摘 要：云計(jì)算作為21世紀(jì)的一種新興產(chǎn)業(yè)，服務(wù)范圍日益擴(kuò)大，對(duì)云計(jì)算的要求很自然地也就越來(lái)越高。從云計(jì)算的發(fā)展來(lái)看，云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展融合了分布式計(jì)算、并行計(jì)算、效用計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、虛擬化和負(fù)載均衡等傳統(tǒng)計(jì)算及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并逐步趨于理性發(fā)展階段，云相關(guān)的技術(shù)、應(yīng)用和服務(wù)也更加地成熟和完善。伴隨信息時(shí)代的高速發(fā)展，云計(jì)算又將面臨新的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用和安全等方面的挑戰(zhàn)。在把握云計(jì)算服務(wù)模式和部署模型等基礎(chǔ)概念基礎(chǔ)上，基于對(duì)云計(jì)算前景發(fā)展的思考，開(kāi)展對(duì)云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和數(shù)據(jù)安全探討。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；服務(wù)模式；部署模型；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；數(shù)據(jù)安全

中圖法分類號(hào)：TP393

云計(jì)算是基于分布式計(jì)算、并行計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算等傳統(tǒng)計(jì)算后出現(xiàn)的一種新的計(jì)算模式，作為一種新興資源使用和交付模式逐漸發(fā)展并為大家所知，隨著服務(wù)范圍的不斷擴(kuò)大，其隨時(shí)獲取、隨時(shí)擴(kuò)展、按需使用、依使用付費(fèi)等方面的功能很好地得以體現(xiàn)。與此同時(shí)，信息時(shí)代的高速發(fā)展也給發(fā)展日趨成熟的云計(jì)算帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。為此，在了解云計(jì)算服務(wù)模式和部署模型等基礎(chǔ)概念后，出于對(duì)云計(jì)算發(fā)展前景的思考，有必要對(duì)云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和數(shù)據(jù)安全等問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 云計(jì)算的定義及其服務(wù)模式和部署模型

1.1 云計(jì)算的定義。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（National Institute of Standards and Technology，簡(jiǎn)稱NIST）定義[1]：云計(jì)算是一種模式，能以泛在的、便利的、按需的方式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)可配置的計(jì)算資源（例如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)器、應(yīng)用和服務(wù)），這些資源可實(shí)現(xiàn)快速部署與發(fā)布，并且只需要極少的管理成不或服務(wù)提供商的干預(yù)。云計(jì)算模式具有按需自助服務(wù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)、資源集中、快速伸縮性、可計(jì)量的服務(wù)五項(xiàng)基本特征；軟件即服務(wù)（SaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）、基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)（IaaS）三種服務(wù)模式；公有云（Public Cloud）、私有云（Private Cloud）、社區(qū)云（Community Cloud）、混合云（Hybrid Cloud）四種部署模式。

1.2 云計(jì)算服務(wù)模式。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）對(duì)云計(jì)算的定義的明確了三種服務(wù)模式：軟件即服務(wù)（SaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）和基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)（IaaS）。

軟件即服務(wù)（SaaS）：消費(fèi)者使用應(yīng)用程序，但并不掌控操作系統(tǒng)、硬件或運(yùn)作的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)。是一種服務(wù)觀念的基礎(chǔ)，軟件服務(wù)供應(yīng)商，以租賃的概念提供客戶服務(wù)，而非購(gòu)買(mǎi)，比較常見(jiàn)的模式是提供一組賬號(hào)口令。

平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）：消費(fèi)者使用主機(jī)操作應(yīng)用程序。消費(fèi)者掌控運(yùn)作應(yīng)用程序的環(huán)境（也擁有主機(jī)部分掌控權(quán)），但并不掌控操作系統(tǒng)、硬件或運(yùn)作的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)。平臺(tái)通常是應(yīng)用程序基礎(chǔ)架構(gòu)。

基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)（IaaS）：消費(fèi)者使用“基礎(chǔ)計(jì)算資源”，如處理能力、存儲(chǔ)空間、網(wǎng)絡(luò)組件或中間件。消費(fèi)者能掌控操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)空間、已部署的應(yīng)用程序及網(wǎng)絡(luò)組件（如防火墻、負(fù)載均衡器等），但并不掌控云基礎(chǔ)架構(gòu)。

1.3 云計(jì)算部署模型。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的云計(jì)算定義中涉及了四種部署模型：公有云、私有云、社區(qū)云和混合云。

公有云（Public Cloud）：公有云服務(wù)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及第三方服務(wù)供應(yīng)者，開(kāi)放給客戶使用，“公有”并不一定代表“免費(fèi)”，但也可能代表免費(fèi)或極其廉價(jià)，公有云并不表示用戶數(shù)據(jù)可供任何人查看，公有云供應(yīng)者通常會(huì)對(duì)用戶實(shí)施使用訪問(wèn)控制機(jī)制，該服務(wù)既具成本效益又兼有彈性。

私有云（Private Cloud）：私有云具有許多公有云環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，兩者差別在于私有云服務(wù)中數(shù)據(jù)和程序都在組織內(nèi)管理，與公有云服務(wù)不同的是它不會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)帶寬和安全法規(guī)限制等影響。另外，由于用戶與網(wǎng)絡(luò)都受到特殊限制，私有云讓供應(yīng)者及用戶能更輕易掌控云基礎(chǔ)架構(gòu)，改善安全與彈性。

社區(qū)云（Community Cloud）：社區(qū)云是由許多利益類似的組織掌控和使用的，成員共同使用云數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序。

混合云（Hybrid Cloud）：混合云結(jié)合了公有云和私有云，用戶通常將企業(yè)非關(guān)鍵信息外包，在公有云上處理的同時(shí)能掌控企業(yè)關(guān)鍵服務(wù)及數(shù)據(jù)。

2 云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)想

2.1 云環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)初探。云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過(guò)這種方式共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備，主要是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)地增加、使用和交付模式，通常涉及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。人們常把云計(jì)算服務(wù)比喻成電網(wǎng)的供電服務(wù)，還有把云計(jì)算服務(wù)比喻成自來(lái)水公司的供水服務(wù)，用戶用電時(shí)有可能擔(dān)心別人會(huì)把電費(fèi)記到自己的賬單上來(lái)被多收錢(qián)，用水也有可能擔(dān)心自來(lái)水公司供水的水質(zhì)等有問(wèn)題。既然云計(jì)算是基于互聯(lián)網(wǎng)的這么一種計(jì)算模式，那么我們也可以把云比喻為網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)我們就沒(méi)有類似的擔(dān)心了嗎，例如它的架構(gòu)是否合理？我們所知道的傳統(tǒng)意義上的網(wǎng)絡(luò)是多以IP為核心來(lái)架設(shè)推進(jìn)的，其表現(xiàn)在控制功能上也比較分散，大量事實(shí)證明這樣一種方式已完全不能應(yīng)對(duì)現(xiàn)如今信息高速發(fā)展時(shí)代的大數(shù)據(jù)頻頻出現(xiàn)的浪潮。面對(duì)這樣的環(huán)境要求，我們應(yīng)重新思考和定位網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)以一種全新的思路探索新形勢(shì)下可以與之匹配的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來(lái)適應(yīng)需求。

2.2 從形式和配套設(shè)施上探索云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。（1）形式上改進(jìn)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容。由于云計(jì)算的發(fā)展實(shí)踐還處于初級(jí)階段，因此在形式上我們可以考慮對(duì)網(wǎng)絡(luò)做點(diǎn)文章。從網(wǎng)絡(luò)用戶體驗(yàn)和管理者控制兩方面著手，分析傳統(tǒng)IP架設(shè)的網(wǎng)絡(luò)，嘗試用新的內(nèi)容去更迭替代配置IP，可以從私有云先過(guò)渡到社區(qū)云，通過(guò)SaaS或IaaS等服務(wù)來(lái)作為信息回饋并作進(jìn)一步的導(dǎo)向處理；（2）配套設(shè)施方面變換控制方式。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件設(shè)施龐大，設(shè)置起來(lái)也比較復(fù)雜，管理控制難免稍顯繁瑣。為了更好的管控好節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息，應(yīng)該盡可能的嘗試少做設(shè)置，集中平臺(tái)控制，以求達(dá)到能把對(duì)數(shù)據(jù)的掌控做到張弛有度。如此一來(lái)可以說(shuō)是對(duì)硬件的配置要求從簡(jiǎn)了，從某種意義上來(lái)說(shuō)相反對(duì)軟件的要求提升了[2-4]。即便是這樣，就算以后想要對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)施擴(kuò)展那也容易很多。我們?cè)谥匦滤伎荚朴?jì)算的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時(shí)，出發(fā)點(diǎn)始終是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，基于這一點(diǎn)進(jìn)而尋求一種更好的方式去整合云網(wǎng)絡(luò)，必要時(shí)我們也可以考慮多種形式的交叉以求網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的穩(wěn)健安全高效[5]。

3 云計(jì)算的數(shù)據(jù)安全考慮

在現(xiàn)今的大數(shù)據(jù)和云計(jì)算時(shí)代，鑒于大數(shù)據(jù)量大、處理速度快、類型多樣，價(jià)值高等特點(diǎn)，要對(duì)這樣的數(shù)據(jù)做處理，從云計(jì)算的發(fā)展和對(duì)云計(jì)算的定義中我們不難發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)安全問(wèn)題便成了一個(gè)不可小覷的問(wèn)題，應(yīng)引起高度重視，細(xì)加考慮[6-8]。

3.1 網(wǎng)絡(luò)方面考慮。既然云計(jì)算基于互聯(lián)網(wǎng)又融合了虛擬化技術(shù)，那么我們可以從這兩方面著手考慮，盡可能將由此帶來(lái)的安全威脅或風(fēng)險(xiǎn)降至最低等級(jí)。（1）網(wǎng)絡(luò)層面上，在訪問(wèn)控制端設(shè)置權(quán)限訪問(wèn)；充分發(fā)揮云網(wǎng)絡(luò)大環(huán)境對(duì)任何可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)威脅的監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析等功能建立實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)威脅預(yù)防與監(jiān)控機(jī)制，并設(shè)置無(wú)代理防火墻；實(shí)時(shí)更新應(yīng)用軟件及時(shí)升級(jí)漏洞補(bǔ)丁；對(duì)關(guān)鍵重要數(shù)據(jù)做加密和完整性校驗(yàn)處理等；（2）虛擬化方面，首先應(yīng)考慮好按需要選擇要虛擬化對(duì)象，然后對(duì)對(duì)象按實(shí)際需要功能做虛擬化處理。在此僅對(duì)服務(wù)器虛擬和網(wǎng)絡(luò)虛擬做初步考慮[9，10]。1）服務(wù)器虛擬。在對(duì)服務(wù)器做虛擬時(shí)，尤其是在考慮架構(gòu)“開(kāi)放”式服務(wù)器時(shí)涉及到虛擬機(jī)遷移技術(shù)一定要注意。通常有P2V（物理機(jī)到虛擬機(jī)的遷移Physical-to-Virtual）、V2P（虛擬機(jī)到物理機(jī)的遷移Virtual-to-Physical）和V2V（虛擬機(jī)到虛擬機(jī)的遷移Virtual-to-Virtual）三種方式[11]。盡管遷移技術(shù)給用戶管理維護(hù)和升級(jí)服務(wù)器帶來(lái)了便利，也簡(jiǎn)化了服務(wù)器系統(tǒng)的管理維護(hù)，提高系統(tǒng)的負(fù)載均衡和容錯(cuò)能力及電源優(yōu)化管理，但無(wú)論選用哪種方式，在做服務(wù)器遷移時(shí)一定要充分考慮數(shù)據(jù)完整性和隱私性，特別是數(shù)據(jù)共享時(shí)的安全問(wèn)題[12]；2）網(wǎng)絡(luò)虛擬。網(wǎng)絡(luò)虛擬的一個(gè)核心功能是隔離，并可以隔離底層物理基礎(chǔ)設(shè)施，防止由任何虛擬網(wǎng)絡(luò)工作負(fù)載可能發(fā)起的任何攻擊影響底層物理基礎(chǔ)設(shè)施[13]。與之相關(guān)的，像我們知道的物理網(wǎng)絡(luò)一樣，虛擬網(wǎng)同樣也有分段，輔以與工作負(fù)載配置的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及防火墻來(lái)進(jìn)行預(yù)防任何可能的網(wǎng)絡(luò)攻擊，確保數(shù)據(jù)安全。

3.2 服務(wù)模式轉(zhuǎn)型方面考慮。在云計(jì)算的3種服務(wù)模式中，從應(yīng)用形式上來(lái)講平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）也算是一種特殊的軟件即服務(wù)（SaaS）。從目前云計(jì)算市場(chǎng)環(huán)境的發(fā)展來(lái)看，云計(jì)算服務(wù)處在一個(gè)過(guò)渡轉(zhuǎn)型階段，大部分選擇將軟件即服務(wù)（SaaS）轉(zhuǎn)移向基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)（IaaS）靠攏，甚至有部分考慮向平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）發(fā)展[14]。轉(zhuǎn)型無(wú)非為了求發(fā)展，求發(fā)展勢(shì)必又將迎來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，商家們看重的更多是機(jī)遇，而我們應(yīng)該考慮的則是因此而來(lái)的挑戰(zhàn)。回到云計(jì)算的數(shù)據(jù)安全上來(lái)，這無(wú)疑又是我們必須考慮的一個(gè)問(wèn)題。用戶通過(guò)Internet想要獲取需要的服務(wù)時(shí)，不管是選用哪種模式，難免不會(huì)因云計(jì)算發(fā)生諸如不容易部署、使用服務(wù)容易中斷，訪問(wèn)控制不嚴(yán)格、專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)異?；蚓W(wǎng)絡(luò)潛在的安全隱患等問(wèn)題而造成數(shù)據(jù)不完整或泄密等情況。因此在云計(jì)算服務(wù)模式轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，應(yīng)該充分考慮這些因素，建立一套健全且長(zhǎng)期有效能自測(cè)、監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)信息回饋鏈、及時(shí)管理與維護(hù)等的機(jī)制做保障，防患未然，時(shí)刻樹(shù)立良好的安全意識(shí)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更正改進(jìn)，減少不必要的損失和降低災(zāi)害發(fā)生的可能性[15]。

3.3 大數(shù)據(jù)背景下云計(jì)算選擇的經(jīng)濟(jì)效率方面考慮。在明了大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)之后，對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理前必須總體把握其三層總體架構(gòu)，即數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析。大數(shù)據(jù)類型復(fù)雜和海量由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層解決，高反應(yīng)時(shí)速與時(shí)效性要求由數(shù)據(jù)處理層解決，最后的價(jià)值則由數(shù)據(jù)分析層解決。基于大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下卷帙繁復(fù)的非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)，處理起來(lái)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模式明顯已然落伍，參考云計(jì)算的基本概念以及服務(wù)模式和部署模型等特點(diǎn)不難發(fā)現(xiàn)，云計(jì)算技術(shù)可以很好的將大量非結(jié)構(gòu)性和位置分散的海量數(shù)據(jù)以“云”的形式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)最終統(tǒng)一于云服務(wù)平臺(tái)中，并做相關(guān)處理以達(dá)到對(duì)所需數(shù)據(jù)作出快速準(zhǔn)確地收集整理并分析處理的反應(yīng)[16，17]，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用和信息的及時(shí)安全共享。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從云計(jì)算基礎(chǔ)概念著手，針對(duì)云計(jì)算將面臨的新技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用和安全等方面挑戰(zhàn)的問(wèn)題，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和數(shù)據(jù)安全方面做了相關(guān)探討，盡管我們不知道云計(jì)算將來(lái)會(huì)發(fā)展成什么樣，但就目前云發(fā)展的良好大環(huán)境而言，我們希望看到它發(fā)展越來(lái)越穩(wěn)健，能更好地服務(wù)我們的生活和生產(chǎn)方式，發(fā)展我們事業(yè)。為了云計(jì)算今后能發(fā)展地越來(lái)越好，下一步考慮將對(duì)云計(jì)算架構(gòu)的開(kāi)放性問(wèn)題展開(kāi)探討，以期進(jìn)一步整合云計(jì)算服務(wù)。

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作者簡(jiǎn)介：杜志林（1983-），男，湖北武漢人，理學(xué)學(xué)士，助理工程師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用和多媒體技術(shù)。

作者單位：北京師范大學(xué)珠海分校教務(wù)辦公室，廣東珠海 519085