之上。在管理方面，主要以云管理層為主，它的主要功能是確保整個云計算中心能夠安全和穩(wěn)定的運行，并且能夠被有效地管理。1.4.5云計算架構的關鍵技術1．虛擬化技術(vmware)虛擬化指的是計算、存儲、網絡等資源的一種邏輯表示，并不拘泥于這些資源的實現(xiàn)方式、物理包裝和物理位置等限制。為使人們能夠更加充分合理地利用計算資源，依據(jù)應用需求靈活地構建計算環(huán)境，通?？梢圆捎锰摂M化（Virtualization）技術對計算資源進行動態(tài)組織。從而提高計算資源的使用效率，真正實現(xiàn)透明、高效、可定制地按需使用計算資源。這里提及的計算資源，主要包括CPU、內存，數(shù)據(jù)資源、存儲資源以及網絡資源等，它們是資源聚合的基礎。因此在資源發(fā)現(xiàn)的基礎上，動態(tài)高效地對這些資源進行合理組織形成計算環(huán)境也是需要考慮的一個重要議題。虛擬化技術作為網格計算與云計算的支撐技術，最終為充分利用已有資源并及節(jié)省成本，必須采用結合虛擬化技術動態(tài)實時地聚合與分配網絡中的可計算資源。有利于大規(guī)模并行計算。虛擬化技術是云計算實現(xiàn)的關鍵技術，通過虛擬化可以為應用提供靈活可變、可擴展的服務。從系統(tǒng)層次結構來看，虛擬機的本質特征在于：利用下層應用或系統(tǒng)的支持為上層應用或系統(tǒng)提供不同的接口，按照虛擬機所在的中間層位置的不同，可以分為：硬件抽象層虛擬機、操作系統(tǒng)層虛擬機、應用程序編程接口（ApplicationProgrammingInterface，API）層虛擬機和編程語言層虛擬機四類。2．分布式海量數(shù)據(jù)存儲分布式文件系統(tǒng)按網絡的連接方式劃分，可分為：DAS（DirectAttachedStorage：直連存儲）、NAS（NetworkAttachedStorage：網絡附屬存儲）和SAN（StorageAreaNetwork：存儲區(qū)域網）。傳統(tǒng)的存儲方式大都采用DAS方式，各種存儲設備通過諸如IDE或SCSI等I/O總線與服務器相連，效率較低。NAS是一種存儲設備，采用的協(xié)議包括NFS（SunUNIX）和CIFS（MicrosoftNT/windows）。SAN是一種利用FibreChannel等互聯(lián)協(xié)議連接起來的可以在服務器和存儲系統(tǒng)之間直接傳送數(shù)據(jù)的存儲網絡系統(tǒng)。SAN是以網絡為中心的存儲結構，它是采用獨特的技術（如FC）構建的、與原有LAN網絡不同的一個專用的存儲網絡，存儲設備和SAN中的應用服務器之間采用的是blockI/O的方式進行數(shù)據(jù)交換，SAN的價格較為昂貴，并且配置復雜。云計算采用的分布式文件系統(tǒng)大都屬于集群分布式文件系統(tǒng)，在云計算這種超大規(guī)模，并且極其強調容錯的環(huán)境里，上述傳統(tǒng)的這些文件劃分方式顯然受到了更大的挑戰(zhàn)。3．海量數(shù)據(jù)管理技術云計算需要對分布的、海量的數(shù)據(jù)進行處理、分析，因此，數(shù)據(jù)管理技術必須能夠高效地管理大量的數(shù)據(jù)。云計算系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理技術主要是Google的BT（BigTable）數(shù)據(jù)管理技術和Hadoop團隊開發(fā)的開源數(shù)據(jù)管理模塊HBase。BigTable是非關系型數(shù)據(jù)庫，是一個稀疏的、分布式的、持久化存儲的多維度排序Map。BigTable的設計目的是快速且可靠地處理PB級別的數(shù)據(jù)，并且能夠部署到上千臺機器上。4．MapReduce編程模式概念“Map（映射）”和"Reduce（歸約）"，其主要思想，使得編程人員在不會分布式并行編程的情況下，將自己的程序運行在分布式系統(tǒng)上。軟件實現(xiàn)的是指定一個Map（映射）函數(shù)，用來把一組鍵值對映射成一組新的鍵值對，指定并發(fā)的Reduce（歸約）函數(shù)，用來保證所有映射的鍵值對中的每一個共享相同的鍵組。5．云計算平臺管理技術云管理平臺最重要的兩個特質在于管理云資源和提供云服務。即通過構建基礎架構資源池（IaaS）、搭建企業(yè)級應用/開發(fā)/數(shù)據(jù)平臺（PaaS），以及通過SOA架構整合服務（SaaS）來實現(xiàn)全服務周期的一站式服務，構建多層級、全方位的云資源管理體系。選擇云計算管理平臺的四種考量：（1）是否可以保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。這是IT決策者在選擇云管理平臺時最重要的衡量標準之一。（2）是否可以和現(xiàn)在的虛擬化平臺兼容。采用現(xiàn)有的虛擬化供應商升級云計算，不失為一種選擇，但是考慮到成本以及供應商鎖定的問題，也可以選擇一種可以兼容現(xiàn)有虛擬化基礎的云計算管理平臺。（3）是否有完整的生命周期管理?，F(xiàn)在虛擬機泛濫的問題很普通，導致IT管理者不清楚哪些應用在哪些虛擬機上、無法及時回收資源等等問題，多數(shù)應用不能按照不同需求定義虛擬機的服務等級。（4）是否便于管理。云計算的一個重要的優(yōu)勢是減少IT管理成本。因此，云計算平臺管理技術就是實現(xiàn)大量服務器的協(xié)同工作，方便地進行業(yè)務部署和開通，快速發(fā)現(xiàn)和恢復系統(tǒng)故障，通過自動化、智能化的手段實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可靠運營。1.4.6云計算核心架構的競爭力衡量維度將云計算技術引入傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心所帶來的商業(yè)服務的角度看，重點可以從開源與節(jié)流兩個方面來衡量云計算的核心競爭力。1．節(jié)流（CostSaving）方面在業(yè)務系統(tǒng)搭建過程中，云計算及其虛擬化技術使得企業(yè)及運營商可以突破應用邊界的束縛，充分共享企業(yè)范圍內、行業(yè)范圍內、甚至全球范圍內公用的“IT資源池”，無需采購和安裝實際物理形態(tài)的服務器、交換機及存儲硬件，而是依賴于向集中的“IT資源池”動態(tài)申請所需的虛擬IT資源（或資源集合），從而完成相關應用的自動化安裝部署，最終達到快速搭建支撐自身核心業(yè)務的IT系統(tǒng)與基礎平臺的目的。這種模式可以減少系統(tǒng)搭建的人力和資源投入，降低系統(tǒng)初始構筑成本。在業(yè)務應用執(zhí)行過程中，依托節(jié)能減排及資源利用率最大化原則，實現(xiàn)必要的智能資源動態(tài)調度，以完成既定的業(yè)務處理或計算任務，并在特性業(yè)務處理或計算任務完成后即時地釋放相關IT資源供其他企業(yè)/行業(yè)應用進一步動態(tài)共享，從而實現(xiàn)IT建設與運維成本的大幅度優(yōu)化與降低。另外針對涉及海量數(shù)據(jù)處理及科學計算的特殊行業(yè)，以往依托于造價昂貴小型機、大型機甚至巨型機、高端存儲陣列，或者采用通用處理設備需要數(shù)月甚至數(shù)年才能完成的復雜計算與分析任務，有可能在云計算數(shù)據(jù)中心基于通用服務器集群，以更為低廉的成本并花費更短的時間就可以輕松應對。2．開源（RevenueGeneration）方面針對公有云數(shù)據(jù)中心運營商的價值：在于將SaaS等早在云計算概念出現(xiàn)之就已普及的資源服務的概念進一步擴展到IaaS與PaaS層，云計算數(shù)據(jù)中心運營商可以在IaaS/PaaS上建設自營增值業(yè)務服務于云用戶，也可引入眾多第三方應用運行在IaaS/PaaS云平臺之上，實現(xiàn)相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心托管服務具備更高附加值的虛擬機、虛擬桌面及虛擬數(shù)據(jù)中心租賃業(yè)務，或者在第三方應用開發(fā)/提供商、云運營商（IaaS/PaaS云平臺提供者）以及云租戶/云用戶之間分享豐富的SaaS應用帶來的增值利潤。針對企業(yè)私有云數(shù)據(jù)中心建設的價值：云計算使得IT基礎\o"大型網站架構知識庫"架構可以對與企業(yè)、行業(yè)業(yè)務緊密綁定的業(yè)務軟件形成更為高效和敏捷的集成融合，從而大大提升了企業(yè)IT資源靈活適應并支撐企業(yè)核心業(yè)務流程與業(yè)務模式快速變化的能力，有效地優(yōu)化了企業(yè)業(yè)務的運作效率。云計算的海量數(shù)據(jù)分析與挖掘能力的價值：使得企業(yè)、行業(yè)有能力依托其海量存儲及并行分析與處理框架的能力，從其企業(yè)IT系統(tǒng)所產生的海量的歷史數(shù)據(jù)中提煉并萃取出對其有價值的獨特信息與價值，從而為其市場及業(yè)務戰(zhàn)略的及時優(yōu)化調整提供智能化決策引擎，從而有效提升企業(yè)的競爭力。1.4.7云計算解決方案的典型架構場景云計算技術的成熟和發(fā)展，使得采用云計算技術為高分辨率遙感影像應用提供一致的存儲與管理成為可能，課本展示的遙感影像存儲平臺C-RSMP，目的是為用戶提供云計算環(huán)境下對高分辨率遙感影像透明的訪問能力。這個結構總共包括五層，自下而上分別為：物理層、云平臺層、服務層、應用層、客戶端，以及橫跨多個層次的服務組合、服務監(jiān)控、虛擬資源管理、任務調度及計量、計費等。1.4.8云計算資源架構云計算不僅從技術上，而且在服務模式上也提出了很多創(chuàng)新之處。表現(xiàn)在其對整個IT領域所涉及的技術和應用涉及硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、應用系統(tǒng)、運維管理、服務模式等各個方面。云基礎架構在傳統(tǒng)基礎架構計算、存儲、網絡硬件層的基礎上，增加了虛擬化層、云層：虛擬化層：大多數(shù)云基礎架構都廣泛采用虛擬化技術，包括計算虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化等。通過虛擬化層，屏蔽了硬件層自身的差異和復雜度，向上呈現(xiàn)為標準化、可靈活擴展和收縮、彈性的虛擬化資源池;云層：對資源池進行調配、組合，根據(jù)應用系統(tǒng)的需要自動生成、擴展所需的硬件資源，將更多的應用系統(tǒng)通過流程化、自動化部署和管理，提升IT效率。1.4.9云計算服務交付云計算是基于互聯(lián)網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網來提供動態(tài)易擴展且經常是虛擬化的資源。狹義云計算指IT基礎設施的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需資源；廣義云計算指服務的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需服務。云計算顛覆性地改變了傳統(tǒng)IT服務的商業(yè)模式，大大降低獲取IT服務的門檻，使云計算成為社會信息化的基礎設施，人們使用IT服務將像使用水電一樣方便、快捷、廉價。但必須清醒地認識到，云計算要建立一個清晰的商業(yè)模型還有待時日。首先，作為多種技術集大成者的云計算，要將各種技術融會貫通，需要一定時間的積累；其次，人們對云計算的商業(yè)模式有一個認識和接受的過程；最后，云計算產業(yè)鏈的形成也是一個多方博弈的過程。1.4.10云計算運維流程建設云計算的運維從事故管理、問題管理、變更管理、發(fā)布管理、配置管理5個方面，下面簡要介紹ITIL服務管理流程，并詳細論述了事故管理、問題管理、配置管理、變更管理4個流程。從運維流程的角度探討1）實施指導；2）實施路徑；3）配置流程管理；4）服務臺與事件流程管理。二、實踐教學內容任務1-1：初識云計算本任務主要是一個概念的理解與識記的過程，要求學習者掌握云計算作為服務計算應有的特點，了解云計算的發(fā)展趨勢，以及未來云計算對產業(yè)鏈的影響。任務主要內容為：（1）通過瀏覽器搜索相關概念；（2）理解云計算的基本概念、分類、特點、關鍵技術、架構等。任務1-2：繪制云計算架構圖本任務要求學習者使用Viso繪圖軟件繪制云計算架構圖。任務主要內容為：（1）熟悉Visio繪圖軟件；（2）了解云計算平臺的基礎框架體系；（3）從服務的角度了解基于SOA的框架結構；（4）使用Visio繪圖軟件繪制云計算架構圖。任務1-3：VMware虛擬機的安裝與使用本任務要求學習者在Windows系統(tǒng)中安裝和使用VMwareWorkstation軟件，任務主要內容為：（1）安裝VMwareWorkstation軟件；（2）在VMwareWorkstation軟件中安裝WindowsServer2003操作系統(tǒng)；（3）VMware虛擬機功能設置。

教案二：云計算存儲架構部署授課題目：項目二云計算存儲架構部署授課方式（請打√）理論課□討論課□實驗課□習題課□其他□課時安排10教學大綱要求：了解云計算存儲架構部署過程，熟悉DAS存儲技術、NAS存儲技術、SAN存儲技術等相關知識。教學目標：1．知識目標（1）了解云計算存儲架構部署過程；（2）熟悉傳統(tǒng)數(shù)據(jù)DAS存儲技術；（3）熟悉網絡附加NAS存儲技術；（4）熟悉云計算存儲架構的SAN存儲技術。2．能力目標（1）能在WindowsServer中搭建SAN存儲服務（iSCSI）；（2）能在LinuxServer中搭建NAS存儲服務（NFS）；（3）能熟練安裝部署FreeNAS開源存儲系統(tǒng)。教學重點及難點：重點：DAS存儲技術、NAS存儲技術、SAN存儲技術難點：IPSAN存儲技術、存儲虛擬化網關作業(yè)、討論題、思考題：詳見課本“2.7習題”部分。課后總結分析：教學內容備注主要教學內容（提綱）：一、理論教學內容2.4.1共享存儲模型主機本地存儲被稱為直連式存儲（DirectAttachedStorage，DAS），顧名思義，這時存儲設備通過電纜（通常是SCSI接口電纜）直接連到服務器。在這種連接方式下，主機單獨占有各自的存儲設備，不與其他主機共享。如何使存儲能夠在服務器間共享。一般來說，共享存儲體系結構主要可以分為SAN（StorageAreaNetwork，存儲區(qū)域網絡）和NAS（NetworkAttachedStorage，網絡附屬存儲）兩大類。SAN和NAS的共同特征都是將主機與存儲解耦，使存儲可以在多個主機間共享，其本身也是一種虛擬化技術。主機和存儲設備在一個對等的存儲網絡中互連，完全打破了主機和存儲的綁定關系，對主機而言，SAN網絡中的存儲目標盤看起來仍然是一個基于塊的磁盤設備，與DAS沒有本質區(qū)別。存儲網絡多采用FC（光纖通道）網絡，也可以采用基于IP的網絡iSCSI技術。如果存儲網絡采用IP網絡，數(shù)據(jù)存儲的共享通常是基于文件的。NAS本質上是一臺NFS或CIFS文件共享服務器。對于主機而言，NAS提供的不是一個磁盤塊設備，而是一個遠端網絡文件系統(tǒng)。2.4.2磁盤存儲陣列1．磁盤存儲介質存儲介質是指存儲數(shù)據(jù)的載體。通常，U盤、存儲卡、硬盤里都有存儲介質。目前最流行的存儲介質是基于閃存（Nandflash）的，比如U盤、CF卡、SD卡、SDHC卡、MMC卡、SM卡、記憶棒、XD卡等。2．RAID磁盤組磁盤陣列（RedundantArraysofIndependentDisks，RAID），有“獨立磁盤構成的具有冗余能力的陣列”之意。磁盤陣列是由很多價格較便宜的磁盤，組合成一個容量巨大的磁盤組，利用個別磁盤提供數(shù)據(jù)所產生加成效果提升整個磁盤系統(tǒng)效能。利用這項技術，將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個硬盤上。磁盤陣列還能利用同位檢查（ParityCheck）的觀念，在數(shù)組中任意一個硬盤故障時，仍可讀出數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)重構時，將數(shù)據(jù)經計算后重新置入新硬盤中。磁盤陣列其樣式有三種，一是外接式磁盤陣列柜、二是內接式磁盤陣列卡，三是利用軟件來仿真。外接式磁盤陣列柜最常被使用大型服務器上，具可熱交換（HotSwap）的特性，不過這類產品的價格都很貴。內接式磁盤陣列卡，因為價格便宜，但需要較高的安裝技術，適合技術人員使用操作。硬件陣列能夠提供在線擴容、動態(tài)修改陣列級別、自動數(shù)據(jù)恢復、驅動器漫游、超高速緩沖等功能。它能提供性能、數(shù)據(jù)保護、可靠性、可用性和可管理性的解決方案。陣列卡專用的處理單元來進行操作。利用軟件仿真的方式，是指通過網絡操作系統(tǒng)自身提供的磁盤管理功能將連接的普通SCSI卡上的多塊硬盤配置成邏輯盤，組成陣列。軟件陣列可以提供數(shù)據(jù)冗余功能，但是磁盤子系統(tǒng)的性能會有所降低，有的降低幅度還比較大，達30%左右。因此會拖累機器的速度，不適合大數(shù)據(jù)流量的服務器。無論是DAS、SAN還是NAS存儲構架，其存儲系統(tǒng)的低層都是存儲介質，我們以一個磁盤存儲陣列為標本，觀察一下其內部存儲介質的構成。FC磁盤即光纖通道磁盤，以光纖通道仲裁環(huán)（FC-AL）技術作為硬盤連接接口，能夠顯著提高I/O吞吐量，是一種高性能磁盤，在高端存儲設備上被普遍使用。SATA磁盤即串行總線接口（SerialATA）磁盤。它采用串行傳送的數(shù)據(jù)序列，雖然每個時鐘頻率僅傳輸1bit，但串行總線極高的傳輸速度仍可以使傳輸速率保持在1.5Gbits/s，SATA-2可以達到3Gbits/s。在性能上，SATA磁盤略遜于FC磁盤，但SATA磁盤能夠具有更大的存儲容量，其單盤容量可以是FC磁盤容量的2倍以上，屬于高性價比磁盤。除了上面看到的磁盤類型，磁盤存儲介質又有了新的發(fā)展趨勢。一是SAS磁盤正逐步代替FC磁盤，成為高性能磁盤的主流；二是新型高性能SSD硬盤的出現(xiàn)帶來存儲性能的飛躍。RAID（RedundantArraysofInexpensiveDisks）的字面含義是“價格便宜磁盤的冗余陣列”。其原理是將磁盤組成陣列數(shù)組，將數(shù)據(jù)以某種方式排列后分散存儲在這一組磁盤陣列中。通過數(shù)據(jù)的分散排列可以使數(shù)據(jù)讀寫在多個磁盤上并行，提供總體性能；在有磁盤故障時，通過磁盤間同位檢查（ParityCheck）的方法重構數(shù)據(jù)，維持數(shù)據(jù)的可用性。RAID存在一組標準規(guī)范。3．存儲邏輯單元磁盤存儲設備是如何向主機提供連續(xù)的塊存儲空間的，可以從分配給主機的最小存儲單元著手。從主機的角度，經共享存儲可以使用的一個“磁盤”不是存儲設備上的磁盤RAID組，更不是存儲設備上的一個物理磁盤，而是一個邏輯磁盤設備，在SCSI存儲訪問協(xié)議環(huán)境下（存儲源設備和目標設備之間的數(shù)據(jù)訪問協(xié)議SCSI在共享存儲中占統(tǒng)治地位），這個邏輯設備用一個具有唯一性的數(shù)碼LUN（LogicalUnitNumber，邏輯單元號）標記，LUN的原始意義只是一個整數(shù)，但習慣上一個LUN用來指代與之唯一對應的邏輯存儲設備。在磁盤陣列設備上，LUN是建立在RAID組上的邏輯存儲單元。存儲設備以LUN為單位向主機等網絡存儲發(fā)起方提供存儲目標“磁盤”。LUN的存儲性能和冗余保護級別由其所在的RAID組而定。磁盤陣列一般還具有許多增強的LUN功能，主要包括虛擬化置備、LUN遷移、LUN鏡像和LUN快照。2.4.3存儲網絡目前除了以光纖信道技術所建構的FCSAN外，另外還有以TCP/IP做為基礎的IPSAN。SNIA建議，以光纖信道技術建構的存儲網絡稱為FibreChannelSAN（FCSAN），以以太網絡技術（如iSCSI）建構的存儲網絡則稱為IPSAN。1．FC存儲網絡（FibreChannelSAN）FibreChannel的主要用途是運用于建構具高傳輸速度的存儲網絡技術。FCSAN在架構上通常以光纖作為傳輸媒介，因此具有高傳輸速度、高可靠度、長傳輸距離等特點。目前Fibrechannel的傳輸速度已經達到4Gbps（bitspersecond），F(xiàn)CSAN支持三種基本的拓撲架構：點對點、仲裁回路及交換式光纖網絡。2．IP存儲網絡IPSAN存儲技術，顧名思義是在傳統(tǒng)IP以太網上架構一個SAN存儲網絡把服務器與存儲設備連接起來的存儲技術。IPSAN其實在FCSAN的基礎上再進一步，它把SCSI協(xié)議完全封裝在IP協(xié)議之中，是將SCSI的指令透過TCP的通訊協(xié)議傳送到遠方，以達到控制遠程存儲設備的方式。由于傳送的封包內含有傳輸目標的IP位置，因此是一種效率較高的點對點傳輸。簡單來說，IPSAN就是把FCSAN中光纖通道解決的問題通過更為成熟的以太網實現(xiàn)了，從邏輯上講，它是徹底的SAN架構，即為服務器提供塊級服務。IPSAN技術有其獨特的優(yōu)點：節(jié)約大量成本、加快實施速度、優(yōu)化可靠性以及增強擴展能力等。采用iSCSI技術組成的IPSAN可以提供和傳統(tǒng)FCSAN相媲美的存儲解決方案，而且普通服務器或PC機只需要具備網卡，即可共享和使用大容量的存儲空間。與傳統(tǒng)的分散式直連存儲方式不同，它采用集中的存儲方式，極大地提高了存儲空間的利用率，方便了用戶的維護管理。iSCSI是基于IP協(xié)議的，它能容納所有IP協(xié)議網絡中的部件，iSCSI網絡架構如圖2-21所示。通過iSCSI，用戶可以穿越標準的以太網線纜，在任何需要的地方創(chuàng)建實際的SAN網絡，而不需要專門的光纖通道網絡在服務器和存儲設備之間傳送數(shù)據(jù)。iSCSI可以實現(xiàn)異地間的數(shù)據(jù)交換，使遠程鏡像和備份成為可能。因為它沒有光纖通道對傳輸距離的限制，IPSAN使用標準的TCP/IP協(xié)議，數(shù)據(jù)即可在以太網上進行傳輸。3．存儲虛擬化網關SNIA（存儲網絡工業(yè)協(xié)會）對存儲虛擬化的解釋包含兩方面：（1）存儲虛擬化是為了便于應用和服務進行數(shù)據(jù)管理而采取的針對應用、服務器以及一般網絡資源進行的存儲子系統(tǒng)或存儲服務的內部功能抽象、隱藏和隔離的行為；（2）存儲虛擬化是針對存儲設備或存儲服務進行的虛擬化手段，以便對底層存儲資源實施存儲會聚、隱藏復雜性以及添加新功能等。①一般地，虛擬存儲所虛擬的對象是一些存儲資源，如磁盤、磁帶、文件、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)塊等等。其虛擬的結果往往是虛擬磁盤、虛擬磁帶、虛擬文件、虛擬文件系統(tǒng)、虛擬數(shù)據(jù)塊等等。②存儲虛擬化的核心工作是實現(xiàn)物理存儲設備到單一邏輯資源池的映射。通過虛擬化技術，為用戶和應用程序提供了虛擬磁盤或虛擬卷，并且可以根據(jù)用戶需求對它進行任意分割、合并、重新組合等操作，并分配給特定的主機或應用程序，為用戶隱藏或屏蔽了具體的物理設備的各種物理特性。存儲虛擬化技術，其實說穿了，技術上就是I/O重新定向和存儲單元塊地址重新編排而已。如果把存儲虛擬化功能看作應用與存儲設備之間“欺上瞞下”的邏輯層，那么這層的主要任務就是，對上面截獲I/O自己重新處理，對下面所有存儲空間重新統(tǒng)一編址。其他所有的高級功能，都是基于這一基本機制衍生的。虛擬網關是一種在IP網絡上建立通信信道的技術方法。整個過程包括：接收關于要在至少兩個端點之間建立的所需通信信道的端點信息，其中的端點信息包括至少兩個端點中的一個公共IP地址；且在兩個公共IP地址之間創(chuàng)建交叉連接；以及向其中至少兩個端點提供交叉連接ID。2.4.4共享文件系統(tǒng)1．集群文件系統(tǒng)ClusterFS集群文件系統(tǒng)架構后端存儲采用DAS，每個存儲服務器直連各自的存儲系統(tǒng)，通常為一組SATA磁盤，然后由集群文件系統(tǒng)統(tǒng)一管理物理分布的存儲空間而形成一個單一命名空間的文件系統(tǒng)。實際上，集群文件系統(tǒng)是將RAID、Volume、FileSystem的功能三者合一了。目前的主流集群文件系統(tǒng)一般都需要專用元數(shù)據(jù)服務或者分布式的元數(shù)據(jù)服務集群，提供元數(shù)據(jù)控制和統(tǒng)一名字空間，當然也有例外，如無元數(shù)據(jù)服務架構的GlusterFS。NAS集群上安裝集群文件系統(tǒng)客戶端，實現(xiàn)對全局存儲空間的訪問，并運行NFS/CIFS服務對外提供NAS服務。NAS集群通常與元數(shù)據(jù)服務集群或者存儲節(jié)點集群運行在相同的物理節(jié)點上，從而減少物理節(jié)點部署的規(guī)模，當然會對性能產生一定的影響。與SAN架構不同，集群文件系統(tǒng)可能會與NAS服務共享TCP/IP網絡，相互之間產生性能影響，導致I/O性能的抖動。簡單地說，集群（cluster）就是一組計算機，它們作為一個整體向用戶提供一組網絡資源。這些單個的計算機系統(tǒng)就是集群的節(jié)點（node）。一個理想的集群是，用戶從來不會意識到集群系統(tǒng)底層的節(jié)點，在他/她們看來，集群是一個系統(tǒng)，而非多個計算機系統(tǒng)。并且集群系統(tǒng)的管理員可以隨意增加和刪改集群系統(tǒng)的節(jié)點。將多臺同構或異構的計算機連接起來協(xié)同完成特定的任務就構成了集群系統(tǒng)。集群并不是一個全新的概念，其實早在七十年代計算機廠商Digitalequipment公司和Tandem計算機公司和研究機構就開始了對集群系統(tǒng)的研究和開發(fā)。由于主要用于科學工程計算，所以這些系統(tǒng)并不為大家所熟知。直到Linux集群的出現(xiàn)，集群的概念才得以廣為傳播。集群系統(tǒng)主要分為高可用（HighAvailability）集群，簡稱HA集群，和高性能計算（HighPerfermanceComputing）集群，簡稱HPC集群。集群系統(tǒng)主要分為兩種：高可用性集群和高性能集群。2．網絡文件系統(tǒng)NFS網絡文件系統(tǒng)（NetworkFileSystem，NFS）是由SUN公司研制的UNIX表示層協(xié)議（pressentationlayerprotocol），能使使用者訪問網絡上別處的文件就像在使用自己的計算機一樣。NFS是基于UDP/IP協(xié)議的應用，其實現(xiàn)主要是采用遠程過程調用RPC機制，RPC提供了一組與機器、操作系統(tǒng)以及低層傳送協(xié)議無關的存取遠程文件的操作。RPC采用了XDR的支持。XDR是一種與機器無關的數(shù)據(jù)描述編碼的協(xié)議，他以獨立與任意機器體系結構的格式對網上傳送的數(shù)據(jù)進行編碼和解碼，支持在異構系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的傳送。其具有的特點為：提供透明文件訪問以及文件傳輸；容易擴充新的資源或軟件，不需要改變現(xiàn)有的工作環(huán)境；高性能，可靈活配置。網絡文件系統(tǒng)（NFS）是文件系統(tǒng)之上的一個網絡抽象，來允許遠程客戶端以與本地文件系統(tǒng)類似的方式，來通過網絡進行訪問。雖然NFS不是第一個此類系統(tǒng)，但是它已經發(fā)展并演變成UNIX系統(tǒng)中最強大最廣泛使用的網絡文件系統(tǒng)。NFS允許在多個用戶之間共享公共文件系統(tǒng)，并提供數(shù)據(jù)集中的優(yōu)勢，來最小化所需的存儲空間。2.4.5共享存儲架構從整體架構來看，集群NAS由存儲子系統(tǒng)、NAS集群（機頭）、客戶端和網絡組成。根據(jù)所采用的后端存儲子系統(tǒng)的不同，可以把集群NAS分為三種技術架構，即SAN共享存儲架構、集群文件系統(tǒng)架構和pNFS/NFSv4.1架構。這種架構后端存儲采用SAN，所有NAS集群節(jié)點通過光纖連接到SAN，共享所有的存儲設備，通常采用SAN并行文件系統(tǒng)管理并輸出POSIX接口到NAS集群。2.4.6NAS存儲系統(tǒng)擴展應用FreeNAS是網絡附屬存儲（NAS）服務專用操作系統(tǒng)（FreeBSD的簡化版）?；趍0n0wall防火墻，該系統(tǒng)通過提供磁盤管理及RAID軟件，可讓用戶將PC轉換為NAS服務器。支持FTP/NFS/RSYNC/CIFS/AFP/UNISON/SSH協(xié)議，旨在讓人們重新使用舊硬件。FreeNAS是開源的NAS服務器，它可以將一臺普通PC變成網絡存儲服務器。該軟件基于FreeBSD、Samba及PHP，通過瀏覽器方便的配置與管理，支持CIFS、NFS、HTTP/DAV和FTP功能，含有多種軟RAID模式供用戶選擇。二、實踐教學內容任務2-1：在WindowsServer中搭建SAN存儲服務（iSCSI）本任務要求學習者在服務器上搭建SAN存儲服務，任務主要內容為：（1）WindowsStorageServer安裝；（2）系統(tǒng)服務配置；（3）在iSCSI存儲服務器上創(chuàng)建目標；（4）創(chuàng)建虛擬磁盤并連接iSCSI目標；（5）在工作站上連接iSCSI磁盤；（6）在iSCSI服務器上為磁盤擴容；（7）在工作站上刷新磁盤擴展卷；（8）在服務器上創(chuàng)建快照。任務2-2：在LinuxServer中搭建NAS存儲服務（NFS）本任務要求學習者在LinuxServer上搭建NAS存儲服務（NFS），任務主要內容為：（1）理解RAID的概念，并且會做軟RAID；（2）創(chuàng)建LVM并進行掛載；（3）創(chuàng)建用戶，并為用戶做磁盤配額；（4）配置FTP服務，并通過FTP訪問NFS。拓展任務：FreeNAS開源存儲系統(tǒng)部署及應用本任務要求學習者采用FREENAS開源項目構建一個存儲服務，任務主要內容為：（1）VMware服務配置；（2）FREENAS安裝與配置；（3）使用FREENAS發(fā)布共享。

教案三：云計算網絡架構部署授課題目：項目三云計算網絡架構部署授課方式（請打√）理論課□討論課□實驗課□習題課□其他□課時安排10教學大綱要求：了解VMwarevSphere產品的優(yōu)勢、功能、產品架構，了解VSAN技術以及VLAN的相關知識，了解SDN/OpenFlow網絡配置技術，熟悉VSAN體系結構與安裝和配置的過程，熟悉VMwareVSS和VDS安裝與設置步驟，熟悉基于開源控制器Floodlight的SDN/OpenFlow網絡配置技術。教學目標：1．知識目標：（1）了解VMwarevSphere產品的優(yōu)勢、功能、產品架構；（2）熟悉VSAN技術以及VLAN的相關知識；（3）了解SDN/OpenFlow網絡配置技術；（4）熟悉VSAN體系結構與安裝和配置的過程；（5）熟悉VMwareVSS和VDS安裝與設置步驟；（6）熟悉基于開源控制器Floodlight的SDN/OpenFlow網絡配置技術。2．能力目標：（1）能熟練安裝與配置ESXiServer服務器；（2）能熟練的安裝與配置VirtualCenterServer服務器；（3）能熟練創(chuàng)建VMware標準交換機（VSS）和分布式交換機（VDS）；（4）能使用開源控制器Floodlight進行SDN/OpenFlow的網絡配置。教學重點及難點：重點：VMwarevSphere總體架構、虛擬儲存域網絡技術（VSAN），SDN的相關知識難點：SDN/OpenFlow網絡架構、OpenFlow協(xié)議與流表作業(yè)、討論題、思考題：詳見課本“3.7習題”部分。 課后總結分析：教學內容備注主要教學內容（提綱）：一、理論教學內容3.4.1VMwarevSphere總體架構VMwarevCenterServer為VMwarevSphere環(huán)境提供了一個集中的管理平臺，用以置備新的虛擬機、配置主機，并提供與管理虛擬基礎架構相關的運營工作的解決方案。所有參與虛擬機儲存區(qū)域網絡的ESXi主機都需要相互通信。vSphere6.0引入了一個新的ESXi中的網絡服務，虛擬網絡向主機和虛擬機提供了多種服務?？梢栽贓SXi中啟用兩種類型的網絡服務，包括：將虛擬機連接到物理網絡以及相互連接虛擬機。將VMkernel服務（如NFS、iSCSI或vMotion）連接至物理網絡。VMwarevSphere提供了兩種不同的虛擬交換機類型，這兩者都可以用于虛擬儲存域網絡（VirtualStorageAreaNetwork，VSAN）服務。①VMware標準虛擬交換機（VirtualStandardSwitch，VSS）提供了從虛擬機和VMkernel端口到外部網絡的連接，但是它僅存在于一臺ESXi主機本地。②VMware分布式交換機（VirtualDistributeSwitch，VDS）為橫跨多臺ESXi主機的虛擬交換機管璦提供了集中控制。除了VMware標準虛擬交換機可以提供的功能之外，它還可以提供額外的網絡特性，例如網絡I/O控制（NIOC），可以為你的網絡提供服務質量管理（QoS）。盡管VDS通常需要特定的vSphere版本，但是VSAN已經包含了VDS許可，而不管你正在運行的是什么版本的vSphere。3.4.2接入層網絡1．物理架構虛擬儲存域網絡技術（VSAN）是VMware推出的一種新的存儲解決方案，VSAN完全集成在vSphere中，它是一種基于對象的存儲系統(tǒng)，是虛擬機存儲策略的平臺，這種存儲策略的目標是為了幫助vSphere管理員簡化虛擬機存儲放置的決策。VSAN是一種基于軟件的分布式存儲解決方案，它直接構建在hypervisor中。它不是已有的其他解決方案所采用的那種虛擬設備（VirtualAppliance），而應該被認為是一種基于內核的解決方案，是hypervisor的一部分。技術上來說，這并不完全準確，因為對應于性能和響應速度的關鍵組件（例如數(shù)據(jù)路徑和群集）是位于內核中的，而其他組件可以被認為是“控制層面”（ControlPlane）的一部分，通常以原生用戶空間代理（NativeUser-spaceAgent）方式被實施。2．ESXi邏輯隔離VMwareESXi作為一個企業(yè)級虛擬化產品，允許在一臺獨立的服務器上以完全相互隔離的方式運行一個操作系統(tǒng)的多個實例。由于采用了邏輯隔離技術，它作為一套裸設備的解決方案，是一個自身所占的空間極小且無須借助客戶操作系統(tǒng)的虛擬化環(huán)境。在此前提下，至少需要3臺ESXi主機（每臺主機均具有本地存儲并提供存儲給VSAN數(shù)據(jù)存儲使用）形成一個受支持的VSAN群集，因為只可以容忍一臺主機發(fā)生故障，滿足群集最低的可用性要求，同時最多在一個VSAN群集支持32臺ESXi主機。3．關于VLAN在單臺物理機上運行的虛擬機之間為了互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)而相互邏輯連接所形成的網絡稱為虛擬網絡。虛擬機可連接到在添加網絡時創(chuàng)建的虛擬網絡，其虛擬局域網（VirtualLocalAreaNetwork，VLAN）可用于將單個物理LAN分段進一步分段，以便使端口組中的端口互相隔離，如同位于不同物理分段上一樣，其使用的標準是802.1Q。VMware標準交換機（VSS）可在同一VLAN中的虛擬機之間進行內部流量橋接，并鏈接至外部網絡。其中，VLANID是可選的，它用于將端口組流量限制在物理網絡內的一個邏輯以太網網段中。要使端口組接收同一個主機可見，但如果來自多個VLAN的流量，必須將VLANID設置為虛擬客戶機標記（VGTVLAN4095），VLANID也會在端口組中反映VLAN標記模式。另外，VLANID也用以標識VMkernel適配器的網絡流量。vSphere環(huán)境中的VLAN配置提供了一定的優(yōu)勢。包括：（1）可將ESXi主機集成到預先存在的VLAN拓撲中；（2）可隔離并確保網絡流量的安全；（3）可減少網絡流量擁堵情況。應盡可能在單獨的VLAN上配置ESXiDumpCollector，以便將ESXi核心轉儲與常規(guī)網絡流量隔離。3.4.3主機網絡虛擬化VMwarevSphere是一款云計算虛擬化產品，提供了有關如何配置云計算網絡連接的信息，其中包括如何創(chuàng)建VMware標準交換機（VSS）和VMware分布式交換機（VDS）這兩個組成部分，下面基于VMwarevSphere云計算網絡架構部署進行詳細的說明。1．VMware標準虛擬交換機VMware標準虛擬交換機（VSS）：它的運行方式與物理以太網交換機十分相似。它檢測與其虛擬端口進行邏輯連接的虛擬機，并使用該信息向正確的虛擬機轉發(fā)流量?？墒褂梦锢硪蕴W適配器（也稱為上行鏈路適配器）將虛擬網絡連接至物理網絡，以將VMware標準交換機連接到物理交換機。此類型的連接類似于將物理交換機連接在一起以創(chuàng)建較大型的網絡。即使VMware標準交換機的運行方式與物理交換機十分相似，但它不具備物理交換機所擁有的一些高級功能。2．VMware分布式虛擬交換機VMware分布式虛擬交換機（VDS）：它可充當數(shù)據(jù)中心中所有關聯(lián)主機的單一交換機，以提供虛擬網絡的集中式置備、管理以及監(jiān)控。可以在vCenterServer系統(tǒng)上配置VDS，該配置將傳播至與該交換機關聯(lián)的所有主機。這使得虛擬機可在跨多個主機進行遷移時確保其網絡配置保持一致。3.4.4基于OpenFlow的SDN組網技術1．SDN簡介SDN的概念最早在2006年由美國斯坦福大學NickMcKeown基于OpenFlow規(guī)范帶來可編程特性提出，OpenFlow將原來完全由交換機/路由器控制的報文轉發(fā)過程轉化為由OpenFlow交換機（OpenFlowSwitch）和控制服務器（Controller）來共同完成，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)轉發(fā)和路由控制的分離?？刂破骺梢酝ㄟ^事先規(guī)定好的接口操作來控制OpenFlow交換機中的流表，從而達到控制數(shù)據(jù)轉發(fā)的目的。SDN集中控制的架構還使得整個網絡都被抽象成為一個節(jié)點進行運行和維護，無須對不同廠商的物理設備進行復雜的配置，從而能夠更加便捷的控制整個網絡。目前，業(yè)界內普遍認可的SDN網絡應具有的三大基本特征如下：（1）集中控制：由于控制器能夠獲得網絡內部資源的全局信息，SDN網絡在邏輯上能進行集中控制，并根據(jù)用戶的業(yè)務需求來對網絡資源制定規(guī)則，并進行全局調配和優(yōu)化，如：流量工程、負載均衡等。（2）開放接口：為實現(xiàn)業(yè)務應用與整體網絡的無縫集成，SDN網絡設計了開放的南向接口和北向接口，使業(yè)務應用能夠告知底層網絡應該如何運行才能更好地滿足應用需求，如：業(yè)務所需帶寬、傳輸時延需求，網絡計費對路由的影響等。（3）網絡虛擬化：SDN網絡通過統(tǒng)一和開放的南向接口，忽略了底層物理交換設備上的硬件差異，從而實現(xiàn)了對上層應用的透明化。邏輯網絡和物理網絡分離后，邏輯網絡可以根據(jù)業(yè)務需求進行配置、遷移，不再受物理網絡的限制，也使得計算調度可以擺脫傳統(tǒng)網絡的束縛。SDN網絡及其虛擬化技術對當前的“封閉的、復雜的和控制的”通信網絡架構進行改造，從而減少網絡運行開支，提高運行效率和靈活性，實現(xiàn)全面網絡演進和商業(yè)轉型，并引領建立一個開放、互聯(lián)、創(chuàng)新的產業(yè)生態(tài)體系。2．SDN/OpenFlow網絡架構SDN的數(shù)控分離架構使復雜的網絡管理變得方便智能，而且隨著SDN技術的逐漸發(fā)展，它在云數(shù)據(jù)中心的應用部署也隨之增多。通過智能化的軟件對硬件資源進行抽象、虛擬化，將資源聚合以滿足云計算數(shù)據(jù)中心動態(tài)、彈性的網絡應用需求，同時可以提供自動、安全、靈活有效調度資源的能力。SDN賦予了數(shù)據(jù)中心更靈活的組網能力，降低了管理運營成本。控制器是SDN的核心，它的設計方向和基本要素現(xiàn)已逐漸明確，各種控制器的面世也極大地推動了SDN技術的迅猛發(fā)展。SDN的網絡架構可分為應用層、控制層和設備層。3.4.5Floodlight控制器作為眾多開源控制器中的一種，F(xiàn)loodlight基于JAVA語言，具有強大的可移植性，不僅僅是一個支持OpenFlow1.0標準的控制器，還基于其上開發(fā)了許多應用，用于實現(xiàn)各種不同的功能以滿足不同用戶的需要。當Floodlight運行時，一系列定義的上層應用隨之啟動。同時通過RESTAPI端口（默認8080）暴露給所有上層應用。通過所有語言編寫的上層REST應用均可以向控制器的REST端口發(fā)送命令來獲取網絡信息、制定服務。在Floodlight啟動后，一個名為FloodlightModuleloader的加載器開始運行，嘗試讀取控制器默認配置文件perties?？刂破髋渲梦募菢藴舒I值對存儲的配置信息，位于floodlight.modules鍵值中，規(guī)定了控制器在啟動時需要加載哪些模塊。在加載器將加載模塊配置信息按照“,”分隔之后，就得到了一系列待加載的模塊列表。進而通過findAllModules方法，加載器尋找并確定了在配置中設置的所有模塊，并生成了三個map數(shù)據(jù)結構進行相關映射信息的存儲：serviceMap存儲了服務和其對應的模塊的鍵值映射對；moduleServiceMap則存儲了一個模塊和其提供的所有服務的鍵值映射對；moduleNameMap則存儲了模塊名稱和模塊的一一對應關系。3.4.6OpenFlow網絡流量平面統(tǒng)一的管理與控制界面能夠統(tǒng)一網絡資源調配，提高資源利用率。當前網絡中，TCP/IP模型中的物理層、網絡接口層IP層均可校驗數(shù)據(jù)及控制數(shù)據(jù)的傳輸，極大浪費資源且造成管理效率低下。OpenFlow為網絡硬件設備提供了通用的API接口，并允許在位于控制層面的軟件中定義所有的路由規(guī)則和控制管理方式。針對流平面，OpenFlow對流的定義非常靈活，同一網絡中不同交換機針對同一類型數(shù)據(jù)流流表可以是不同的，且能夠動態(tài)改變。它允許在TCP/IP任一層上定義流表，如在物理層中基于SONET/SDH、虛級聯(lián)（VCGs）或者光纖中光波波長的時隙交換也可被定義為流，允許在一個流表中同時定義物理層中通常采用的電路交換與網絡層中的分組交換行為，將電路交換與分組交換的數(shù)據(jù)轉發(fā)功能統(tǒng)一到流表中，并將它們簡單視為流交換網絡中流的不同粒度。通過抽象出流的概念，OpenFlow控制器通過在流表項中為不同交換層添加不同的交換技術來實現(xiàn)為定義的流分配不同的帶寬和傳輸路徑，從而實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)路徑。在OpenFlow網絡中，控制層與數(shù)據(jù)層是分離的，支持OpenFlow協(xié)議的控制器能夠控制所有底層異構的網絡硬件設備，同一個控制器可以與不同廠商的任一型號的交換機通聯(lián)，這種設計消除了不同硬件廠商之間設備的差異性，實現(xiàn)統(tǒng)一的控制平面，使得物理層、網絡接口層及網絡層全可統(tǒng)一控制。相對于部分多協(xié)議標簽交換協(xié)議（MPLS）或者通用多協(xié)議標簽交換協(xié)議（GMPLS）網絡采用的完全分布式的控制平面，統(tǒng)一的控制平面是極大的簡化，一臺控制器就可實現(xiàn)對網絡的全控制。二、實踐教學內容任務3-1：安裝與配置ESXiServer服務器本任務要求學習者完成ESXiServer服務器的安裝與配置工作，任務主要內容為：（1）安裝ESXi5.0系統(tǒng)；（2）配置ESXiServer服務器。任務3-2：安裝與配置VirtualCenterServer服務器本任務要求學習者在WindowsServer2008中完成VirtualCenterServer服務器的安裝與配置工作，任務主要內容為：（1）配置WindowsServer2008系統(tǒng)；（2）安裝vCenterServer軟件；（3）安裝vSphereClient軟件；（4）配置VirtualCenterServer服務器。任務3-3：VMwareVSS和VDS配置及策略本任務要求學習者在VMwarevCenterServer中配置VMwareVSS和VDS，任務主要內容為：（1）配置ESXi主機的資源；（2）安裝與配置VMwareVSS網絡連接；（3）安裝與配置VMwareVDS網絡連接。任務3-4：FLOODLIGHT部署及應用本任務要求學習者針對當前OpenFlow網絡對QoS管理的需求，設計并實現(xiàn)一套基于OpenFlow網絡架構的QoS系統(tǒng)，任務主要內容為：（1）SDN控制器Floodlight的安裝部署；（2）mininet工具的安裝與使用；（3）Floodlight的OpenFlowQoS功能測試。教案四：桌面云設計與部暑授課題目：項目四桌面云設計與部暑授課方式（請打√）理論課□討論課□實驗課□習題課□其他□課時安排14教學大綱要求：了解云接入的定義、優(yōu)點，了解桌面云的定義、優(yōu)缺點，熟悉桌面云的基本架構，熟悉VMwareView的優(yōu)勢、功能、產品架構、體系結構與規(guī)劃原則、安裝與設置步驟。教學目標：1．知識目標（1）了解云接入的定義、優(yōu)點；（2）了解桌面云的定義、優(yōu)缺點，熟悉桌面云的基本架構；（3）熟悉VMwareView的優(yōu)勢、功能、產品架構；（4）熟悉VMwareView體系結構與規(guī)劃原則；（5）熟悉VMwareView安裝與設置步驟。2．能力目標（1）能熟練使用VM虛擬機軟件；（2）能熟練安裝與配置WindowsServer2003/2008網絡操作系統(tǒng)；（3）能使用VMwareView搭建桌面云。教學重點及難點：重點：云接入的定義、優(yōu)點，桌面云的定義、優(yōu)缺點、基本架構難點：VMwareView體系結構與規(guī)劃原則作業(yè)、討論題、思考題：詳見課本“4.7習題”部分。課后總結分析：教學內容備注主要教學內容（提綱）：一、理論教學內容4.4.1云接入云接入是指從單一平臺實現(xiàn)桌面和應用虛擬化，提供固定和移動終端融合接入的統(tǒng)一工作空間，幫助客戶對固定辦公和移動辦公環(huán)境下的桌面、應用和數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理、發(fā)布和聚合。它是一種基于云計算的終端用戶計算模式。在這種模式中，所有的應用程序都在云數(shù)據(jù)中心運行，應用程序無需在終端上安裝。用戶通過終端云接入協(xié)議連接到云數(shù)據(jù)中心并運行在云數(shù)據(jù)中心的程序，從而獲取到程序的運行結果。桌面云是對云接入桌面這一對象側重點的專門闡述。4.4.2桌面云1．桌面云的定義桌面云是云計算的一種應用形態(tài)。桌面云是合乎云計算定義的一種云，它具備云計算的三大特征：對用戶呈現(xiàn)為桌面服務、資源可彈性管理、通過網絡提供，是一種云化的服務。在IBM云計算智能商務桌面（IBMSmartBusinessDesktopCloud）的介紹中，對桌面云的定義是：“可以通過瘦客戶端或者其他任何與網絡相連的設備來訪問跨平臺的應用程序，以及整個客戶桌面”。也就是說只需要一個瘦客戶端設備，或者其他任何可以連接網絡的設備，通過專用程序或者瀏覽器，就可以訪問駐留在服務器端的個人桌面以及各種應用，且用戶體驗和我們使用傳統(tǒng)的個人電腦是等同的。桌面云是將個人計算機桌面環(huán)境通過云計算模式從物理機器分離出來，成為一種可以對外提供桌面服務；個人桌面環(huán)境所需的計算、存儲資源集中于中央服務器上，以取代客戶端的本地計算、存儲資源；中央服務器的計算、存儲資源同時也是共享的、可伸縮的，使得不同個人桌面環(huán)境資源按需分配、交付，達到提升資源利用率，降低整體擁有成本的目的。2．使用桌面云的優(yōu)勢與不足（1）使用桌面云的優(yōu)勢。①靈活接入和使用。②管理集中化。③安全性高。④應用環(huán)保。⑤節(jié)約成本。（2）使用桌面云的不足之處。①初始成本較高。②虛擬桌面的性能不如物理桌面，應用有局限性。③虛擬桌面的高度管控可能引起使用者反感。3．桌面云的架構（1）云終端。（2）網絡接入。（3）桌面會話管理。（4）云資源管理及調度。（5）虛擬化平臺。（6）硬件平臺。（7）運維管理系統(tǒng)。（8）現(xiàn)有IT系統(tǒng)。4．桌面云與無盤工作站的區(qū)別無盤工作站是指本地沒有硬盤的終端系統(tǒng)，通過一些網絡協(xié)議（例如PXE（PrebootExecuteEnvironment，預啟動執(zhí)行環(huán)境）、RPL（RemoteInitialProgramLoad，遠程啟動服務）等）連接到遠程的服務器，無盤工作站的硬件系統(tǒng)幾乎只比普通PC少了一塊硬盤。盡管無盤工作站的啟動也需要遠程服務器的協(xié)助，但是它從系統(tǒng)架構上與云終端有本質區(qū)別，具體區(qū)別如下：（1）桌面云的瘦終端一般擁有獨立的嵌入式操作系統(tǒng)，通過遠程桌面協(xié)議訪問云服務器端的虛擬桌面，所有支持操作系統(tǒng)以及應用軟件運行的資源消耗均發(fā)生在云服務器端，云終端不承擔計算、存儲任務，其主要作用是提供人機交互功能。而無盤工作站需要從服務器端下載操作系統(tǒng)映像后在本地運行該操作系統(tǒng)，計算資源的消耗發(fā)生在工作站而非服務器端，服務器端僅承擔存儲任務，故硬件資源要求非常低。（2）桌面云可以動態(tài)的調整用戶所需要的資源，無盤工作站只能分配固定的資源。（3）桌面云可以根據(jù)需要定制化個人信息，安裝自己需要的程序，也可以讓用戶不可以做任何修改，而無盤工作站只能運行一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng)。（4）桌面云前端設備的配置很簡單，對有的設備來說甚至只要安裝一個插件就可以運行，無盤工作站前端設備有特殊的要求5．桌面云的發(fā)展現(xiàn)狀桌面云的發(fā)展當然也離不開各大廠商的支持，其實IBM、惠普、SUN等大公司在其中都有很多投入，例如IBM的云計算智能商務桌面解決方案，SUN的sunray解決方案等。也有很多小公司投入其中，例如瑞典Xcerion公司推出了iCloud的測試版，這是一款可以提供虛擬桌面服務的平臺，該平臺可以通過瀏覽器來運行整個操作系統(tǒng)。與其他廠商相比，IBM除了提出整體解決方案之外，還提供了許多增值服務服務，例如提供前期的對象有業(yè)務環(huán)境的評估，減少磁盤使用量的軟件等等。4.4.3VMwareView介紹1．VMwareView簡介VMwareView以托管服務的形式從專為交付整個桌面而構建的虛擬化平臺上交付豐富的個性化虛擬桌面，而不僅僅是應用程序以實現(xiàn)簡化桌面管理。通過VMwareView，可以將虛擬桌面整合到數(shù)據(jù)中心的服務器中，并獨立管理操作系統(tǒng)、應用程序和用戶數(shù)據(jù)，從而在獲得更高業(yè)務靈活性的同時，使最終用戶能夠通過各種網絡條件獲得靈活的高性能桌面體驗，實現(xiàn)桌面虛擬化的個性化。2．使用VMwareView的優(yōu)勢（1）可靠性與安全性。（2）便捷性。（3）可管理性。（4）硬件獨立性。3．VMwareView的功能（1）可用性功能。（2）安全性功能。（3）集中性管理功能。（4）可擴展性功能。4．VMwareView產品架構VMwareView產品由客戶端設備、ViewConnectionServer（連接服務器）、ViewAgent、ViewClient、ViewPortal、ViewComposer、vCenterServer、ViewTransferServer組成。最終用戶啟動ViewClien登錄ViewConnectionServer服務器。該服務器與WindowsActiveDirectory集成，通過它可以訪問VMwarevSphere環(huán)境、刀片或物理PC或Windows終端服務服務器中托管的虛擬桌面。5．VMwareView體系結構與規(guī)劃原則（1）虛擬機要求。在規(guī)劃View桌面規(guī)格時，所選擇的RAM、CPU和磁盤空間配置將對服務器、存儲硬件和開銷情況產生重要影響。①基于員工類型的規(guī)劃。包括RAM、CPU和存儲大小在內的很多配置元素的要求，很大程度上取決于使用虛擬桌面的員工類型和必須安裝的應用程序。在規(guī)劃體系結構時，可將員工分為以下幾個類型。a．知識型員工。知識型員工的日常工作包括訪問Internet、使用電子郵件和創(chuàng)建復雜文檔、演示文稿及電子表格。知識型員工包括會計、銷售經理和市場調研分析師等。b．任務型員工。任務型員工通常在固定的計算機設備上使用少數(shù)應用程序執(zhí)行重復的任務。與知識型員工使用的應用程序相比，這些應用程序往往不需要消耗大量的CPU和內存資源。按特定輪班制度工作的任務型員工可能會在同一時間登錄虛擬桌面。任務型員工包括呼叫中心分析人員、零售員工和庫房員工等。c．超級用戶。超級用戶包括應用程序開發(fā)人員和使用圖形密集型應用程序的用戶。d．僅以本地模式使用桌面的員工。這些用戶下載并只在其本地系統(tǒng)上運行View桌面，這樣可以降低數(shù)據(jù)中心的帶寬、內存和CPU資源成本。安排復制任務可確保備份系統(tǒng)和數(shù)據(jù)。由管理員配置最終用戶系統(tǒng)與ViewManager的通信頻率，避免系統(tǒng)鎖定。e．Kiosk用戶。這些用戶需要共享公共位置的桌面。典型的Kiosk用戶包括教室內使用共享計算機的學生、護理工作站的護士以及用于工作安排和人員招聘的計算機等。這些桌面需要自動登錄。如果需要，可以通過特定的應用程序來進行身份驗證。②估算虛擬桌面的內存要求。a．RAM大小對性能的影響。b．RAM大小對存儲的影響。c．采用PCoIP時適用于特定顯示器配置的RAM大小。d．特定工作負載和操作系統(tǒng)所需的RAM大小。③估算虛擬桌面的CPU要求。④選擇合適的系統(tǒng)磁盤大小。（2）VMwareViewESX/ESXi節(jié)點。節(jié)點是指VMwareView部署中托管虛擬機桌面的單個VMwareESX/ESXi主機。VMwareView能采用最經濟高效的方式，最大限度增加整合比率（即ESX/ESXi主機上托管桌面的數(shù)量）。盡管影響服務器選取的因素有很多，但如果要嚴格控制采購價格，就必須找到處理能力和內存表現(xiàn)俱佳的服務器配置。（3）特定類型員工的桌面池。VMwareView具有許多功能，可以幫助節(jié)省存儲空間、降低各種應用情況的處理需求量。其中很多功能都是通過池設置來實現(xiàn)。①任務型員工池。②知識型員工和超級用戶池。③移動用戶池。④Kiosk用戶池。（4）桌面虛擬機配置。由于虛擬桌面所需的RAM、CPU和磁盤空間具體取決于客戶操作系統(tǒng)，在此主要針對目前主流的WindowsXP和Windows7虛擬桌面提供配置示例。示例中的虛擬機設置（如內存、虛擬處理器數(shù)量和磁盤空間）均特定于VMwareView。①WindowsXP桌面虛擬機示例。②Windows7桌面虛擬機示例。（5）vCenter和ViewComposer虛擬機配置與桌面池上限。（6）ViewConnectionServer最大連接數(shù)和虛擬機配置。ViewAdministrator用戶界面會隨ViewConnectionServer一起安裝。與vCenterServer實例相比，該服務器需要更多的內存和處理資源。①ViewConnectionServer配置。②ViewConnectionServer群集設計注意事項?？梢栽谝粋€組中部署多個ViewConnectionServer副本實例來實現(xiàn)負載平衡和高可用性。副本實例組專為支持在連接LAN的單數(shù)據(jù)中心環(huán)境內組成群集而設計。由于組內的實例之間會產生通信流量，不建議在WAN中使用ViewConnectionServer副本實例組。在跨數(shù)據(jù)中心的View部署中，需要為每個數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建一個單獨的View部署。③ViewConnectionServer的最大連接數(shù)。（7）ViewTransferServer虛擬機配置與存儲。①ViewTransferServer配置。必須將ViewTransferServer安裝在虛擬機（而不是物理機）上，而且該虛擬機必須由與管理本地桌面相同的vCenterServer實例管理。②ViewTransferServer的存儲和帶寬要求。（8）vSphere群集。在VMwareView部署中，可使用VMwareHA群集來防止物理服務器出現(xiàn)故障。由于ViewComposer的限制，群集中的服務器或節(jié)點數(shù)不能超過8個。（9）VMwareView構建基塊。一個支持2000個用戶的構建基塊由物理機、VMwarevSphere基礎架構、VMwareView服務器、共享存儲和2000個虛擬機桌面組成。（10）VMwareView容器。容器是一個由VMwareView可擴展性限制決定的組織單元，一個VMwareView容器中最多可以將五個包含2000個用戶的構建基塊集成為一個ViewManager安裝實體。6．VMwareView環(huán)境安裝與設置步驟VMwareView環(huán)境安裝與設置建議按如下步驟進行：步驟1：在ActiveDirectory中設置所需的管理員用戶和用戶組。步驟2：安裝并設置VMwareESX/ESXi主機和vCenterServer（如果還未執(zhí)行此步驟）。步驟3：如果要部署鏈接克隆桌面，請在vCenterServer上安裝ViewComposer。步驟4：安裝并設置ViewConnectionServer。步驟5：如果要在本地模式下使用桌面，請安裝TransferServer。步驟6：創(chuàng)建一個或多個可作為完整克隆桌面池模板使用的虛擬機，或者是可作為鏈接克隆桌面池的父虛擬機的虛擬機。步驟7：創(chuàng)建一個桌面池。步驟8：控制用戶的桌面訪問。步驟9：在最終用戶的計算機上安裝ViewClient，且可以訪問View桌面。步驟10（可選）：創(chuàng)建并配置更多的管理員，允許對特定清單對象和設置進行不同級別的訪問。步驟11（可選）：配置策略來控制View組件、桌面池和桌面用戶的行為。步驟12（可選）：配置View用戶配置管理，這樣無論用戶何時登錄桌面，都能訪問個性化數(shù)據(jù)和設置。步驟13（可選）：為增強安全性，可集成智能卡身份驗證與RSASecurID解決方案。二、實踐教學內容任務4-1：配置VMwareView域環(huán)境本任務要求學習者在WindowsServer2003中配置VMwareView域環(huán)境，任務主要內容為：（1）配置WindowsServer2003系統(tǒng)；（2）安裝與配置活動目錄；（3）安裝與配置DNS；（4）安裝與配置DHCP。任務4-2：安裝與配置VirtualCenterServer服務器本任務要求學習者在WindowsServer2008中完成VirtualCenterServer服務器的安裝與配置工作，任務主要內容為：（1）配置WindowsServer2008系統(tǒng)；（2）安裝vCenterServer軟件；（3）安裝vSphereClient軟件；（4）使用SQLServer2005軟件創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫；（5）配置數(shù)據(jù)源（ODBC）；（6）安裝ViewComposer組件（7）配置VirtualCenterServer服務器。任務4-3：安裝與配置ViewConnectionServer服務器本任務要求學習者在WindowsServer2008中完成ViewConnectionServer服務器的安裝與配置工作，任務主要內容為：（1）配置WindowsServer2008系統(tǒng)；（2）將WindowsServer2008系統(tǒng)加入域；（3）安裝ViewConnectionServer軟件；（4）配置ViewConnectionServer服務器。任務4-4：連接虛擬桌面本任務要求學習者能遠程成功連接虛擬桌面，任務主要內容為：（1）制作虛擬桌面模板；（2）安裝ViewAgent軟件；（3）創(chuàng)建虛擬桌面池并分配虛擬桌面；（4）遠程連接虛擬桌面。

教案五：私有云設計與部署授課題目：項目五私有云設計與部署授課方式（請打√）理論課□討論課□實驗課□習題課□其他□課時安排14教學大綱要求：了解私有云的定義、優(yōu)點，熟悉私有云的邏輯架構和核心技術，了解CloudStack整體架構和各組件功能。教學目標：1．知識目標（1）了解私有云的定義、優(yōu)點，熟悉私有云的邏輯架構和核心技術；（2）了解CloudSt