企业数据中心如何增强基础架构的可扩展性？

自数据中心出现以来，企业的IT经理们就一直纠结于努力寻求对数据中心资源进行配置处理的最佳方式。而伴随着服务器虚拟化、云计算和大数据等技术的发展，这一过程变得更加复杂。

而在本文中，业内的相关专家就将帮助我们广大读者朋友们就如何更好的解决贵公司在服务器硬件策略方面的管理难题进行解疑，并还将为您介绍关于如何识别和解决数据中心网络性能问题的相关方法，以及实施服务器规模化扩展的优缺点，以便帮助您了解如何采购可扩展的虚拟基础架构。

　　识别和解决网络性能问题

企业数据中心的IT经理们花时间来调查可用于监控网络I/O的方法，并确定可能导致网络速度变慢的原因是非常值得的。如果企业应用程序的所有者报告称：网络连接速度慢，那么确保其原因不是由广域网中的瓶颈所导致的是至关重要的。网络性能不佳通常可归因于虚拟化之外的原因。可能存在尚未报告或发现的停机中断或路由问题。另一个亟待检查的领域是IP配置。而一些简单的工具如ping、pathping、tracert和nslookup在诊断网络问题时仍然有用。最常见的问题之一是错误或不正确的域名服务器(DNS)配置。另一个亟待检查的领域是虚拟机(VM)中应用程序的配置。查看是否存在会显著降低网络性能的设置或选项——也许是应用程序的轮询网络，以查找外部网络组件的可用性——那么这可能会导致不必要的网络流量。

一旦你企业排除了上述这些潜在的问题，就需要确认优化组件是否配置正确。接下来，检查网络问题是否仅影响相关虚拟机或同一主机上的所有虚拟机。这也是确定相关问题是否特定于应用程序所有者的虚拟机或者是否是系统性问题的好方法。大多数虚拟机管理程序供应商均提供了相应的网络工具，以方便企业客户监控进出虚拟机的流量。例如，VMware公司就提供了一款名为esxtop的实用程序，可以查看网络统计信息，并排除网络性能问题。

这些实用程序允许数据中心的运营管理人员查看虚拟机实际使用的网络带宽，以及是否检测到物理系统出现大量的网络数据包的被丢。它们还能够显示系统的发送和接收速率。

当一款机器发出数据包，但未收到确认时，可能表示网络接口卡(NIC)的算法存在问题，称为Reverse NIC Team问题。在这种情况下，已启用高级网卡绑定，虽然数据包通过一个网络层离开物理主机，但它们通过错误的物理交换机返回到主机，并返回到错误的NIC。像这类严重的问题可能需要更广泛的调查。在某些情况下，可能会导致放弃特定的NIC组合策略，这对于更广泛的网络来说被认为是不可靠的。

随着整合比率的增长，可以做大量工作来改进和监控虚拟机的网络性能。最佳优化的关键在于遵循虚拟化供应厂商的最佳实践方案，同时对其进行修改以适应企业网络的独特流量特性。最关键的部分是了解你企业的虚拟机和更广阔的物理环境之间的关系。

横向或纵向规模化扩展：如何通过数据中心升级实现进一步的发展演变

在IT领域，旧的问题最终会演变成新的问题，这个道理在数据中心服务器方面正在发挥作用。

根据Technology Business Research (TBR) Inc.公司数据中心研究部门高级分析师 Christian Perry表示：“我们当前正再次看到企业对其系统实施纵向规模化扩展的兴趣的增强，而这一方案曾一度处于下滑趋势。”

自数据中心出现以来，企业的IT经理们一直在努力处理如何最好地配置其资源的问题。而他们的这个选择方案基本上是在采购更大的硬件或更多的硬件之间：横向或纵向规模化扩展?

1、服务器横向扩展的优缺点分析

服务器的横向扩展的概念意味着向系统添加更多节点或购买更多硬件。例如，一家公司可以从一款Web服务器系统发展到三个。在极端情况下，数百台小型计算机被配置为集群，这些集群足够支持大型数据中心的计算能力。

横向扩展通常很简单。企业可以购买新系统并快速启动。该方法也很灵活：可以以一种看似有限的方式添加系统——尽管其最终将需要更多的数据中心空间。实际上，横向扩展的方法在云服务供应商中很受欢迎，因为该方法可以构建能够支持数千个客户和PB级数据存储的海量数据中心。

Facebook Inc.公司的开放计算项目就鼓励横向扩展服务器。该公司并不是依赖来自诸如惠普、IBM和甲骨文等传统服务器厂商的特殊用途的系统，而是将通用硬件设备捆绑在一起，并构建巨大的数据中心。包括苹果、Facebook和谷歌在内的网络领军企业都选择了这种方式来支持他们的业务。

当然，横向扩展系统也有其缺点，首当其冲便是复杂性。太多计算机的连接会增加管理的复杂性，并且您必须支持更复杂的编程模型。由于存在多个本地系统，因此会在节点之间出现吞吐量和延迟问题，所以很难进行故障排除。

2、服务器纵向扩展的优缺点分析

服务器的纵向扩展可以避免服务器蔓延的问题。系统纵向扩展使用专门为科学计算或高端数据库管理系统应用而设计的专门开发的处理器。通常情况下，企业客户通过向单台服务器添加计算资源来建立自己的数据中心，并使其更加强大。企业安装更强大的处理器，更多的内存或更多的内部网络资源来提升性能;会得到更大规模的硬件。

由于低成本的x86服务器的出现，规模的纵向扩展一直在减少。企业无需为处理能力支付高价，而是可以购买价格较低的硬件。其结果是，科学计算机市场急剧萎缩，Unix市场一直在失去对于企业的吸引。

最近的一些转变似乎正在为这个细分市场注入新的活力。纵向扩展与虚拟化技术很好地结合在一起。使得企业客户能够通过软件将其工作负载增加到一个系统上，而不是实际增加新的系统。现在，企业客户可以在一款中央系统上运行数百个应用程序。通过虚拟管理程序部署新的虚拟服务器通常比实际采购和安装物理服务器要便宜。

诸如惠普和IBM等成熟的供应商正在提供打包的解决方案。供应商们不是仅仅提供简单的硬件设备，而是配置他们的系统，以便包含应用程序所需的所有组件。TBR的佩里表示：“随着大数据等应用的兴起，企业客户希望快速部署，从而更快的实现规模化的纵向扩展。”

这些整体解决方案与另一种趋势保持了一致：更多的业务部门的需求将影响到企业的IT采购。根据市场调研机构Gartner Inc.公司发现，IT企业的首席营销官现在拥有与CIO们同等的采购权限。因此，当前的企业的业务经理能够在很少或根本没有来自IT员工的意见的前提下选择采购一款整体解决方案;比传统系统采购延迟更少。

而IT员工面临的挑战就是支持横向扩展系统。选择自行采购他们所需系统的业务部门需要IT部门支持，来确保这些系统的健康运行。

纵向扩展规模也只是一个临时的解决方案。 这种技术增加了数据中心的密度，并且通常需要特殊的冷却和电源设施。每次当企业客户投资更多的服务器硬件时，都会花费更多的时间，但最终并没有一台服务器能够满足应用程序的负载。

随着纵向扩展基础设施规模化的重新出现，IT企业纵向扩展规模较之横向扩展的选择更加困难。唯一可以肯定的是，计算机的使用正在扩大，企业正在努力跟上业务增长的步伐。

　　为可扩展的虚拟基础设施采购服务器硬件

随着服务器虚拟化、云计算和大数据分析等技术朝着数据中心领域的进一步渗透发展，IT专业人员在服务器硬件的采购方面有了新的选择。数据中心需要能够满足企业业务对于性能和可用性快速增长的设备的需求，并且还将随着未来几年IT需求的变化，进一步提供相对容易的可扩展性。

企业组织可以选择购买少量的新型的功能强大的服务器，并采用纵向扩展的策略，这使得少数服务器得以能够处理大量的工作负载，同时消耗更少的能源。另外，他们可以选择一种横向扩展的方法，使用大量功能较弱的商品化服务器，这样可以实现集群和冗余，而且这种架构在前期的投入成本可能会更便宜。

当前，这两种服务器硬件策略都有其各自的市场，但是现在需要注意的是：可扩展的计算能力已经以横向模型取代了传统的纵向扩展的服务器硬件体系结构模型。接下来，我们将分析这种转变及其在现代数据中心环境中是如何形成的。

1、服务器横向扩展和纵向扩展战略各自的优缺点

在过去的十年中，随着企业的IT领导者开始使用某些指标(如服务器整合率和虚拟主机数量)来衡量IT性能，服务器的纵向扩展架构成为了一项选择策略。基于这些指标以及节省硬件成本的愿望，IT部门通过使用几台功能强大的服务器转向持续的服务器整合，这些服务器可以承担大量的工作负载，从而最大限度地利用昂贵的资源。底层虚拟化软件的许可成本也降低了，由于许多主流应用程序的分离性质，在需要时简单地添加资源变得非常容易。企业组织同时也在横向扩展规模，但只有纵向扩展规模才能达到实际的限制，例如在单一主机服务器中达到物理资源的最大限度时。

然而，今天，随着工作负载的增加和新的业务需求的不断出现，横向扩展架构重新兴起，并开始影响到企业IT服务器硬件的采购方式。通过利用原始计算能力，而不是分散工作负载的计算能力，横向扩展工作负载正在解决当今企业的许多最关键的挑战。例如，大数据分析需要能够以主要计算能力为目标的数据集。这种计算能力可以通过部署许多连接在一起的较小系统来实现共同目标而获得。这种类型的系统也非常适合云环境，可以承受实际无限的计算能力。一家企业组织甚至可以将云服务视为整体横向扩展策略的附加平台。总的来说，云服务供应商可以根据企业客户的需求提供大型的纵向规模环境或更小的横向扩展环境。

当然，这两种架构都有其不足之处。纵向规模化扩展的方案很少提供资源的线性增长，通常仅支持一种或两种资源。例如，在纵向扩展以尽可能少使用主机服务器的广义虚拟环境中，RAM和磁盘容量通常在达到处理器容量之前耗尽，在资源方面并没有获取其中的最大资本价值。纵向规模化扩展架构还需要更详细的方法以实现其可用性。另一方面，横向扩展环境可能需要考虑应用程序设计的新方法，并且可能不适用于传统的应用程序。

有鉴于此，重要的是要注意：横向扩展与纵向扩展并不是互相排斥的。我们将看到企业组织同时运行纵向扩展环境以满足传统和运营需求;以及横向扩展环境以满足研究或计算密集型需求的现象将越来越普遍。

2、选择服务器硬件进行虚拟化

用不同的应用程序部署方法来运行这些应用程序的不同硬件平台。在主要的纵向扩展环境中，底层硬件的功能扮演着非常关键的角色，而横向扩展环境则可能能够充分利用市场上出现的商品化硬件。

在过去十年中，虚拟化技术的发展使x86服务器成为大多数企业运行其关键任务工作负载的首选平台。在许多情况下，x86服务器取代了传统的大型主机，尽管传统大型机今天依然在各个方面发挥着作用。

例如，虽然许多人认为VMware公司创造了虚拟化技术，但是大型主机已经使用了类似技术来实现工作负载分离有几十年的时间了。当今不断增长的环境 ——无论是横向扩展还是纵向扩展都与大型主机有许多共同之处，因为当今大多数环境都与管理资源分配的主调度系统的硬件组件紧密集成。然而，鉴于x86和商品化硬件的成本下降，以及新兴基础设施的出现，目前看到企业组织正在大规模采购单一主机的情况越来越罕见。

企业IT采购人员知道在采购x86服务器以满足纵向扩展虚拟化需求时会发生什么。简而言之，对于纯粹的纵向扩展的虚拟化，尽可能扩展单台主机的能力通常是决定性因素。这样做可以降低虚拟化许可的总体成本。

在某些情况下，根据操作环境大小的不同，企业客户可能会考虑大规模扩展的硬件，例如极高端，密集型服务器，其中包括数十款处理器内核，太字节的RAM和海量存储。在这种情况下，最大的挑战也许是单台硬件设备出现故障时可能出现的工作负载故障。

随着企业组织努力控制多虚拟环境中出现的复杂性，一些新兴的基础设施选项越来越受欢迎。两者都围绕融合基础设施构建，但程度不同。

第一种解决方案基本上是一台机架(或一组机架)中的数据中心：选择虚拟化方案的企业将在预构建的、预先测试的硬件平台上进行整合，并由单一供应商提供支持。这些解决方案中最受市场认可的解决方案可能是Cisco Systems，EMC和VMware所提供的Vblock，但其他公司也已经采取了行动以争取市场份额，例如戴尔的vStart解决方案。这些基础设施选项使客户能够购买满足当前需求的“基础设施单元”，而无需担心某些元素是否与其他元素兼容。从支持的角度来看，这些解决方案非常棒，可以为企业组织提供很多安心的选择。

但是，一次就完成对于机架的采购并不总是最好的选择，特别是对于中小型企业(SMB)而言。事实上，小型企业组织可能更加意识到简化数据中心环境的必要性，并且可能必须以更细化的方式来实现。

而这便是第二种基础设施选项：超融合基础设施发挥其用武之地的时候了。目前，Nutanix，Pivot3和SimpliVity等公司在这一领域处于领先地位。这些公司不是简单地使用现有的服务器和存储，而是提供定制化的基础架构单元，这些单元从SMB级别开始并逐步扩展到大型企业级别。这些单独的硬件单元各自包括计算单元，RAM和存储资源，并且通常在这些资源类别中的每一个中都包括了高级特征(例如，用于存储的重复数据删除)以使其有效性最大化。因为它们所具备的细粒度，使得这些超融合基础架构单元的功能非常强大;同时，因为这些超融合基础架构通常包含高级硬件，使得每项元素都可以提供大量的资源。

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