铁路虚拟化技术分析

【摘要】随着铁路信息化的发展，已经在铁道部，铁路局和火车站形成了三级计算机体系结构。由于信息技术基础设施比以前变得更复杂，以及急剧变化的应用程序需要系统平台变得更灵活和更具动态性，使得有必要为企业建立一个合理的信息资源管理基础设施。虚拟化技术只将物理资源看作逻辑资源，通过对主机，存储和网络这些异质资源的整合，它充分利用各种各样的资源。主要使用虚拟化技术以实现资源整合和信息共享，此外根据铁路信息化的实际情况，并且结合信息技术的发展和我们的研究，分别提出关于服务器虚拟化，存储虚拟化和网络虚拟化的具体政策。

【关键词】铁路信息化；虚拟专用网络；服务器虚拟化；存储虚拟化

0 引言

随着信息技术的发展，铁路的信息技术建设也取得了显著成效。信息技术基础设施在铁路行业已初步形成。铁路运输管理信息系统，中国铁路客票发售和预订系统，以及调度指挥管理信息系统等等，这些包括铁路系统的主要业务，已经建成并投入运用。一个相对完整的体系结构在铁道部，铁路局和火车站已经建立起来了，它确保和促进了铁路的创新和发展。然而，信息系统在不同的时间被建立，并没有集成到一个统一的系统。信息资源具有的异构，分布不均和多源的特点是由于缺乏战略计划和统一的技术标准。共享信息资源，发展综合应用以及确保最大化的利润是很困难的。在个别利用率低的部门分配最有用的资源是相当浪费的，并且在一定程度上限制了铁路信息技术建设的发展。发达国家的信息技术建设经历了从分离到系统整合的发展过程。与此相对应，虚拟化技术在近年来迅速发展起来。因此，中国铁路的信息建设应该符合虚拟化技术的发展趋势，同时也应该采取关于环境的计算机体系结构的虚拟化技术。从三个方面扩展虚拟化技术，以更精确的定义如何实施和应用虚拟化技术，同时提出服务器虚拟化，存储虚拟化和网络虚拟化的策略。

1 虚拟化技术

虚拟化在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。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，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，从而显著提高计算机的工作效率。

虚拟化技术是实现资源统一管理和需求服务的关键技术。统一管理意味着用统一的方式使用和管理资源，消除不同设备和资源地理分布的异质性。需求意味着资源应该被用来适合实际应用或者业务优先级。资源根据用户的需要为他们提供自主性和动态。虚拟化技术能够降低企业成本，是资源调配更加灵活。另一方面，资源和管理都被虚拟化技术进行虚拟。虚拟化技术具有整合异构服务器，仓库和网络的能力，以及充分利用各种各样的资源。虚拟化技术使得应用系统和信息基础设施之间的信息技术建设的责任更加清晰。

虚拟化技术具有两个功能。我们可以将物理资源看作一个统一的逻辑视图；同时虚拟化技术能够降低管理成本，优化其性能和提高效率。虚拟化技术的应用主要被分为三种，包括分支服务器虚拟化，存储虚拟化，网络虚拟化。

2 服务器虚拟化及其策略

2.1 服务器虚拟化

服务器虚拟化就是将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器，我们不再受限于物理上的界限，而是让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”，从而提高资源的利用率，简化系统管理，实现服务器整合，让IT对业务的变化更具适应力。服务器虚拟化的目的是使服务器资源分配更合理。根据应用系统的需要，我们从两方面将我们的讨论集中于服务器虚拟化。一方面，我们能够将一个物理服务器看作几个逻辑服务器。用户在这些逻辑服务器上运行不同的操作系统和应用系统是没有问题的。分区是最典型的技术之一。另一方面，我们也可以把一些物理服务器看作是一个逻辑服务器。它是可行的，用户能把这些分离的物理服务器作为一个整体使用，同时服务器资源能够被充分的利用。最典型的应用就是网格。

服务器分区有两种：物理分区和逻辑分区。中央处理器，内存和输入/输出系统是通过分区技术部署的。不同的分区运行不同的操作系统或者操作系统的不同视角。分区技术显示了一个良好的性能以及在高利用率水品上使用信息技术基础设施。当一个分区服务器停止了，其他分区服务器可以继续工作。是因为每个分区时自我管理。在分区技术中，最小的资源单位是包括独立的中央处理器和输入/输出系统的元件。虚拟机械技术可以在一个物理服务器上创建多个虚拟服务器。在安全环境的保护下，每个虚拟服务器可以运行重要的企业应用。

2.2 策略

根据铁路信息系统的各种情况，我们提出多种服务器虚拟化的解决方案和技术。分区技术被用于低成本系统中，它能够满足扩展性和灵活性的需求。集群技术被用于同质化的信息系统中，它们相互之间是紧密联系的。集群充分利用服务器资源，实现分布式系统的动态负载平衡以及分享多个分离物理服务器。首先，在服务器虚拟化的实施中，同质服务器能施行如下异构服务器的服务器虚拟化策略。与此同时，网络服务器首先被共享，其次是应用服务器和数据服务器被共享。

着眼于服务器体系结构的发展趋势，尽管一些是客户机/服务器模式，但是很多信息系统是浏览器/服务器体系机构或者构建三层模式。在三层体系结构中，用户能直接使用超文本标记语言和网络进行交流，应用服务器处理数据和业务逻辑，数据服务器被用来存储。三层结构体系不仅仅有利于使铁路基础设施建设的系统更加可靠和安全。而且也有助于灵活性和扩展性。基于浏览器/服务器模式的应用系统能够在没有重新构架的系统体系结构的情况下，便利地进入整个体系结构。一个典型的例子，它使该系统更加灵活和具有更高性能，同时新的网络服务器增加到了体系结构的网络集群中。它为接入网络提供了更可靠和安全的环境。位于不同体系结构层次的服务器连接到相应的网络，应用于不同的安全机制。

在铁路系统服务器的安排计划中，由于数据服务器对关盘的输入/输出系统需要高处理能力，同时网络服务器和应用服务器对网络接入和业务逻辑需要高性能，所以数据服务器和应用服务器应该被用来因为害怕它降低性能的效用而避免被整体安排。

3 存储虚拟化及其策略

3.1 存储虚拟化

存储虚拟化是指存储设备或者存储系统应该和作业系统分开，以及应该为用户提供虚拟存储池。存储虚拟化的关键性技术是物理设备映射到虚拟存储池。存储虚拟化系统将虚拟层添加到习惯性的存储结构体系，同时把多个存储单位视为一个虚拟存储池。用户通过虚拟层提供的接口将输入/输出请求发送给存储虚拟池。虚拟层处理这些映射到特殊物理存储单元的请求。

根据体系结构中的虚拟存储层的位置，存储虚拟化的实施分为三类：基于主机，基于网络，以及基于节点。从存储的发展趋势来，基于网络的存储是未来的趋势。它分为两种模型：带内，带外。带内指的是虚拟化组件放置在主机和存储节点之间，而带外指的是虚拟化组件在数据通道之外并且通过光纤通道连接到主机。

3.2 策略

在存储上，二级数据中心应该建立在铁道部和铁路局。铁道部的数据中心应该建立一个能够满足所有数据服务器和应用服务器未来需要的环境。与此同时，结构体系将存储区域网络作为核心构架，开放系统的直连式存储和网络连接式存储作为辅助构架来使用。在数据中心的水平上，铁道部和铁路局的存储虚拟化技术应该首先建立。在存储设备的水平上，首先，均质设备可以进行存储虚拟化以及如下的异质设备的策略。

在此基础上，虚拟化模块设置在光纤交换器的组件上或者连接到一个单一的交换器设备。用户访问的存储空间是虚拟空间。许多小的或异质存储空间形成一个大的虚拟空间。如果所有的存储设备连接到作为一个整体的存储虚拟化结构体系，当用户购买新的存储设备时，他们不需要考虑设备的品牌或其他限制。用户只考虑设备提供的空间是否足够，以及其他问题是否能提交到虚拟层。如果现在所有的铁路存储设备以这种方式进行整合，存储设备在未来会有更高的能力去扩展。

4 网络虚拟化及其策略

4.1 网络虚拟化

网络虚拟化的内容一般指虚拟专用网络（VPN）。VPN对网络连接的概念进行了抽象，允许远程用户访问组织的内部网络，就像物理上连接到该网络一样。网络虚拟化可以帮助保护IT 环境，防止来自互联网的威胁，同时使用户能够快速安全的访问应用程序和数据。

网络虚拟化是指企业网络分为多个子网络，它们使用不同的管理和接入方式，以及用户能充分利用交换器的虚拟路由功能和提高网络资源的使用效率。同时，减少网络物理设备的数量，降低基础设施的成本和复杂性。

4.2策略

既然整个铁路的光纤网络已经完成，虚拟专用网络技术应该应用于从铁道部到铁路局的网络中。虚拟专用网络使用隧道技术转移特殊业务数据和为铁路业务系统提供不同的服务质量水平，比如数据传输速度，时间滞后，误码率，流量预测和流量控制策略等。根据业务的优先级，虚拟专用网络为重要数据提供可靠宽带，以此管理宽带和充分利用广域网资源。所有种类的数据将被实时合理的传输，与此同时，网络阻塞率应该被降低。例如，文本检索系统和铁路运输管理信息系统能够通过虚拟专用网路技术共享铁路骨干网络来传输数据。每个系统能够共享虚拟专用网路，使得网络管理和提高数据传输效率很方便。

除了那些必须被孤立的应用系统之外，虚拟局域网技术能够从铁道部应用到火车站。为了应用程序和设备的安全，虚拟局域网应该依据应用范围和功能划分。虚拟局域网的连接通过路由器实现。虚拟局域网比其他的局域网在管理方面更安全和灵活，以及它能够控制数据流量同时增加网络带宽的利用率。例如，为了解决网络带宽的冲突，虚拟局域网应该应用于综合信息网络不连接到逻辑视频信息，控制和管理火车站的信息。

在网络建设方面，网站服务器，应用服务器和数据服务器分为不同的子网络系统和虚拟局域网。除了这个，寻址，路由，域划分和安全政策都是基于网络结构体系的。所有的网协地址，子网络掩码，默认网关，域名系统应该按照相应的标准统一设置，所有的服务器使用非互联网络路由地址。

5 结论

网格是实现虚拟化的理想方法。所有的资源（包括硬件，软件，数据，仪器等）将被视为一个超级威力，与现有的资源和应用程序无缝整合。在动态网格环境中，资源被共享，工作被协同处理。现在，网格已经成为一个重要的研究方向。

信息技术和虚拟化的发展已经成为一个焦点，是因为虚拟化技术不仅仅降低企业成本，也提高使用效率。本文阐述了虚拟化技术和实施策略。但是在策略实施的过程中，它不仅采取了很多先进技术，也规范了管理各工作流程，与此同时，也需要强迫性的行政措施来确保实施。

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