问答题
[说明]
近年来,云计算技术的蓬勃发展为整个IT行业带来了巨大变革。传统数据中心已经难以满足新形势下日益增长的高性能及高性价比需求,并且无法支持云环境下更加灵活的按带宽租赁数据中心网络的运营方式。该集团随着信息系统业务的不断扩展上线,对高密度服务器及高度自动化管理系统的需求不断增长,建设云数据中心的需求应运而生。
问答题 云数据中心是指以客户为中心、以服务为导向,基于高效、低能耗的IT与网络基础架构,利用云计算技术,自动化地按需提供各类云计算服务的新一代数据中心。云数据中心是传统数据中心的升级,是新一代数据中心的演进方向。 (1)请简述云数据中心的特点。 (2)云计算的关键技术有虚拟化技术、分布式计算技术、安全与隐私保护技术等,请简要说明云数据中心在IT基础设施虚拟化技术方面主要包括哪些技术。
【正确答案】(1)①资源池化;②高效智能;③面向服务;④按需供给;⑤绿色低碳 (2)①服务器虚拟化技术;②存储虚拟化技术;③网络虚拟化技术
【答案解析】[解析] (1)通常情况下,云数据中心具有以下5个特点(但不限于)。 ①资源池化。云数据中心内的IT资源和网络资源将构成统一的资源池,实现物理资源与逻辑资源的去耦合,用户仅需对逻辑资源进行相关操作而无需关注底层实际物理设备。 ②高效智能。基于虚拟化、分布式计算等技术,利用低成本的集群设备实现高效廉价的信息承载、存储与处理,同时通过管理平台实现自动化的资源监控、部署与调度以及业务生命周期的智能管理。 ③面向服务。整体架构以服务为导向,通过松耦合的方式实现多服务的综合承载与提供,云数据中心由提供资源变成提供服务,用户通过服务目录选择相关的服务,对底层实际资源透明。 ④按需供给。底层基础架构在资源池化的基础上根据实际需求实现资源的动态伸缩,并提供完备的、细颗粒的计费功能,云数据中心还将根据上层应用的发展趋势,实现对底层物理设备的智能容量规划。 ⑤绿色低碳。通过模块化的设计以及虚拟化等绿色节能技术,降低云数据中心的设备投入成本以及运营维护成本,实现低PUE(Power Usage Effectiveness)值的绿色低碳运营。 (2)广义的虚拟化是指计算元件在虚拟的基础上(而不是在真实的基础上)运行,是一个为了简化管理、优化资源的解决方案。其本质是实现底层物理设备与逻辑资源的去耦合。平常所讲的虚拟化是指服务器虚拟化,可以在相同的一套硬件上运行彼此独立的操作系统和应用软件。服务器虚拟化具有同质、高效、资源受控的特点。虚拟化后的虚拟机可以根据需求弹性增加或减少其分配的硬件资源,提高资源配置的灵活性,同时可以在单一物理服务器上运行多个虚拟机,提高了资源利用率,降低了能耗。通过服务器虚拟化可以将整个系统(包括硬件配置、操作系统以及应用等)封装在文件里,实现(虚拟机)系统的快速部署、软件发布和系统备份,同时在业务不中断的情况下,实现在不同物理服务器上的动态迁移,增强系统的可靠性和扩展性。 除服务器虚拟化外,虚拟化技术还包括存储虚拟化和网络虚拟化。存储虚拟化是指通过对存储(子)系统或存储服务的内部功能进行抽象、隐藏或隔离,使存储或数据的管理与应用、服务器、网络资源的管理分离,从而实现应用和网络的独立管理。存储虚拟化可以在系统的多个层面实现,如建立类似于HSM(分级存储管理)的系统,同时,存储虚拟化技术的出现解决了系统异构的问题。网络虚拟化的狭义概念是传统虚拟专用网络,通过VPN或者VLAN的方式在公共网络上建立虚拟专用网。近年来,计算虚拟化“多对一”的特征对网络提出了与底层虚拟机相适配、互感知的新要求,充实了网络虚拟化的概念。
问答题 假设当地城市工程视频监控系统是该云数据中心的应用之一。该视频监控系统可以提供实时监控、存储和随时调看CIF格式(352×288)和D1格式(720×576)分辨率的图像,支持MPEG-2、MPEG-4和H.264等编码格式。 (1)当地城市某行政区内预计共有监控点600个,如果保存的是CIF格式的图像,码流为512kbps,请计算每小时保存该行政区内全部监控点视频流需要多大的存储空间(B或GB)。请将计算结果保留小数点之后3位数。 如果保存的是D1格式的图像,码流为2048kbps,请计算每小时保存该行政区内全部监控点视频流需要多大的存储空间(B或GB)。 (2)全部监控视频流信息保存在IP SAN设备S2600中,S2600控制框(双控,220V交流,4GB内存,8个iSCSI主机接口,磁盘数量12个/框,最大支持附加7个磁盘扩展框)。假设在本项目中采用SATA 1.5 TB 7.2K RPM硬盘,在IP SAN配置的RAID组级别为RAID10。 若该视频监控系统实施时,图像格式采用了CIF,码流为512 kbps,请计算保存该行政区内全部监控点30天视频流需要的存储空间(B、GB或TB),并计算出保存30天视频流至少需要的硬盘数,以及至少需要配置的S2600控制框数量。
【正确答案】(1)CIF格式:138.24×109B或128.746GB D1格式:552.960×109B或514.984GB (2)99.533×1012B、92697.144GB或90.525TB 硬盘数:121块 控制框数:11个
【答案解析】[解析] (1)分辨率是数字监控产品中一项重要的技术指标,它在很大程度上决定了产品的性能(清晰度、存储量和带宽)和价格。目前监控行业中主要使用OCIF(176×144)、CIF(352×288)、HALFD1(704×288)和D1(704×576)等几种分辨率,CIF是主流的录像分辨率格式。
通常情况下,监控图像硬盘存储容量的计算主要取决于“码流”这一参数,与图像格式的分辨率大小没有直接关系。CIF、OCIF、DCIF和D1等都有对应的码流范围,如果只是一味地将码流参数调高,图像质量也不会有明显的变化。依题意,若该行政区内视频监控系统保存的是CIF格式图像,码流为512kbps,则每小时保存行政区内600个监控点视频流需要138.24×10913(128.746GB)的存储空间。具体计算过程如下。
M1=512×103(bps)×3600(s)×600(个)=1105.92×109(bit)÷8=138.24×109Byte
=[*]
若监控系统保存的是D1格式的图像,码流为2048kbps,该码流为CIF格式图像码流512kbps的4倍,则每小时保存行政区内600个监控点视频流需要552.960×109B(即138.24×109×4 B)或514.984GB(即128.746×4GB)的存储空间。
(2)若该视频监控系统实施时,图像格式采用CIF格式,码流为512kbps,则保存行政区内600个监控点30天视频流需要99.5328×1012B(或92697.144GB,或90.525TB)的存储空间。具体计算过程如下。
[*]
廉价磁盘冗余阵列(RAID)是利用一台磁盘阵列控制器来管理和控制一组磁盘驱动器,组成一个高度可靠的、快速的大容量磁盘系统。RAID级别是指磁盘阵列中硬盘的组合方式,不同级别的RAID为用户提供的磁盘阵列在性能上和安全性的表现上也有不同。RAID0也称为Stripe(条带化),它把连续的数据分散到多个磁盘上存取,代表了所有RAID级别中最高的存储性能。其磁盘利用率为100%,但它不提供数据冗余。RAID1具有磁盘镜像和磁盘双工功能,可利用并行读/写特性,将数据块同时写入主盘和镜像盘,故比传统的镜像盘速度快,但其磁盘利用率只有50%。
RAID10是建立在RAID0和RAID1基础上的高可靠性与高性能的组合,即利用了RAID0极高的读写效率和RAID1较高的数据保护和恢复能力。但RAID10的磁盘利用率只有50%。
依题意,该行政区内视频监控系统的全部监控视频流信息保存在IP SAN设备S2600中,采用存储容量为1.5TB的SATA硬盘,且采用RAID10配置(磁盘利用率只有50%),因此保存30天视频流至少需要的硬盘数为121块。具体计算过程如下。
[*],将计算结果向上取整数为121。
由于IP SAN设备S2600中,每个控制框仅支持12个磁盘,因此至少需要配置的S2600控制框数为11个(即121/12≈10.083,将计算结果向上取整数为11)。
问答题 该集团数据存储量巨大,生产数据、安全数据以及测试数据等需要进行频繁的快速读写,为保障这种应用的需求,该集团希望在数据中心的数据存储方式上既要保证存储的可扩展性,还要保证数据的快速访问,同时对新服务器的部署也要考虑快速部署。 数据中心采用的数据存储方式主要有DAS、NAS、SAN三种,请分别简要描述三种存储方式的原理,并根据集团要求设计在该集团的数据中心建设中应采用的存储方式,叙述采用这种方式的优点。
【正确答案】直接连接存储(DAS):将磁盘阵列、磁带库等数据存储设备通过SCSI扩展接口直接连接到服务器或客户端。 网络附加存储(NAS):将存储设备通过标准的网络拓扑结构(如以太网),连接到一群计算机上,提供数据和文件服务。NAS服务器通常由存储硬件、操作系统及其上的文件系统等几个部分组成。 存储区域网络(SAN):通过高速网络将一个(或多个)网络存储设备和服务器连接起来的专用存储系统。它主要采取数据块的方式进行数据存储。 采用的存储方式:IP SAN。 该存储方式的优点:①整体部署成本低;②高传输速度;③高可靠性;④传输距离不受限制;⑤具有强大的文件系统及数据管理功能
【答案解析】[解析] 直接连接存储(DAS)也称为SAS(服务器附加存储),它将磁盘阵列、磁带库等数据存储设备通过扩展接口(通常是SCSI接口)直接连接到服务器或客户端。它依赖于服务器,其本身是硬件的堆叠,不带有任何存储操作系统。 网络附加存储(NAS)与DAS不同,它的存储设备不是直接连接到服务器,而是直接连接到网络,通过标准的网络拓扑结构连接到服务器。NAS实际上是一个带有“瘦”服务的存储设备,其作用类似于一个专用的文件服务器,只不过省略了显示器、键盘、鼠标等设备。NAS用于存储服务,可以大大降低存储设备的成本。另外,NAS中的存储信息都是采用RAID方式进行管理的,可以有效地保护数据。 存储区域网络(SAN)是通过专用高速网络将一个(或多个)网络存储设备和服务器连接起来的专用存储系统。它主要采取数据块的方式进行数据存储,因此其数据存取速度比NAS快。目前,SAN主要有IP SAN和FC SAN两种形式(分别使用IP和光纤通道)。光纤通道是一种高性能、高成本的技术,它实现了主机互连,企业间共享存储系统的需求。可以为存储网络用户提供高速、高可靠性及稳定安全性的传输。IP SAN技术继承了FC SAN技术的优点,并且通过IP,能利用廉价的以太网交换机、路由器和线缆实现低成本、低风险基于IP的SAN存储。iSCSI是实现IP SAN最重要的技术。由于iSCSI是运行在TCP/IP之上的块模式协议,因此它可将IP网络与块模式的优势很好地结合起来,且使IP SAN的成本低于FC SAN。 依题意,由于该集团“数据存储量巨大”、所存储的数据“需要进行频繁的快速读写”,并且提出“存储的可扩展性”、“对新服务器要能快速部署”等要求,因此建议该数据中心采用IP SAN的存储方式建设。