論述網路虛擬化

A. 何為虛擬化簡述伺服器虛擬化桌面虛擬化存儲虛擬化網路虛擬化和應用虛擬化

伺服器虛擬化 就是伺服器的虛擬化

存儲虛擬化 就是存儲的虛擬化
桌面虛擬化 就是桌面的虛擬化
從網路虛擬化 就是網路的虛擬化
應用虛擬化 就是應用的虛擬化，
說白了 只要懂虛擬化雲計算的概念 就懂所有，沒必要這樣問。要不要我再給你加一個系統虛擬化

B. 簡述sdn網路中underlay和overlay網路的區別和聯系

隨著雲計算、大數據、移動互聯網等新技術的普及，部署大量虛擬機成為一種必然趨勢。解決這些虛擬機遷移問題理想的方案是在傳統單層網路(Underlay)基礎上疊加(Overlay)一層邏輯網路，將網路分成兩個組成部分。Overlay網路和Underlay網路是相互獨立的，Overlay網路使用Underlay網路點對點傳遞報文，而報文如何傳遞到Overlay網路的目的節點完全取決於Underlay網路的控制平面和數據平面，報文在Overlay網路入和出節點的處理則完全由Overlay網路的封裝協議來決定。

1. Underlay網路:乙太網從最開始設計出來就是一個分布式網路，沒有中心的控制節點，網路中的各個設備之間通過協議傳遞的方式學習網路的可達信息，由每台設備自己決定要如何轉發，這直接導致了沒有整體觀念，不能從整個網路的角度對流量進行調控。由於要完成所有網路設備之間的互通，就必須使用通用的語言，這就是網路協議，RFC就是網路協議的規范，就基本保證了整個網路世界的正常運行。Underlay就是當前數據中心網路基礎轉發架構的網路，只要數據中心網路上任意兩點路由可達即可，指的是物理基礎層。可以通過物理網路設備本身的技術改良、擴大設備數量、帶寬規模等完善Underlay網路，其包含了一切現有的傳統網路技術。

2. Overlay網路：在網路技術領域，是一種網路架構上疊加的虛擬化技術模式，對基礎網路不進行大規模修改的條件下，實現應用在網路上的承載，並能與其它網路業務分離。它是建立在已有網路上的虛擬網，用邏輯節點和邏輯鏈路構成了Overlay網路。Overlay網路是具有獨立的控制和轉發平面，對於連接在Overlay邊緣設備之外的終端系統來說，物理網路是透明的。通過部署Overlay網路，可以實現物理網路向雲和虛擬化的深度延伸，使雲資源池化能力可以擺脫物理網路的重重限制，是實現雲網融合的關鍵。Overlay網路也是一個網路，不過是建立在Underlay網路之上的網路。Overlay網路的節點通過虛擬的或邏輯的鏈接進行通信，每一個虛擬的或邏輯的鏈接對應於Underlay網路的一條路徑(Path)，由多個前後銜接的鏈接組成。Overlay技術可以分為網路Overlay，主機Overlay和混合式Overlay三大類。

C. 雲計算模式及在地質資料集群化、產業化服務中的應用探討

張兆代 王聖潔 劉京鵬 宋宏偉

（青島海洋地質研究所）

摘 要 雲計算繼承和整合了虛擬化技術、海量數據存儲、分布式並行計算框架、智能化與自動管理等多項關鍵技術，形成了具有高性能、可伸縮、低成本及面向服務的新的計算模式。目前學術界及產業界對雲計算的研究和探討均呈快速增長趨勢，大量論文發表在計算機類和圖書情報類期刊，研究的重點集中在雲計算的基礎理論、雲計算的關鍵技術、雲服務的應用領域、雲計算與信息資源管理等多個方面。本文以 2000 ～ 2012 年發表在國內核心期刊上關於雲計算的研究文獻為統計樣本，分析了雲計算的研究熱點及其演化方向，結合我國地質資料集群化產業化服務的發展狀況，探討雲計算應用策略。

關鍵詞 雲計算模式 地質資料 信息共享和服務

1 前言

「雲計算（Cloud Computing）」一詞出現於 2006 年，是谷歌總裁埃里克 施密特（Eric Schmidt）在搜索引擎大會（SES San Jose 2006）首次正式提出的一個概念。它不僅揭開了谷歌搜索背後關鍵技術的神秘面紗，而且在短短的數年內就迅速超越「網格計算（Grid Computing）」並成為新的潮流（圖 1）。

圖 1 網格計算與雲計算搜索量變化趨勢圖

2006 年後，在谷歌、亞馬遜、IBM 等企業的推動下，「雲計算」作為新興的計算模式已經有了廣泛應用。雲計算作為一種基礎設施與服務的交付和使用模式，正深刻地影響著互聯網的發展。近年來，國內外掀起了關於雲計算的研究熱潮，涌現了大量的研究文獻和應用案例，雲計算已經成為學術界和產業界共同關注的熱點。本文首先介紹了雲計算的基本概念和關鍵技術，並通過對現有的雲計算研究文獻的綜合分析，結合我國地質資料集群化產業化服務的發展狀況，提出其在雲計算應用中需要注意的問題。

2 雲計算及其關鍵技術

2.1 雲計算的基本概念

雲計算的概念仍存在不同的定義。一般認為雲計算是一種基於互聯網的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬體資源和信息可以按需提供給計算機和其他設備^[1]。美國國家標准與技術研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）也給出了雲計算的定義，認為雲計算是一種能夠通過網路以便利的、按需使用的方式獲取計算資源並顯著提高可用性的方式，這些計算資源來自一個共享的、可配置的資源池，並能夠以自動的方式獲取和釋放^[2]。

中國電子學會雲計算專家委員會認為：雲計算是一種基於互聯網的、大眾參與的計算模式，其計算資源（計算能力、存儲能力、交互能力）是動態、可伸縮、且被虛擬化的，並以服務的方式提供。這種新型的計算資源組織、分配和使用模式，有利於合理配置計算資源並提高其利用率，從而促進節能減排，實現綠色計算^[3]。

盡管雲計算有不同的定義，但對於雲計算的特點已有很多深入的討論。下面五個基本特徵可以用來判斷一個計算服務是否是雲計算。

（1）服務按需即取。雲計算是把信息技術作為服務提供的一種方式。由於這種服務是從用戶角度出發，按需即取的自助服務是其最重要的特徵之一。用戶可以自行獲得計算能力，包括伺服器的使用和網路存儲的使用，而整個過程通常是自動進行的。

（2）便捷網路訪問。雲計算支持廣泛和便捷的網路訪問能力，用戶可以使用多種設備，如手機、移動計算機或工作站等獲取雲服務。

（3）資源共享池。雲計算帶來的一個好處是能夠提高資源的利用率，通過把資源集中到一個公共的資源共享池中，可以為大規模的用戶群提供共享服務。由於資源池可以動態分配所有物理和虛擬資源，達到了通過共享提高資源利用率的目的。

（4）高可擴展性及彈性服務。雲計算具有快速及可伸縮地提供服務的能力。根據需求變化，雲計算所提供的服務可以自動並快速地擴展或收縮。

（5）服務可度量。雲系統通過自動監控資源的使用，可以提供定量的運行報告，從而保證雲服務處於應有的水平。

2.2 雲計算的體系架構

計算機技術的發展經歷了傳統主機計算模式到個人普及計算模式及分布式網路計算模式的轉變^[4]。雲計算作為一種新的計算模式，既是分布式計算、並行計算和網格計算等技術快速演化的結果，也是信息社會中信息需求的必然選擇。社會化、集約化與專業化的信息服務通過各種雲計算得以體現，其中既包括了各種通過網路提供給用戶的互聯網應用、軟體或計算資源服務，也包含了用來支撐這些服務可靠和高效運行的軟硬體平台。

美國國家標准與技術研究院的技術報告給出了關於雲計算體系架構的完整模型（圖 2），該頂層模型定義了雲計算模式中的角色（Actors）、行為（Activities）和功能（Functions）^[5]。雲計算的核心角色有雲用戶（Cloud Consumer）、雲服務商（Cloud Provider）、雲審計者（CloudAuditor）、雲代理商（CloudBroker）和雲運營商（Cloud Carrier）共五類（表 1）。在該模型中，雲用戶可以獲得包括 ERP、CRM、HR 等商業智能或信息、通訊、協作、存儲、備份以及軟體、硬體託管等多種服務，雲服務商則通過雲計算中心的建設、運行和管理提供在線的軟體服務（SaaS）、平台服務（PaaS）和基礎設施服務（IaaS），雲運營商通過提供網路接入、通訊系統等保障雲計算的提供和使用，雲審計者和雲代理商的參與則保證了雲計算和雲服務的穩定性、持續性和透明度及服務水平。

圖 2 雲計算體系架構參考模型（引自 NIST）

表 1 雲計算模式中的主要角色及定義

2.3 雲計算的關鍵技術

雲計算是計算機技術發展的產物，其中虛擬化技術、海量數據存儲、分布式並行計算框架、智能化與自動管理被認為是實現雲計算的關鍵技術^[6]。

2.3.1 虛擬化技術

虛擬化（Virtualization）技術是將各種計算及存儲資源充分整合和高效利用的關鍵。虛擬化技術包括兩個方面：物理資源池化和資源池管理。物理資源池化是把物理設備由大化小，將一個物理設備虛擬為多個性能可配置的最小資源單位；資源池管理是對集群中虛擬化後的最小資源單位進行管理，根據資源的使用情況對資源進行靈活分配和調度，實現按需分配資源。虛擬化技術主要應用在伺服器虛擬化、存儲虛擬化和網路虛擬化三個方面。

2.3.2 海量數據存儲

海量數據存儲是雲計算的主要任務。為了保證可用性、可靠性和經濟性，雲計算採用分布式存儲的方式來存儲數據，由於採用了分布式冗餘存儲的方式，數據既有高可靠性，也能並行地為大規模用戶提供服務。雲計算的數據存儲技術主要有谷歌的分布式文件系統（GFS，Google File System）和 Hadoop 的HDFS（Hadoop Distributed File System）。

2.3.3 分布式並行計算框架

並行計算是雲計算的核心。雲計算採用 Map-Rece 的編程模式實現分布式並行計算。Map-Rece通過「Map」和「Rece」這樣兩個過程來簡化並行計算，所有應用只需要提供 Map 函數以及 Rece 函數就可以在集群上進行大規模的分布式數據處理。Map-Rece 不僅僅是一種編程模型，同時也是一種高效的任務調度模型，該模型的使用使計算任務高度並行及分布式實現成為現實。

2.3.4 智能化與自動管理技術

雲計算具有高度自治的特點，智能化與自動管理是雲計算模式的重要技術支撐。通過對集群系統各節點的全面監控、自動反饋、智能調配，實現了包括設備、虛擬資源、通訊與服務等的動態管理和自動遷移。以第四代大規模數據中心為基礎的雲計算，既能靈活擴展部署，也能滿足服務計算和多粒度計算的要求。

3 我國雲計算研究熱點分析

3.1 國內外雲計算搜索量變化趨勢比較

搜索量的大小通常反映關注度的高低，使用 Google Trends 工具還可以分析一些長期的趨勢和變化。這里選擇「Cloud Computing」和「雲計算」分別作為世界和我國在雲計算領域的指標性關鍵詞，從分析結果可以看出以下幾個特點（圖3）：①世界上對於雲計算的關注開始於 2007 年，我國則自 2008 年才開始關注該領域。因此，我國仍屬於學習—跟隨型研究模式。②自 2007 年後，世界上關於「Cloud Computing」的搜索量出現迅速增長趨勢，目前，已超過「Grid Computing」成為新的信息技術熱點，我國對此的關注則較為平緩和滯後。③如果把搜索量代表的關注度看做是「海上的冰山」，那些「水下的部分」，包括基礎理論、關鍵技術、應用實踐等方面，國內外存在更大的差距。

圖 3 國內外雲計算搜索量變化趨勢比較

3.2 國內雲計算研究文獻的計量分析

本文利用中國知網 CNKI 學術期刊資料庫，檢索 2000 年 1 月至 2012 年 3 月發表的有關雲計算研究的核心期刊文獻 852 篇（表 2）。我國對於雲計算的研究始於 2007 年，之前罕見相關研究。2008 ～2011 年，雲計算的研究開始引起廣泛關注，論文數量開始急劇上升，同時發表雲計算論文的期刊數量也同步快速增多，顯示出雲計算研究領域的廣泛性。由於只統計到 2012 年 4 月的部分數據，從表面看檢索到的 2012 年的成果不多，實際並未改變論文數量快速增加的趨勢。

表 2 雲計算論文發表時間分布表

對於檢索到的 852 篇論文，對其關鍵詞進行了計量分析，其中涉及關鍵詞 1376 個，累計出現頻次3020 次。按頻次從大到小排列，排在前十位的關鍵詞有：雲計算（645）、虛擬化（115）、圖書情報（115）、雲服務（94）、安全（65）、存儲（42）、物聯網（33）、MapRece（24）、檔案（20）、數據中心（13）等。從關鍵詞分析可以看出，雲計算的研究涉及基礎理論、關鍵技術、應用領域、信息資源管理等諸多方面，對於虛擬化、存儲、MapRece 等關鍵技術有較多論述；但整體來講，多數仍為綜述性、展望類的論文。就應用領域來講，圖書情報界對雲計算進行研究和借鑒的趨勢比較明顯[7]，而地質資料界對雲計算的關注和應用研究仍較少。

4 雲計算與地質資料服務

4.1 地質資料數據與服務現狀

地質資料是國家重要的基礎資料。新中國成立以來，通過實行地質資料統一匯交制度，積累了大量的地質資料。我國現有全國性基礎地質與戰略性礦產地質數據資源 12 大類 50 余種資料庫，數據量達10TB 以上，涉及區域地質、礦產地質、水文—工程—環境地質、農業地質、海洋地質、基礎地質、地球化學、地球物理、地學科研、地質資料、遙感等領域^[8]。

我國目前實行的是二級監管、三級保存的地質資料管理框架。由於條塊分割等原因，地質資料的共享與服務尚存在很大差距，突出表現在數字化程度低，信息孤島現象嚴重，地質資料不能及時、有效地滿足國家建設與社會需求。

2002 年，國務院頒布了《地質資料管理條例》，2003 年，國土資源部發布了《地質資料管理條例實施辦法》，地質資料的管理與共享服務得到了前所未有的重視。國土資源部又相繼推動地質資料匯交、地質資料委託保管、地質資料集群化、產業化服務等，地質資料的管理與服務開始出現一個新的局面。由於管理與服務模式的轉變是一個較長期的過程，地質資料工作的重要性仍未完全顯現，社會對地質、礦產等的關注度仍遠落後於「土地」「海洋」「氣象」，僅稍高於「測繪」（圖 4）。

4.2 雲計算是改變地質資料服務模式的契機

從雲計算的產生和發展過程來看，雲計算是在繼承和整合了虛擬化技術、海量數據存儲、分布式並行計算框架、智能化與自動管理等多項關鍵技術的基礎上，形成的具有高性能、可伸縮、低成本及面向服務的新的計算模式。雲計算正在推動著信息產業實現社會化、集約化、專業化的大轉型。

社會化：互聯網計算正成為社會基礎設施，建立集中的、各種各樣的雲計算中心實現規模化的社會服務，是當前發展的趨勢。

圖 4 地質等搜索量變化趨勢比較

集約化：歸並分散、粗放的軟體開發與應用，軟體模塊構件化，提高平台利用率，使計算資源以虛擬化組織和配置、彈性伸縮，通過軟體的重用和柔性重組，進行服務流程的優化與重構。

專業化：面向多租戶使服務更為精細、規范，並對服務透明使用，按需租用^[9]。

地質資料服務及信息共享是一種典型的數據密集型計算服務，這恰與雲計算模式的基本特點相符合。因此，引入雲計算是推進地質資料信息服務集群化產業化的天然契機。從技術層面上來講，國家地質資料數據中心建設十分重要，建議規劃為提供完整 SPI（軟體即服務 SaaS、平台即服務 PaaS、基礎設施即服務 IaaS）服務的地質資料專業雲，全面涵蓋二級監管、三級保存及社會化服務，這種集中式的部署方式既降低了技術難度，也有利於提高投入和使用效率。其次，國家地質數據中心也可以規劃為「邏輯統一、物理分布」的三級數據中心體系，這種社區雲的部署方式符合我國地質資料行業現狀，組織實施均較為簡單。需要注意的是，無論哪種方式，統一的體系架構、成熟技術的採用、一致的標准和安全性都是需要重點考慮的問題。

5 結語

與網格計算相反，雲計算更多地經歷了從實踐到理論的過程，從研究者關注雲計算開始，其實已經大量出現雲計算的實例。我國在雲計算領域的基礎研究仍然落後，但圖書情報界對雲計算的跟蹤和應用卻十分突出，一些基於知識的服務已經達到專業化和產業化服務水平。相信雲計算模式的引入，將會極大地推動地質資料服務向集群化產業化方向轉型，以更好地實現地質資料和成果的全社會共享。

參 考 文 獻

[1] 維基網路.雲計算.http：//zh.wikipedia.org/wiki/ 雲計算，2012.

[2]Peter Mell，Timothy Grance.The NIST Definition of Cloud Computing.NIST Special Publication 800 ～ 145，2011.

[3] 李德毅，林潤華，鄭緯民等.雲計算技術發展報告 [M[.北京：科學出版社，2011.

[4] 楊春霞，王聖潔，王春民.談計算模式的演變及其對海洋地質數據處理的影響 [J].海洋地質動態，2004，20（2）：32 ～ 36.

[5]Fang Liu，Jin Tong，Jian Mao et al.NIST Cloud Computing Reference Architecture.NIST Special Publication 500 ～ 292，2011.

[6]Michael Armbrust，Armando Fox，Rean Griffith et al.Above the Clouds： A Berkeley View of Cloud Computing.http：//www.eecs.berkeley.e/Pubs/TechRpts/2009/EECS-2009-28.pdf，2009.

[7] 張正祿.我國圖書情報界雲計算研究述評 [J].國家圖書館學刊，2010，（3）：73 ～ 76.

[8] 國土資源部礦產資源儲量司.推進地質資料信息服務集群化產業化 [M].北京：地質出版社，2011.

[9] 李德毅.雲計算支撐信息服務社會化、集約化和專業化 [J].重慶郵電大學學報，2010，22（6）：698 ～ 702.

D. 簡述虛擬化技術的產生背景和概念。(不超過100個字)

虛擬化技術是將一台計算機虛擬為多台邏輯計算機。在一台計算機上同時運行多個邏輯計算機，每個邏輯計算機可運行不同的操作系統，並且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。虛擬化是雲計算的重要支撐技術。是基於互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源。通過虛擬化，可以將應用程序和數據在不同層次以不同的方式展現給客戶，為使用者和開發者提供便利的虛擬化過程，為資源帶來了靈活性，從而改善IT運維和減少成本支出。

E. 簡述虛擬化和雲計算

雲計算中的核心技術就是虛擬化，可以說虛擬化是雲計算區別於傳統計算模式的重要特點。採用虛擬化可以將應用程序的整個執行環境以打包的形式轉到雲計算平台中的其他節點處，實現了程序的執行環境與物理環境的隔離，使得應用程序的環境改變變得易於實現。

正是由於虛擬化技術的成熟和廣泛應用，雲計算中的計算、存儲、應用和服務都變成了資源，這些資源可以被動態擴展和配置，雲計算最終才能在邏輯上以單一整體的形式呈現。

(5)論述網路虛擬化擴展閱讀：

應用虛擬化的重要性：

SaaS 和雲計算作為近幾年 IT 界討論的熱點，它們之間存在著重要的關系，SaaS 是雲計算上的應用表現，雲計算是 SaaS後端基礎服務保障。SaaS 是一種以互聯網為載體，以瀏覽器為交互方式，把服務端的程序軟體傳給遠程用戶來提供軟體服務的應用模式。

也就是說如今的 SaaS，大家談論基本上就談論的是基於瀏覽器的應用，而正是由於這種方式的限制，導致很多 SaaS 不能提供更為豐富的應用服務，而且在此模式下 SaaS應用的實現過程過於緩慢等，基於以上的缺點，應用虛擬化應運而生，應用虛擬化的出現，解決了信息化的困惑，必將為信息化建設的推進奠定劃時代的意義。