私有云建设方案.docx
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私有云建设方案
1概述
1.1项目背景
在传统IT基础架构环境中，业务迅速发展给IT带来很大压力，服务器需求不断增多，机房空间、电力成为瓶颈，导致应用所需服务器资源紧张，正常项目开展受到限制。
系统管理人员日常忙于救火和新的部署工作，无精力开展管理提升工作，技术复杂性，使得部署时间越来越长，导致应用上线时间延长。
为了应对这些压力，人们开始寻求新的技术和管理解决方案。
云计算的概念首先是从业务管理角度被人们接受，节省投资、需求快速部署、按需使用，这些特性得到企业业务管理层认可后而使云计算迅速扩展，并成为真正落地的解决方案。
云计算通过资源池技术，实现应用服务器和硬件服务器隔离，使硬件资源切片使用，提供逻辑虚拟服务器为应用提供服务，这样不但物理资源得到充分利用，而且机房压力减少，整体投资下降。
虚拟化技术把虚拟服务器保存成文件，通过复制文件为快速部署提供可能。
通过自服务门户，在不同资源池上面架设了一张“台面”，不但为客户提供多个资源池的使用，而且屏蔽了复杂的技术；通过隔离技术，把多组织、多客户的隔离需求进行部署，即使物理资源在一台硬件服务器上，也可以从底层协议进行隔离，达到安全隔离目的。
通过生命周期功能，把资源使用限制在约定的期限内，到期自动释放资源，使得资源可以重复利用。
通过运行分析平台，把资源使用、运行状况进行记录，可以为客户提供直观的使用记录和运行状况分析。
由于云计算的这些技术和管理的先进理念在IT界已广泛被接受，企业也像接受水管里的“水”一样开始构建“云”和使用“云”。
信息化建设不断发展，目前信息化网络以信息中心为运营维护单位，覆盖市场计费、生产经营等多套业务系统，服务器资源庞大。
虽然该客户已经完成了对其数据中心的服务器虚拟化改造，但是，仅仅完成服务器的虚拟化已经远远不能满足各种业务对其数据中心的新需求，尽快地完成云计算建设是一件势在必行的大事。
1.2现状分析
通过对客户服务器和存储现状的分析，目前IT基础架构有以下几个问题亟待解决：
◆资源孤立且利用率低下。
现有数据中心中，计算、存储以及网络资源都是紧耦合的，也就是说数据中心内的IT建设是烟囱式的，根据客户需求一个项目建设一套系统，这样便形成了一个个的“项目孤岛”。
这种系统牵一发而动全身，很难作任何改变，扩展起来要对系统进行重新设计。
在这种环境下，系统之间无法相互通信，资源不能在整个数据中心里实时、动态调度与共享，这样便使服务器与存储以及网络资源得不到充分利用，各种资源的利用效率全面低下。
◆服务器和存储购置成本高，维护成本递增。
随着应用的不断增加，服务器数量也跟着增加，每年要支出高额购置费用不说，还有部分服务器已经过保修期，部件逐渐进入老化期，维护、维修预算费用也逐年增加。
◆能源消耗巨大。
当前数据中心存在海量的能源消耗和恼人的散热问题，这也成为数据中心发展的一大瓶颈。
目前电力和数据中心辅助设施的成本已经超过了购买IT设备的费用，电力能耗占到数据中心整体成本中的50%以上。
◆可用性低下。
首先，几乎每个应用服务器都是单机，如果某台服务器出现故障，相对应的业务也将中断。
其次是当硬件需要维护、升级或出现硬件故障时，上层业务系统均会出现较长时间的中断，影响业务的连续性，其中包括一些重要业务系统，一旦中断服务影响很大，未来数据中心搬迁时会更加麻烦。
◆兼容性差。
系统和应用迁移到其他服务器，需要和旧系统兼容的系统。
新的软件包括操作系统和应用软件无法运行在老的硬件平台，而老的代码有时候也很难移植到新的硬件平台上。
例如：
由于各种资源数据库不同公司分别开发，需要的运行的软硬平台很多时候不能保证兼容。
为节省时间、物力和保持系统部署的顺利，只能用增加服务器单独部署的方法来解决。
◆资源配置与运维管理的成本非常高昂且效率低下。
现有数据中心的资源配置与部署大多采用人工方式，没有对应平台的支撑，没有自动化的部署。
这种管理方式首先会增加人力成本，耗费大量人力在繁重的工作上，这使得管理费用成为机构的沉重负担。
其次，这种管理方式会导致出错率高，效率底下，灵活性低等后果，同时，在性能调优，容量管理方面，这种管理方式的效率也是非常低下的。
◆对业务需求无法做到及时响应，灵活性差。
当有新的应用需要部署时，需要重新部署服务器，存储系统，并需要对网络系统进行调整以适应新的IT应用的需求，因此，运维管理人员无法快速高效地响应业务部门提出的各种要求。
同时，部署实施新应用的周期比较长、成本也很高，这往往会延误新应用和新产品上市的时间，进而使企业失去了许多宝贵的商机。
虚拟化技术在一定程度上缓解了上述问题带来的影响，例如，服务器虚拟化可以帮助数据中心减少物理服务器的数量，进而使企业在电源、散热以及机房面积上节省巨大的成本。
此外，它还可以减少数据中心UPS和网络设备的费用以及所占用的空间，同时还可以大幅减少管理物理服务器的宝贵时间，提高部署服务器的效率。
但是，仅仅依靠服务器虚拟化还是远远不能充分解决上述这些难题的，这主要体现在如下四个方面。
1）现有网络与安全体系结构对虚拟化环境产生束缚
虽然服务器虚拟化的普及彻底改变了应用的调配和管理，但是，这些动态工作负载所连接的网络和存储等周边资源却未能跟上它的发展步伐。
这些资源的调配仍然极其缓慢，甚至一个简单的拓扑结构的创建也需要数天或数周时间。
下图给出了一个典型的示例。
图：
服务器虚拟化后部署一台服务器所需的时间
从上面这张图可以看出，在服务器虚拟化之前，管理员部署一台服务器需要大概数周时间并花费上万美金。
有了服务器虚拟化后，虽然部署一台虚拟机只需要几分钟且仅花费几百美金，但是，在该虚拟机“周边”部署所需的各种网络安全以及存储等设备仍需数天的时间，同时耗费数千美金。
可见，虽然服务器虚拟化可以加快虚拟机的部署，但是与之相连接的网络安全以及存储等组件并没有跟上服务器虚拟化的步伐，它们严重影响了虚拟数据中心的部署效率。
传统的网络与安全体系结构除了会降低虚拟数据中心的部署效率，在虚拟化环境下，它们还存在很多其他方面的不足，下图给出了现有的网络架构在虚拟化环境下存在的一些缺陷。
图：
现有的网络架构对虚拟化环境产生束缚
现有的网络体系结构对底层物理硬件有很大的依赖，他们依赖于专用物理设备，因此灵活性很差。
另外，由于各种网络服务的管理界面杂乱无章，非常分散，无法进行统一的集中管理，因此，相应的运维管理工作非常复杂且容易出错。
除此之外，这种不灵活的体系结构对工作负载和应用的扩展与迁移都产生了很大的限制。
在安全方面，传统的安全防护手段价格昂贵，对虚拟化平台不具感知能力，使用不够灵活，管理难度大，不能很好地满足新架构的需要。
由此可以看出，现有网络与安全体系结构的限制将日益池化的动态虚拟世界重新束缚到缺乏灵活性的专用硬件上，人为地阻碍了虚拟数据中心的发展。
2）传统可用性与灾难恢复解决方案在虚拟化环境下难以应用
虽然业务可用性与灾难恢复技术已经有了很多年的发展，但是传统的解决方案还是存在很多的问题，这使得现有的可用性与灾难恢复技术在虚拟化环境下更是难以得到很好地应用，这些问题具体如下。
首先，传统的可用性解决方案是利用特定于应用的解决方案（如：
OracleRAC、MSSQL集群、ExchangeDatabaseAccessGroups（DAG）等）在应用级别实施业务可用性。
虽然这种方法通常可以提供不错的可用性，但是由于每一组应用都有自己的解决方案，因此这种方法有如下弊端：
◆复杂且昂贵
◆对管理员的技术要求较高
◆出错的风险大
◆许可证较贵（如RAC）
◆专用的备份架构
其次，虽然有一些基础架构层的解决方案可以比应用级解决方案更加经济高效，但是这些解决方案往往在正常运行时间和RTO（恢复时间目标）方面表现得比较差。
除此之外，传统的灾难恢复解决方案很难在现有的物理X86环境中实现，这是因为传统的灾难恢复计划依赖于一套非常复杂的流程和基础架构，操作起来非常复杂繁琐且容易出错。
可见，传统的可用性与灾难恢复解决方案存在的诸多弊端使其很难在真正的生产环境中达到业务高可用与灾难恢复的功能，在虚拟化环境下就更是如此，因此，一套专门针对虚拟化环境的切实可行的可用性与灾难恢复技术成为必须。
3）传统运维管理方式无法适应全新的动态虚拟化环境
在运维管理方面，虽然服务器虚拟化可以解决客户现有数据中心的某些问题，但随着虚拟化的引入，现有的传统运维管理方式已经不能满足虚拟化环境对运维管理的需求，现有的这些运维方法在新环境下存在诸多的挑战，使用起来也将显得捉襟见肘，这是因为现有的传统管理工具和方法是为了支持孤立的计算环境而设计的，因此IT团队面临着如何利用传统管理工具和方法有效地支持新的动态IT基础设施（虚拟化环境）的挑战，这些挑战主要包括如下四个方面。
第一，虚拟化环境中有大量的数据需要管理，相对于物理环境而言，管理员可管理的虚拟机数量要多出达5~10倍，服务器和变更的数量也明显增多。
这些都使得IT专业人员在尝试部署新的虚拟化管理计划时要面对重重困难。
同时，环境中的伪警报数量大幅度增加，使得客户非常难以应对其环境所面临的挑战和性能问题。
现有的运维管理方法已经无法保证管理员可以高效地管理如此大量的数据并对问题做出快速地响应。
因此，新的运维管理方法需要提供整个基础架构和应用的运行状况、风险和效率的全面可见性，并可以提高管理员对问题的响应速度。
图：
当前的传统运维管理方式
第二，对于虚拟化平台的管理员而言，工作中遇到的问题大多是性能方面的问题，处理性能问题所花费的精力大约占到全部管理任务的80%，要迅速定位并解决性能问题，需要高效的工具来辅助，单纯地使用“红黄绿”三色交通灯的性能指示是无法迅速地解决这些性能问题的。
因此，这就需要一种主动管理基础架构和应用性能而不是被动监控的解决方案。
第三，管理员在使用虚拟化平台时会面对两个对立的目标：
一方面，要尽可能地增加虚拟机的密度以充分利用硬件平台的处理能力，增加投资回报。
另一方面，虚拟化的主要特征就是资源池化，资源整合以后，调配资源的灵活性大大提高，但同时也对性能和容量的管理带来了更大的挑战，如果不能有效地管理资源分配，则可能出现资源滥用，资源匮乏等情况。
实际的生产环境中一个比较常见的问题就是容量“过度调配”和硬件利用率低下，它会损害组织最初在节约成本方面寻求的核心价值，同时它还会使组织无法实现最初部署虚拟化和云计算时所寻求的敏捷性。
因此，这就需要推动更高的整合率，管理员需要随时保证业务增长对性能和容量的要求。
第四，现有的运维模式容易导致大家相互指责，同时无法迅速查明问题的源头、在哪方面需要立即采取措施，以及如何尽快恢复服务。
为了解决这个问题，新的运维管理方法应该能够帮助管理员高效地定位问题的根源，它应该可以快速地缩小问题的范围，迅速定位问题所属的范畴，例如：
计算，存储，网络等。
4）云计算数据中心需要全新的服务调配方法
在服务调配方面，目前没有一种自动化的方法来为业务提供所需资源，进而导致调配延迟，同时无法提供自助服务给终端用户来满足常规需求。
图：
传统服务调配
当前企业环境中，IT的运营有许多带来浪费、低效率和客户不满意的通病，传统的管理模式无法满足动态变化的虚拟化和云环境。
传统的垂直竖井式管理把特定应用和基础架构捆绑在一起，这种方式脆弱且不便管理。
为了增加业务敏捷性，许多企业希望缩短由竖井式的手动操作导致的冗长的服务响应时间，由于操作的不灵活，IT专家经常需要数天甚至数周来交付急需的资源和应用。
此外，应用开发较以往任何时期都要发展迅速，功能每日都会更新，规模每小时都在改变，因此，用户需求带来的持续压力使得应用所有者面临着始终如一的快速变更率。
云计算使应用所有者可以即时访问基础架构，然而构建应用程序仍需管理员在各个虚拟机上分别安装和配置应用程序组件，以便插入到应用体系结构中。
在当下的云计算时代中，企业和组织需要更行之有效的跨云加快应用部署速度的方法。
同时，随着业务的快速增长，企业需要一个更快部署系统来创造商业机会，快速响应市场需求和提高生产力的方法。
此外，以提高IT效率和优化资源使用率的方式削减成本也是越来越多的IT部门开始寻求云基础设施的重要原因。
最后，IT的消费者希望像获得他们生活中的自助服务和应用一样方便地获得企业的IT基础资源服务。
可见，云计算数据中心需要一种全新的高效敏捷的服务调配方法。
通过上面的分析不难看出，仅仅依靠服务器虚拟化是不足以解决客户现有数据中心中存在的所有问题的，因此，一套可以全面解决网络束缚、可用性弊端、运维管理缺陷和服务调配新需求的云计算数据中心解决方案成为必须。
2VMware云计算数据中心解决方案概述
此次私有云项目由六大模块组成：
主要使用的产品是VMwarevCloudSuite和Unifiedportal来构建。
1.用户管理：
在用户管理部分中主要定义组织、用户组和用户，统一的用户管理便于制定统一的策略；
2.资源池管理：
在此云计算环境中，将包括两种不同虚拟化技术提供的虚拟化X86服务器资源池；在资源池管理中也为不同部门或组织提供隔离；
3.服务目录管理：
统一、标准化的服务目录将为自动部署提供可能。
由门户系统提供统一的用户使用界面；
4.门户流程和部署平台：
为云计算的使用用户提供使用界面，包括申请提交、审批、部署，部署后项目资源的使用和调整。
这是申请用户、审批用户、部署管理员共同的门户；
5.运营监控和分析：
为云计算环境提供监控仪表盘显示，以及问题分析和报警功能；
6.资源使用和容量：
对用户的资源使用进行统计；对资源使用容量进行监控和规划，并包括容量优化、容量预测。
VMwarevCloudSuite是VMware提供的云计算数据中心解决方案套件，该套件可以很好地解决各类客户数据中心所面临的各种各样的问题，在大大简化IT运营的同时，为所有应用提供最佳的SLA。
2.1概述
VMwarevCloudSuite是一款基于VMwarevSphere的云计算基础架构解决方案。
借助vCloudSuite，IT可以在数据中心获得云计算服务提供商的经济效益，只需几分钟而非数周即可完成应用调配，并可通过基于策略的监管为每个应用提供适当的可用性和安全性。
vCloudSuite提供了一整套组件，该套件通过内置的智能机制提供虚拟化基础架构服务（计算、网络、安全性和可用性），以便根据需要按照定义的策略自动为应用执行调配、放置、配置和控制。
vCloudSuite是IT组织迈向软件定义的数据中心体系结构的第一步。
图：
vCloudSuite
vCloudSuite5.5集成了以下产品:
◆VMwarevSphere：
具备基于策略的自动化功能的计算虚拟化平台
◆VMwarevCenterSiteRecoveryManager：
自动规划、测试和执行灾难恢复
◆VMwarevCloudNetworkingandSecurity：
借助体系集成确保虚拟化计算环境的网络连接和安全性
◆VMwarevCloudAutomationCenter：
支持策略的自助式云计算服务调配
◆VMwarevCenterOperationsManagementSuite：
对动态云计算环境的性能、容量和配置进行集成式的主动管理
◆VMwarevCloudDirector：
支持多租户和公有云可延展性的虚拟化数据中心
上述这些产品整合了完整的云计算数据中心解决方案的所有要素，客户可以根据实际需求选择其中部分或者全部产品组件来搭建自己高效敏捷的云计算数据中心。
2.2功能特性
vCloudSuite可以给客户带来如下这些好处。
Ø运营效率
通过策略驱动型运营确保云计算提供商的经济效益。
vCloudSuite将虚拟化计算与基于分析的便捷式运营管理结合在一起，有助于提高资源使用率和员工的工作效率，从而可节省超过75%的资金开销和超过56%的运营开销。
Ø基础架构敏捷性
通过自动调配功能，只需数分钟即可完成应用调配。
通过vCloudSuite，可以按需部署IT服务,只需几分钟即可完成，而且可对关键业务和IT策略施加完全的控制,同时自动将基础架构资源与不断变化的业务进行匹配。
Ø运营控制
可以确保每个应用具有最佳控制力、可用性和安全性。
vCloudSuite可提供自动化的业务连续性和支持虚拟化的安全性与合规性，有助于最大限度延长应用的正常运行时间，同时对IT服务的成本、获取和安置提供更大的控制力。
接下来的部分将分析vCloudSuite是如何解决客户数据中心所面临的各种棘手难题的。
1）利用服务器虚拟化来抽象化和池化底层基础架构资源
在服务器虚拟化方面，vCloudSuite的vSphere产品组件是针对x86系统的虚拟化技术，它可以将x86系统转变成通用的共享硬件基础架构，原先多台服务器完成的工作可以整合到少数服务器完成。
摆脱了竖井式的结构，服务器物理硬件、操作系统和应用以松耦合的方式联结，虚拟机和上面的操作系统和应用完全独立于底层的硬件。
图：
vSphere服务器虚拟化解决方案的优势
除此之外，vSphere通过把服务器计算资源抽象化、池化和自动化来实现资源的自由调配和充分利用，它可以使资源充分利用，并按需调配。
当数据中心的服务器需要升级或维护的时候，通过虚拟机迁移技术可以把服务器上的虚拟机在工作状态迁移到另一个主机，始终保持业务的连续性。
服务器虚拟化大大增加了数据中心的灵活性和IT的敏捷性，减少管理的复杂度和IT响应时间。
2）通过软件定义的网络与安全摆脱现有网络架构的束缚
其次，在摆脱现有网络架构对虚拟化环境的束缚方面，vCloudSuite的软件定义的网络与安全解决方案vCloudNetworkingandSecurity能够以编程的方式将虚拟网络调配、添加到工作负载，以及在当前数据中心乃至多个数据中心内根据需要在任何地方放置、移动或扩展。
此外，网络和安全服务的调配和操作提供了一个开放式框架以集成第三方硬件或软件服务。
这样，通过一个集成式可延展平台即可大幅简化操作、实现资源的高效利用和提高敏捷性，从而根据业务需要进行扩展。
就像服务器虚拟化将虚拟机从底层X86服务器硬件分离出来以改变计算运营模式一样，vCNS将基于软件的虚拟网络从底层网络硬件分离出来，以便支持新的网络运营模式。
在这种情况下，部署虚拟机周边的网络和安全组件会便捷的多，下图显示了这一过程。
图：
vCNS加速了虚拟数据中心的部署
通过使用VMware软件定义的网络与安全vCNS解决方案，部署一个虚拟数据中心的时间由五天变成了三分钟！
可见，vCNS实现了软件定义的快速部署，大大提高了数据中心的部署效率。
除了这一明显的改变，vCNS对前面提到的传统网络与安全体系结构在虚拟化环境下的缺陷进行了彻底的颠覆，具体内容如下图所示。
图：
vCNS在虚拟化环境下的优势
3）全方位一体化的高可用与灾难恢复解决方案
在可用性与灾难恢复方面，vCloudSuite提供的软件定义的可用性解决方案是基于虚拟化环境的，因此，它具备传统的可用性解决方案所无法比拟的独特优势。
首先，通过传统高可用性集群技术提高应用程序可用性的代价非常高，那就是冗余硬件和集群软件/支持成本以及复杂性会增加。
另外，由于需要维护多个配置和补丁程序级别相同的系统，因此，管理成本也会随之增加。
从操作上来讲，部署有限的备用服务器来支持大量应用程序的转移会困难重重，因为企业会面临应用程序兼容性和服务器补丁程序级别等难题。
其次，传统的可用性解决方案对硬件有太多的依赖，软件和硬件的绑定非常紧密，而软件定义的可用性方案则没有这些限制，因此会灵活高效的多，而且，在管理方面也会更加简洁，方便。
如下图所示，vCloudSuite提供的这一解决方案可以在功能组件，主机服务器，存储，数据以及站点间等多个层面提供全面的可用性保障，对数据中心常见的各种问题都提供了相应的解决方案。
图：
vCloudSuite全方位一体化的软件定义可用性解决方案
在功能组件层面，多网卡绑定和存储多路径等技术可以在平台发生多种故障时，对平台进行一定程度的保护。
因此，即使某些组件出现了故障，系统仍然可以继续进行相关的操作而不会影响任何正在运行的服务。
在服务器层面，vMotion可以减少计划内的停机时间，它可以在所有设备无故障时保持业务连续运行，用户不需要仅仅因为正常维护而停止应用。
vSphereHA和FaultTolerance分别通过提供中断快速恢复和连续可用性来最小化或消除非计划停机时间，它们可以在发生本地故障时，提供系统可以继续访问应用的能力。
在存储层面，StoragevMotion可以通过在存储阵列内和跨存储阵列实时迁移虚拟机磁盘文件来避免因计划内存储维护或者vSphereVMFS升级等事件而造成的应用程序停机。
在数据保护层面，用户可以使用vSphereDataProtection和VADP以简单无中断的方式备份整个虚拟机，包括操作系统、应用二进制文件和应用数据。
在站点间层面，vCenterSiteRecoveryManager和vSphereReplication可以使企业管理从生产数据中心到灾难恢复站点的故障切换，同时，它还可以管理两个互为恢复站点且具有活动工作负载的站点之间的故障切换。
可见，VMware软件定义的可用性解决方案覆盖了可能出现问题的各个方面，因此它是一套全方位一体化的解决方案，它可以在整个数据中心层面，最大限度地提升数据中心的可靠性，可用性以及灾难恢复的能力。
4）主动确保服务级别、资源利用率和配置合规性的运维管理方案
在运维管理方面，vCloudSuite的vCenterOperationsManagementSuite所具备的全面且强大的功能特性可以很好地解决现有运维管理方案在虚拟化环境中所存在的问题，有效地满足云计算数据中心在服务质量、运维效率以及合规性与控制等方面所提出的新需求并提升客户的价值。
图：
vCenterOperationsManagementSuite带来的客户价值
首先，该方案非常注重处理异构环境的运行状况、风险和效率的方法，它在控制面板中提供这些组件的集成视图。
另外，智能警报不依赖会产生大量伪警报的阈值，而伪警报会大大消弱对环境中发生的事件迅速响应的能力。
这些做法可以缩短问题的平均解决时间进而保证服务质量。
首先，新的方案应该能够保证服务质量，能够迅速缩短问题的平均解决时间、提高基础设施和应用的可见性、能够主动快速解决影响业务的问题，这些都是客户所追求的基本能力，因为这个能力直接关系着服务的质量。
其次，从运维开销的角度来说，该方案能够迅速查明问题源头并提高运维效率。
本方案能够迅速查明、隔离并解决问题，这有助于帮助客户降低运维开销。
该套件还能处理容量的利用，可让客户完全了解容量利用情况，对其建模，并了解应当为资源分配的正确容量以及将信息返回给客户。
实践证明，这对客户也极其重要。
其次，新的方案应该可以像虚拟化的早期阶段一样，在降低资金开销和运维开销方面获得收益。
这意味着该方案不仅需要优化环境中的计算资源，同时也需要优化该环境中的人力资源。
最后，该方案能够满足控制力与合规性要求。
该套件的功能可让客户将虚拟基础设施和物理基础设施以及操作系统的配置标准化，无论是出于运维目的还是出于遵守安全最佳实践或法规要求而将这些配置标准化。
该套件的功能可让客户有效执行这些任务并降低开销，同时还使客户能够应对部署虚拟环境和vCloud时碰到的审核问题。
5）高效敏捷自助式的服务调配解决方案
在服务调配方面，正如前面所说，服务调配存在大量的挑战。
而vCloudSuite的vCloudAutomationCenter（vCAC）vCloudSuite可以打破现有垂直竖井结
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