什么是云基础架构?

云基础架构也就是云计算基础架构,即构建和支持云计算服务的基础架构。云基础架构指的是实现云计算需要的软件和硬件元素的组合。云基础架构包括存储、计算能力、供用户访问虚拟化资源接口以及网络。虚拟资源由网络交换机、存储集群、服务器等组件构成。

云基础架构的类型

云基础架构由第三方云服务提供商所拥有和管理,用户可以通过互联网按需访问这些资源。云服务提供商负责底层硬件和软件资源的维护和管理。云基础架构提供了高度的可扩展性和灵活性,用户无需购置昂贵的硬件设备,只需按使用量付费。

私有云基础架构由单个组织自行拥有和运营,可以部署在本地数据中心,也可以由第三方服务提供商管理。私有云为组织提供了更高的控制力和定制化能力,能够满足特定的安全性和合规性要求。但与云基础架构相比,私有云的初始投资和运维成本较高。

混合云基础架构结合了云基础架构和私有云的优势,允许组织根据具体需求在两种云环境之间灵活分配工作负载。这种方式为组织提供了更大的灵活性,可以利用云基础架构的可扩展性和私有云的安全性控制。混合云架构通常需要更复杂的管理和集成。

多云基础架构指的是在单一异构架构中使用多个云计算服务,旨在减少对单一供应商的依赖,提高灵活性,并降低灾难风险。这与混合云不同,混合云是指多种部署模式,而非多个云服务。

云基础架构组件

物理服务器

云基础架构的核心组件之一是物理服务器。物理服务器指的是实际的、有形的单独服务器硬件设备,它由处理器、内存、存储设备等硬件组件构成。这些物理服务器通常位于云服务提供商管理的大型数据中心内,或者也可能部署在客户自身的内部数据中心中。物理服务器为云基础架构提供了计算能力的基础,是云计算服务的硬件支撑。

 物理服务器

虚拟化

虚拟化技术是云基础架构中不可或缺的一个关键技术。通过虚拟化,单个物理服务器可以运行多个虚拟机 (VM),每个虚拟机都像一台独立的计算机一样运行。这种技术可以最大限度地利用物理硬件资源,实现资源的共享和优化利用,从而提高资源利用率、降低成本。虚拟化使得云基础架构具有灵活性和可扩展性,用户可以根据自身需求快速扩展或缩减计算资源。这种灵活性和可扩展性不仅提高了 IT 资源的利用效率,还有助于减少云基础架构的硬件采购成本和能源消耗。

 虚拟化

贮存

存储设备是云基础架构中不可或缺的另一个重要组成部分。云服务提供商广泛使用各种存储设备,如硬盘驱动器 (HDD)、固态硬盘 (SSD) 等,用于存储用户的数据和文件。为满足不同用户的多样化存储需求,云服务提供商提供了多种存储选项:

  • 块存储: 将存储分区为多个块,适用于运行操作系统或需要持久数据的应用程序
  • 文件存储: 提供基于文件的共享存储,适用于大型软件部署或多用户访问场景
  • 对象存储: 通过 Web 服务接口存储和检索数据,适用于存储大量非结构化数据 用户可以根据自身的应用场景和需求,灵活选择适合的云存储解决方案,充分利用云基础架构提供的存储资源。
 贮存

使用云基础架构的优势

企业采用云基础架构可以获得诸多优势,包括降低成本、提高数据安全性、可扩展性强以及良好的灾难恢复能力等

使用云基础架构可以让企业无需投资购买和维护昂贵的硬件和实用程序 企业只需根据实际使用情况按需付费,从而大幅降低运营成本 无需支付硬件折旧、维护和升级等费用,节省了大量支出

云基础架构具有出色的可扩展性和灵活性 企业可以根据业务需求的变化轻松增加或减少云资源容量 无需耗费大量时间和资金购置新硬件或扩展现有基础设施 可以快速响应市场变化,满足不断变化的带宽和存储需求

云服务提供商采用了多层次的安全防护措施 包括物理安全、网络安全、数据加密等多重保护 能有效防止数据泄露、硬件损坏等安全风险 确保企业数据的机密性、完整性和可用性

云基础架构提供了强大的灾难恢复和业务连续性能力 通过在不同地理位置部署多个冗余站点实现数据备份 一旦发生硬件故障或自然灾害,可快速切换到其他站点 最大程度减少业务中断时间,保障关键应用的持续运行

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如何设计和部署云基础架构

利用云服务提供商的资源

设计和部署云基础架构的关键在于利用云服务提供商的资源。云服务提供商如亚马逊云服务(Amazon)在全球数据中心提供按需虚拟机、存储和网络等资源。客户可通过公共互联网或专用虚拟私有网络连接到这些云资源。

采用云原生计算方法

云原生计算是一种利用云计算构建和运行可扩展应用程序的方法,通常涉及使用容器、微服务和无服务器功能等技术,通过声明式代码进行部署。这些云原生技术可实现松散耦合、弹性和可观察的系统,并支持高度自动化管理。

使用云管理平台

云管理平台提供了跨多个云环境(包括公有云服务和私有云服务)管理应用程序部署和运行的能力,有助于在不影响功能深度的情况下实现云服务之间的一致性。云工程师需要掌握云技术、实现高可用性和可扩展性、处理安全性以及应用敏捷原则等关键技能。

选择合适的云基础架构采用模式

在部署云基础架构时,组织可以选择不同的云基础架构采用模式,如公有云服务、私有云服务或混合云服务,以满足特定的运营需求。关键组件包括服务器、网络、存储以及数据库和内容分发网络等托管服务。

云基础架构的监控和管理方法

云基础架构的监控和管理是一个复杂的挑战。托管云环境的用户无法完全掌控设备,也缺乏对云架构的完全可见性和控制权。与此同时,传统的基于专用系统关系和架构构造的管理基础架构并不适合云计算的动态特性。相反,云计算需要可适应、可扩展和可定制的监控和管理工具。

云管理平台的作用

对于大规模云实施,企业可能需要更强大的云管理工具,包括能够从单一参考点管理多个平台的能力,或用于自动化应用程序生命周期管理等智能分析功能。高端云管理工具还应具备自动处理系统故障的能力,如自我监控、显式通知机制以及故障转移和自我修复功能。 云管理平台 (CMP) 可跨多个云环境提供广泛的云管理功能,管理分布在多个云环境中的云服务和资源。CMP 旨在在不影响功能深度的情况下,实现跨平台的一致性。CMP 的关键功能包括事件管理、资产清单和分类、成本管理以及迁移/备份/灾难恢复。

云管理平台的作用

混合云环境的管理挑战

混合云环境(结合不同类型的云服务)在安全性、预算管理和跨云政策权限管理等方面带来了额外的管理挑战。CMP可通过提供统一平台来管理跨多个云基础架构的应用程序部署和运营,从而帮助解决这些混合云管理需求。

混合云环境的管理挑战

云监控和管理工具

与传统解决方案类似,管理员可以从集中式仪表板访问所有信息,并从该仪表板对云资源进行故障排除、管理、配置和更新。现代远程监控和管理 (RMM) 软件的核心优势在于其可扩展性,因为基于云的 RMM 解决方案可以随着业务的发展而扩展。 亚马逊云服务 (Amazon) 通过 Amazon CloudWatch 提供了强大的 RMM 解决方案。CloudWatch 是一项全面托管的服务,可监控 Amazon、本地和其他云上的资源和应用程序。借助 CloudWatch,用户可以收集、访问和分析应用程序数据和资源,并使用强大的可视化工具,无缝集成 70 多种 Amazon 服务以实现优化监控、可扩展性和可观察性,并利用 CloudWatch 仪表板提供的可操作见解来排除故障。

云监控和管理工具

云基础架构的安全性如何保证

云基础架构的安全性是通过云服务提供商和云客户之间的共同责任模式来保证的。以下是一些关键方面

云服务提供商必须确保其基础架构的安全性,并保护客户的数据和应用程序。这包括对可以物理接触服务器的员工进行彻底的背景调查,定期监控数据中心以发现可疑活动,并实施适当的数据隔离和逻辑存储隔离。他们还必须制定业务连续性和数据恢复计划,以确保在发生灾难或紧急情况时能够维持服务并恢复数据。

云客户必须采取措施来加固其应用程序,使用强密码和身份验证措施。只有在实施了正确的防御措施(如威慑性控制(如政策、程序、标准)和预防性控制(如访问控制、加密))来保护云环境并减少攻击影响时,云安全架构才有效。

云服务提供商还提供了一系列安全服务和工具,帮助客户加强云安全,如身份和访问管理、漏洞管理以及威胁检测和响应。此外,云基础架构旨在满足最高的数据保护和安全要求,云服务提供商定期通过第三方验证符合各种行业标准。

客户在云中的责任级别取决于他们选择的特定云服务。例如,在基础架构即服务 (IaaS) 模型中,提供商负责保护底层基础架构,而客户则负责保护其应用程序和数据。客户必须实施正确的配置和访问控制来保护云中的数据。

云基础架构与云架构

云基础架构是构建云环境所需的基础工具和资源。它包括硬件资源(如服务器、存储设备和网络设备)以及软件资源(如虚拟化技术、操作系统和中间件)。通过虚拟化技术,这些资源被整合并通过网络进行共享,为云计算系统提供所需的计算、存储和网络能力。

云基础架构的关键组成部分

虚拟化技术是云基础架构的关键组成部分,它允许多个虚拟机或容器在单个物理主机上运行,从而最大化资源利用率。常见的虚拟化技术包括虚拟机监控程序(如 VMware ESXi、Microsoft Hyper-V)和容器技术(如 Docker、Kubernetes)。

存储资源为云环境提供数据存储能力,通常采用高可用、高性能的存储解决方案,如网络连接存储(NAS)、存储区域网络(SAN)和对象存储。

网络资源则负责互连云基础架构中的各个组件,确保计算资源和存储资源之间的通信,并为最终用户提供访问云服务的网络通道。

而云架构则是构建云系统的蓝图和指导原则。它定义了云系统的技术组件及其相互关系,确保这些组件能够协同工作,为应用程序提供所需的计算、存储和网络资源。云架构还关注云系统的可扩展性、高可用性、安全性和成本效率等方面的设计。

可扩展性确保云系统能够根据需求动态扩展或缩减资源。

高可用性通过冗余和负载均衡等机制,最大限度地减少系统中断时间。

安全性包括身份验证、授权、加密和合规性等方面的考虑。

成本效率则旨在优化资源利用,降低运营成本。

总之,云基础架构为云系统提供了必需的硬件和软件资源,而云架构则规定了如何组织和利用这些资源,以构建高效、可靠、安全的云环境。

云基础架构的发展历程

云基础架构经历了从传统本地基础设施到现代云计算基础设施的发展历程。整个发展过程可以概括为以下几个阶段:

为了解决传统本地基础设施的问题,基础设施即服务 (IaaS) 应运而生。IaaS 允许企业通过互联网按需访问虚拟化的计算资源,如服务器、存储和网络等,而无需购买和维护物理硬件。这种模式极大地提高了资源利用率,降低了成本,并提供了灵活的扩展能力。

为了解决传统本地基础设施的问题,基础设施即服务 (IaaS) 应运而生。IaaS 允许企业通过互联网按需访问虚拟化的计算资源,如服务器、存储和网络等,而无需购买和维护物理硬件。这种模式极大地提高了资源利用率,降低了成本,并提供了灵活的扩展能力。

随着云计算技术的不断发展,云基础架构也在不断演进。现代云基础架构不仅包括 IaaS,还包括多种服务模式。云基础架构还融合了容器、微服务、无服务器等新兴技术,使应用程序的开发、部署和运维更加高效、敏捷。

云原生基础架构是云基础架构发展的最新阶段。它旨在充分利用云计算的优势,通过微服务架构、容器化、DevOps等实践,构建可移植、可扩展、高度自动化的应用程序。云原生基础架构能够更好地支持敏捷开发、持续交付和自动化运维,帮助企业加快创新步伐,提高运营效率。

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