网络虚拟化，掀起信息科学界又一轮技术的高潮

随着宽带网和云计算热潮的兴起，虚拟化成为当今最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使网络资源的利用达到最大化，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的有效整合、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连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需要将路由器虚拟化，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，使云计算中的计算、存储、应用和服务都变为可以动态扩展和配置的资源。

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。

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。

————本文节选自《网络虚拟化技术完全指南》