超融合虚拟化容灾-方案建议书.doc

超融合虚拟化容灾方案建议书虚拟化、容灾建议书目 录虚拟化、容灾建议书11.项目背景32.需求分析43.系统改造方案53.1.技术选型53.2.系统拓扑图63.3.具体方案描述73.3.1.融合的计算资源73.3.2.融合的存储资源83.4.设备配置参数93.5.方案优点104.系统容灾方案104.1.容灾设计原理104.2.容灾方案介绍114.3.方案简述134.4.灾备端设备配置参数145.Nutanix简介155.1.Nutanix的发展历程155.2.Nutanix区块和Nutanix节点165.3.Nutanix的可扩展性175.4.Nutanix的性能195.5.Nutanix的可用性195.6.Nutanix的支持201. 项目背景信息化数据不断增长且集中的业务对 IT 部门的要求越来越高，所以数据中心需要更为快速的提供所需能力。在以往运维工作中，可以看到IT建设亦面临着诸多问题。1、存在资源部署浪费及信息安全风险机房设备目前多采用X86架构的服务器，随着业务的增长，服务器数量逐年增长，而有些单个业务系统要求远远小于一台物理服务器资源，多种操作系统、数据库、中间件共用服务器又存在兼容性问题及互相影响的风险，因此目前的布署模式存在一定程度的服务器资源的浪费。每个业务系统都需要至少一台服务器，虽然每次投资不多，但是这个投资是随着业务系统的增加不断均衡的投入。在不对当前资源分配、使用模式进行变动的情况下，无法同时保障信息系统安全，亦无法实现资源高效利用和成本投入控制。2、设备稳定性影响业务系统正常运作的风险绝大部分的业务系统，都是单机部署。系统维护、升级或者扩容时候需要停机进行，造成应用中断，大大的降低了可用性低。同时，某些老的业务系统迁移到新的硬件平台时，可能存在一些兼容性的问题，从而在一定程度上限制了业务的发展。现有的业务服务器既承担业务处理的任务，又承担数据存储的任务，会使性能及处理能力降级，直接影响到关键业务系统的响应时间。另外，部分生产数据大部分都仅存储于服务器本地磁盘空间之中，数据无冗余、备份。大量数据没有容灾，一旦出现服务器硬件故障（例如硬盘故障、Raid卡损坏等），将导致数据无法挽回，业务中断，公司的正常工作无法进行，甚至会出现所有的历史数据一次性丢失。3、生产设备运作存在忙闲时段，资源充分利用率不高生产业务用服务器普遍存在工作时间繁忙，非工作时间空闲的情况，而管理用服务器如一些数据中心、报表服务器、业务分析服务器等则在非工作时间进行大量的业务数据分析运算。所以直接生产用设备和管理用设备在当前分别部署应用的情况下无法共享硬件资源，在发生相关资源不足的情况下无法实现互相补充，导致整体资源利用率不高。4、环境升级，投入巨大机房里大量的服务器也会给管理人员带来大量的管理上的麻烦，管理员每天得花大把时间去处理服务器出现的各种故障，故障的排除及预防，即使是管理员这么努力做了也无法阻挡故障的发生带来的损失，而且每天还得花大量的精力去做每台服务器的数据管理。5、机房环境要求较高，运维成本将逐年增加机房UPS设备目前的负载较高，如果继续增加用电设备，则无法保障在单台UPS设备故障时的供电安全。此外，设备的正常老化亦将在一定程度上增加能耗，致使UPS负载过重。另外还涉及数据中心空间、机柜、网线，冷气空调等，这些都将大大的增加运营和维护成本高。为了彻底解决以上问题，需通过构建基于虚拟化技术的融合的IT服务平台，提高资源利用率，降低成本，打造绿色和低碳经济。2. 需求分析针对以上的现状分析，提出以下建设目标： 高效的资源整合，提高IT设备利用率，“优化”现有基础平台； 简化存储管理，消除性能限制，实现系统“无限的”、线性的横向拓展； 高效的集中化管理，提供集中实时系统监控，便于及时发现系统热点； 绿色节能，按需服务； 构建虚拟化的平台系统容灾3. 系统改造方案3.1. 技术选型在机房空间、辅助设施等进行扩容相对成本较高且施工困难的情况下，要解决有限资源与日益增长的业务需求的矛盾，就需要通过提高现有资源的利用率，降低单系统资源投入，提高单设备的负载能力实现。通过对业界相关技术的了解与比较，针对该类情况的技术解决方案为采用服务器虚拟化技术。虚拟化技术改变在以往的单服务器上直接安装操作系统并进行应用系统等安装，直接提供单一操作系统平台、业务平台使用的模式，而是利用支持硬件虚拟化的服务器硬件安装底层虚拟机系统，在虚拟机系统之上安装多个操作系统，将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器，不再受限于物理上的界限，而是让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”。使用该技术避免了单一操作系统环境下布署不同应用系统可能造成的互相影响，也避免了单物理服务器仅用于单个应用系统形成的资源浪费，能够更合理的统筹分配物理设备的资源，提高资源的利用率，简化系统管理，实现服务器整合，让IT对业务的变化更具适应力。为了更好的满足上述要求，全球虚拟化产品领先厂商VMware公司与融合基础架构厂商Nutanix公司通力合作，共同为用户推荐了如下的采用VMware虚拟架构软件的服务器虚拟架构解决方案，该方案将极大的提供服务器整合的效率，大幅度简化了服务器群管理的复杂性，提高了整体系统的可用性，同时还明显的减少了投资成本，具有很好的技术领先性和性价比。Nutanix提供的“虚拟化计算平台”是采用内嵌企业级“存储”的可扩展的基础服务平台，可以为VM提供最优化的运行环境。真正融合： 无缝的将计算、存储资源进行整合，提供真正的一体化设备；线性扩展： 每次增加一个节点，实现性能、容量的线性扩展；软件定义： 基于通用的X86硬件，由软件提供所有服务；混合资源： 在单一的架构中，为企业内的所有虚拟机、云 提供统一的资源调配；3.2. 系统拓扑图在系统建设中，对于基础硬件设施选择的主要考虑是可靠性、可用性，以及高性能、安全性和可管理性，还要考虑可扩展性和开放性。因此，我们强烈建议客户方融合计算资源、存储资源以及虚拟化平台于一体Nutanix系列产品，完美的实现正真意义上的整合的虚拟化架构。拓扑图如下：内部逻辑架构如下：3.3. 具体方案描述本次项目中，我们可以将Nutanix提供的“虚拟化计算平台”融入现有的环境中，并逐步将现有物理系统转换成VM（虚拟机）迁移至Nutanix设备当中。进而实现预期建设目标。3.3.1. 融合的计算资源基于Nutanix架构的模块化数据中心由Nutanix区块和Nutanix节点组成。Nutanix 一个区块设备，仅占用2个机架单元，却能够提供4台服务器和高达7.6TB的可用存储容量。每台Nutanix区块设备均含有四个独立的Nutanix节点。每个节点都是一台独立的服务器，在vCenter中被视为一台独立的ESXi主机。即每个Nutanix节点都是一台标配有2路8核CPU、128GB以上内存的PC服务器，同时每个Nutanix节点都预先安装配置了VMware 第五代虚拟架构套件Vsphere企业版软件，用于在单个Nutanix节点上，利用单节点强大的处理能力，生成多个虚拟服务器，而每一个虚拟服务器，从功能、性能和操作方式上，等同于传统的单台物理服务器，在每个虚拟服务器上，再安装配置Windows或Linux操作系统，进而再安装应用软件，这样以前的每个物理服务器就变身成为VMware Vsphere服务器上的虚拟机。通过跨大量虚拟机共享硬件资源提高了硬件利用率从而大大降低了资金和运营成本。通过高级资源管理、高可用性和安全功能提高了服务级别 - 对于资源密集型的应用程序也不例外。通过以上虚拟化的实施，不仅增强了系统和应用的可用性，同时还提高了系统的灵活性和快速响应。3.3.2. 融合的存储资源传统的虚拟化架构，为实现在线地迁移正在运行的虚拟机（VMware VMotion），进行动态的资源管理（VMware DRS）等功能，后端必将增加一台专业的SAN存储设备。而这种架构无疑将增加系统架构的复杂度，以及运维管理的繁琐度。Nutanix是则一个由高性能的节点组成的横向扩展型集群。集群每个节点除含有处理器、内存外，还带有本地存储器，包括SSD和机械硬盘。所有节点的本地存储器均通过Nutanix横向扩展型融合存储（SOCS）架构进行虚拟化，成为一个统一的存储库。SOCS的作用就像一个先进的SAN，利用所有节点的本地SSD和机械硬盘存储虚拟机数据。集群中运行的虚拟机将数据写入SOCS，就像写入SAN一样。同时，SOCS提供虚拟机感知功能，可提供先进的数据管理功能。它优先将数据存储于本地系统上，让数据更接近虚拟机，从而大幅提高了存储性能。Nutanix每个节点上运行一个软件定义存储控制器。通过这些存储控制器，集群中的所有可用存储资源被整合为单一的文件系统提供给虚拟化层，该文件系统称为Nutanix分布式文件系统（NDFS）。Nutanix存储（SOCS）架构摈弃了传统的RAID组和LUN概念，但却保留着企业级SAN或NAS常见的许多存储效率技术。例如： 同步/异步多向远程复制 VMWare综合快照和克隆 精简配置（Thin Provisioning） 自动存储分级（闪存和硬盘之间） 带内以及后处理压缩尽管没有专门的SAN或NAS，Nutanix的分布式文件系统却能够提供比SAN更高性能、更高安全的存储资源，并能够无缝对接高可用性、DRS和容错等企业虚拟化功能。. 存储资源效能根据Nutanix的测试经验值，可得NX-3050的单个节点的IOPS值大致为20000,3个节点总的IOPS值可达60000。如果采用传统的SAN存储，需要达到以上IOPS值大致需要用到的磁盘数如下：注： 一块15,000转SAS硬盘约180-200个IOPS；磁盘数= 60000 IOPS / 200 IOPS/Disk = 300块磁盘3.4. 设备配置参数设备名称台数配置Nutanix33501共三个节点，每个节点：2路E5-2650v2 16core 2.6GHz主频 CPU，标配128GB内存，最大可扩展至256G；2 X 400G SSD硬盘，4 X 1T SATA磁盘2个万兆以太网口/2个千兆以太网口注意：1、 Nutanix提供100%软件定义的，真正的将“计算资源”于“存储资源”进行“融合”；2、 基于这种软件的架构，Nutanix可将多种不同型号的设备汇集在一个资源池中统一调配。3.5. 方案优点l 简便的虚拟化：一次性配置存储器，便可自动支持群集中的所有VM，因此无须花费时间管理后端存储系统。l 轻松的管理：所有计算和存储资源一目了然，因此简化了日常管理。l 缩小数据中心规模：通过2U设备提供的本地融合架构极大地减少了数据中心的空间、能源和冷却需求。l 容量优化：零开销克隆、自动精简配置以及在线和离线压缩等功能。l 业务弹性：高度容错的架构，在出现本地故障或站点范围灾难时，可保证VM的高可用性。l 超强性能：可将数据分层保存的本地固态硬盘（SSD），以传统硬盘的价格提供SSD的性能。l 可扩展性：横向扩展架构降低了重新架构未来部署的复杂性，实现了随需增长的虚拟化，可提供长期投资保护。4. 系统容灾方案4.1. 容灾设计原理数据中心的容灾解决方案是新的增值业务手段，而VMWARE容灾系统涉及的两个关键参数是RPO和RTO： RTO，Recover Time Object，恢复时间指标，是指当灾难发生后，生产系统需要多长时间能够恢复生产，它是衡量企业在灾难发生后多长时间能重新开始运转的指标。 RPO，Recover Point Object，恢复点指标，是指灾难发生后，容灾系统能把数据恢复到灾难发生前的哪一个时间点的数据，它是衡量企业在灾难发生后会丢失多少生产数据的指标。据国际标准SHARE 78的定义，灾难恢复解决方案可根据以上的主要问题所达到的程度而分为七级，即从低到高有七种不同层次的灾难恢复解决方案，具体可根据企业数据的重要性以及需要恢复的速度和程度 ，来设计选择并实现灾难恢复计划。一个完善的容灾系统主要包括三个层次：数据容灾，应用容灾和网络容灾；两个级别：本地高可用性（HA或者备份），异地容灾。 数据容灾就是指建立一个异地的数据系统，该系统是本地关键应用数据的一个同步或异步复制。 应用容灾是在数据容灾的基础上，在异地建立一套完整的与本地生产系统相当的备份应用系统（可以是互为备份），在灾难情况下，远程系统迅速接管业务运行。 网络容灾是指在灾难发生后，当应用系统完成正确的迁移后，将访问应用系统的网络流量正确的导向远程的容灾系统。本地高可用性可通过高可靠性的集中存储，高可靠性的虚拟计算体系为客户提供本地高可用性。Nutanix特有的架构设计（数据跨节点间双份保存），已提供完善的本地数据高可用。能够有效避免因为硬件故障而导致的业务长时间中断。应用级别的容灾可通过“VMWARENutanix”体系实现，具有如下特点： 直接将完整VM系统及数据复制到灾备中心 快速实现站点间的切换 4.2. 容灾方案介绍Nutanix提供开创性的解决方案，可自动执行并简化灾难恢复计划的管理和执行工作，帮助您摆脱传统灾难恢复中的诸多不便。由于省去了复杂的手动恢复步骤，有助于进行数据中心的计划内故障切换，例如数据中心迁移。VMware与Nutanix紧密集成，让灾难恢复变得快捷、可靠、经济，而且便于管理。这样，灾难恢复便不存在任何风险和后顾之忧，还可将所有重要的系统和应用程序纳入保护之列。主要优势和功能管理灾难恢复计划： 通过 Nutanix 管理、监控界面中即可创建、更新及记录恢复计划。 快速执行故障切换和恢复： 通过执行恢复过程，省去传统灾难恢复中许多常见的速度慢又不可靠的手动处理过程，从而确保恢复过程始终能正确执行。Nutanix Metro Cluster可以使灾难恢复变得快捷、可靠又便于管理，让企业达到其恢复目标。可以让用户集中管理恢复计划。它将传统灾难恢复中使用的复杂的纸质操作手册，转换成虚拟基础架构管理软件中的集成元素，并显著改善恢复的效果。Nutanix Metro Cluster紧密集成VMware Vsphere、VMware VirtualCenter等软件，使故障切换和恢复变得快捷、可靠和经济，而且便于管理。因此，企业不仅无需担心灾难恢复的风险。1.应用场景可以帮助企业应对传统灾难恢复方法的各种挑战，满足恢复时间目标（RTO）和恢复点目标（RPO）以及法规遵从的要求。企业可以管理从生产数据中心到灾难恢复站点的故障切换，同时还可以管理两个互为恢复站点且具有活动工作负载的站点之间的故障切换。还可以自动执行及简化故障切换至新数据中心的过程。企业可以实现以下诸多功能。管理灾难恢复计划支持企业将创建、更新和记录恢复计划作为虚拟化平台环境管理的集成部分。传统的灾难恢复解决方案往往需要将故障切换的所有步骤和所需资源记录到操作手册中，而这很难保证准确无误和及时更新。快速执行故障切换和恢复可以快速执行恢复计划，排除传统灾难恢复中常见的缓慢且不可靠的手动处理。2.工作原理Metro Cluster可以为用户提供创建、管理和执行灾难恢复计划的主要环节。该解决方案已经集成到Nutanix管理界面中，可以统一管理虚拟基础架构及该架构的灾难恢复计划。Metro Cluster可以简化并自动执行设置和执行恢复计划的主要环节。设置恢复基础架构，可指导用户完成远程站点的连接，并简单的完成相关配置，可让用户轻松地将生产资源映射到恢复站点上。创建恢复计划 Nutanix具有直观的界面，可以协助用户创建适用于不同故障切换情况和基础架构的恢复计划。用户可以指定一些虚拟机暂停或关闭，从而释放可用资源以供恢复使用，还可以指定虚拟机启动的顺序、设置用户定义的脚本自动执行。测试恢复计划 Nutanix可以利用自身的快照功能，在恢复站点上自动创建无中断的、隔离的测试环境，然后可将虚拟机连接到用户的隔离测试网络中。以便随时查看和导出灾备数据。快速执行故障切换 管理员从Nutanix启动恢复计划，Metro Cluster将中断复制关系，并将灾备虚机设置为可活动状态，从而允许将此灾备虚机在容灾站点启动。管理员通过Nutanix管理界面可以看到恢复计划的执行情况，并可以随时暂停或停止执行。随着环境的变化，用户也可以通过Nutanix管理界面随时更新和修改恢复计划。4.3. 方案简述拓扑如下：方案简述：如上图所示，我们仅需将Nutanix接入现有网络中（核心交换机须增配万兆交换板）。将原有的物理服务器中的业务系统转换成虚机后，运行于Nutanix融合的虚拟化平台上。容灾端配置与生产端基本一致，但可虑到成本问题，可考虑将灾备端设备降低一个档次，采用NX-1350。SiteA与SiteB之间通过“专线”链接，要求“=5ms RTT”。即可通过Nutanix 自带的Metro Cluster功能，实现基于NDFS的针对VM的实时数据同步，从而保证数据零丢失。4.4. 灾备端设备配置参数设备名称台数配置Nutanix13501共三个节点，每个节点：2路E5-2620 12core 2.0GHz主频 CPU，标配128GB内存；1 X 400G SSD硬盘，4 X 1T SATA磁盘2个万兆以太网口/2个千兆以太网口5. Nutanix简介5.1. Nutanix的发展历程Nutanix的创始人正是创建谷歌分布式系统的那些人，该公司为企业数据中心提供云环境中常见的可扩展性、可用性、简单性和高性能。下图显示了传统数据中心与谷歌数据中心的外观差异。大多数云提供商实施的是所谓的软件定义数据中心。在传统的数据中心，当管理员需要更多存储器时，便购买存储器；当需要更多计算能力时，便购买服务器；当需要安全性时，便购买防火墙；诸如此类。而在软件定义数据中心，你只有服务器：当你需要更多存储容量时，便调用存储服务；当你需要更多计算能力时，同样的服务器便为你调出各种应用程序；当你需要其它基础设施服务时，便可按照自己的需要调用和停用各种服务。因此，在软件定义数据中心，硬件不再是至关重要的组件，数据中心的所有事项均在软件层进行控制和界定，因此能够实现前所未有的简便性、可扩展性和自动化。图1：传统数据中心对比谷歌数据中心Nutanix架构和软件定义存储Nutanix将融合基础设施、横向扩展架构和软件定义存储的各种优势结合在一起，可提供极佳的VDI体验，而其成本仅为传统服务器和存储器的一小部分。每一台Nutanix服务器均包含CPU、内存、网络、SSD或闪存、以及HDD存储功能。Nutanix存储控制器是一种虚拟机，运行于每台服务器上，可将本地存储转换成为共享存储。Nutanix完整集群中的所有可用存储均作为单一的文件系统提供，称为Nutanix分布式文件系统。图2：Nutanix计算存储完整架构尽管没有专门的SAN或NAS，Nutanix仍然能够无缝提供高可用性、DRS和容错等企业虚拟化功能。为了将性能最大化，Nutanix存储控制器将特定虚拟机的所有数据保存在同一服务器上，从而将时延最小化，而将SSD闪存的优势最大化。图3：Nutanix软件定义型存储控制器5.2. Nutanix区块和Nutanix节点基于Nutanix架构的模块化数据中心由Nutanix区块和Nutanix节点组成。下图为Nutanix 3000系列区块设备，仅占用2个机架单元，却能够提供4台服务器和20TB存储容量。可扩展的、模块化的数据中心图4：Nutanix区块而每台Nutanix区块设备均含有四个独立的Nutanix节点。每个节点都是一台独立的服务器，在vCenter中可以视为一台独立的ESXi主机。每一台ESXi主机就是一台Nutanix控制器虚拟机。型号不同，则Nutanix硬件的技术规格也有所差别。下面是Nutanix 3450入门区块的技术规格和实物图。5.3. Nutanix的可扩展性Nutanix完整集群可以从（一个区块）4个节点起步，并最终扩展至100多个节点/集群。4个节点的入门包就位之后，集群能够以一次添加一个节点的方式逐步进行扩展。给集群添加节点是一个完全动态的过程，无须停机，并可在2次点击之后完成。一旦确定了一个节点上容纳多少台虚拟桌面，就能够非常轻松地预测VDI解决方案从试用到投产的成本和性能。最为重要的是，在整个过程中，按每台桌面计算的成本始终保持不变。图5：线性横向扩展Nutanix给VDI环境带来的重要差异化因素之一就是，基础设施在进行扩展时其性能仍然保持不变。为了展示这种能力，Nutanix曾实施过一个巨型项目，模拟启动风暴，并且当基础设施从300台桌面扩展到3000台时，其性能从最终用户体验的角度来看保持了一致。在大多数传统的存储环境中，最佳性能仅出现在第一天，因为应用程序或工作负载越来越多，导致性能随着时间的推移不断下降，直至需要进行叉车式升级，采用全新的存储阵列。下图说明了Nutanix的性能优势。相对应用性能虚拟桌面数量5.4. Nutanix的性能Nutanix解决方案在VDI环境中的主要优势之一就是性能，而性能优势是通过传统的服务器和存储架构实现的。在传统的架构中，时延是因为每次访问存储都需要通过网络而造成的。通过NFS和iSCSI等协议提供存储本身没有问题，但网络会增加时延。Nutanix可提供NFS协议的优势及其易用性，而通过所谓的“无网络NFS”消除了网络时延。Nutanix分布式文件系统直接对虚拟机进行检测，然后将特定桌面的所有数据存放到本地服务器上。因此，桌面不是通过网络、而是通过高速内部总线访问其数据。新西兰塔拉那基（Taranaki District Council of New Zealand）利用这种技术对传统的服务器和存储基础设施进行改造，创建起了自己的VDI环境，极大地提高了性能。下图说明了性能提升的具体情况，点击图下的链接可观看客户的完整视频展示。改善（时延）图6：塔拉那基/videos/customer-web