Кричун А.А._ВКР. 1. Обзор средств виртуализации 8 Понятие виртуализации и ее типы 8
 Скачать 1.64 Mb.
|
СодержаниеВведение 6 1.Обзор средств виртуализации 8 1.1.Понятие виртуализации и ее типы 8 1.2.Основные типы гипервизоров и их назначение 11 1.3.Анализ основных решений по виртуализации 12 1.4.Целесообразность внедрения технологии виртуализации 16 1.5.Выводы 18 2. Разработка территориально-распределенной информационной сети предприятия 19 2.1.Исходные данные 19 2.2.Выбор топологии и архитектуры сети 22 2.3.Этапы разработки сети 23 2.4.Выбор оборудования для центрального офиса 25 2.5.Выбор оборудования для филиалов 28 2.6.Разработка физической схемы сети 30 2.7.Расчет плана IP-адресации и использование VLAN 33 2.8.Разработка логической схемы сети 34 2.9.Организация маршрутизации в разрабатываемой сети 37 2.10.Виртуализация серверной подсистемы 37 2.11.Пример установки программного обеспечения для виртуализации серверной подсистемы 47 2.12.Выводы 52 3. Расчет основных технических характеристик сети 54 3.1.Расчет необходимой пропускной способности канала связи, требуемой для передачи данных 54 3.2. Определение основных параметров для расчета пропускной способности 55 3.3.Расчет оптимальной пропускной способности центрального офиса в разрабатываемой сети 56 3.4. Расчет оптимальной пропускной способности для филиалов в разрабатываемой сети 59 3.5.Выводы 60 Заключение 60 Список использованных источников 62 ВведениеСегодня информационные технологии ежедневно развиваются и получают широкое распространение. В частности, использование персональных компьютеров — это неотъемлемые условия для нормального функционирования любого предприятия. Как правило, на предприятиях компьютеры объединяют в общую сеть, что дает ряд преимуществ в отличии от локального использования. Отдельные места сотрудников перестают быть изолированными и становятся уже частью единой системы. Это предоставляет возможность разделять программные и аппаратные ресурсы, тем самым повышая эффективность работы. Развитие бизнеса не может существовать без слаженных действий и быстрого своевременного обмена данными и оперативного контроля над всей деятельностью компании. Для создания корпоративной сети, используют оборудование ведущих производителей. Плюсами предлагаемых сетевых решений являются: высокая экономическая эффективность, надежность и безопасность, возможность модернизации. При использовании корпоративной сети, у организации появляется масса возможностей. Внедрив в организацию корпоративную сеть, появляется возможность четко отладить и организовать взаимодействие между разными офисами, объединив их в единую систему. В список преимуществ корпоративной сети входят следующие пункты: функционал организации становится прозрачным для управляющих кадров и руководства; контроль работы всех структурных подразделений организации; доступ ко всем базам данных, документации и отчетности производится в режиме реального времени; локальная сеть влияет на экономию затрат на междугородние, международные звонки и курьерские услуги. Множество программных и аппаратных средств, технологий и сервисов позволяют каждый день повышать удобство и скорость работы с данными. Сложно выбрать из имеющихся технологий действительно полезные и научиться использовать их с максимальной пользой. На данный момент существует очень много предприятий с развитой корпоративной сетью и хорошим потенциалом на расширение и модернизацию. Один раз правильно построенная сеть, может существенно облегчить жизнь в дальнейшем при каких-либо инновациях в организации. В данной выпускной квалификационной работе бакалавра будет разрабатываться корпоративная сеть с использованием технологии виртуализации. Данная технология имеет место быть, так как использование серверов в корпоративной сети — это неотъемлемая часть для совместного использования баз данных, для установки каких-либо требовательных сетевых программ, рассчитанных на работу сервер-клиент, для организации файловых хранилищ и т.д. Выпускная квалификационная работа бакалавра состоит из введения, трех разделов, заключения и списка использованных источников. В первом разделе будет рассмотрено определение понятия «виртуализация», что это такое, для чего это нужно, и кто на российском рынке готов предоставить данную технологию. Будет проанализирована востребованность поставщиков в данном сегменте. Во втором разделе осуществляется проектирование сети связи. Будет осуществлена постановка задачи и цели разработки, произведен расчет активного сетевого и серверного оборудования, определена топология и архитектура сети, произведен расчет плана IP-адресации. Также будет осуществлено внедрение технологии виртуализации. В третьем разделе будут проведены расчеты основных технических характеристик проектируемой сети. Обзор средств виртуализации Понятие виртуализации и ее типы Виртуализация — это предоставление набора вычислительных ресурсов или их логического объединения, абстрагированное от аппаратной реализации, и обеспечивающее при этом логическую изоляцию друг от друга вычислительных процессов, выполняемых на одном физическом ресурсе [1]. Под виртуализацией понимается выделение вычислительной мощности оборудования для эмуляции некоторого количества гостевых операционных систем. Когда компания производит покупку нового дорогого оборудования, то она планирует максимально использовать его ресурсы. Для этого возможно переносить в виртуализированную среду средненагруженные серверы, такие как веб-сервер, сервер базы данных, контроллер доменов. Так же виртуализацию можно использовать при тестировании нововведений. Тогда компании не надо покупать или заарендовывать оборудование для тестирования нового сервиса. Можно устанавливать различное ПО, которые конфликтуют друг с другом, или разные версии одинакового ПО. С помощью виртуализации можно эмулировать работу различных физических устройств: ПК, стационарные телефоны, планшеты и смартфоны. Виртуализация может управлять характеристиками физических устройств для большего приближения к реальной ситуации. Используя технологию виртуализации, происходит экономия на содержание и модернизацию сети. Например, приобретя одно мощное оборудование, можно разделить вычислительную мощность для выполнения нескольких функций. При необходимости возможно изменить выделенную мощность для более эффективной работы. При модернизации гостевые машины не заметят изменения физического сервера. Так же повышается отказоустойчивость, при отказе одного физического устройства виртуальная система практически мгновенно будет использовать другое. При работе нескольких серверов, использующих технологию виртуализации, происходит распределение производительности. Например, если один сервер полностью нагружен, а другой простаивает, то происходит автоматическая балансировка нагрузки. Разработка компании IBM конца 60-х и начала 70-х годов технологии виртуализации и гипервизоров использовалась в основном для тестирования новых операционных систем и новых концепций. Создание технологии виртуализации позволило развертывать системы и устранять неисправности, не подвергая риску основную систему. В средине 2000-х годов гипервизоры делаю большой шаг вперед, многие операционные системы, такие как Linux, Unix начинают использовать эту технологию. И уже в 2005 году разработчики начали добавлять аппаратную виртуализацию [2]. Из-за того, что виртуальные машины хоть и работают на одном физическом оборудовании, они логически отделены. При сбое на одной из виртуальных машин, это не распространится на остальные виртуальные машины. Существует две технологии виртуализации: аппаратная и программная. Программная виртуализация в свою очередь делится на динамическую трансляцию и паравиртуализацию. Динамическая трансляция. Так как ядро операционной системы не находится в привычном месте при передаче первой же команды порушилось вся структура вычислительной машины. Для предотвращения этой ошибки используется гипервизор, который делает команды менее привилегированными, тем самым результат команд подается так же, как если гостевая операционная система была самой привилегированной. Именно такой подход был реализован командой разработчиков в 1999 году в продукте VMware Workstation [3]. Паравиртуализация. Концепция, которая предполагает, что гостевая операционная система знает о своем нахождении в виртуальной машине и знает, как обращаться к хостовой операционной системе за определенными системными функциями. Аппаратная виртуализация. Производители процессоров ввели дополнительные инструкции для предоставления доступа к ресурсам процессора из гостевых операционных систем. Такие процессоры могут работать в двух режимах root operation и non-root operation. В первом режиме есть специальное программное обеспечение, являющееся прослойкой между гостевыми операционными системами и оборудованием, оно называется гипервизор. Для перевода процессора в режим виртуализации, передается управление гипервизору, который запускает виртуальную гостевую систему [4]. Преимущества: • Упрощение разработки платформ виртуализации за счет предоставления аппаратных интерфейсов управления и поддержки виртуальных гостевых систем. • Возможность независимого запуска нескольких виртуальных платформ с возможностью переключения между ними на аппаратном уровне. • Отвязывание гостевой системы от архитектуры хостовой платформы и реализации платформы виртуализации. • Возможность увеличения быстродействия платформ виртуализации. Из недостатков можно отметить, что из-за простоты написания платформ есть возможность создания вредоносного программного обеспечения, которая может осуществлять действия за пределами хостовой системы. Основные типы гипервизоров и их назначение Гипервизор – это процесс, который разделяет операционную систему компьютера от опорного физического оборудования. Под гипервизором обычно понимают программное обеспечение, так же существуют встроенные гипервизоры [5]. Выделяют следующие основные типы гипервизоров: Тип 1 (bare-metal) не требует операционный системы общего назначения. Управляет распределением вычислительных ресурсов и операциями ввода вывода, контролирует все обращения виртуальных машин к устройствам Тип 2 (hosted) – это приложения, работающие поверх хостовой операционной системы. Все обращения виртуальных машин обрабатываются хостовой системой. Гипервизор второго типа ограничен по производительности, так как делит ресурсы с другими пользовательскими приложениями. Второй тип гипервизоров подходит для кроссплатформенной разработки и развертывания стендов на машинах разработчиков программного обеспечения. Тип 1+ (гибрид) изолирует базовую операционную систему в родительский раздел или родительский домен. За распределение ресурсов отвечает гипервизор, а родительский домен обрабатывает обращения к драйверам устройств и операциям ввода вывода. Родительский домен становится провайдерам между сущностями стека виртуализации. В гипервизор не надо добавлять драйвера устройств и вследствие чего увеличивается список поддерживаемого оборудования [6]. Анализ основных решений по виртуализации По данным исследования аналитической компании Gartner, проведенного в первом квартале 2020 года компания VMware является одним из лидеров технологий виртуализации (рисунок 1.1). По сообщениям авторов исследования на это повлияло развитие решения VMware vSAN, которое дорабатывалось в прошедшем году весьма активно, а также анонс архитектуры VMware Project Pacific.  Рисунок 1.1 – Магический квадрант Gartner о конвергентной инфраструктуре за сентябрь 2022 года VMware vSAN это конвергентное решение, позволяющее создать инфраструктуру из типовых блоков, которые будут объединять сразу несколько функций. Управление становится проще, так как мы осуществляем контроль через единый интерфейс, а масштабируем путём добавления нового блока. Каждый блок — это отдельный сервер. На каждом сервере есть от 1 до 5 дисковых групп. В каждой группе – минимум один SSD-диск и от 1 до 7 HDD-дисков. SSD-диски в этих дисковых группах составляют общий пул кэширования данных. VSAN в первую очередь читает данные в кэше; если данных в кэше нет, VSAN отправляется к HDD-дискам. Многие пользователи хотят развёртывать инфраструктуру контейнеризованных приложений на физической инфраструктуре, и не надо следить за издержками на гипервизоре и лицензии. Такие приложения в контейнерах все равно взаимодействуют с корпоративными сервисами. Такое сочетание физической и виртуальной среды тяжело обслуживать. Платформа VMware Project Pacific позволяет администратору видеть и управлять инфраструктурой контейнеризованного приложения как единым блоком из нескольких виртуальных машин. С помощью этих нововведений компания VMware на начало 2020 года по мнению аналитической компании Gartner стала основным гиперконвергентным коробочным решением VMware является платформа VMware Cloud Foundation (VCF) - комплексное программное решение, которое включает в себя компоненты VMware vRealize Suite, VMware vSphere Integrated Containers, VMware Integrated OpenStack, VMware Horizon, NSX и другие, работающие в онпремизной, облачной или гибридной инфраструктуре предприятия под управлением SDDC Manager. У компании VMware есть продукт vSphere 7. Он создан для уменьшения числа используемых физических серверов, так же повышается степень консолидации серверов. Используя vSphere 7 возможно распределять ресурсы во время крупных рабочих нагрузок с помощью планировщика, который использует подход, ориентированный на рабочие нагрузки. Тем самым увеличивается отказоустойчивость корпоративной сети. Администраторы с данной технологией могут применять политику сразу для целевой группы виртуальных машин, кластеров Kubernetes и контейнеров. Упрощается управление жизненным циклом и предоставляются средства безопасности для гибридных облачных инфраструктур [7]. У одной из крупнейших компаний Microsoft есть своя технология виртуализации, встроенная в операционную систему Windows. Её название - Hyper-V, он позволяет запускать несколько операционных систем на одной физической машине. Данная технология встроена в операционную систему Windows, поэтому эффективнее и удобнее создавать виртуальные машины на данной операционной системе. При управлении памятью Hyper-V на сервере предполагается, что на нем запущены только виртуальные машины. В Hyper-V для Windows при управлении памятью учитывается тот факт, что кроме виртуальных машин на большинстве клиентских компьютеров работает локальное программное обеспечение [8]. В таблице 1.1 приведены основные поставщики и их продукты для виртуализации серверов. В столбце «вспомогательное ПО» указаны продукты для настройки и управления данной платформой виртуализации. Таблица 1.1 – Основные поставщики и их продукты для виртуализации серверов
В ходе вышеупомянутого исследования компания Gartner привела данные о процентной доле рынка, которую занимают основные поставщики решений для виртуализации серверов. Данные представлены на рисунке 1.2.  Рисунок 1.1 – Процентная доля основных поставщиков решений для виртуализации Целесообразность внедрения технологии виртуализации В случае если расценивать виртуализацию в общем значении, можно прийти к понятию виртуализации ресурсов, включающую в себе подходы к организации виртуальных сред. Виртуализация ресурсов дает возможность сосредоточивать, абстрагировать и упрощать контроль группами ресурсов, таких как сети, хранилища информации и пространства имен. Виртуализация ОС за последние 4 года неплохо подвинулась вперед, как в технологическом, так и в рекламном значении. Использовать продукты виртуализации стало гораздо легче, они сделались наиболее надежными и многофункциональными. Ключевой ролью в дипломной работе будет затрагиваться лишь консолидация серверов. Виртуализация серверов дает возможность на одном физическом сервере сформировать несколько виртуальных серверов и поместить на него ранее бывшие самостоятельными физические сервера, повысив нагрузку только одного сервера до 60-80 % и, повысив коэффициент применения техники. Это позволяет значительно сэкономить на технике, сопровождении и электроэнергии. Освобождая сервера, консолидировав их функции на другой не полностью загруженный сервер, мы экономим в деньгах, ведь уже не придется закупать дополнительное оборудование для каких-то новых функций и ПО. Наглядный пример развертки нескольких изолированных сред на одном сервере можно увидеть на рисунке 1.3.  Рисунок 1.3 – Развернутые изолированные среды на одном сервере К достоинствам еще можно отнести возможности разработки и тестирования приложений. Продукты виртуализации дают возможность запускать изрядное количество ОС параллельно, предоставляя возможность разработчикам и тестерам программного обеспечения тестировать их приложения на всевозможных платформах и конфигурациях. Также имеются удобные средства по организации «снимков» протекающего состояния системы одним кликом мыши и такого же легкого восстановления из этого состояния, дают возможность организовывать тестовые среды для всевозможных конфигураций, что значительно увеличивает темп и качество разработки. Применяя виртуализированные серверы, можно свободно организовывать резервные копии рабочих станций и серверов (попросту скопировав папку), возводить системы, обеспечивающие самое малое время возобновления после сбоев, и т.п. К предоставленной группе разновидностей применения относятся те бизнес-решения, которые применяют главные достоинства виртуальных машин. Отличный существующий вид виртуализации – применение виртуальных рабочих станций. С приходом эпохи виртуальных машин станет нелепо сооружать себе рабочую станцию с ее привязкой к технике. Сегодня создав один раз виртуальную машину с собственной рабочей или домашней средой, появится возможность пользоваться ею на любом ином компьютере. Также позволяется пользоваться готовыми шаблонами виртуальных машин, которые решают конкретную задачу. Концепция подобного применения виртуальных рабочих станций имеет возможность быть выполненной на базе хост-серверов для запуска на них перемещаемых виртуальных рабочих станций пользователей. В будущем эти рабочие станции пользователь сможет захватить с собой, не синхронизируя данные с ноутбуком. Данная версия применения в свою очередь дает возможность организации защищенных пользовательских рабочих станций, которые смогут быть использованы, например, для демонстрации способностей программы клиенту. Можно сузить время применения виртуальной машины – и по истечении данного времени виртуальная машина не станет запускаться. В этом виде использования, заложены огромные возможности [3]. |