云计算环境下数字图书馆网络虚拟化资源管理策略研究
时间：2021-05-29 08:00:37 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
[摘要]针对云计算环境下数字图书馆网络虚拟化的资源分配、网络应用效率、安全性和经济性等问题，提出一种云计算环境下数字图书馆网络虚拟化管理策略。该策略大幅度增加了网络的数据交换效率，减少了骨干网络的数据流量，通过改善网络传输性能而提高了云计算系统效率。
[关键词]云计算；数字图书馆；网络虚拟化；资源管理
[中图分类号]G250.76
[文献标识码]A
（文章编号]1008—0821（2012）08-0020-03
云计算环境下，数字图书馆通过虚拟化技术将计算、存储、网络、管理资源划分为资源池统一管理，根据用户需求按需动态分配，具有安全、高效、弹性、经济的特点。在用户服务过程中，IaaS（Infrastructuro as a Service，基础设施即服务）、PaaS（Platform as a Service，平台即服务）、SaaS（Software as a Service，软件即服务）3种服务模式，是数字图书馆云基础设施资源组织、云应用开发平台构建、读者云应用服务软件系统设计的主要方式和平台。与传统数字图书馆相比，3种服务模式具有云计算过程信息处理量大、数据存储与读取快速、数据传输安全与效率要求高、来自互联网络的安全威胁多等特点。
在云系统运营与用户服务过程中，网络是支撑云不同功能区域系统运营与读者阅读活动的基础平台。因此，建设安全、高效、可靠、可控、可预测的高性能数据传输网络，是提高云图书馆数据中心不同功能系统间协调能力与云系统综合保障力的前提。同时，也是读者安全、高效、快速、便捷地获取海量服务数据，具有较高云阅读活动满意度的保证。
1 云图书馆网络虚拟化的需求与原则
网络虚拟化是指通过虚拟技术，依据用户管理需求或者网络系统运营效率最优化的原则，将网络中的交换机、网络端口、路由器以及其他物理元素的网络流量，进行虚拟化管理与分配，并对虚拟网络元素进行配置以满足其独特的需求。
为了提高云图书馆网络系统的综合保障能力，应减少或者消除网络基础设施硬件设备参数与设备所处地理位置对网络可控性、灵活性的影响，保证管理员可根据读者云阅读服务对网络性能的要求，进行虚拟化配置、管理、重新设置和拓扑结构逻辑重组，确保网络高效、安全、灵活和可控。
1.1 建设强大的云图书馆虚拟化应用网络支撑能力
虚拟化技术是图书馆云基础设施资源管理、云阅读应用服务开展、云计算与存储资源按需动态分配、云系统安全与高效管理活动有效开展的支撑技术。随着云图书馆基础设施与读者云阅读服务规模、内容、方式的不断扩展，云数据中心物理服务器和在物理服务上运行的虚拟机数量，会呈现级数级快速增长。因此，云数据中心的不同功能区域系统之间、各功能系统内部、虚拟化设备内部、云数据中心到用户之间的数据流量会高速增长。其次，在不同云服务时期，随着用户群阅读需求与数量的变化，网络所承担的传输负荷也呈现不规律动态变化。
由于云数据中心虚拟化应用服务、虚拟化资源调度与分配、虚拟化资源管理、虚拟化应用数据传输需求，要求云数据中心网络具有较强的读者云阅读服务承载能力，可根据“服务器/虚拟机”的数量和数据传输需求，动态改变转发表项、吞吐能力和突发流量吸收水平，实现虚拟化环境中的计算资源在二层网络范围内的透明化迁移。此外，还可通过对云计算资源的按需扩展与灵活调度，确保网络具有较强的虚拟化应用支撑能力。
1.2 按照网络位置与功能进行虚拟化逻辑划分
依据云图书馆网络位置和用户服务功能特点，可将图书馆网络划分为云数据中心内部网络和外部数据传输网络。云数据中心内部网络主要负责云系统内部数据传输、存储、管理、控制，外部网络主要负责传输读者云阅读服务数据和用户服务管理信息。
云图书馆根据读者分布特点建设相应的云数据中心，按照距离最近原则为读者提供服务。因此，云图书馆外部网络应以保障读者数据传输安全性、高效性、可控性和可管性为主要目的。结合云数据中心到用户端网络的线路、设备特点，利用虚拟化技术可将外部多个物理网络整合为一个大的逻辑网络，或者将单个物理网络按用户权限、服务内容划分为多个逻辑网络，提高读者云阅读服务外部网络的数据传输效率。云数据中心内部网络主要负责中心不同功能区域间的数据传输，以及不同虚拟机之间的信息交互。如何实现虚拟机设备间信息的可控、可监测功能，不断提高虚拟机与负载的迁移效率，以及大流量信息的网络承载能力，是保证图书馆云系统虚拟化应用高效性的前提。
1.3 提高网络虚拟化安全
云计算环境下，随着云图书馆对网络规模、用户数量、数据传输服务质量、开放性与可扩展性要求的提高，云边界的范围定义也越来越模糊，云数据中心内部操作系统与应用平台的结构复杂度与运行风险不断增加，黑客通过互联网络可采用多种方式对云图书馆实施攻击，云图书馆的运营效率与资源安全产生了较大威胁。此外，IaaS、PaaS、SaaS 3种云服务模式不断革新、扩展、融合，在提高读者云阅读服务质量与扩展服务模式的同时，复杂的云服务平台与服务模式对云基础设施资源运行安全、效率、可靠性、可控性产生了很大影响。黑客可能通过非法手段获取云系统控制权的方式，来窃取云图书馆与读者保密信息。第三，在传统IT环境下，所有的安全设备根据保障对象特点和任务内容而分布于网络的边界位置，无法实现对云计算环境下，同一物理设备上不同虚拟机之间的通信进行细粒度访问、监控与管理。如何确保虚拟环境内部网络与虚拟化应用安全，是提高云虚拟化平台与应用效率、安全的重要问题。
1.4 虚拟交换机的高效管理需求
虚拟交换机是虚拟设备之间数据传输、交换的核心虚拟化设备，虚拟交换机主要负责物理设备内部不同虚拟机之间的数据交换，因此，虚拟机之间的交换数据不会传输到云数据中心网络的物理交换设备上。
服务器虚拟化是云图书馆提高硬件设备利用效率与可控性的主要措施。服务器虚拟化之后，服务器内部不同虚拟之间的数据交换流量快速增加，对服务器工作效率与安全产生了较大影响。同时，由于不同虚拟机之间的传输数据不会流经物理网络，因此传统的网络数据流量监测与管理方法无法监控虚拟机之间的数据，无法由网络防火墙、网络管理硬件设备、访问控制列表（ACL）、网络层的IDS/IPS系统所识别，造成了对虚拟机之间数据流量监管的缺失。
