計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中虛擬化的應(yīng)用

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摘要：

虛擬化技術(shù)使計算元件在虛擬的環(huán)境中運(yùn)行，常用的虛擬化技術(shù)有服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化。網(wǎng)絡(luò)虛擬化可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享，是下一代互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)有虛擬局域網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)、主動可編程網(wǎng)絡(luò)和覆蓋網(wǎng)絡(luò)。云計算的出現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)帶來了新的定義，虛擬化技術(shù)同時也是云計算的基礎(chǔ)，兩者相輔相成。

關(guān)鍵詞：虛擬化；網(wǎng)絡(luò)虛擬化；云計算

1引言

虛擬化的概念早在70年代就出現(xiàn)了，有關(guān)虛擬化的定義也有很多。一種理解可以將虛擬化認(rèn)為是計算機(jī)在虛擬的基礎(chǔ)上運(yùn)行而不是在真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行。該技術(shù)可以簡化管理，優(yōu)化資源。網(wǎng)絡(luò)虛擬化是虛擬化技術(shù)的一個應(yīng)用領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)計算可以對IT基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行虛擬化，通過虛擬化技術(shù)降低消費(fèi)者與資源之間的耦合程度，使實(shí)現(xiàn)IT基礎(chǔ)設(shè)施的共享和管理，根據(jù)用戶的需求動態(tài)地提供資源，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的共享。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)貫穿了整個互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程，而近年來云計算的出現(xiàn)，使得網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)有了新的定義和發(fā)展，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)也帶來了新的應(yīng)用場景。

2虛擬化技術(shù)

在計算機(jī)方面，虛擬化通常是指計算元件不是在真實(shí)的環(huán)境上運(yùn)行，而是在虛擬的環(huán)境上運(yùn)行。虛擬化技術(shù)可以擴(kuò)大硬件的容量，模擬多個CPU并行運(yùn)行，可以在一個平臺上運(yùn)行多個操作系統(tǒng)，也可以使應(yīng)用程序在各自獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行互不影響，提高計算機(jī)的工作效率。虛擬化技術(shù)從實(shí)現(xiàn)角度可以分為硬件虛擬化、操作系統(tǒng)虛擬化和應(yīng)用程序虛擬化等。硬件虛擬化是用軟件來虛擬電腦的CPU、硬盤、內(nèi)存等硬件設(shè)備，使之成為一臺虛擬機(jī)。操作系統(tǒng)虛擬化是利用虛擬化軟件克隆原有的操作系統(tǒng)，從而產(chǎn)生多個新系統(tǒng)。應(yīng)用程序虛擬化一方面可以虛擬操作系統(tǒng)，使應(yīng)用程序能夠運(yùn)行虛擬系統(tǒng)的某些部分，另一方面也可以實(shí)現(xiàn)很多軟件的移動使用，通過局域網(wǎng)將非綠色軟件發(fā)送到企業(yè)終端，可以安裝就可以使用，降低了企業(yè)的IT成本。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，虛擬化技術(shù)可以分為CPU虛擬化、服務(wù)器虛擬化、文件虛擬化、存儲虛擬化、桌面虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化等。服務(wù)器虛擬化使用操作系統(tǒng)虛擬化和硬件虛擬化技術(shù)，在一臺服務(wù)器上安裝多個同時運(yùn)行的操作系統(tǒng)，從使用者的角度看就相當(dāng)于是多臺服務(wù)器，提高了服務(wù)器的利用率。桌面虛擬化技術(shù)是將服務(wù)器上配置好桌面環(huán)境發(fā)送到客戶端，只安裝操作系統(tǒng)的客戶端可以使用服務(wù)器傳輸?shù)奶摂M桌面，就像使用本地桌面環(huán)境一樣。網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)可以在多個計算設(shè)備之間建立虛擬網(wǎng)絡(luò)鏈接，可以將異地的局域網(wǎng)組成一個虛擬網(wǎng)，使企業(yè)的一些軟件可以實(shí)現(xiàn)異地互訪。

3傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)

從本質(zhì)上來看網(wǎng)絡(luò)虛擬化是一種實(shí)現(xiàn)資源共享的技術(shù)，目的是在共享的物理網(wǎng)絡(luò)資源上創(chuàng)建多個可以獨(dú)立部署和管理的虛擬網(wǎng)絡(luò)。其原理如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)可以解決網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多元化和動態(tài)化，為下一代互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建提供基礎(chǔ)。從互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程來看，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)經(jīng)歷了4個階段：虛擬局域網(wǎng)絡(luò)（VLAN）、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）、主動可編程網(wǎng)絡(luò)（APN）和覆蓋網(wǎng)絡(luò)。下面分別介紹這幾種虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。VLAN是建立在交換技術(shù)的基礎(chǔ)上，該技術(shù)不是從物理低來劃分網(wǎng)段，而是從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的需要將其劃分成一個個“邏輯工作組”，一個“邏輯工作組”就是一個虛擬網(wǎng)絡(luò)。VLAN的實(shí)現(xiàn)技術(shù)有4種：用MAC地址定義虛擬網(wǎng)絡(luò)、用交換機(jī)端口號定義虛擬網(wǎng)絡(luò)、用網(wǎng)絡(luò)層地址定義虛擬網(wǎng)絡(luò)和用IP廣播組定義虛擬網(wǎng)絡(luò)。通過劃分虛擬網(wǎng)，可以將廣播限制在各個虛擬網(wǎng)的內(nèi)部，減少整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的廣播，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。另外，各個虛擬網(wǎng)之間不能直接通信，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性。VPN是在公共網(wǎng)絡(luò)上建立專用網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。該虛擬網(wǎng)絡(luò)中的任意兩個節(jié)點(diǎn)之間并沒有點(diǎn)到點(diǎn)的物理鏈路，而是通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商ISP在公共網(wǎng)絡(luò)中建立邏輯隧道，即點(diǎn)到點(diǎn)的虛擬專線組成一個邏輯網(wǎng)絡(luò)。該虛擬網(wǎng)絡(luò)可以使用加密和認(rèn)證技術(shù)來保證用戶內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在公網(wǎng)上的安全傳輸，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的私有性。APN技術(shù)為用戶通過網(wǎng)絡(luò)可編程接口使用物理網(wǎng)絡(luò)的資源，用戶可以自定義報文的處理方式。APN的一種實(shí)現(xiàn)方式是將網(wǎng)絡(luò)的傳輸層和控制層分開，在控制層面為服務(wù)提供者提供可編程接口來控制網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。APN的第二個實(shí)現(xiàn)方式是自定義報文，在報文內(nèi)部封裝控制信息，路由器收到報文后按照報文內(nèi)部的控制信息處理網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。覆蓋網(wǎng)絡(luò)大多是采用封裝和隧道技術(shù)，在不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)特性的情況下，在同一個物理網(wǎng)絡(luò)上通過覆蓋構(gòu)建多個虛擬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｃ恳粋€虛擬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠己鸵唤M感知節(jié)點(diǎn)對應(yīng)，報文只在這些感知節(jié)點(diǎn)上處理，對于物理網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)是透明的。該技術(shù)可以利用現(xiàn)有的底層網(wǎng)絡(luò)，為一組特定的用戶提供新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

4云計算與網(wǎng)絡(luò)虛擬化

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展已出現(xiàn)很大的不足，和缺少很好的應(yīng)用。云計算的出現(xiàn)，使得網(wǎng)絡(luò)虛擬化有了新的定義，虛擬化也成就了云計算，網(wǎng)絡(luò)虛擬化和云計算是相輔相成的。云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的新的計算方式，軟件和數(shù)據(jù)可存儲在數(shù)據(jù)中心，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給網(wǎng)絡(luò)中的計算機(jī)。因而云計算具有安全、方便、數(shù)據(jù)共享和無限可能的優(yōu)點(diǎn)。云計算不限制應(yīng)用程序與硬件之間的關(guān)系，一個應(yīng)用程序可以在不同的硬件上運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)云計算的一個關(guān)鍵問題是如何有效地整合各種資源，同時保證其安全性和可用性。目前解決這個問題的關(guān)鍵是是基于服務(wù)的架構(gòu)SOA和虛擬化。云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通過互聯(lián)網(wǎng)提供動態(tài)易擴(kuò)展且是虛擬化的資源。云計算是一個共享的概念，所有的數(shù)據(jù)和信息都在動態(tài)的架構(gòu)上。而讓存儲、服務(wù)器等硬件變成動態(tài)的，則取決于服務(wù)器在虛擬化方面的能力。虛擬化是動態(tài)的基礎(chǔ)，只有在虛擬化的環(huán)境下，云計算才是可能的。如圖2所示的云計算平臺中可以看出，虛擬化是云計算的基石，多臺虛擬機(jī)構(gòu)成的虛擬化的硬件平臺共同支撐了全部軟件層提供的服務(wù)。在該架構(gòu)中，虛擬化有效地分離了硬件和軟件，云計算則更加集中在軟件所提供的服務(wù)商。云計算必然是虛擬化的，虛擬化給云計算提供了堅實(shí)的基礎(chǔ)。虛擬化為云計算提供了很好的底層技術(shù)平臺，云計算也為虛擬化帶來了新的定義。兩者在思想上是統(tǒng)一的，在技術(shù)上則是互補(bǔ)的。

5結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)已經(jīng)在IT行業(yè)取得了很大成功，得到了運(yùn)行商的青睞。云計算與網(wǎng)絡(luò)虛擬化相關(guān)的研究也在逐步推進(jìn)，為IT行業(yè)帶來了新的發(fā)展和應(yīng)用。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，必然會出現(xiàn)新的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)及其應(yīng)用。同時，也要加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)在安全性、可靠性和完備性方面的研究。

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作者：黃捷 單位：桂林理工大學(xué)博文管理學(xué)院