网络虚拟化：技术解析与应用优势

# 网络虚拟化：技术解析与应用优势 ## 1. 理解虚拟磁盘 在虚拟环境中，被虚拟化的不仅仅是计算机，磁盘存储也可以实现虚拟化。磁盘虚拟化能将各种物理磁盘存储设备组合成存储池，按需分配给虚拟机。 ### 1.1 磁盘阵列与 RAID 磁盘存储虚拟化并非新鲜事物，实际存储环境中存在多个虚拟化层次。最底层是物理磁盘驱动器，通常将它们组合成磁盘阵列，这本身就是一种虚拟化，能创造出一个并不真实存在的大磁盘驱动器的假象。例如，四个 2TB 的磁盘驱动器可组合成一个 8TB 的磁盘驱动器。 磁盘阵列常用于通过冗余提供数据保护，即 RAID（Redundant Array of Inexpensive Disks）。常见的 RAID 类型有： - **RAID - 10**：创建磁盘驱动器的镜像对，数据会同时写入镜像对中的两个驱动器。若其中一个驱动器出现故障，另一个可继续承担负载。一个由四个 2TB 驱动器组成的 RAID - 10 阵列，其可用容量为 4TB（即总容量的一半）。 - **RAID - 5**：将多个磁盘驱动器组合，其中一个驱动器用于冗余。若阵列中的任何一个驱动器发生故障，可利用其余驱动器重新创建故障驱动器上的数据。一个由四个 2TB 驱动器组成的 RAID - 5 阵列，其可用容量为 6TB（总容量减去一个驱动器的容量）。 ### 1.2 主机与磁盘存储的连接方式 在典型的虚拟环境中，主机计算机与磁盘存储的连接方式主要有以下三种： |连接方式|描述|优点|缺点| | ---- | ---- | ---- | ---- | |本地磁盘存储|磁盘驱动器直接安装在主机计算机上，并通过其内部磁盘驱动器控制器连接|安装简单|受主机物理容量限制，仅主机可用| |存储区域网络（SAN）|磁盘驱动器位于一个单独的设备中，通过高速控制器与主机连接|可容纳多个磁盘驱动器，可高速连接多个主机，可扩展|成本相对较高| |网络附加存储（NAS）|通过标准以太网连接和 TCP/IP 与主机计算机连接|成本最低|速度最慢| 不管采用哪种连接方式，管理程序都会整合存储并创建通常称为数据存储的虚拟磁盘存储池。例如，一个能访问三个 2TB RAID - 5 磁盘阵列的管理程序，可将它们整合为一个 6TB 的数据存储。 从数据存储中可以创建卷，这些卷本质上是虚拟磁盘驱动器，可分配给特定的虚拟机。当在虚拟机中安装操作系统时，操作系统可挂载虚拟机的卷，创建可访问的驱动器。例如，运行 Windows Server 的虚拟机中的 C: 驱动器，可能是一个由管理程序创建并分配给虚拟机的 100GB 卷，该卷又从一个 4TB 的数据存储中分配而来，而这个数据存储由连接到主机的 SAN 中的磁盘存储创建，该 SAN 可能由四个 2TB 的物理磁盘驱动器组成的 RAID - 10 阵列构成。 磁盘存储的虚拟化至少涉及四个层次： ```mermaid graph LR A[物理磁盘驱动器（RAID - 10）] --> B[SAN 存储抽象（数据存储）] B --> C[数据存储创建卷] C --> D[来宾操作系统挂载卷] ``` - **第一层**：使用 RAID - 10 聚合物理磁盘驱动器，创建具有内置冗余的统一磁盘映像，由 SAN 完全管理。 - **第二层**：管理程序对 SAN 上的可用存储进行抽象，创建数据存储。 - **第三层**：使用数据存储的部分创建卷并呈现给虚拟机。 - **第四层**：来宾操作系统将卷视为物理设备，可挂载并格式化以创建用户可访问的可用磁盘存储。 这些虚拟化层次虽然看似复杂，但在存储管理方面提供了很大的灵活性。可以在不影响现有数据存储的情况下添加新的磁盘阵列或 NAS，并创建新的数据存储；也可以在不中断虚拟机的情况下将卷从一个数据存储移动到另一个数据存储，甚至可以动态增加卷的大小，虚拟机无需重启即可立即看到磁盘驱动器容量的增加。 ## 2. 理解网络虚拟化 在主机系统上创建一个或多个虚拟机时，需要为这些虚拟机提供一种相互通信以及与网络中其他物理计算机通信的方式。为此，必须在虚拟化环境中创建一个虚拟网络，该网络将虚拟机相互连接，并连接到物理网络。 要创建虚拟网络，需创建一个虚拟交换机。虚拟交换机类似于物理交换机，也有端口。创建虚拟交换机时，将其连接到主机计算机的一个或多个网络接口，这些接口再通过网络电缆连接到物理交换机，从而将虚拟交换机连接到物理网络。 创建虚拟机时，将每个虚拟机连接到虚拟交换机的一个端口。所有虚拟机连接到交换机后，它们可以通过交换机相互通信，并通过主机计算机的网络接口与物理网络上的设备进行通信。 ## 3. 虚拟化的好处 尽管有人认为虚拟化效率低下，因为真实计算机本质上比模拟计算机更快，但虚拟化技术已经非常先进，在虚拟机上运行而不是在真实机器上运行的性能损失仅为百分之几。而且，即使是使用最频繁的服务器，大部分时间也处于闲置状态，虚拟化可以充分利用这些闲置的处理能力。 虚拟化除了基本的效率优势外，还有以下几个显著的好处： - **硬件成本**：通过虚拟化，通常可以节省大量的硬件成本。例如，用一台主机服务器替换十台每台成本为 4000 美元的服务器，虽然主机服务器和管理程序软件的成本可能达到 15000 美元左右，但仍远低于购买十台单独计算机的 40000 美元。 - **能源成本**：许多组织发现，采用虚拟化可将服务器计算机的整体电力消耗降低 80%。一台运行十个虚拟服务器的主机计算机，其能耗约为十个独立服务器能耗的十分之一。 - **减少停机时间**：虚拟环境的停机时间通常比非虚拟环境少。例如，升级服务器