思科统一计算UCS 系统构造虚拟化数据中心的实践

    刘刚

    

    

    

    摘要： 该文首先指出传统虚拟化架构存在的问题，然后引入思科UCS虚拟化新技术，分析了UCS的各项技术特点，最后用它设计了虚拟化数据中心部署方案。此方案降低了虚拟化系统的构造复杂度，提高了可维护性。

    关键词： UCS；虚拟化；数据中心

    中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）13-0236-02

    1 传统虚拟化架构存在的问题

    近年来数据中心虚拟化建设快速发展，虚拟化提高了服务器的资源利用率，但传统虚拟化架构中还存在一些问题。

    首先，传统架构中存在数据局域网和存储交换网络两种网络，这使得机柜线缆较多，不利于散热，而且导致网络配置复杂，故障排除困难。

    其次，每台服务器都有着自已唯一的标识参数，如WWN名称（World wide name），MAC地址等。这些参数通常是服务器上安装的应用软件Licenses（使用许可）绑定的对象，因此当服务器发生故障，虚拟化迁移至备用服务器时，这些参数发生改变将造成软件无法在新的服务器上运行。

    2 思科统一计算系统UCS

    思科公司针对上述问题，开发了一种创新的计算架构：统一计算系统UCS（Unified Computing System）。它是对传统虚拟架构的革新，它在一个紧密结合的系统中整合了计算、网络、存储接入与虚拟化功能，旨在降低总体拥有成本，同时提高业务灵活性。

    2.1统一交换网络矩阵

    UCS使用统一交换矩阵技术实现了传统数据网络和存储数据一起同时传输。它采用的是当前在以太网上融合传统局域网和存储网络唯一成熟的技术标准Fiber Channel Over Ethernet（FCoE），即以太网光纤通道，它将存储网（SAN）的数据帧封装在以太网帧内进行转发。思科UCS采用FCoE技术实现了Fiber Channel流量在 10G 以太网中传输，整合 I/O 到同一条线缆，减少了适配器，线缆和端口数量。单个网卡及单根连线就能将服务器同时联向以太网和 Fiber Channel 存储网络，从而达到节省设备数量和布线简化的目的。图1表明了传统虚拟架构和UCS统一计算架构的对比情况。

    实现这一功能的具体设备是统一交换矩阵UCS 6020XP，它创建了一个统一的管理域，最多可将20个刀片机箱作为一个计算资源池进行统一的调度和管理，实现了所有网络流量的统一传输和处理。

    每块刀片服务器还配备了一个Cisco集中网络适配器（CNA）。它直接跟机箱的网络结构相连，通过10Gb的通道进行存储和网络活动，实现了以太网光纤通道（FCoE）。

    2.2 VN-Link虚拟适配器技术

    思科统一计算系统中的每台服务器都通过一条或多条物理链路连接到统一交换矩阵。Cisco VN-Link技术能在单一物理链路上配置多条虚拟链路。虚拟链路将虚拟机中的一个虚拟NIC （vNIC）连接到交换平台中的一个虚拟接口。这个功能由Cisco UCS M81KR虚拟接口卡实现，它能创建多达128个虚拟端口，其身份（MAC地址和WWN）可动态编程。这个虚拟接口卡提供了足够的接口，保证每个虚拟机都能拥有一个或多个专用物理接口，因此不再需要虚拟软件层面的交换。这些端口都和UCS6120XP的某个物理网卡端口相关联。图2中虚拟机VM1的虚拟网卡先和M81KR中1号虚拟接口相关联，然后和物理端口NIC1相关联，形成一条虚拟链路。

    这种结构使对虚拟机虚拟链路的管理就像管理物理服务器的物理链路一样进行。也就是说，从虚拟机视角来看，每个虚拟机好像都有一个唯一的物理网卡。虚拟接口与物理接口的相联关系能根据需要发生改变。当一个虚拟机从一台服务器迁移到另一台服务器时，该虚拟机的虚拟链路所连的虚拟接口只要简单地与UCS6120XP另一个物理端口建立关联就可以了。图2中VM1由A刀片机箱迁移到B刀片机箱时，VM1的虚拟接口卡由原来关联的NIC1变换为NIC2，而对于虚拟机系统中mac地址来说则不发生变化，因为虚拟接口卡仍然是1号虚拟接口。这样就解决了服务器虚拟化迁移后软件能正常运行的问题。

    2.3 UCS Manager统一管理系统

    Cisco UCS Manager是思科统一计算系统的管理中心。它提供了一个直观GUI控制台，能够全方位管理服务器配置文件、HBA设置和网络配置文件等，无需为个系统组件配备单独的管理模块。Cisco UCSManager软件集成并内嵌于统一交换矩阵UCS6120XP之中。

    UCS Manager为每台刀片服务器都设置了一个服务配置文件。它全面定义服务器的各种参数和配置。当更换新的刀片服务器时，我们可将原来的服务配置文件直接应用到新服务器。由于配置文件中规定了服务器的物理参数如MAC地址，WWN地址，VLAN和VSAN的连接，boot order等各项参数，新的服务器也即备机就会具有和老服务器一样的物理参数，由此，无需在网络和SAN设备上做任何重新设置，备机就具有老服务器的所有特性。这样就避免了传统虚拟架构中服务器更换时的繁琐设置工作，提高了管理效率，降低了维护难度。

    3 基于UCS的虚拟数据中心部署方案

    本方案采用了2台思科UCS5108刀片服务器机箱，该机箱最多可以安装8台半宽两路刀片服务器。刀片服务器选择思科UCS B200 M2两路刀片服务器，每个机箱共配置8台，每台配置2颗E5649处理器，48GB内存。刀片服务器通过2104XP陈列扩展器模块连至两台交换矩阵6120XP，形成冗余结构，避免出现单点故障。每个2104XP有4个10G上行端口，支持40G带宽，每刀片机箱安装2个，共80G带宽。两台UCS 6120xp都连接到思科上层核心交换机。NetAPP存储由Cisco MDS9124交换机和统一交换矩阵相连。

    每台刀片配置48GB内存，在一般应用的负载情况下，可承载16台虚拟机的资源需求。此虚拟化架构易于扩充，资源不够时只需增加刀片机箱和刀片服务器即可。数据存储由NetAPP存储提供，可方便扩充数据容量，保障数据的可靠性。

    4 结束语

    UCS采用统一交换矩阵，在一个统一的网络基础设施上传输局域网、存储流量，降低了网络的复杂度和部署难度。 UCS Manager对整个刀片集群作为一个计算资源池进行统一的调度和管理，实现了刀片资源的动态调度以及刀片故障时的自动冗余切换功能。

    UCS平台将计算、网络、存储访问和虚拟化统一到一个综合系统中，进行集中管理，提升了数据中心虚拟化的灵活性和可靠性。

    参考文献：

    [1]茅昌坤.基于UCS的企业级虚拟存储系统架构[J].信息与电脑：理论版，2015（8）：14-15.

    [2]寇曼曼.思科UCS在数据中心虚拟化建设中的应用[J].中国新通信，2014（23）：71-75.

    [3]李学红.统一计算技术的应用[J].云南水力发电，2012，28（4）：136-139.