計算機網絡中虛擬化的應用

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摘要：

虛擬化技術使計算元件在虛擬的環境中運行，常用的虛擬化技術有服務器虛擬化、桌面虛擬化和網絡虛擬化。網絡虛擬化可以實現網絡資源的共享，是下一代互聯網構建的基礎。傳統的網絡虛擬化技術有虛擬局域網、虛擬專用網、主動可編程網絡和覆蓋網絡。云計算的出現為網絡虛擬化技術帶來了新的定義，虛擬化技術同時也是云計算的基礎，兩者相輔相成。

關鍵詞：虛擬化；網絡虛擬化；云計算

1引言

虛擬化的概念早在70年代就出現了，有關虛擬化的定義也有很多。一種理解可以將虛擬化認為是計算機在虛擬的基礎上運行而不是在真實的基礎上運行。該技術可以簡化管理，優化資源。網絡虛擬化是虛擬化技術的一個應用領域，網絡計算可以對IT基礎設施進行虛擬化，通過虛擬化技術降低消費者與資源之間的耦合程度，使實現IT基礎設施的共享和管理，根據用戶的需求動態地提供資源，實現了網絡資源的共享。傳統的網絡虛擬化技術貫穿了整個互聯網的發展進程，而近年來云計算的出現，使得網絡虛擬化技術有了新的定義和發展，相應的網絡虛擬化技術也帶來了新的應用場景。

2虛擬化技術

在計算機方面，虛擬化通常是指計算元件不是在真實的環境上運行，而是在虛擬的環境上運行。虛擬化技術可以擴大硬件的容量，模擬多個CPU并行運行，可以在一個平臺上運行多個操作系統，也可以使應用程序在各自獨立的空間內運行互不影響，提高計算機的工作效率。虛擬化技術從實現角度可以分為硬件虛擬化、操作系統虛擬化和應用程序虛擬化等。硬件虛擬化是用軟件來虛擬電腦的CPU、硬盤、內存等硬件設備，使之成為一臺虛擬機。操作系統虛擬化是利用虛擬化軟件克隆原有的操作系統，從而產生多個新系統。應用程序虛擬化一方面可以虛擬操作系統，使應用程序能夠運行虛擬系統的某些部分，另一方面也可以實現很多軟件的移動使用，通過局域網將非綠色軟件發送到企業終端，可以安裝就可以使用，降低了企業的IT成本。從應用領域來看，虛擬化技術可以分為CPU虛擬化、服務器虛擬化、文件虛擬化、存儲虛擬化、桌面虛擬化和網絡虛擬化等。服務器虛擬化使用操作系統虛擬化和硬件虛擬化技術，在一臺服務器上安裝多個同時運行的操作系統，從使用者的角度看就相當于是多臺服務器，提高了服務器的利用率。桌面虛擬化技術是將服務器上配置好桌面環境發送到客戶端，只安裝操作系統的客戶端可以使用服務器傳輸的虛擬桌面，就像使用本地桌面環境一樣。網絡虛擬化技術可以在多個計算設備之間建立虛擬網絡鏈接，可以將異地的局域網組成一個虛擬網，使企業的一些軟件可以實現異地互訪。

3傳統的網絡虛擬化技術

從本質上來看網絡虛擬化是一種實現資源共享的技術，目的是在共享的物理網絡資源上創建多個可以獨立部署和管理的虛擬網絡。其原理如圖1所示，網絡虛擬化技術可以解決網絡結構的多元化和動態化，為下一代互聯網的構建提供基礎。從互聯網的發展過程來看，傳統的網絡虛擬化技術經歷了4個階段：虛擬局域網絡（VLAN）、虛擬專用網絡（VPN）、主動可編程網絡（APN）和覆蓋網絡。下面分別介紹這幾種虛擬網絡技術。VLAN是建立在交換技術的基礎上，該技術不是從物理低來劃分網段，而是從網絡節點的需要將其劃分成一個個“邏輯工作組”，一個“邏輯工作組”就是一個虛擬網絡。VLAN的實現技術有4種：用MAC地址定義虛擬網絡、用交換機端口號定義虛擬網絡、用網絡層地址定義虛擬網絡和用IP廣播組定義虛擬網絡。通過劃分虛擬網，可以將廣播限制在各個虛擬網的內部，減少整個網絡范圍內的廣播，從而提高了網絡的傳輸效率。另外，各個虛擬網之間不能直接通信，增強了網絡的安全性。VPN是在公共網絡上建立專用網絡的技術。該虛擬網絡中的任意兩個節點之間并沒有點到點的物理鏈路，而是通過網絡服務商ISP在公共網絡中建立邏輯隧道，即點到點的虛擬專線組成一個邏輯網絡。該虛擬網絡可以使用加密和認證技術來保證用戶內部網絡數據在公網上的安全傳輸，從而實現網絡數據的私有性。APN技術為用戶通過網絡可編程接口使用物理網絡的資源，用戶可以自定義報文的處理方式。APN的一種實現方式是將網絡的傳輸層和控制層分開，在控制層面為服務提供者提供可編程接口來控制網絡的狀態。APN的第二個實現方式是自定義報文，在報文內部封裝控制信息，路由器收到報文后按照報文內部的控制信息處理網絡狀態。覆蓋網絡大多是采用封裝和隧道技術，在不改變現有網絡特性的情況下，在同一個物理網絡上通過覆蓋構建多個虛擬網絡拓撲。每一個虛擬網絡拓撲都和一組感知節點對應，報文只在這些感知節點上處理，對于物理網絡中的其他節點是透明的。該技術可以利用現有的底層網絡，為一組特定的用戶提供新的網絡服務。

4云計算與網絡虛擬化

傳統的網絡虛擬化技術隨著網絡的發展已出現很大的不足，和缺少很好的應用。云計算的出現，使得網絡虛擬化有了新的定義，虛擬化也成就了云計算，網絡虛擬化和云計算是相輔相成的。云計算是一種基于互聯網的新的計算方式，軟件和數據可存儲在數據中心，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給網絡中的計算機。因而云計算具有安全、方便、數據共享和無限可能的優點。云計算不限制應用程序與硬件之間的關系，一個應用程序可以在不同的硬件上運行。實現云計算的一個關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鍵是是基于服務的架構SOA和虛擬化。云計算是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通過互聯網提供動態易擴展且是虛擬化的資源。云計算是一個共享的概念，所有的數據和信息都在動態的架構上。而讓存儲、服務器等硬件變成動態的，則取決于服務器在虛擬化方面的能力。虛擬化是動態的基礎，只有在虛擬化的環境下，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，多臺虛擬機構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。在該架構中，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商。云計算必然是虛擬化的，虛擬化給云計算提供了堅實的基礎。虛擬化為云計算提供了很好的底層技術平臺，云計算也為虛擬化帶來了新的定義。兩者在思想上是統一的，在技術上則是互補的。

5結語

網絡虛擬化技術已經在IT行業取得了很大成功，得到了運行商的青睞。云計算與網絡虛擬化相關的研究也在逐步推進，為IT行業帶來了新的發展和應用。隨著移動互聯網的進一步發展，必然會出現新的網絡虛擬化技術及其應用。同時，也要加強網絡虛擬化技術在安全性、可靠性和完備性方面的研究。

參考文獻

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作者：黃捷 單位：桂林理工大學博文管理學院