1 微軟資料中心建設之道

微軟在資料中心業務領域一直扮演改革者和先驅者的角色。目前微軟自有業務和公有云資料中心在全球已經超過30個，物理伺服器數量超過百萬之巨，為全球廣大客戶提供Microsoft Azure、Office 365、Bing、Xbox Live、Skype、SkyDrive、Outlook郵箱等上百種主流雲服務，微軟已成為世界最頂級的資料中心運營商之一和雲服務提供商之一。這些資料中心不是一朝一夕建成的，而是耗時二十多年，歷經四代的最佳化和創新而發展起來的，每座資料中心都堪稱“高大上”，不僅規模龐大，穩定可靠，而且設計優良，更是節能先鋒，在資料中心建設方面首屈一指，引領潮流。

微軟從1989年開始著手建立自己的資料中心，因為那時的資料量並不大，微軟相應的第一代資料中心規模也並不大，資料中心設計也鮮有創新，但是微軟仍然堅持資料中心為戰略性投資，以支撐微軟在資料中心不斷增長的服務。2007年微軟在昆西建設的第二代資料中心彰顯著微軟加速向超級資料中心發展的策略，讓微軟加速跑進百萬伺服器俱樂部。昆西資料中心是微軟第一個第二代資料中心，佔地70 000多平方米，規模堪比10個足球場，為業界樹立了資料中心新的標準。第二代資料中心追求的是高密度計算、穩定、安全和節能。該資料中心坐落在瓦納普姆水電站旁邊，充分享受著水力發電的便利和清潔能源的環保，並同時引進水冷輔助資料中心降溫。透過高密度部署和綜合降溫方式，微軟第二代資料中心的能耗PUE（Power Usage Effectiveness，能源效率指標）為1.5，在當時業界處於絕對領先的水平。

微軟在第二代資料中心建設的基礎上，使用模組化建設，同等規模資料中心建設週期大為縮短。2009年，微軟在芝加哥建成第一個第三代資料中心。芝加哥第三代資料中心使用集裝箱模組存放物理伺服器，伺服器是定製的，設計成1U高和標準寬度一半的尺寸，每個集裝箱容納的物理伺服器達到2400臺之多。這些內建了高密度伺服器的集裝箱沉重但是不笨重，集裝箱拉到資料中心後，可透過導軌輕鬆移動就位，只要將水電網模組接入就位的集裝箱即可實現快速的組裝。我們可以從圖1所示看到芝加哥資料中心的縮影。

圖1　微軟芝加哥第三代資料中心

芝加哥第三代資料中心更加環保，該資料中心採用了大型的冷水機組，佈置的冷卻水管長度達到12公里，PUE達到1.25，在綠色資料中心道路上邁出了關鍵的一步，為行業所稱讚。

不僅於此，微軟資料中心發展之路並未停止，2010年在都柏林建成的第四代資料中心，具有劃時代的意義。第四代資料中心採用了IT-PAC（IT Pre-Assembled Component，IT預裝配件）模組，將UPS、配電裝置和伺服器裝置配置成不同的集裝箱模組，在資料中心進行快速的組裝，使得同規模資料中心的部署週期縮減到之前的一半。更值得一提的是，藉助都柏林地理位置和氣候的優勢，位於都柏林的第四代資料中心採用天然冷氣輔助降溫，整個資料中心環繞著冷氣管道，管道深入到集裝箱內部，將從外部抽進來的冷空氣輸送到各個IT-PAC模組。都柏林資料中心規模龐大，號稱伺服器農場，但PUE卻僅為1.15，是真正的綠色IT資料中心。微軟都柏林資料中心也一改以往人們對資料中心高碳排放的負面印象，並於2010年問鼎歐洲最佳資料中心的稱號，樹立了資料中心新的里程碑。我們可以從圖2所示看到都柏林資料中心的縮影。

圖2　微軟都柏林第四代資料中心

微軟還在不斷擴張資料中心的規模和最佳化資料中心的設計，面對這些恢宏的資料中心，微軟並沒有採用人海戰術來管理，而是使用先進的技術和流程有條不紊地管理著這些伺服器，數以百萬計的伺服器由微軟全球基礎服務（Global Foundation Service，GFS）集中遠端監控。雖然芝加哥資料中心的伺服器超過了10萬臺，但是資料中心現場包括安防人員也只不過三四十號人。

微軟這些大型的資料中心及其伺服器透過高速的網路為全球使用者提供海量的計算和儲存，不論是Microsoft Azure和Office 365這些企業級的雲服務，還是Outlook郵箱和Xbox Live這些消費級服務，訪問量和使用量都已達到上億甚至十億以上級別，並處於一個不斷上升的過程。正如微軟資料中心業務總經理凱文蒂蒙斯所說，身處資料中心聽到的“嗡嗡”的轟鳴聲正是網際網路心跳的聲音。

2　微軟混合雲之路

人們對混合雲（Hybrid Cloud）的定義層出不窮，在筆者看來，混合雲並不是什麼新技術，而是一種由公有云和私有云組合成的新的表現形式。類似於現在國家重點發展的油電混合動力汽車，電動機動力不是全新的技術，內燃機動力也由來已久，二者形成新的動力組合，混合雲也透過整合了私有云和公有云各自的優勢資源組成新的雲的形式。就像現在汽車混合動力技術發展了清潔燃料和太陽能能源技術一樣，公有云也衍生了社群雲、園區雲和託管雲等規模稍小的公有云。為了界限清晰地講述混合雲，我們暫且把社群雲、園區雲和託管雲統統歸為公有云。本質上，混合雲的實現是混合必要的IT資源，每個使用者的混合雲都有不同的資源混合比，按照不同的資源混合比，筆者將混合雲分為如下幾類。

輕度混合雲。輕度混合雲具體表現為，使用者自己建立了自己的SDDC資料中心執行企業主要的業務系統，這類業務的系統和資料完全由企業自己掌控；將部分業務系統部署在公有云，客戶部署在自己的私有云和公有云的系統並沒有資料和訊息的交換和移動，但是實現了將私有云/公有云資料離線災難備份到公有云/私有云。輕度混合雲除了可以借力公有云的各項優勢，還可以使用公有云的PaaS和SaaS得天獨厚的資源，比如使用微軟公司Azure的IoT Hub、移動服務、Hadoop、媒體服務、機器學習等用於測試和生產。輕度混合雲可以使用統一的管理介面實現特定公有云和私有云的統一管理，比如統一的檢視和基本的啟停操作。中度混合雲。中度混合雲具體表現為，使用者自己建立了自己的SDDC資料中心執行企業部分業務系統，並且將部分業務系統部署在公有云，使用者將自己的SDDC資料中心網路和自己在公有云的私有虛擬網路透過S2S VPN隧道連線起來，讓客戶部署在自己的私有云和公有云的系統實現無縫的資料和訊息的交換和移動。比方說將業務系統的前端和後端分別部署到公有云和私有云，並同步實現了將私有云/公有云資料線上非同步災備到公有云/私有云。但是受到Internet頻寬這個硬條件的限制，在中國內地，實現大量資料和訊息的交換和移動的實時性並不理想，對於一些輕量級資料和訊息的應用還是可以期待的。中度混合雲可以使用統一的管理介面實現特定公有云和私有云的統一管理。高度混合雲。高度混合雲具體表現為，在中度混合雲基礎之上，實現更為統一和自動化的管理，包括統一管理不同的公有云，實現全面的監控。更重要的是，私有云和公有云實現了共享類似的框架和廣泛的開發語言，開發的應用可以統一部署到私有云和公有云，虛擬機器可以按需遷移，形成一個融合貫通的結構。對於客戶來說，無論業務執行在哪個位置，都是一樣的，在他們看來是“One Cloud”。

高度混合雲目前還是個理想的目標，但是現在已經有客戶進入輕度混合雲階段，並向中度混合雲邁進。縱觀整個行業，資料中心的形式也是混合存在的，包括傳統、私有云、公有云，而且這種形式會存在相當長一段時間並且呈現類似於正態分佈的形態，如圖3所示。對於每一個已經運營自有資料中心多年的客戶來說，不需要制定100%上雲的目標，而是混合傳統、私有云、公有云3種形式，並以漸進式的變化達到類似於正態分佈的形態。

圖3　傳統、私有云、公有云正態分佈形態

混合雲是微軟不懈追求的目標，微軟已經提供了我們早已熟悉的混合雲服務，包括Office 365和On-premise Office服務（郵件、協作和Office程式）以及Dynamic CRM Online和On-premise Dynamic CRM等服務。幾年前，微軟提出了Cloud OS的概念，在形式上看，Cloud OS不是一個具體的Windows或者Linux作業系統，它超越了System OS，System OS只能實現伺服器的管理，而Cloud OS管理的最小量級是資料中心，Cloud OS負責組建資料中心的網路、儲存、計算和應用。Cloud OS和SDDC理念高度一致，Cloud OS兼顧了私有云、公有云、服務商雲3種形式，微軟SDDC和其他廠家的SDDC所不同的是，Cloud OS目標在於構建混合且一致的雲平臺，將用於微軟自己公有云裡的技術框架和設計思路傳承到私有云和服務商雲，如圖4所示。微軟在建設大型資料中心的過程中積累了豐富的SDDC經驗和完善的PaaS及SaaS服務，Cloud OS的重點在於指導基礎結構的建設。Cloud OS指導包含了來自微軟公有云的直接的技術傳承，比如用於Azure的虛擬化和SDN技術，SDS技術以及雲門戶、雲資源框架（Windows Azure Pack和Microsoft Azure Stack）等；也包含了資料中心的設計思想，比如高可用設計、Spine-Leaf（葉脊）組網結構、故障域設計等；同時輔助以一致的開發介面和UI風格傳承，從內到外，從使用體驗到介面都保持著高度的一致。

圖4　Cloud OS一致的平臺

Cloud OS將微軟公有云技術、框架、開發介面和UI風格傳承到服務商雲和私有云，但這隻完成了混合雲的第一步，在這一步，僅能實現輕度混合雲。微軟的混合雲還不僅於此，微軟公司內部透過SDN技術BYON（Bring Your Own Network，自帶網路上雲），讓使用者在上雲的過程中更方便。只要在Microsoft Azure裡定義好虛擬子網，虛機便可從客戶自己的資料中心遷移到Microsoft Azure，並仍然保留著原來的IP地址，減少了遷移的設計和準備工作量。同時，Microsoft Azure SDN技術包含了HNV閘道器（Hyper-V Network Virtualization，簡稱為HNV，本文中HNV和Hyper-V網路虛擬化是同一個意思），用於提供S2S VPN服務，讓客戶資料中心透過S2S VPN隧道和自己在Microsoft Azure裡的虛擬子網互通。連線客戶自己資料中心和Auzre資料中心VPN隧道是實現中度混合雲的基礎，同時讓混合雲的管理也變得更加直接。Cloud OS能將技術傳承複製到服務商雲和私有云，意味著客戶私有云和服務商雲同樣能依靠S2S VPN隧道連通，因此在Cloud OS技術體系裡構建的混合雲畫像也變得更加完整。如果不存在異構平臺，不考慮網路頻寬的問題，Cloud OS構建的混合雲已經非常接近高度混合雲了。

3　微軟SDDC發展之計

開啟電腦，你會發現軟體正在“統治”著世界，資料中心也不能例外，隨著資料中心的規模越來越大，網路越來越複雜，儲存量越來越膨脹，應用可用度要求越來越高，無論是雲伺服器提供商還是企業使用者，對SDDC的青睞日益明顯。微軟在某些新技術領域屬於倡導者，大家可能並不熟悉，最早的並被廣泛認可的SDN組織ONF（Open Networking Foundation）就是由微軟、谷歌和Facebook聯合發起的，ONF用於定義SDN標準和推動SDN的產業化，由此可見微軟在SDN的積極性。微軟在SDDC概念被提出來之前，便提出了資料中心轉型（Transform the Datacenter）的構想，並同時提出了Cloud OS雲作業系統的概念。資料中心轉型和SDDC的目標和技術實現如出一轍，微軟長期實踐著“Transform the Datacenter”的目標，微軟眾多龐大的資料中心“硬朗”的外表裡透過雲作業系統植入了SDDC這顆“柔軟的芯”。資料中心設計理念和思路在不斷更新迭代，所使用的軟體技術也不斷推陳出新。微軟不僅自身在實踐著資料中心轉型的目標，還希望將目標帶給客戶。20年磨一劍，Windows Server鍛造出了很好的資料中心基因，尤其在基礎架構層面的影響力，我們可以從活動目錄談起，從檔案伺服器談起，從Windows Server所支援的具有龐大使用者群的Exchange Server和SQL Server談起……總之，在x86市場佔有絕對優勢的Windows Server一直默默耕耘，緊跟技術發展趨勢，Windows Server 2008實現了軟體定義計算（伺服器虛擬化）的從0到1，Windows Server 2012實現了SDS和SDN的從無到有，Windows Server 2016則初步實現了容器技術。

在SDDC的時代，百家爭鳴，技術各有所長，然而技術本身都有相通性，我們可以從別人那裡看到自己的影子。Windows Server也完成了幾次華麗的轉身，Windows Server作為構成雲計算浪潮的一部分，伺服器虛擬化對傳統物理伺服器的衝擊非常明顯，Hyper-V作為微軟SDDC的當家者，隨著Windows Server 2008釋出首度進入虛擬化領域到現在，技術越來越全面，越來越成熟，贏得了越來越多的客戶的青睞。

微軟Hyper-V不斷髮力，依靠成熟的功能和完善的技術獲得了不錯的反響。微軟虛擬化表現得怎麼樣呢？我們不妨用Gartner報告進行簡單的分析，Windows Server 2008剛釋出就備受關注，一舉進入Gartner高等級象限，充分被分析師和市場所看好。Windows Server也不負眾望，憑著快速的客戶增長和技術的快速更新，在Windows Server 2008 R2釋出不久便一個健步越到了虛擬化魔力圖第一象限，在之後幾年時間裡不斷提高市場佔有率，其功能不斷完善和成熟，我們不妨仔細看看圖5。

圖5　Gartner x86伺服器虛擬化魔力象限圖

2015到2016年，Windows Server伺服器虛擬化憑著不俗的表現穩穩佔據著Gartner魔力象限的第一象限，並且不斷向第一象限更具挑戰性的位置攀升。在2016年秋季釋出的Gartner魔力象限裡微軟伺服器虛擬化和VMWare的距離進一步縮小，如圖6所示。

圖6　Gartner 2015～2016年虛擬化魔力象限圖

雲時代的下一波浪潮衝擊的就是儲存領域，微軟涉足儲存領域要從Windows Storage Server談起，Windows Storage Server主打為企業提供NAS儲存，主要透過OEM的渠道提供。雖然Windows Storage Server 2003到2008 R2這幾年裡積累了一定數量的客戶，但不慍不火的市場沒有表現微軟在儲存方面的堅定決心。21世紀10年代SDDC的概念被提出來，傳統和新興的儲存公司紛紛豎起軟體定義儲存的旗幟，一時熱鬧不已，呈現百花齊放的趨勢。2012年，微軟猛然發力，在Windows Server 2012引入儲存空間技術，正式向業界宣佈其涉足軟體定義的儲存領域，讓很多人充滿了期待。和伺服器虛擬化一樣，一個顛覆式的變革技術總是讓人躊躇不前，一邊展望著新技術帶來的各種驚喜，一邊對新技術的能力也抱有一定的懷疑。在Windows Server 2012釋出不久，筆者加入聯想並有幸參與了微軟SDDC私有云專案，我們大膽地摒棄了傳統的SAN儲存方案，轉而使用Windows Server儲存空間和SMB 3.0軟體定義的儲存。在實踐中我們體會到Windows Server SDS的靈活性，以及成本上的優勢，Windows Server貫穿SDDC的堆疊，上至虛擬化，下到儲存，一脈相承，讓管理變得尤為簡單。Windows Server 2016的釋出帶來了新的氣象，第二代SDS繼承了Windows Server 2012 SDS的功能，保留了共享SDS結構的同時兼顧分散式結構和超融合結構，如果說Windows Server 2012實現了SDS的0到1，那麼Windows Server 2016正努力走在實現1到100的路上。

只要接觸過Windows Server，對微軟在終端網路方面的技術應該不會陌生，將Windows Server DNS和DHCP作為企業解析服務和IP地址分發服務的企業不勝列舉。而微軟在這一畝三分地裡一耕耘就是十幾年，除了不斷改善DNS和DHCP服務之外，Windows Server還在網路其他方面不斷地探索——RRAS服務提供路由和VPN服務，並在RRAS基礎上使用Direct Access構建無縫的VPN體驗；IP地址管理（IPAM）功能，用於發現、監控、審計以及管理企業網路IP地址空間和相關基礎架構伺服器的框架。Windows Server除了正在不斷擴充套件網路能力，為了完善伺服器虛擬化還在和網路硬體廠家就某些技術點展開深度合作，SR-IOV，VMQ，vRSS，IPSec任務解除安裝、QoS等虛擬化網路加速技術正逐漸整合在伺服器虛擬化裡。微軟在Windows Server 2012上第一次開始了SDN技術的嘗試，並聯合Intel、HP等公司共同開發了NVGRE Overlay隧道封裝協議，結合RRAS閘道器技術和硬體閘道器技術實現了較為完整的SDN服務。Windows Server 2016 SDN使用了使用更為廣泛的Overlay隧道協議——VXLAN，並同時新增了NFV投資。

可以說，SDDC是一個逐漸拿走別人乳酪的過程，拿走的不僅僅有IT硬體裝置廠家的乳酪，還有傳統軟體廠家的乳酪，乳酪的主人要做的不是去維持現在的乳酪，而是積極地去創新，去挖掘，以適應這個不斷變化的世界。Windows Server SDDC已經邁開了堅定的一步，某些模組的技術已經非常成熟，某些模組仍需要進一步提高和改進。

4　微軟SDDC雲落地之策

如果說雲計算帶來了資訊時代的戰國爭雄的局面，那麼合縱連橫將是一個戰略制高點，合縱連橫的策略的推手就是SDDC，SDDC打破了傳統資料中心軟硬體各自維護自己陣營的局面。在資訊時代，合縱連橫的目的不是為了一家獨大，而是互通有無，整合資源，形成一個完善的雲生態。作為x86主流作業系統的廠家，微軟最初和Intel形成了堅固的Wintel聯盟，也不乏和AMD、Lenovo、HP、DELL、LSI、Broadcom等硬體廠家的深度合作。

在SDDC發展的道路上需要有更加深遠的視野，在合縱方面微軟的表現有：加緊和各大伺服器廠家緊密協作，讓Intel-VT和AMD-V技術加速Windows Server虛擬化的普及；Cisco Nexus、5Nine、NEC、InMon等網路技術廠家實現了Hyper-V虛擬交換機的擴充套件能力；在網路層面起草並聯合Intel、HP和DELL正式提議NVGRE Overlay隧道協議幫助實現SDN；微軟和JBOD廠家、x86伺服器廠家以及儲存控制器廠家合作進一步實現I/O虛擬化，推進SDS的發展。

在SDDC發展的道路上也需要有更加廣闊的視野，微軟公司在連橫方面表現有：微軟跨平臺的策略，微軟在全面進軍雲時代的同時，以更加開放的姿態迎接雲計算的發展，積極擁抱開源和異構，並努力在以下3個維度做好落實。在雲的維度，Microsoft Azure平臺不僅有Windows Server虛機，還有Linux虛機on Azure，Microsoft Azure不僅支援.NET，還支援JAVA、PHP、NodeJS等開發語言，Azure所支援的關係型資料服務不止SQL Server，還有Oracle和MySQL；在作業系統維度，Ubuntu on Windows和PowerShell in Linux的訊息一個接一個；在資料庫維度，SQL Server不再只運行於Windows Server之上，還能執行在Linux作業系統之上。

當然，除了從深度和廣度合作，微軟也在努力鍛鍊內力，不斷更新技術的同時也在加強和夥伴的合作，合作伙伴也不僅限於前面所列的軟硬體廠家，還包括微軟原有的合作生態圈，這些生態圈透過整合或者二次開發為滿足客戶的需求走完最後一公里。在SDDC方面，微軟透過和國內外大量的合作伙伴構成Cloud OS Network（COSN）生態圈來幫助SDDC架構設計和落地，而構建在SDDC基礎上的新興的大資料、機器學習以及IoT等方面也湧現出大量的合作伙伴。

本文節選自《軟體定義資料中心：Windows Server SDDC技術與實踐》

內容簡介

本書是國內第一本講解微軟Windows Server軟體定義資料中心的中文圖書，書中系統、全面地介紹了微軟Windows Server軟體定義資料中心各個模組的概念、技術和架構，書裡凝結了作者近幾年使用Windows Server SDDC的經驗和對相關技術的思考。

本書的主要內容包含Windows Server軟體定義的高可用群集、Windows Server SDS、Windows Server SDN和Windows Server虛擬化以及Windows Server容器等關鍵模組，並剖析了微軟資料中心以及混合雲發展策略和現狀，以及客戶使用Windows Server SDDC的實際案例。

本書的內容強調理論性和實用性的結合，在介紹技術、架構的同時合理安排了一些精心設計的結構圖、技術原理圖和環境檢視以及詳細編排的使用命令，以幫助讀者快速理解Windows Server SDDC技術。

本書適合廣大Windows Server新老使用者和致力於新一代軟體定義資料中心研究和建設的IT專業人士和架構師閱讀，既可作為學習Windows Server SDDC的入門圖書，也可以作為進階學習材料，還可作為Windows Server SDDC方案設計時的參考用書。