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端到端網(wǎng)絡(luò)虛擬化切片 版權(quán)信息
- ISBN：9787030711762
- 條形碼：9787030711762 ; 978-7-03-071176-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類(lèi)：>
端到端網(wǎng)絡(luò)虛擬化切片 本書(shū)特色
本書(shū)從5G網(wǎng)絡(luò)端到端切片及質(zhì)量保障的背景需求、概念定義、體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)為總體撰寫(xiě)架構(gòu)
端到端網(wǎng)絡(luò)虛擬化切片 內(nèi)容簡(jiǎn)介
網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)定制化、資源靈活調(diào)度的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)之一，第五代（5G）移動(dòng)通信技術(shù)則基于虛擬化的思想，采用了網(wǎng)絡(luò)切片為用戶提供高質(zhì)量的端到端定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，基于此，本書(shū)從端到端的角度梳理了當(dāng)前常用的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)方案。本書(shū)首先介紹了虛擬化技術(shù)的內(nèi)涵與發(fā)展歷程，并重點(diǎn)歸納和總結(jié)了網(wǎng)絡(luò)虛擬化的通用技術(shù)框架，然后從局域網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、骨干網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心四個(gè)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景展開(kāi)，具體介紹了在不同網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下常用的網(wǎng)絡(luò)虛擬化方案。
端到端網(wǎng)絡(luò)虛擬化切片 目錄
目錄
序
前言
第1章 虛擬化概述 1
1.1 虛擬化的內(nèi)涵 1
1.1.1 基本內(nèi)涵 1
1.1.2 基本實(shí)現(xiàn)原理 2
1.1.3 虛擬化的主要優(yōu)點(diǎn) 3
1.2 虛擬化的應(yīng)用 3
1.2.1 計(jì)算機(jī)虛擬化 4
1.2.2 存儲(chǔ)虛擬化 5
1.2.3 網(wǎng)絡(luò)虛擬化 6
1.2.4 虛擬化與云計(jì)算 8
參考文獻(xiàn) 9
第2章 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)基礎(chǔ) 10
2.1 虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 10
2.1.1 網(wǎng)卡虛擬化 10
2.1.2 路由轉(zhuǎn)發(fā)虛擬化 12
2.1.3 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化 13
2.2 虛擬網(wǎng)絡(luò)鏈路 16
2.2.1 物理鏈路的虛擬化 16
2.2.2 數(shù)據(jù)通路的虛擬化 16
2.3 虛擬網(wǎng)絡(luò) 17
2.3.1 覆蓋網(wǎng)絡(luò) 17
2.3.2 虛擬專(zhuān)用網(wǎng) 18
2.4 基于SDN的網(wǎng)絡(luò)虛擬化 18
2.4.1 SDN簡(jiǎn)介 19
2.4.2 SDN與網(wǎng)絡(luò)虛擬化 25
2.4.3 基于Hypervisor的SDN虛擬化 26
2.5 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)虛擬化 31
2.5.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu) 31
2.5.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)虛擬化關(guān)鍵技術(shù) 33
2.6 網(wǎng)絡(luò)虛擬化中的資源分配算法 35
2.6.1 虛擬網(wǎng)絡(luò)映射 36
2.6.2 NFV資源分配 46
參考文獻(xiàn) 55
第3章 局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)虛擬化 58
3.1 局域網(wǎng)簡(jiǎn)介 58
3.1.1 局域網(wǎng)定義 58
3.1.2 局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 59
3.1.3 媒體接入控制方法 61
3.1.4 其他局域網(wǎng)類(lèi)型 68
3.2 局域網(wǎng)虛擬化的發(fā)展歷程 72
3.2.1 以太網(wǎng)發(fā)展史 72
3.2.2 局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)虛擬化發(fā)展史 75
3.3 局域網(wǎng)中常用的虛擬化方案 80
3.3.1 虛擬局域網(wǎng) 80
3.3.2 L2VPN：VPWS、VPLS、IPLS 101
3.3.3 主動(dòng)可編程網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 107
參考文獻(xiàn) 115
第4章 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)虛擬化 116
4.1 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與架構(gòu) 116
4.1.1 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程 116
4.1.2 2G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 118
4.1.3 3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 120
4.1.4 4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 125
4.1.5 5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 133
4.2 5G網(wǎng)絡(luò)虛擬化 143
4.2.1 5G網(wǎng)絡(luò)需求 144
4.2.2 5G網(wǎng)絡(luò)虛擬化概況 144
4.2.3 基于SDN/NFV的5G網(wǎng)絡(luò)虛擬化 149
4.3 5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù) 153
4.3.1 5G網(wǎng)絡(luò)切片主要問(wèn)題 154
4.3.2 5G無(wú)線接入網(wǎng)切片技術(shù) 160
4.3.3 5G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù) 170
4.4 5G網(wǎng)絡(luò)典型虛擬化方案 176
4.4.1 無(wú)線接入網(wǎng)典型虛擬化方案 176
4.4.2 5G核心網(wǎng)典型虛擬化方案 192
第5章 骨干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)虛擬化 201
5.1 骨干網(wǎng) 201
5.2 骨干網(wǎng)虛擬化的發(fā)展歷程 204
5.2.1 傳統(tǒng)骨干網(wǎng) 204
5.2.2 新型骨干網(wǎng) 206
5.3 骨干網(wǎng)中常用的虛擬化方案 207
5.3.1 VPN 208
5.3.2 Overlay網(wǎng)絡(luò) 213
5.3.3 SD-WAN 228
5.3.4 Segment Routing 250
參考文獻(xiàn) 256
第6章 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化 259
6.1 數(shù)據(jù)中心簡(jiǎn)介 259
6.1.1 數(shù)據(jù)中心的概述 259
6.1.2 數(shù)據(jù)中心虛擬化 261
6.1.3 流量類(lèi)型、隔離和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及商業(yè)模式 263
6.2 數(shù)據(jù)中心虛擬化發(fā)展歷程 264
6.2.1 數(shù)據(jù)中心虛擬化的誕生 264
6.2.2 數(shù)據(jù)中心中網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)發(fā)展 265
6.2.3 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化與網(wǎng)絡(luò)即服務(wù) 269
6.3 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù) 273
6.3.1 基于隧道/Overlay的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù) 273
6.3.2 基于SDN的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù) 296
6.4 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化方案 309
6.4.1 VMware NSX 309
6.4.2 其他數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化方案介紹與比較 327
索引 344
序
前言
第1章 虛擬化概述 1
1.1 虛擬化的內(nèi)涵 1
1.1.1 基本內(nèi)涵 1
1.1.2 基本實(shí)現(xiàn)原理 2
1.1.3 虛擬化的主要優(yōu)點(diǎn) 3
1.2 虛擬化的應(yīng)用 3
1.2.1 計(jì)算機(jī)虛擬化 4
1.2.2 存儲(chǔ)虛擬化 5
1.2.3 網(wǎng)絡(luò)虛擬化 6
1.2.4 虛擬化與云計(jì)算 8
參考文獻(xiàn) 9
第2章 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)基礎(chǔ) 10
2.1 虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 10
2.1.1 網(wǎng)卡虛擬化 10
2.1.2 路由轉(zhuǎn)發(fā)虛擬化 12
2.1.3 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化 13
2.2 虛擬網(wǎng)絡(luò)鏈路 16
2.2.1 物理鏈路的虛擬化 16
2.2.2 數(shù)據(jù)通路的虛擬化 16
2.3 虛擬網(wǎng)絡(luò) 17
2.3.1 覆蓋網(wǎng)絡(luò) 17
2.3.2 虛擬專(zhuān)用網(wǎng) 18
2.4 基于SDN的網(wǎng)絡(luò)虛擬化 18
2.4.1 SDN簡(jiǎn)介 19
2.4.2 SDN與網(wǎng)絡(luò)虛擬化 25
2.4.3 基于Hypervisor的SDN虛擬化 26
2.5 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)虛擬化 31
2.5.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu) 31
2.5.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)虛擬化關(guān)鍵技術(shù) 33
2.6 網(wǎng)絡(luò)虛擬化中的資源分配算法 35
2.6.1 虛擬網(wǎng)絡(luò)映射 36
2.6.2 NFV資源分配 46
參考文獻(xiàn) 55
第3章 局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)虛擬化 58
3.1 局域網(wǎng)簡(jiǎn)介 58
3.1.1 局域網(wǎng)定義 58
3.1.2 局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 59
3.1.3 媒體接入控制方法 61
3.1.4 其他局域網(wǎng)類(lèi)型 68
3.2 局域網(wǎng)虛擬化的發(fā)展歷程 72
3.2.1 以太網(wǎng)發(fā)展史 72
3.2.2 局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)虛擬化發(fā)展史 75
3.3 局域網(wǎng)中常用的虛擬化方案 80
3.3.1 虛擬局域網(wǎng) 80
3.3.2 L2VPN：VPWS、VPLS、IPLS 101
3.3.3 主動(dòng)可編程網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 107
參考文獻(xiàn) 115
第4章 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)虛擬化 116
4.1 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與架構(gòu) 116
4.1.1 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程 116
4.1.2 2G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 118
4.1.3 3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 120
4.1.4 4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 125
4.1.5 5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 133
4.2 5G網(wǎng)絡(luò)虛擬化 143
4.2.1 5G網(wǎng)絡(luò)需求 144
4.2.2 5G網(wǎng)絡(luò)虛擬化概況 144
4.2.3 基于SDN/NFV的5G網(wǎng)絡(luò)虛擬化 149
4.3 5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù) 153
4.3.1 5G網(wǎng)絡(luò)切片主要問(wèn)題 154
4.3.2 5G無(wú)線接入網(wǎng)切片技術(shù) 160
4.3.3 5G車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù) 170
4.4 5G網(wǎng)絡(luò)典型虛擬化方案 176
4.4.1 無(wú)線接入網(wǎng)典型虛擬化方案 176
4.4.2 5G核心網(wǎng)典型虛擬化方案 192
第5章 骨干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)虛擬化 201
5.1 骨干網(wǎng) 201
5.2 骨干網(wǎng)虛擬化的發(fā)展歷程 204
5.2.1 傳統(tǒng)骨干網(wǎng) 204
5.2.2 新型骨干網(wǎng) 206
5.3 骨干網(wǎng)中常用的虛擬化方案 207
5.3.1 VPN 208
5.3.2 Overlay網(wǎng)絡(luò) 213
5.3.3 SD-WAN 228
5.3.4 Segment Routing 250
參考文獻(xiàn) 256
第6章 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化 259
6.1 數(shù)據(jù)中心簡(jiǎn)介 259
6.1.1 數(shù)據(jù)中心的概述 259
6.1.2 數(shù)據(jù)中心虛擬化 261
6.1.3 流量類(lèi)型、隔離和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及商業(yè)模式 263
6.2 數(shù)據(jù)中心虛擬化發(fā)展歷程 264
6.2.1 數(shù)據(jù)中心虛擬化的誕生 264
6.2.2 數(shù)據(jù)中心中網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)發(fā)展 265
6.2.3 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化與網(wǎng)絡(luò)即服務(wù) 269
6.3 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù) 273
6.3.1 基于隧道/Overlay的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù) 273
6.3.2 基于SDN的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù) 296
6.4 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化方案 309
6.4.1 VMware NSX 309
6.4.2 其他數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化方案介紹與比較 327
索引 344
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端到端網(wǎng)絡(luò)虛擬化切片 節(jié)選
第1章 虛擬化概述 在信息技術(shù)（Information Technology，IT）領(lǐng)域中，虛擬化是一個(gè)運(yùn)用十分廣泛的概念，從計(jì)算機(jī)虛擬化到存儲(chǔ)虛擬化，再到網(wǎng)絡(luò)虛擬化，虛擬化的思想影響著IT技術(shù)的方方面面。在開(kāi)始了解網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)之前，首先需要對(duì)虛擬化的概念有個(gè)基本的認(rèn)識(shí)，本章將為讀者簡(jiǎn)要介紹虛擬化技術(shù)的內(nèi)涵，以及虛擬化技術(shù)的應(yīng)用。 1.1 虛擬化的內(nèi)涵 1.1.1 基本內(nèi)涵 1959年 6 月 15 日，虛擬化的概念由牛津大學(xué)的克里斯托弗 斯特雷奇（Christopher Strachey）教授在國(guó)際信息處理大會(huì)（International Conference on Information Processing）上發(fā)表的《大型高速計(jì)算機(jī)中的時(shí)間共享》（Time sharing in large fast computers）論文中首次提出，該論文重點(diǎn)討論了如何將時(shí)分（time sharing）的概念應(yīng)用在大型高速計(jì)算機(jī)中，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)大型計(jì)算機(jī)的多用戶時(shí)分共享，提高計(jì)算資源的使用效率，這是關(guān)于虛擬化*早的論述。服務(wù)器虛擬化技術(shù)由此迅速發(fā)展起來(lái)，虛擬化思想在計(jì)算領(lǐng)域中的成功促使其陸續(xù)擴(kuò)展到存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。虛擬化技術(shù)在IT各個(gè)基礎(chǔ)領(lǐng)域逐漸成熟，促使以虛擬化為核心支撐技術(shù)的新型商業(yè)模式云計(jì)算于21世紀(jì)初誕生，引領(lǐng)了互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的新浪潮。虛擬化技術(shù)同時(shí)也是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心基因之一，第五代（簡(jiǎn)稱(chēng)5G）移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是虛擬化思想的一個(gè)典型運(yùn)用。 虛擬化是一個(gè)抽象的概念，運(yùn)用到不同領(lǐng)域的虛擬化技術(shù)的具體表現(xiàn)形式各不相同，但其內(nèi)涵是一致的。虛擬化本質(zhì)上是一種資源管理的思想，首先需要明確虛擬化的“虛擬”對(duì)象是實(shí)際的物理資源，這里的物理資源包含IT領(lǐng)域常見(jiàn)的如CPU、硬盤(pán)、頻譜帶寬等資源，可分為計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)三類(lèi)。虛擬化技術(shù)根據(jù)資源類(lèi)型的不同可對(duì)應(yīng)分為計(jì)算機(jī)虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化與網(wǎng)絡(luò)虛擬化。“虛擬”的實(shí)質(zhì)是通過(guò)一定的方法對(duì)物理資源進(jìn)行靈活的統(tǒng)一管理，突破在資源使用上如設(shè)備結(jié)構(gòu)或地理位置帶來(lái)的客觀限制，將實(shí)際在封裝上或地理位置上分散的資源抽象整合成一個(gè)可供靈活調(diào)度的資源池，為用戶提供一個(gè)虛擬的資源視圖，這里的“虛擬”是指用戶分配到的邏輯資源與物理資源在實(shí)體上不一定是一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可能是多份物理資源聚合成一份邏輯資源（“多虛一”），也可能是一份物理資源切分出多份邏輯資源（“一虛多”）[1]。通過(guò)虛擬化技術(shù)，用戶無(wú)須關(guān)心分配到的邏輯資源的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，從用戶的視角來(lái)看，邏輯資源的使用效能與物理資源等效。虛擬化思想使資源的管理靈活多變，實(shí)現(xiàn)多用戶高效地復(fù)用真實(shí)物理設(shè)備，極大地提高了底層物理資源的利用率。針對(duì)IT領(lǐng)域中用戶對(duì)資源按需分配的需求，虛擬化技術(shù)是關(guān)鍵的支撐技術(shù)。 我們進(jìn)一步給出對(duì)虛擬化技術(shù)基本內(nèi)涵的總結(jié)性描述：虛擬化技術(shù)本質(zhì)上是一種資源管理技術(shù)，其表現(xiàn)形式是通過(guò)對(duì)物理資源進(jìn)行抽象與整合，形成可在多用戶之間進(jìn)行細(xì)粒度分配的資源池（資源的池化），以達(dá)到多用戶可根據(jù)需求獲取邏輯資源且感受不到其他用戶存在的效果，*終實(shí)現(xiàn)物理資源的高效利用與管理。其中，資源共享與復(fù)用和用戶之間的隔離是虛擬化技術(shù)中*為核心的兩個(gè)特征。 （1）資源共享與復(fù)用。多用戶之間的資源共享與復(fù)用是虛擬化技術(shù)的核心特征，旨在降低物理資源的使用成本，提高物理資源的利用率。不同類(lèi)型的物理資源對(duì)應(yīng)著不同的復(fù)用共享技術(shù)，如頻譜資源的時(shí)分復(fù)用和頻分復(fù)用，各類(lèi)虛擬化技術(shù)采用復(fù)用機(jī)制，讓多個(gè)用戶能夠共享物理資源。 （2）用戶之間的隔離。保障多用戶之間的隔離是虛擬化技術(shù)的內(nèi)在要求，不同用戶感受不到彼此的存在，每個(gè)用戶所分配的資源從邏輯上可以等效為一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體，用戶無(wú)須關(guān)心內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，隔離性同時(shí)要求用戶內(nèi)部發(fā)生的事件不會(huì)影響到其他用戶的運(yùn)行性能。 1.1.2 基本實(shí)現(xiàn)原理 虛擬化技術(shù)通過(guò)對(duì)物理資源的抽象與整合為用戶提供等效的虛擬資源，根據(jù)對(duì)物理資源的抽象方式，可歸納出分割式、聚合式、遷移式、覆蓋式四種基本的實(shí)現(xiàn)原理[2]，應(yīng)用于不同領(lǐng)域的虛擬化技術(shù)設(shè)計(jì)通常根據(jù)實(shí)際情況采用其中一種原理或多種原理的組合。 1）分割式 分割式原理是指將物理資源拆分成多個(gè)邏輯資源，也被稱(chēng)為“一虛多”，通常應(yīng)用于虛擬化單個(gè)容量較大的物理資源，如大型服務(wù)器。這里的分割包含多種維度，可以是物理維度上的拆分，如虛擬局域網(wǎng)技術(shù)通過(guò)拆分端口實(shí)現(xiàn)多個(gè)隔離的虛擬子網(wǎng)，也可以是時(shí)間維度上的拆分，如CPU、頻譜的時(shí)分復(fù)用技術(shù)。分割式的虛擬化原理能有效地提高資源利用率。 2）聚合式 聚合式原理是指將多個(gè)獨(dú)立的物理資源整合成一個(gè)邏輯資源，也被稱(chēng)為“多虛一”，通常應(yīng)用于對(duì)資源的需求量大于單個(gè)設(shè)備容量的場(chǎng)景，如為滿足某些大型的計(jì)算需求，會(huì)將多臺(tái)服務(wù)器聚合成一臺(tái)邏輯的服務(wù)器進(jìn)行作業(yè)。 3）遷移式 遷移式原理是指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將一臺(tái)邏輯設(shè)備中的閑置資源動(dòng)態(tài)地遷移到另一臺(tái)邏輯設(shè)備中，如虛擬機(jī)遷移技術(shù)，打破了資源使用在地理位置上的限制，實(shí)現(xiàn)更加靈活的資源整合。 4）覆蓋式 覆蓋式（Overlay）原理主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)虛擬化中，利用了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在協(xié)議設(shè)計(jì)上的分層特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有物理網(wǎng)絡(luò)之上傳遞不同協(xié)議的數(shù)據(jù)包，構(gòu)建一張基于底層網(wǎng)絡(luò)的邏輯網(wǎng)絡(luò)，打破了數(shù)據(jù)包傳輸在協(xié)議上的限制。 以上四種基本實(shí)現(xiàn)原理都是為了實(shí)現(xiàn)資源的靈活使用，但側(cè)重點(diǎn)各不相同，總的來(lái)說(shuō)，分割式和聚合式原理主要打破資源使用由封裝所帶來(lái)的容量限制，遷移式是為了打破資源使用在地理位置上的限制，覆蓋式則是打破了網(wǎng)絡(luò)使用在協(xié)議配置上的限制。 1.1.3 虛擬化的主要優(yōu)點(diǎn) 在過(guò)去的五六十年中，虛擬化技術(shù)由于其突出的優(yōu)點(diǎn)，獲得學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的大量關(guān)注，獲得不斷的發(fā)展，當(dāng)前已經(jīng)在IT領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，其主要優(yōu)勢(shì)可歸納為以下四點(diǎn)。 （1）提高資源利用的效率：虛擬化技術(shù)通過(guò)對(duì)物理資源的池化使得資源分配粒度更細(xì)，能極大地提高資源利用率，一臺(tái)物理設(shè)備可以虛擬出多個(gè)等效的邏輯設(shè)備，并行地分配給多個(gè)任務(wù)或用戶，企業(yè)也可以通過(guò)虛擬化技術(shù)將閑置的資源對(duì)外出租。 （2）降低資源使用的成本：虛擬化技術(shù)打破了物理資源在封裝單元上的邊界，多用戶共享物理資源實(shí)現(xiàn)了成本的分?jǐn)偅行У亟档土速Y源的部署成本。 （3）保障資源接入的安全：虛擬化技術(shù)的基本要求是保障虛擬服務(wù)的隔離性，用戶使用虛擬服務(wù)不會(huì)受到其他用戶的影響，有較好的安全性。 （4）實(shí)現(xiàn)資源管理的靈活：虛擬化技術(shù)可以根據(jù)不斷變化的需求，在任務(wù)或用戶之間靈活地調(diào)度資源，可以實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)資源的“按需分配”。 1.2 虛擬化的應(yīng)用 如1.1節(jié)所述，虛擬化技術(shù)起源于計(jì)算機(jī)虛擬化，并逐漸發(fā)展到存儲(chǔ)虛擬化與網(wǎng)絡(luò)虛擬化，并在21世紀(jì)初，以計(jì)算/存儲(chǔ)/網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)為核心支撐技術(shù)的云計(jì)算引領(lǐng)了互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的新浪潮，本節(jié)將分別從計(jì)算機(jī)虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化以及虛擬化與云計(jì)算四個(gè)方面介紹虛擬化的發(fā)展與應(yīng)用。 1.2.1 計(jì)算機(jī)虛擬化 計(jì)算機(jī)虛擬化的發(fā)展階段按時(shí)間順序可大致分為大中型計(jì)算機(jī)虛擬化，基于x86的計(jì)算機(jī)虛擬化以及基于容器的虛擬化，下面將從這三個(gè)階段介紹計(jì)算機(jī)虛擬化的發(fā)展過(guò)程。 （1）大中型計(jì)算機(jī)虛擬化：IBM公司于20世紀(jì)60年代中期開(kāi)啟了M44/44X項(xiàng)目，開(kāi)始在大型計(jì)算機(jī)中研究虛擬化的實(shí)現(xiàn)，并在60年代末推出了**個(gè)完全實(shí)現(xiàn)虛擬化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)CP-40，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算資源的時(shí)分共享，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了不同組的用戶時(shí)分共享同一臺(tái)大型機(jī)的計(jì)算資源，顯著降低了計(jì)算資源的使用成本，使得無(wú)法實(shí)際擁有大中型計(jì)算機(jī)的組織與個(gè)人也能使用大中型計(jì)算機(jī)。 （2）基于x86的計(jì)算機(jī)虛擬化：在20世紀(jì)60～70年代末，虛擬化技術(shù)僅局限于大中型計(jì)算機(jī)。英特爾在1978年推出了**款基于x86架構(gòu)的微處理器8086，開(kāi)啟了屬于x86架構(gòu)的時(shí)代，微機(jī)技術(shù)逐漸成熟，產(chǎn)業(yè)界開(kāi)始嘗試在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)虛擬化，將分別介紹VMware、XEN、KVM三個(gè)知名的虛擬化軟件。 ①VMware：著名的虛擬化解決方案廠商VMware于1998年成立，并發(fā)布了**個(gè)基于x86架構(gòu)的虛擬化產(chǎn)品，成功通過(guò)運(yùn)行在Windows NT上的VMware軟件啟動(dòng)了Windows 95。VMware緊接著在隨后的一年正式發(fā)布了**代產(chǎn)品Workstation 1.0，支持用戶在一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)上以虛擬機(jī)的形式運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，虛擬化技術(shù)開(kāi)始從大中型機(jī)進(jìn)入每一個(gè)人的生活。VMware的Workstation一經(jīng)推出便獲得廣大用戶的喜愛(ài)，取得了巨大的成功，VMware陸續(xù)推出了基于hypervisor的EXS系列，以及應(yīng)用于云計(jì)算的vSphere等成功產(chǎn)品，是虛擬化產(chǎn)業(yè)界*具影響力的公司之一。VMware的成功激勵(lì)了更多的學(xué)者與廠商進(jìn)入虛擬化領(lǐng)域。 ②XEN：2003年，劍橋大學(xué)開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為XEN的開(kāi)源虛擬化項(xiàng)目，并成立了XenSource公司。XEN能夠基于Linux系統(tǒng)在一套物理硬件上安全地執(zhí)行多個(gè)虛擬機(jī)，其性能穩(wěn)定、占用資源少、開(kāi)源等優(yōu)秀特性獲得IBM、AMD、HP、Novell等廣大軟硬件廠商的青睞，被廣泛用于搭建高性能的虛擬化平臺(tái)，XenSource公司于2007年被Citrix收購(gòu)。 ③KVM：另一大常用的開(kāi)源虛擬化技術(shù)KVM（Kernel-based Virtual Machine）于2006年被一家以色列的公司Qumranet推出。相對(duì)于XEN技術(shù)，KVM是一個(gè)基于Linux內(nèi)核的虛擬化技術(shù)，其與Linux內(nèi)核的兼容性能獲得更高的靈活性和可管理性，紅帽（Red Hat）公司看中KVM這一顯著優(yōu)點(diǎn)，于2008年收購(gòu)了Qumranet，并在其后續(xù)的Linux產(chǎn)品中放棄了XEN技術(shù)，大力推廣KVM技術(shù)。到目前為止，XEN和KVM是Linux系統(tǒng)下*常用的兩種虛擬化技術(shù)。IT界巨頭微軟公司（Microsoft）于2004年開(kāi)始進(jìn)軍虛擬化產(chǎn)業(yè)，發(fā)布了Virtual Server 2005計(jì)劃，這標(biāo)志著虛擬化開(kāi)始向主流市場(chǎng)轉(zhuǎn)變。 計(jì)算機(jī)虛擬化的主要目標(biāo)是通過(guò)軟件的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬化，相當(dāng)于硬件資源與上層應(yīng)用的中間代理，負(fù)責(zé)管理、調(diào)度底層資源，為上層虛擬機(jī)提供分配隔離的邏輯資源，這樣的軟件被稱(chēng)為虛擬化管理程序（Hypervisor）或虛擬機(jī)監(jiān)視器（Virtual Machine Monitor，VMM）。根據(jù)虛擬化軟件所在位置的不同可將計(jì)算機(jī)虛擬化分為以下三種基本實(shí)現(xiàn)形式。 （1）基于裸機(jī)的虛擬化（Bare Metal）。基于裸機(jī)的虛擬化是指直接在宿主機(jī)的硬件上安裝虛擬化管理程序，也稱(chēng)硬件虛擬化或完全虛擬化，Hypervisor可以直接調(diào)度與管理底層的硬件資源，運(yùn)行效率高。典型的虛擬化產(chǎn)品有VMware公司的“VMware ESXi”以及微軟的“Hyper-V”。 （2）基于主機(jī)的虛擬化（Hosted）。基于主機(jī)的虛擬化是指在操作系統(tǒng)上按照虛擬化管理程序，需要通過(guò)主機(jī)操作系統(tǒng)來(lái)調(diào)度硬件資源，依賴于操作系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的支持，以一定的運(yùn)行效率為代價(jià)，換取了相對(duì)于Bare-metal形式的高靈活度。典型的虛擬化產(chǎn)品有VMware公司的“VMware Workstation”，以及微軟的“Virtual PC”。 （3）基于容器的虛擬化（Container）。基于容器的虛擬化是一種輕量的應(yīng)用級(jí)虛擬化技術(shù)，通過(guò)虛擬操作系統(tǒng)本身來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬化，也稱(chēng)操作系統(tǒng)級(jí)別（OS-Level）的虛擬化。操作系統(tǒng)提供一組用戶空間彼此隔離，應(yīng)用被限制在每個(gè)用戶空間里，好像一個(gè)獨(dú)立的主機(jī)。其典型的虛擬化應(yīng)用有OpenVZ、FreeVPS等。 1.2.2 存儲(chǔ)虛擬化 計(jì)算機(jī)虛擬化的成功促使人們開(kāi)始在其他領(lǐng)域?qū)嵺`虛擬化，IBM公司于1978年提出獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列（Redu
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