[摘要]針對云計(jì)算環(huán)境下數(shù)字圖書館網(wǎng)絡(luò)虛擬化的資源分配、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性等問題，提出一種云計(jì)算環(huán)境下數(shù)字圖書館網(wǎng)絡(luò)虛擬化管理策略。該策略大幅度增加了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換效率，減少了骨干網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量，通過改善網(wǎng)絡(luò)傳輸性能而提高了云計(jì)算系統(tǒng)效率。

[關(guān)鍵詞]云計(jì)算；數(shù)字圖書館；網(wǎng)絡(luò)虛擬化；資源管理

[中圖分類號]G250.76

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

（文章編號]1008—0821（2012）08-0020-03

云計(jì)算環(huán)境下，數(shù)字圖書館通過虛擬化技術(shù)將計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、管理資源劃分為資源池統(tǒng)一管理，根據(jù)用戶需求按需動態(tài)分配，具有安全、高效、彈性、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。在用戶服務(wù)過程中，IaaS（Infrastructuro as a Service，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（Platform as a Service，平臺即服務(wù)）、SaaS（Software as a Service，軟件即服務(wù)）3種服務(wù)模式，是數(shù)字圖書館云基礎(chǔ)設(shè)施資源組織、云應(yīng)用開發(fā)平臺構(gòu)建、讀者云應(yīng)用服務(wù)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要方式和平臺。與傳統(tǒng)數(shù)字圖書館相比，3種服務(wù)模式具有云計(jì)算過程信息處理量大、數(shù)據(jù)存儲與讀取快速、數(shù)據(jù)傳輸安全與效率要求高、來自互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的安全威脅多等特點(diǎn)。

在云系統(tǒng)運(yùn)營與用戶服務(wù)過程中，網(wǎng)絡(luò)是支撐云不同功能區(qū)域系統(tǒng)運(yùn)營與讀者閱讀活動的基礎(chǔ)平臺。因此，建設(shè)安全、高效、可靠、可控、可預(yù)測的高性能數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，是提高云圖書館數(shù)據(jù)中心不同功能系統(tǒng)間協(xié)調(diào)能力與云系統(tǒng)綜合保障力的前提。同時(shí)，也是讀者安全、高效、快速、便捷地獲取海量服務(wù)數(shù)據(jù)，具有較高云閱讀活動滿意度的保證。

1 云圖書館網(wǎng)絡(luò)虛擬化的需求與原則

網(wǎng)絡(luò)虛擬化是指通過虛擬技術(shù)，依據(jù)用戶管理需求或者網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)營效率最優(yōu)化的原則，將網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)端口、路由器以及其他物理元素的網(wǎng)絡(luò)流量，進(jìn)行虛擬化管理與分配，并對虛擬網(wǎng)絡(luò)元素進(jìn)行配置以滿足其獨(dú)特的需求。

為了提高云圖書館網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的綜合保障能力，應(yīng)減少或者消除網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施硬件設(shè)備參數(shù)與設(shè)備所處地理位置對網(wǎng)絡(luò)可控性、靈活性的影響，保證管理員可根據(jù)讀者云閱讀服務(wù)對網(wǎng)絡(luò)性能的要求，進(jìn)行虛擬化配置、管理、重新設(shè)置和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)邏輯重組，確保網(wǎng)絡(luò)高效、安全、靈活和可控。

1.1 建設(shè)強(qiáng)大的云圖書館虛擬化應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)支撐能力

虛擬化技術(shù)是圖書館云基礎(chǔ)設(shè)施資源管理、云閱讀應(yīng)用服務(wù)開展、云計(jì)算與存儲資源按需動態(tài)分配、云系統(tǒng)安全與高效管理活動有效開展的支撐技術(shù)。隨著云圖書館基礎(chǔ)設(shè)施與讀者云閱讀服務(wù)規(guī)模、內(nèi)容、方式的不斷擴(kuò)展，云數(shù)據(jù)中心物理服務(wù)器和在物理服務(wù)上運(yùn)行的虛擬機(jī)數(shù)量，會呈現(xiàn)級數(shù)級快速增長。因此，云數(shù)據(jù)中心的不同功能區(qū)域系統(tǒng)之間、各功能系統(tǒng)內(nèi)部、虛擬化設(shè)備內(nèi)部、云數(shù)據(jù)中心到用戶之間的數(shù)據(jù)流量會高速增長。其次，在不同云服務(wù)時(shí)期，隨著用戶群閱讀需求與數(shù)量的變化，網(wǎng)絡(luò)所承擔(dān)的傳輸負(fù)荷也呈現(xiàn)不規(guī)律動態(tài)變化。

由于云數(shù)據(jù)中心虛擬化應(yīng)用服務(wù)、虛擬化資源調(diào)度與分配、虛擬化資源管理、虛擬化應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸需求，要求云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的讀者云閱讀服務(wù)承載能力，可根據(jù)“服務(wù)器/虛擬機(jī)”的數(shù)量和數(shù)據(jù)傳輸需求，動態(tài)改變轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)、吞吐能力和突發(fā)流量吸收水平，實(shí)現(xiàn)虛擬化環(huán)境中的計(jì)算資源在二層網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的透明化遷移。此外，還可通過對云計(jì)算資源的按需擴(kuò)展與靈活調(diào)度，確保網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的虛擬化應(yīng)用支撐能力。

1.2 按照網(wǎng)絡(luò)位置與功能進(jìn)行虛擬化邏輯劃分

依據(jù)云圖書館網(wǎng)絡(luò)位置和用戶服務(wù)功能特點(diǎn)，可將圖書館網(wǎng)絡(luò)劃分為云數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。云數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)云系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸、存儲、管理、控制，外部網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)傳輸讀者云閱讀服務(wù)數(shù)據(jù)和用戶服務(wù)管理信息。

云圖書館根據(jù)讀者分布特點(diǎn)建設(shè)相應(yīng)的云數(shù)據(jù)中心，按照距離最近原則為讀者提供服務(wù)。因此，云圖書館外部網(wǎng)絡(luò)應(yīng)以保障讀者數(shù)據(jù)傳輸安全性、高效性、可控性和可管性為主要目的。結(jié)合云數(shù)據(jù)中心到用戶端網(wǎng)絡(luò)的線路、設(shè)備特點(diǎn)，利用虛擬化技術(shù)可將外部多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)整合為一個(gè)大的邏輯網(wǎng)絡(luò)，或者將單個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)按用戶權(quán)限、服務(wù)內(nèi)容劃分為多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，提高讀者云閱讀服務(wù)外部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸效率。云數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)中心不同功能區(qū)域間的數(shù)據(jù)傳輸，以及不同虛擬機(jī)之間的信息交互。如何實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)設(shè)備間信息的可控、可監(jiān)測功能，不斷提高虛擬機(jī)與負(fù)載的遷移效率，以及大流量信息的網(wǎng)絡(luò)承載能力，是保證圖書館云系統(tǒng)虛擬化應(yīng)用高效性的前提。

1.3 提高網(wǎng)絡(luò)虛擬化安全

云計(jì)算環(huán)境下，隨著云圖書館對網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、用戶數(shù)量、數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)質(zhì)量、開放性與可擴(kuò)展性要求的提高，云邊界的范圍定義也越來越模糊，云數(shù)據(jù)中心內(nèi)部操作系統(tǒng)與應(yīng)用平臺的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度與運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)不斷增加，黑客通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可采用多種方式對云圖書館實(shí)施攻擊，云圖書館的運(yùn)營效率與資源安全產(chǎn)生了較大威脅。此外，IaaS、PaaS、SaaS 3種云服務(wù)模式不斷革新、擴(kuò)展、融合，在提高讀者云閱讀服務(wù)質(zhì)量與擴(kuò)展服務(wù)模式的同時(shí)，復(fù)雜的云服務(wù)平臺與服務(wù)模式對云基礎(chǔ)設(shè)施資源運(yùn)行安全、效率、可靠性、可控性產(chǎn)生了很大影響。黑客可能通過非法手段獲取云系統(tǒng)控制權(quán)的方式，來竊取云圖書館與讀者保密信息。第三，在傳統(tǒng)IT環(huán)境下，所有的安全設(shè)備根據(jù)保障對象特點(diǎn)和任務(wù)內(nèi)容而分布于網(wǎng)絡(luò)的邊界位置，無法實(shí)現(xiàn)對云計(jì)算環(huán)境下，同一物理設(shè)備上不同虛擬機(jī)之間的通信進(jìn)行細(xì)粒度訪問、監(jiān)控與管理。如何確保虛擬環(huán)境內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與虛擬化應(yīng)用安全，是提高云虛擬化平臺與應(yīng)用效率、安全的重要問題。

1.4 虛擬交換機(jī)的高效管理需求

虛擬交換機(jī)是虛擬設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸、交換的核心虛擬化設(shè)備，虛擬交換機(jī)主要負(fù)責(zé)物理設(shè)備內(nèi)部不同虛擬機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換，因此，虛擬機(jī)之間的交換數(shù)據(jù)不會傳輸?shù)皆茢?shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的物理交換設(shè)備上。

服務(wù)器虛擬化是云圖書館提高硬件設(shè)備利用效率與可控性的主要措施。服務(wù)器虛擬化之后，服務(wù)器內(nèi)部不同虛擬之間的數(shù)據(jù)交換流量快速增加，對服務(wù)器工作效率與安全產(chǎn)生了較大影響。同時(shí)，由于不同虛擬機(jī)之間的傳輸數(shù)據(jù)不會流經(jīng)物理網(wǎng)絡(luò)，因此傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量監(jiān)測與管理方法無法監(jiān)控虛擬機(jī)之間的數(shù)據(jù)，無法由網(wǎng)絡(luò)防火墻、網(wǎng)絡(luò)管理硬件設(shè)備、訪問控制列表（ACL）、網(wǎng)絡(luò)層的IDS/IPS系統(tǒng)所識別，造成了對虛擬機(jī)之間數(shù)據(jù)流量監(jiān)管的缺失。

2 云圖書館網(wǎng)絡(luò)虛擬化管理策略

云圖書館網(wǎng)絡(luò)虛擬化管理策略，是提高虛擬化網(wǎng)絡(luò)安全性、高效性、可管性和可用性的有效途徑，是圖書館云計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有效支撐讀者云閱讀活動的基礎(chǔ)。必須采用科學(xué)、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的管理策略，確保網(wǎng)絡(luò)管理的安全、高效。

2.1 提高虛擬化網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模集群運(yùn)營支持能力

云計(jì)算環(huán)境下，大規(guī)模集群化是計(jì)算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源、管理資源發(fā)展的主流和方向，是讀者云閱讀應(yīng)用業(yè)務(wù)開展和云服務(wù)模式革新的保障。目前，隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，無阻塞架構(gòu)的大規(guī)模云應(yīng)用平臺集群（5000—10000臺）將成為支持云計(jì)算的主流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

隨著電子設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展，云網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備硬件集成度與制造成本大幅下降，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能與采購成本等因素，不再是困擾圖書館云網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的主要因素。建設(shè)科學(xué)、可靠、均衡、冗余的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為云計(jì)算環(huán)境下不同功能的大規(guī)模集群系統(tǒng)提供安全、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，是提高云系統(tǒng)綜合服務(wù)保障力的關(guān)鍵。

首先，應(yīng)消除云數(shù)據(jù)中心通信節(jié)點(diǎn)間距離對網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的影響，滿足集群環(huán)境中所有設(shè)備的對等通信要求。數(shù)據(jù)訪問不再受限于服務(wù)器的物理位置，確保任意節(jié)點(diǎn)之間可以實(shí)現(xiàn)相等的傳輸帶寬，確保數(shù)據(jù)中心的流量可在大范圍內(nèi)流動。其次，應(yīng)減少云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，降低層次結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化程度，通過充分的扁平化架構(gòu)來提高網(wǎng)絡(luò)的交換與傳輸速率。

2.2 加強(qiáng)云計(jì)算中心物理資源內(nèi)部虛擬交換網(wǎng)絡(luò)的性能

為了提高計(jì)算資源的虛擬化管理、分配、調(diào)度、使用效率，通常會在云計(jì)算物理服務(wù)器內(nèi)部或同一物理服務(wù)器的不同虛擬機(jī)之間，利用軟件實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源內(nèi)部的虛擬交換網(wǎng)絡(luò)，通過在同一服務(wù)器上運(yùn)營多個(gè)虛擬機(jī)來降低設(shè)備采購成本和使用效率。虛擬機(jī)在提高設(shè)備利用效率的同時(shí)，大幅度增加了運(yùn)營復(fù)雜度和管理成本，特別對支撐虛擬機(jī)管理和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的虛擬化傳輸網(wǎng)絡(luò)提出了較高要求。

云圖書館運(yùn)營中，虛擬機(jī)會依據(jù)讀者云服務(wù)業(yè)務(wù)需求而進(jìn)行遷移。首先，應(yīng)提高虛擬網(wǎng)絡(luò)對虛擬機(jī)設(shè)備遷移的可監(jiān)控與可管理性。當(dāng)虛擬機(jī)在物理設(shè)備內(nèi)部遷移時(shí)，應(yīng)確保數(shù)據(jù)鏈路層學(xué)習(xí)表、三層路由轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)、路由策略狀態(tài)、訪問控制列表、服務(wù)質(zhì)量管理策略、配置監(jiān)控、結(jié)構(gòu)化與自動化系統(tǒng)等虛擬接口管理策略也隨之遷移。其次，當(dāng)虛擬機(jī)因頻繁遷移而導(dǎo)致虛擬網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化時(shí)，應(yīng)提高虛擬網(wǎng)絡(luò)對內(nèi)部數(shù)據(jù)流量變化的自動發(fā)現(xiàn)與均衡能力，并制定有效的安全管理策略防范非法入侵。第三，通過增加、管理、維護(hù)虛擬化邏輯標(biāo)記，或者通過保存虛擬化地址和重新映射、配置、修改和遷移標(biāo)志，來提高虛擬化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的監(jiān)測與管理效率。第四，在采購服務(wù)器設(shè)備時(shí)，應(yīng)選擇操作系統(tǒng)與硬件集成度高的設(shè)備，通過相應(yīng)軟件或硬件芯片方式來實(shí)現(xiàn)靈活控制，增加物理設(shè)備自身的虛擬化網(wǎng)絡(luò)管理功能。

2.3 建立透明的虛擬化交換網(wǎng)絡(luò)

云計(jì)算環(huán)境下，數(shù)字圖書館數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)主要由云計(jì)算中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心到備份數(shù)據(jù)中心之間的網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心到用戶之間的網(wǎng)絡(luò)組成，安全、高效的數(shù)據(jù)傳輸是建立透明虛擬化交換網(wǎng)絡(luò)的要求。

為了提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率，必須在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心之間網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心到用戶之間構(gòu)建大型的二層透明交換網(wǎng)絡(luò)。二層網(wǎng)絡(luò)通過多路徑數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、流量負(fù)載分擔(dān)和最短路徑轉(zhuǎn)發(fā)，來確保網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、高效、可靠和避免環(huán)路，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)之間的透明化數(shù)據(jù)傳輸。此外，二層網(wǎng)絡(luò)不需要部署和進(jìn)行復(fù)雜的維護(hù)，可通過形成有效的交換矩陣而提高網(wǎng)絡(luò)突發(fā)大流量數(shù)據(jù)的交換能力，并實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)動態(tài)遷移的數(shù)據(jù)傳輸保障。

2.4 保證虛擬化網(wǎng)絡(luò)可測、可管、可控和可擴(kuò)展

云計(jì)算環(huán)境下，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)組織、管理策略和虛擬化應(yīng)用使網(wǎng)絡(luò)虛擬化管理變得十分困難。在網(wǎng)絡(luò)虛擬化應(yīng)用與管理中，大量的虛擬化數(shù)據(jù)流量通常在虛擬主機(jī)內(nèi)部流動，而不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)交換和管理設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備無法通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和線路流量來全面掌握網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行負(fù)荷和負(fù)載均衡情況，也無法監(jiān)測虛擬機(jī)、虛擬端口、虛擬交換設(shè)備的數(shù)據(jù)吞吐量和延遲，弱化了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對虛擬化網(wǎng)絡(luò)的可管理性。應(yīng)根據(jù)圖書館云系統(tǒng)運(yùn)營和讀者閱讀服務(wù)特點(diǎn)，利用虛擬化技術(shù)按照讀者權(quán)限、云服務(wù)業(yè)務(wù)特點(diǎn)、云系統(tǒng)功能區(qū)域進(jìn)行隔離，并降低虛擬網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和管理難度，確保云虛擬網(wǎng)絡(luò)安全、高效、彈性、自適應(yīng)、可集成和可擴(kuò)展。

2.5 確保虛擬化網(wǎng)絡(luò)的安全

虛擬化網(wǎng)絡(luò)安全是圖書館云系統(tǒng)正常運(yùn)營和確保具有較高讀者云閱讀滿意度的關(guān)鍵。在云圖書館虛擬化網(wǎng)絡(luò)安全管理中，除了在云數(shù)據(jù)中心和外網(wǎng)接口處設(shè)置相應(yīng)的安全監(jiān)控和管理設(shè)備、防火墻、網(wǎng)關(guān)等傳統(tǒng)安全設(shè)備外，還應(yīng)根據(jù)設(shè)備的工作性質(zhì)、用戶訪問特點(diǎn)、設(shè)備重要性、數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，將設(shè)備和用戶統(tǒng)一劃分為若干個(gè)Vlan進(jìn)行管理，對數(shù)據(jù)流經(jīng)的物理網(wǎng)絡(luò)、發(fā)送對向、接收權(quán)限進(jìn)行控制。此外，還應(yīng)對云數(shù)據(jù)中心管理網(wǎng)絡(luò)、存儲網(wǎng)絡(luò)、虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行Vlan劃分，在提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率的同時(shí)防范廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生，確保網(wǎng)絡(luò)具有較高的可管、可控性。第三，在云數(shù)據(jù)中心設(shè)備部署過程中，應(yīng)將涉及云系統(tǒng)正常運(yùn)營和用戶信息安全的服務(wù)器放置在軍事區(qū)，并設(shè)置相應(yīng)的安全級別和管理策略。將用戶訪問量大、工作效率要求高的服務(wù)器放置在非軍事區(qū)，以提高云圖書館的讀者訪問效率。第四，應(yīng)加強(qiáng)云圖書館安全制度的制定和實(shí)施，制定有效的安全管理策略和安全審計(jì)措施，并不斷提高管理員的安全觀念和技術(shù)水平。

3 結(jié)束語

云計(jì)算環(huán)境下，隨著云圖書館讀者個(gè)性化服務(wù)內(nèi)容的發(fā)展與服務(wù)模式的革新，對云網(wǎng)絡(luò)的安全、效率、可靠性和運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求，網(wǎng)絡(luò)成為影響圖書館云服務(wù)保障力和讀者云閱讀活動滿意度的關(guān)鍵因素。因此，只有緊密結(jié)合云技術(shù)變革方向、圖書館云基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢、讀者云閱讀需求、圖書館云閱讀服務(wù)保障模式，加強(qiáng)圖書館云網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的科學(xué)性、網(wǎng)絡(luò)管理的智能與自動化水平、網(wǎng)絡(luò)虛擬化建設(shè)的高效性、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營的安全與經(jīng)濟(jì)性，才能提高網(wǎng)絡(luò)對云系統(tǒng)運(yùn)營與讀者服務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹文芰?，為用戶提供滿意的云個(gè)性化數(shù)字閱讀服務(wù)。