网络虚拟化技术完全指南 PDF下载

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网络虚拟化的大全宝典——主要包括：虚拟化基础知识、网络虚拟化基础、虚拟机、服务器虚拟化技术、桌面虚拟化技术、存储虚拟化、链路虚拟化、路由器虚拟化、虚拟交换机、云计算与虚拟化技术，以及云计算资源虚拟化技术。

权威解读网络虚拟化——系统和全面地反映了网络虚拟化的精髓、核心内容、基础知识、技术原理、系统构建、体系架构、设计思路、实现方法、部署策略、模式模型、典型案例、主要协议、管理平台、研究现状和**发展方向。

大规模分布式系统架构必备基础！云计算与虚拟化技术必读书！；

内容简介

本书系统和全面地反映了网络虚拟化的精髓、核心内容、基础知识、技术原理、系统构建、体系架构、设计思路、实现方法、部署策略、模式模型、典型案例、主要协议、管理平台、研究现状和**发展方向。详细论述了虚拟机的监控、热备份、动态迁移和自动部署；存储器件的动态分区和整合；资源的提供、发现、监控、选择、调度和部署；对链路聚合、虚拟接口切分、硬件分割和隔离、设备逻辑组合、虚拟集群及虚拟映射等关键技术。主要涉及网络虚拟化基础、虚拟机、服务器虚拟化、桌面虚拟化、存储虚拟化、链路虚拟化、路由器虚拟化，以及虚拟交换机、云计算及资源虚拟化等内容。

作者简介

敖志刚，江西新余人， 1982年7月和1987年7月先后在西北电讯工程学院和国防科技大学获学士和硕士学位，2002年以来为解放军理工大学教授。发表学术论文100余篇；出版专著和图书15部；获全国电子信息类优秀教材一等奖1次；获出版社优秀畅销图书荣誉多次；多次指导学生在国际和全国竞赛中获一等奖和二等奖；获军队和省部级科技进步奖9项；获国家授权专利4项；获中国科技人才荣誉称号1次；获军队育才奖和军队优秀专业技术人才岗位津贴各1次。研究方向为网络前沿技术和网络虚拟化技术。

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第1章 虚拟化基础知识 1
1.1 虚拟化的概念与优缺点 1
1.1.1 虚拟化的含义 1
1.1.2 虚拟化的优势和存在的问题 3
1.2 虚拟化技术的发展与应用展望 5
1.2.1 虚拟化发展历程 5
1.2.2 虚拟化技术的应用 12
1.2.3 虚拟化技术的发展趋势与
展望 14
1.3 虚拟化分类 17
1.3.1 从实现层次分类 17
1.3.2 按应用领域分类 19
1.3.3 按照可虚拟化的资源不同
分类 22
1.3.4 按系统虚拟机采用的技术
不同分类 24
1.3.5 按抽象对象的不同进行分类 28
1.4 虚拟化的设计与实现 30
1.4.1 虚拟化评估和设计流程 30
1.4.2 虚拟化构建方法 35
1.4.3 虚拟化技术的实现原理 37
1.4.4 虚拟化实现模式 38
1.4.5 创建虚拟化解决方案 42
1.4.6 著名的虚拟化软件 48
1.5 虚拟化体系架构 49
1.5.1 虚拟化实现的抽象层次架构 49
1.5.2 虚拟化群集的层次架构 52
1.5.3 Microsoft的Hyper-V虚拟化
架构 54
1.5.4 IBM Power虚拟化体系架构 56
第2章 网络虚拟化技术基础 60
2.1 网络虚拟化概况 60
2.1.1 网络虚拟化的技术背景 60
2.1.2 网络虚拟化的基本概念 61
2.1.3 网络虚拟化的基本特征 63
2.1.4 网络虚拟化的需求和
应用前景 67
2.1.5 国外在网络虚拟化方面的
研究现状 69
2.1.6 网络虚拟化研究面临的主要
挑战 74
2.1.7 网络虚拟化的关键研究问题 76
2.2 网络虚拟化模型 78
2.2.1 虚拟网络的运营主体模型 78
2.2.2 网络虚拟化分层模型 79
2.2.3 虚拟网络的结构模型 802.3 网络虚拟化的设备逻辑组合技术 83
2.3.1 N:1虚拟化设备组合技术 84
2.3.2 1:N虚拟化设备组合技术 86
2.3.3 N:1:M虚拟化设备组合技术 89
2.4 网络虚拟化的横向和纵向架构 90
2.4.1 网络虚拟化智能弹性（横向）
架构 90
2.4.2 网络虚拟化纵向架构 97
第3章 虚拟机 105
3.1 虚拟机的概念与原理 105
3.1.1 虚拟机的概念 105
3.1.2 虚拟机的主要特点和优势 107
3.1.3 虚拟机技术的应用领域
与场景 109
3.1.4 虚拟机分类 112
3.1.5 虚拟机的组件和构件 118
3.1.6 虚拟机监控器 119
3.1.7 虚拟机的模型和模式 120
3.1.8 主流虚拟机软件产品介绍 124
3.2 虚拟机的主要技术 128
3.2.1 虚拟机的技术要求 128
3.2.2 多核虚拟机监控技术 131
3.2.3 虚拟机双机热备份技术 133
3.3 虚拟机的迁移原理与方法 135
3.3.1 虚拟机迁移简介 135
3.3.2 虚拟机动态迁移的特点、
策略、要求与应用 138
3.3.3 虚拟机动态迁移的系统架构 140
3.3.4 Xen动态迁移的模块组成及
流程 141
3.3.5 共享存储的动态迁移 143
3.3.6 本地存储的动态迁移 145
3.3.7 虚拟机动态迁移方法 146
3.4 虚拟机部署 152
3.4.1 需求分析 152
3.4.2 虚拟机的执行步骤和生命
周期 153
3.4.3 多虚拟机的原理与配置 156
3.4.4 虚拟机部署体系结构和
功能分析 162
3.4.5 虚拟机部署的工作流程 165
3.4.6 虚拟机部署策略 166
3.5 Java虚拟机 168
3.5.1 Java语言与Java虚拟机 168
3.5.2 Java虚拟机的数据类型 171
3.5.3 Java虚拟机的系统结构 174
3.5.4 Java虚拟机的实现过程 181
第4章 服务器虚拟化技术 187
4.1 服务器虚拟化概述 187
4.1.1 产生原因 187
4.1.2 基本概念 188
4.1.3 服务器虚拟化的分类 189
4.1.4 服务器虚拟化的优势与不足 191
4.2 服务器虚拟化的分区技术 194
4.2.1 服务器虚拟化为何要分区 194
4.2.2 硬件分区技术 195
4.2.3 逻辑分区技术 198
4.2.4 IBM pSeries的逻辑分区 205
4.2.5 资源分区技术 212
4.2.6 动态分区迁移技术 213
4.2.7 不同厂商的分区技术比较 220
4.3 虚拟服务器整合技术 223
4.3.1 服务器整合与刀片服务器 223
4.3.2 服务器整合的有效途径 226
4.3.3 服务器整合的基本流程 228
4.3.4 虚拟化整合的体系架构 228
4.3.5 虚拟服务器整合的典型案例 233
4.4 CPU 虚拟化 2384.4.1 CPU 虚拟化简介 238
4.4.2 基于软件和硬件的CPU
虚拟化 240
4.4.3 CPU虚拟化要解决的主要
问题 242
4.5 内存虚拟化 242
4.5.1 虚拟内存和内存虚拟化 242
4.5.2 使用映射关系和页表 243
4.5.3 内核虚拟机（KVM）内存
虚拟化 246
4.6 I/O虚拟化 251
4.6.1 基本概念和研究的问题 251
4.6.2 服务器I/O的虚拟共享和
物理专用 254
4.6.3 I/O虚拟化的过程 256
4.6.4 虚拟机中的I/O模型 258
4.6.5 I/O虚拟化的实现方式 259
4.6.6 单－源I/O虚拟化 266
第5章 桌面虚拟化技术 273
5.1 桌面虚拟化概况 273
5.1.1 各种类型的桌面 273
5.1.2 桌面虚拟化技术的前身 276
5.1.3 虚拟桌面和桌面虚拟化 277
5.1.4 桌面虚拟化与服务器虚
拟化的区别 280
5.1.5 虚拟化桌面的分类 281
5.1.6 桌面虚拟化提供的功能
特性和优势 283
5.2 桌面虚拟化的技术与模式 286
5.2.1 桌面虚拟化的相关技术 286
5.2.2 桌面虚拟化的技术元素 289
5.2.3 桌面虚拟化的模式 291
5.2.4 一种典型的技术方案设计 294
5.3 桌面虚拟化的主要协议 297
5.3.1 远程显示协议——RDP 297
5.3.2 独立计算架构——ICA协议 302
5.3.3 基于IP的PC——PCoIP
协议 306
5.3.4 独立计算环境简单协
议——SPICE 309
5.3.5 桌面传输和显示协议的比较 312
5.4 虚拟桌面基础架构 314
5.4.1 什么是VDI虚拟桌面基础
架构 314
5.4.2 VDI 部署方式 314
5.4.3 VDI的组件架构 315
5.4.4 Citrix和VMware的VDI
组件架构 317
5.4.5 VMware公司的桌面虚拟化
产品VDI 318
5.4.6 VDI和SBC两大技术方案 322
5.5 桌面虚拟化的体系结构 324
5.5.1 桌面虚拟化的层次结构 324
5.5.2 面向云计算的虚拟化桌面系
统结构 328
5.6 虚拟桌面管理平台技术与设计 330
5.6.1 虚拟桌面管理平台的特点及
关键问题 330
5.6.2 虚拟桌面管理平台的拓扑
结构 331
5.6.3 虚拟平台开发框架和流程 332
5.6.4 管理平台功能模块的构建 333
5.6.5 桌面池管理 333
5.6.6 用户管理 335
5.6.7 用户组管理 336
5.6.8 桌面分配 337
5.7 桌面虚拟化的典型解决方案 338
5.7.1 用于某企业的虚拟桌面解决
方案 3385.7.2 VMware View经典桌面
虚拟化解决方案 342
第6章 存储虚拟化 350
6.1 存储虚拟化基础 350
6.1.1 存储虚拟化的概念 350
6.1.2 存储虚拟化的优缺点 353
6.1.3 存储资源和存储管理的
虚拟化 355
6.1.4 虚拟存储和存储虚拟化的
应用 357
6.2 存储虚拟化的主要技术 359
6.2.1 虚拟磁盘技术 359
6.2.2 一般性虚拟存储系统的模型 363
6.2.3 存储虚拟化的存储空间划分 363
6.2.4 虚拟存储抽象技术 364
6.2.5 存储虚拟化网络的重要技术 365
6.3 存储虚拟化的实现方法和方式 369
6.3.1 存储虚拟化实现的对象 370
6.3.2 存储虚拟化的实现方式 373
6.3.3 存储虚拟化实现的机制 378
6.4 远程虚拟磁盘设计 380
6.4.1 远程虚拟磁盘的概念与拓扑 380
6.4.2 系统总体架构与流程 380
6.4.3 系统模块设计 382
第7章 链路虚拟化 388
7.1 链路虚拟化技术介绍 388
7.1.1 概念、分类与作用 388
7.1.2 链路虚拟化的相关技术 390
7.1.3 链路虚拟化中的硬件设备和
虚拟机 392
7.1.4 支持链路虚拟化的网络模型 393
7.1.5 虚拟链路快速转发表及其处
理流程 394
7.1.6 链路虚拟化中转发表的映射
方式 395
7.1.7 链路虚拟化逻辑功能结构 396
7.2 链路聚合技术 398
7.2.1 基本概念 398
7.2.2 聚合链路的主要功能 402
7.2.3 链路聚合的模式 403

前沿

前言

随着宽带网和云计算热潮的兴起，虚拟化成为当今*基础且热门的关键技术之一。虚拟化就是用虚的软件来代替或者模拟实际存在的对象，把物理资源转变为逻辑上可以管理的资源的技术。这种技术正在全面地改变管理系统、存储、网络、安全、操作系统和应用程序的方式，并释放巨大潜力。网络虚拟化不仅因为它能将网络资源利用**化，还在于其高可靠性、灾难恢复、业务连续性、新应用的快速部署、创新的服务模式、集中管理、不间断备份、动态迁移、分布式协作、资源整合、资源的弹性扩展和资源综合调控等方面。
网络虚拟化是将多种硬件或软件网络资源及相关网络功能集成到一个可用的软件中统一管理和控制的过程，并将这些物理网络元素抽象为虚拟终端、虚拟节点、可编程接口或者虚拟链路之类的虚拟资源，然后由这些虚拟资源组建抽象的网络实例。网络虚拟化主要元素涉及虚拟机、服务器、桌面、存储、链路、路由器、交换机，以及云计算及其资源等方面。了解这些方面的技术原理和具体细节是成功部署网络虚拟化解决方案的基础，并且可以避免特定解决方案可能存在的隐患。
新的虚拟机技术能够实现在同一种物理硬件上运行多个操作系统，执行多套指令集，并使用多种编程语言和编译器实现新的体系结构。即虚拟出多台虚拟机，模拟出若干个软件，并配置出由若干台虚拟机组成的逻辑网络；服务器虚拟化将服务器物理资源抽象成逻辑资源，使一台服务器变为多台或相互隔离的虚拟服务器或者将多台服务器变为一台服务器来用，从而简化系统管理并实现服务器有效整合、迁移和部署；桌面虚拟化直接面向终端用户，能够在云中为用户提供远程的计算机桌面服务，使用户能够通过各种手段在任何时间和任何地点通过任何可联网设备访问到自己的桌面。并且可以在电脑原来桌面基础上创建一个新的桌面，成为客户安全接入网络个人桌面和传统IT办公的完善替代方案；存储虚拟化可以整合和管理所有已有的存储设备并形成一个存储池，然后根据用户的需求重新分配存储池的存储空间，有效地提高存储空间的利用率。从而实现存储系统大容量、高数据传输，集中、统一及方便的管理，以及存储、备份、转移和共享；链路虚拟化可把多条物理链路资源抽象为一条虚拟链路或者将一条物理链路切分为多条虚拟链路，从而满足网络柔性重组的需求；网络节点虚拟化首先路由器虚拟化，虚拟化路由器是构建未来互联网的核心设备，用其可以在一个物理网络上构建多个独立的虚拟网络。从而实现不同体系结构的并行运行，使一些新型互联网服务成为可能；交换机虚拟化指利用软件来抽象交换设备，实现逻辑划分。即改变现实计算机网络中的交换方式，提供速度更快、端口更多、安全性更好和交换服务更丰富的联机接口,它是构成虚拟平台网络的关键技术。云计算的应用必定基于虚拟化，只有在虚拟化的环境下云才是可能的。通过虚拟化可以组建自己的云数据中心，使云计算中计算、存储、应用和服务都变为可以动态扩展和配置的资源。
笔者在网络虚拟化技术领域工作多年，积累了比较丰富的知识和经验。本书从不同侧面和不同应用角度全面描述了相对深入的网络虚拟化的前沿技术和较新的研究成果，力求在创新性、前瞻性和应用性等方面有所作为。其特点表现在通俗、简练的概述和提要贯穿全书；尽量用实例和结构化的图例说明抽象的概念与原理；创造性地引进新的内容、新的技术、新的思想和新的观念，使知识结构达到合理，知识点和技能点相互融合，知识模块彼此交互且理论与实践紧密结合；在兼顾基础知识的同时强调实用性和可操作性；在写作手法上从不同来源多视角和多侧面进行考察、检验和论证概念、理论、知识、数据和结论，以确信其正确性。
网络虚拟化正在或将成为一项大众化的技术，如果读者希望立即实施任何网络虚拟化项目且忽略其规模，则本书可以提供所需知识；如果理工类高校的相关专业准备为本科生和研究生开设网络虚拟化课程，则本书是教材的**选择，实施这门课程已成为提高学生综合素质，培养高水平、复合型和创新型人才的一项重要举措。
本书的主要写作目的是让广大读者和专业技术人员在一本书中掌握网络虚拟化的基本内容、理论技术体系和工程实施经验，希望本书能成为读者学习的向导、工具和良师益友。通过本书的梳理和抛砖引玉进一步激发广大同仁对相关问题的思考和研究，把握业界前沿的科技和理念，全面了解网络虚拟化的强大功能和发展前景。本书将为读者打开一扇通往未来的窗户，带领读者走进虚拟化世界。以拓宽视野，完善知识结构，储备适用于未来网络产业的知识和技能。
本书通过宏观分析和研究网络虚拟化，以及精心选取素材和认真构思，从理论和实践相结合的角度系统地介绍了网络虚拟化的精髓、核心内容、基本理论和新技术体系。本书共11章，涉及虚拟化基础知识、网络虚拟化基础、虚拟机、服务器虚拟化技术、桌面虚拟化技术、存储虚拟化、链路虚拟化、路由器虚拟化、虚拟交换机、云计算与虚拟化技术，以及云计算资源虚拟化技术。其内容体系包含网络虚拟化的理论知识、技术原理、系统构建、体系架构、设计思路、实现方法、部署策略、模式模型、典型案例、主要协议、管理平台、研究现状和**发展方向等。本书从普及虚拟化知识开始详细论述了网络虚拟化的逻辑组合和纵横向架构；虚拟机的监控、热备份、动态迁移、自动部署和Java虚拟机；服务器的虚拟映射，以及动态分区和整合；桌面虚拟化的模式、主要协议、基础架构和管理平台；链路聚合、虚拟接口切分，以及硬件分割和隔离；虚拟路由器冗余协议和可编程性；虚拟交换机的典型结构和生成树协议；云计算中的虚拟集群、虚拟化云计算架构和设备逻辑组合；资源的提供、发现、监控、选择、调度和部署等关键技术。
本书构思新颖、体系完整、内容丰富、深入浅出、循序渐进且精益求精，并强调先进性、实用性和可读性，是网络虚拟化技术实现原理的全面展示和完全指南。本书适用于感兴趣的爱好者自学，也可作为高校学生选修课和专业培训的教材或教学参考书或者作为在信息领域学习的本科生和研究生的必修课教材或教学参考书。从事互联网规划、设计、安装、管理、维护、测试和试验的工程技术人员，以及网络与虚拟化研究、开发、教学的科研人员和教师也可通过阅读本书受益。
本书主要由敖志刚教授编著，参加编写工作的还有宫云祥、康兴挡、高健、余品能、吴海平、敖卫清、唐长春、张康益、王冠、王真军、毕衡光和王有成。敖志刚教授的妻子吴迎付出了许多汗水和劳动，解放军理工大学工程保障信息化教研中心的领导和同事给予了许多关爱，电子工业出版社的领导和同志给予了许多指点、帮助和辛勤周到的服务与工作，借此机会向他们表示衷心的感谢和敬意。
在编撰过程中尽管做出了巨大的努力，但由于我们理论水平和时间所限，对许多新知识的理解尚欠深入，因此错误与不妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

编著者
2015年7月

免费在线读

1.1 虚拟化的概念与优缺点
虚拟化作为一系列先进的技术和产品，掀起信息科学界又一轮技术的高潮。究竟什么是虚拟化？虚拟化技术类型有哪些？人们往往既清晰又模糊，仿佛看到它就在面前，可是又变幻着这样或那样的模样。
1.1.1虚拟化的含义
顾名思义，“虚”总是相对“实”而言的。所谓的“实”，也就是指看得见和摸得着的服务器、CPU等硬件产品及部分可视化软件等，用虚的软件来代替或者模拟这些实际存在的东西也就是虚拟化。
通俗地说，虚拟化就是把物理资源转变为逻辑上可以管理的资源，以打破物理结构之间的壁垒。虚拟化的对象是各种各样的资源，即将应用程序及其下层组件从支持它们的硬件中抽象出来，将网络的控制管理与数据平面的转发与交换进行有效分离并提供支持资源的逻辑化视图。虚拟化是一种过程，即将原本运行在真实环境上的计算机系统或组件运行在虚拟出来的环境中，并且不受资源的实现、地理位置、物理包装和底层资源的物理配置的限制。它是一个为了简化管理和优化资源的解决方案，经过虚拟化以后所有的资源都透明地运行在各种各样的物理平台上。资源的管理都将按逻辑方式进行，完全实现资源的自动化分配，用户可以在虚拟环境中实现其在真实环境中的部分或者全部功能。
虚拟化指各种实体有效地共享硬件资源，如一台服务器可以虚拟化成多台虚拟机共享硬件资源。例如，一种网络设备可以有很多虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN），多个网络共享一个端口。所有共享的内容均称为“虚拟化”，如输入/输出（Input/Output，I/O）虚拟化。一个机房中的所有电缆，如电源线、网络线和音频线只有一根线即可。一根线插入，所有设备联通称为“cable虚拟化”，即共享硬件资源。
虚拟化技术通过对硬件和软件的划分或整合，部分或完全地对物理机器进行模拟或仿真，将计算资源合并或切分成一个或多个运行环境。虚拟化技术的绝妙之处在于经过虚拟化后的逻辑资源对用户隐藏了不必要的细节，终端用户在信息化应用中感觉不到物理设备的差异、物理距离的远近及物理数量的多少，按照自己正常习惯操作执行需要的信息资源调用和交互即可。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统。在每一个操作系统中都可以运行多个程序，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响。例如，当前只有一台计算机。通过虚拟技术在用户看来却是多台，每台都有其各自的CPU、内存和硬盘等物理资源。
虚拟化技术与多任务及超线程技术完全不同，多任务指在一个操作系统中多个程序同时并行运行。在虚拟化技术中可以同时运行多个操作系统，而且每一个操作系统中都有多个程序运行，每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上。而超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能，这两种模拟的CPU不能分离，只能协同工作。
虚拟化的基础是虚拟机（Virtual Machine，VM），指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能并运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统及软件容器。它可以运行自己的操作系统和应用程序，正如一台物理计算机。虚拟机的运行完全类似一台物理计算机，它包含自己的虚拟（即基于软件实现的）CPU、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）硬盘和网络接口卡（Network Interface Card，NIC）。
现有的虚拟机系统通过在现有平台（裸机或操作系统）上增加一个虚拟层虚拟机监视器（Virtual Machine Monitor，VMM）来实现，VMM是一个系统软件，可以维护多个高效且隔离的程序环境。它管理计算机系统的真实资源，为虚拟机提供接口。一些VMM安装在已有操作系统（Operating System，OS）之上，原有操作系统为Host OS；在VM中运行的操作系统为Guest OS。VMM必须满足等价性（保真性）、安全性和高效性3个条件。
操作系统、应用程序和网络中的其他计算机无法分辨虚拟机与物理计算机之间的差异，即使是虚拟机本身也认为自己是一台“真正的”计算机。不过虚拟机完全由软件组成，不含任何硬件组件，因此它具备物理硬件所没有的很多独特优势。