从0了解云计算系列专题2—云计算驱动、优势、架构、组件与应用

在上一篇文章，我们详细探讨了云计算的定义、特征、部署和服务模型。点击浏览《从0了解云计算系列—云计算定义，特征，部署和服务模型》 但是，仅仅知道这些云计算的相关概念，还是远远不够的，本篇文章进一步探讨云计算目前的发展和应用情况，一窥云计算强大的商业潜力。

云计算从诞生至今，发展不可谓不迅猛，如此迅猛的发展速度，表明云计算拥有强大的发展驱动力，这些驱动力，依次如下：

云计算本身不是一蹴而就的，如何没有长久以来的技术积淀，云计算也不会成为现实，而这些技术的持续发展，又反过来推动着云计算的持续前行，这些发展的技术，包括：

通信技术：近半个世纪以来，通信技术的发展速度，可谓令人震惊。固网接入方面，从24M的DSL铜线接入，发展到了万兆的PON光纤接入。移动接入方面，从1M不到的GSM接入，发展到了10G的5G接入。从联网设备来说，从传统的计算机，发展到了手机、平板甚至万物互联的IOT设备。总的来说，通信技术的发展，让云计算的泛在接入（随时随地从任何设备接入云）成为了可能。

信息技术：信息技术的发展，体现了天下大势合久必分，分久必合的趋势，早期的信息技术是以大型机为代表的集中封闭式计算，中期的信息技术发展成为以个人计算机为代表的分布开放式计算，到了后期的信息技术也就是现代信息技术，是以虚拟机/容器为代表的集中开放式计算。这一系列过程，从集中，到分布，再到集中，也就是我们说的合久必分，分久必合，信息技术的发展，尤其是以虚拟机为代表的集中分布式计算，让云计算资源池化成为了可能。

随着互联网思维的逐渐深入人心，很多传统商业模式都发生了天翻地覆的改变，比如过往以现金结算为主的支付模式，转变成了现在的电子支付，过往以实体店购买为主的购物模式，转变成了现在的网上购物，以路边招手为主的打车模式，转变成了现在的在线打车。这些商业模式的转变，驱动着很多互联网公司转变思维，考虑更多的商业盈利点。

以亚马逊的AWS云计算为例，它是全球市场占有率最高的云计算产品，一开始亚马逊只是看到内部有很多闲置冗余的服务器资源，这些闲置的IT资源，不用的话，是很大的浪费，于是开始考虑，能不能将这些闲置的IT资源，面向用户开放使用，从中收取IT资源的使用费用，就这样AWS云计算也就诞生了。所以可以看到，云计算实际是一次互联网思维尝试下的产物，迄今为止，很多互联网公司，包括亚马逊，谷歌，腾讯，阿里，很多软件公司，包括微软，以及很多通信公司，包括华为，都开始部署并提供云计算产品，推动着云计算产业的不断发展与成熟。

书接前文案例，就算亚马逊推出了AWS云计算，如果没有实际的使用需求，即没有用户或公司，去购买使用亚马逊云计算产品的，那么AWS也不会有今天。这说明，云计算技术发展的前提是市场中确实存在着庞大的云计算使用需求，以至于亚马逊推出AWS云计算产品后，迅速风靡全球，现在几乎全球一半左右的公司企业都使用了各种各样的云计算产品；

这里说的需求驱动，就是传统的企业公司是以自建IT系统，独立使用IT资源的方式弊端很明显。自建IT系统需要在前期非常可观的IT设备购买资金，并且后期需要持续投入IT系统维护费用，这让很多初创公司 & 小公司不堪重负。云计算的到来，可以让公司企业等等用户，不需要再自建IT系统，只需支付少量的云计算使用的费用就可以直接购买使用云计算产品，使用云端的IT资源，省去了IT设备购买，以及IT系统维护的费用。

简单总结一下这部分内容，那就是：通信和信息技术的发展，让云计算成为了可能，商业利益的驱动，让越来越多的公司（云服务提供商）部署提供云计算产品，越来越多的市场需求驱动，让越来越多的公司（云服务消费者），使用云计算产品，三者结合，驱动着云计算的迅猛发展。

前文中，我们讲到，云计算凭借近二十年来ICT行业的技术积累与沉淀，已经具备了商业化部署的能力，但是商业化离不开一个新技术本身的优势。换言之，云计算这一新技术，必须有其强大的优势，才能得以大规模商业化使用，否则就会成为空中楼阁式的纯理论研究。

实际上我们已经提到了云计算技术的优势，这很好理解，如果云计算没有优势的话，自然不会有人使用云计算产品，云计算产业也不会发展到今天。反过来说，现在云计算产业发展如此迅猛，也印证了云计算的强大优势，这些优势，包括：

降低IT成本：云计算让公司企业从自建 & 自维护的IT系统中释放出来，无需支付庞大的IT系统建设和维护的费用，只需要缴纳少量的云计算使用费用。

提高IT使用体验：云计算让用户，可以随时随地，使用任何设备，通过Internet访问使用IT资源，让公司企业，从复杂的IT系统建设和维护中解脱出来。让公司企业，也能用得上ERP系统，CRM系统等高大上软件，而这些软件原本是很昂贵的，可以弹性申请使用IT资源，同时云计算又可以保证IT资源的安全性和可靠性。

综上，云计算大幅削减IT使用成本的同时，又大幅提高了IT使用体验，两相结合，使得传统的自建 & 自维护IT系统方式，显得一无是处，这也使得云计算产业如此迅猛的发展着。

需要说明的是，在云计算的商业化部署场景下，会涉及到诸多角色，比如云服务提供商；那么一个成熟的云计算商业化部署场景里，应该包括哪些典型的云计算相关角色，我们一起来看下，在NIST定义的通用云计算架构中，包括了几种云计算相关角色，如下：

云服务提供商：即提供云服务（云计算产品）的厂商，比如提供AWS云服务的亚马逊，提供阿里云服务的阿里巴巴，提供华为云服务的华为等；

云服务消费者：即租赁使用云服务产品的公司企业和个人消费者；

云服务代理商：即云服务产品的代理商，因为一个产品很难靠厂商自己去销售，所以通常厂商会寻找代理商，由代理商将产品销往全球。云服务既然是产品，自然也会有代理商，比如世纪互联就是微软Azure云服务的中国代理商，在中国范围内，代理销售微软Azure云服务产品；

云计算审计员：即能够对云计算安全性，性能，操作进行独立评估的第三方组织或个人；

云服务承运商：即提供云服务消费者到云服务产品之间连接媒介的厂商，通常云服务消费者是通过Internet访问使用云服务，所以Internet服务提供商，就是这里的云服务承运商，比如中国电信。

云计算已经具备了深厚的技术积累，和强大的技术优势，商业前景令人期待，凡此种种，历史都在呼唤着云计算中心的出现，那么一个云计算中心，应该是如何构成的呢？接下来，我们将深入探讨云计算中心的构成组件，及相关核心技术。

构成一个完整的云计算中心，需要有很多组件协同工作，其中云组件，主要包括：硬件组件和技术组件。硬件组件，指物理存在的IT基础设施，而技术组件，整合物理存在的IT基础设施，形成池化的IT资源池，并将IT资源池，交付用户使用。其中主要的云计算硬件组件（如下IT系统的基础设施层所示），包括：

计算资源：即服务器资源，服务器资源可以认为是IT基础设施中最重要的资源，因为所有的信息处理，都需要经由服务器完成，云计算这一名词里的计算，实际就是指的计算资源（服务器资源），目前通用的服务器，主要是基于X86架构的服务器，也有基于ARM架构的服务器。

想要形成一个庞大的IT资源池，自然需要海量的服务器资源，也就涉及到服务器资源的融合扩展，目前主要有两种资源扩展类型：

1.水平扩展，指服务器资源的横向扩展，即单个服务器性能可能比较弱，但是我们可以积攒海量的服务器，合起来可以获得庞大的计算资源与能力，水平扩展也被称为Scale Out；

2.垂直扩展，指服务器资源的纵向扩展，即提升单台服务器的资源规格与计算能力，比如华为的Fusion Cube，单台服务器就集成了计算，存储与网络资源，性能强劲，垂直扩展也被称为Scale Up。

综上，借由水平扩展和垂直扩展（水平扩展和垂直扩展，两者并不冲突，可以同时进行水平和垂直方向的资源扩展），可以融合海量的服务器资源，之后借助虚拟化技术，形成一个庞大的IT资源池，用户可以按需从该IT资源池中申请资源使用。

存储资源：即各类存储设备，对于公司企业来说，核心数据才是最有价值的，公司大楼可以倒掉，但只要公司的数据信息都还在，这家公司换一个大楼，还可以继续正常运作，所以对于公司企业来说，存储资源就很重要了，公司企业需要将源源不断的数据信息，及时存储到各类存储设备上。

目前存储设备的类型，主要分为：

1.直连存储（DAS），即服务器自身包含的存储设备，所有的服务器都会包含有存储磁盘，就像一台个人计算机，也会有500G或者1TB的存储磁盘；

2.服务器内部的存储磁盘（SAN），考虑到服务器自身包含的存储设备，容量和性能均有限，于是诞生了SAN技术，即将服务器内部的存储磁盘，放置到服务器外部，从而极大的提升了磁盘容量和性能；

3.NAS，这类存储设备也是放置在服务器外部的，和SAN很像，但是NAS自成体系，所以就算没有服务器，NAS本身也是一个独立的存储系统，任何客户端都可以独立访问该存储设备。

综上，存储资源，主要有DAS，SAN，NAS三种类型；另外需要指出的是，我们通常所说的软件定义存储，不是指DAS，SAN或者NAS存储设备，而是一种分布式的存储虚拟化技术。

网络资源：即各类网络设备，很显然云计算中心，包括了海量的服务器和存储设备，这些设备之间，是需要有网络连接的，以构成一个完整的云计算数据中心，而想要构建一个网络，连接众多的服务器和存储设备，自然少不了各类网络设备。

组建网络的网络设备，主要包括：

（1）交换机，用于构建二层网络的网络设备；

（2）路由器，用于构建三层网络的网络设备；

（3）防火墙，用于实现网络安全的网络设备；

（4）负载均衡器，用于实现服务器资源负载均衡的网络设备。

综上，借由各类网络设备，可以实现云计算中心所有设备之间的互连互通，形成一个完整的云计算数据中心，而一个完整的云计算数据中心，才能对外有条不紊的提供各类云计算产品。

分享完云计算硬件组件后，接下来我们继续分享云计算技术组件，包括：

计算虚拟化技术：主要是借助各种虚拟化技术，将物理的服务器资源，转化为虚拟机/容器这样的标准虚拟资源，彻底实现IT资源的池化，用户申请使用的都是虚拟化后的虚拟机/容器这样的标准资源，而用户并不会感知到底层的物理服务器资源。到目前为止，虚拟化技术已经有很多，部分是厂商私有的闭源虚拟化技术，部分是开源虚拟化技术，闭源虚拟化技术，我们可以暂时不讨论，著名的开源虚拟化技术，包括XEN和KVM技术，后续会有专门的文章，讲解各类虚拟化技术，敬请期待哦。

存储虚拟化技术：我们通常所说的DAS/SAN/NAS，只是不同的存储设备类型，并不是指具体的存储虚拟化技术，具体的存储虚拟化技术，是指将分散的各类存储设备，整合成一个虚拟化存储设备。

存储虚拟化技术很有用，因为云计算中心肯定含有海量的服务器设备，每一台服务器都带有存储磁盘，这时候可以借助存储虚拟化，将所有服务器内的存储磁盘，加以整合，虚拟为一个逻辑存储设备；所以存储虚拟化技术，或者成为软件定义存储，是一种典型的Scale Out技术（水平扩展技术）。

网络虚拟化技术，这里主要涉及两类技术：

网络虚拟化和网络功能虚拟化。网络虚拟化，指在底层物理网络（Underlay网络）基础上，创建多个虚拟网络（Overlay网络），这样不同的用户使用不同的虚拟网络，每个用户就好像在独占网络一样，不同虚拟网络之间，也会相互隔离；网络功能虚拟化，即NFV技术，是指通过软件实现具体的网络功能，然后将网络功能软件，部署在通用的服务器硬件上，实现网络功能与网络硬件之间的解耦。比如将传统的交换机Switch，转化为虚拟交换机vSwitch；将传统的防火墙Firewall，转化为虚拟防火墙vFW等。

现在，我们已经知道云计算的技术优势，商业优势，以及具体云计算中心的构成，那么最后一个问题就是，云计算中心，到底可以应用在哪些商用场景下，并为云服务提供商带来收益，为云消费者提供服务。

所以，最后我们看一下云的具体应用，因为一个再牛逼的技术，最终都是要落地使用的，没有优秀的落地应用方案，这样的技术，也终归是空中楼阁一样的存在；毫无疑问云计算，不是空中楼阁，因为迄今为止，已经有了众多的云计算落地应用方案，包括：

弹性计算云服务：这也是云计算最主要的使用场景，即公司企业按需申请IT计算资源（包括服务器，存储和网络资源），基于云端的IT资源，构建自己的IT系统；这样公司企业可以省去一大笔IT设备的购买资金，只需要支付少量的IT资源使用费用，弹性计算云架构如图所示：

存储云服务：存储云服务和弹性计算云服务，基本一致。区别只是计算云服务主要是面向公司企业提供计算资源（服务器资源），而存储云服务主要是面向公司企业提供存储资源，并且提供的存储资源，同样是弹性可伸缩的。这样公司企业不需要再购买各类存储设备（比如SAN，NAS设备等），而直接使用云端的存储资源，只需要缴纳少量的存储资源使用费用，存储云架构如图所示：

桌面云服务：该类云服务目前也是呈现出越来越普及的趋势；传统的IT办公，是每个员工，人手一台电脑，使用自己的电脑办公。但是这样的传统办公模式，存在各种弊端，员工手里的电脑，可能会出现故障，比如1万名员工，1万台电脑，万分之一的故障率，即意味着每天都有一台电脑故障，IT运维压力大，同时还存在信息安全风险，员工电脑里的信息，很容易泄露出去。

使用桌面云服务之后，公司员工不再使用电脑办公，而只需要一台轻量化的云终端设备，从云终端设备登录到云端的桌面云，在云端的桌面云上，统一集中办公；桌面云的优势也很明显：IT运维人员只需要统一集中维护云端设备和资源即可，运维压力减轻，同时员工手里只有一台云终端设备，该云终端设备并无数据信息，只是用来接入桌面云的，所有的数据信息，均存储在云计算中心，信息安全有保障，桌面云架构如上所示。

IDC托管云服务：虽然弹性计算云服务，已经极大减轻了公司企业的IT成本压力，但是并不会减轻公司企业的IT技术压力，因为如果使用的是弹性计算云服务，公司企业可以申请使用云端的IT资源（服务器，存储，网络资源），但是基于云端的IT资源，公司企业仍然需要专业的IT人员构建IT系统（比如ERP系统软件），之后才能使用IT系统，进行日常办公。

如果公司企业规模较小，没有能力构建专业的IT系统，这时可以考虑使用IDC托管云服务，即IDC托管云，已经集成了公司企业办公常用的各类软件系统，这样公司企业可以直接使用云端的各类常用IT系统软件（比如ERP系统软件），而不需要自建IT系统，IDC托管云架构如图所示：

企业私有云服务：企业私有云服务，和IDC托管云服务，基本如出一辙；主要的区别是，IDC托管云里的各类软件系统，是所有公司企业都可以共享使用的，当然存在严格的隔离限制，确保不同公司企业共用软件系统时，不冲突，每个公司企业都像独占使用该软件系统一样。

但是部分公司企业可能觉得不安全，和其他公司共用一套结算系统软件，就算技术层面，可以保证不同公司企业之间足够的安全隔离机制，在心理层面，也会觉得不安全，在此情况下，可以使用企业私有云服务，即公司企业独占使用云端的各类软件系统，就好像这个云是这个企业私有的一样，企业私有云架构如图所示（这个架构和IDC托管云架构基本一样）。

大数据分析云服务：部分公司企业存在着大数据分析的需要，比如金融行业就需要进行海量的客户资料分析，确认哪些客户是优质客户，哪些客户存在违约风险等。这类公司企业，就可以使用大数据分析云，在大数据分析云内嵌入大数据分析引擎（比如分布式计算平台Hadoop），帮助公司企业快速完成海量数据分析，大数据分析云架构如图所示：

数据库云服务：几乎所有的公司企业，都会用到各种各样的数据库产品，部分数据库产品价格昂贵，这使得小公司 & 初创公司，望数据库兴叹，想用却用不起。这时候，公司企业可以使用数据库云服务，在数据库云内嵌入各类数据库产品（包括商业关系数据库，比如Oracle，SAP，IBM，和开源数据库，如MPP、 OLTP Cluster等），公司企业可以灵活选择使用自己想要的数据库产品，数据库云架构如图所示：

媒体云服务：对于广播电视行业的公司，存在媒体资源的采集，编辑，播放控制，音视频转码，管理等各方面的软件处理需求。目前国内外业界都已纷纷推出媒体采集编播的专业化软件，但是这些专业化软件，存在两个弊端：软件本身价格昂贵和软件对于运行环境存在非常高的性能要求。如果公司企业购买使用这些专业化软件，无疑需要支付昂贵的软件费用和购买昂贵的高性能计算设备。

在此情况下，公司企业可以使用媒体云服务，在媒体云内嵌入各类专业化软件，同时依托于云端海量的IT资源，完全可以确保这些媒体专业软件的流畅运行，媒体云架构如图所示：

电信NFV云服务：对于电信行业公司来说，购买专业化的网络设备（比如路由器，交换机，防火墙等），无疑是一笔巨大的资金消耗，这些专业化的网络设备，一般均价格不菲。NFV的出现，无疑打破了这种格局，NFV提倡使用软件，实现各类网络功能（比如防火墙功能，负载均衡功能等），再将软件运行在通用的服务器硬件上（比如运行在虚拟机，或容器内），这样彻底实现网络功能与网络硬件的解耦，降低网络设备成本。

所以电信行业公司，可以使用电信NFV云服务，电信NFV云基于NFV架构，可以提供虚拟化网络设备，比如虚拟交换机vSwitch，虚拟防火墙vFW，虚拟负载均衡器vLB等，电信NFV云架构如图所示。

综上总结看来，云计算的落地应用，主要分为三大类：

（1）直接提供基础的IT资源，比如计算云，存储云服务，直接提供计算，存储资源；

（2）在IT基础设施层之上，提供各类软件系统服务，比如IDC托管云，企业私有云，均是提供办公类软件系统；桌面云，提供操作系统软件；数据库云，提供专业数据库软件；大数据云，提供专业大数据软件；媒体云，提供专业媒体软件；

（3）配合NFV架构，完成网络设备的虚拟化，提供虚拟化的网络设备服务，比如电信NFV云。

最后，简单的回顾一下：

本篇文章主要是进一步阐述了云计算的技术优势，商业潜力，云计算数据中心的构成，以及具体的云计算落地应用方案。如果说之前一篇文章，让我们知道了云计算的相关概念，那么这篇文章，进一步让我们知道了云计算的可行性（包括技术角度，和商业角度），以及具体落地的商业化应用方案，请大家持续关注，后续还有更多精彩内容哦。

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