超融合基础架构（HCI）数据中心

超融合基础架构（Hyperconverged Infrastructure，HCI）是一种集成了虚拟计算资源和存储设备的信息基础架构。在这样的架构环境中，同一套单元设备中不但具备计算、网络、存储和服务虚拟化等资源和技术，还包括备份软件、快照技术、重复数据删除、在线数据压缩等元素，而且多套单元设备可以通过网络聚合起来，实现模块化的无缝横向扩展，实现统一的资源池。超融合基础架构可以为数据中心带来**的效率、灵活性、规模、成本和数据保护。
《超融合基础架构（HCI）数据中心》作为为数不多的超融合架构图书，深入浅出地介绍了相关的知识和用例，并从独立于厂商的角度对各个厂商（比如Nutanix、VMware等）的HCI解决方案进行了对比。《超融合基础架构（HCI）数据中心》共分为7大部分，总计20章，内容涵盖了数据中心网络与存储基础、主机软硬件的演变、超融合基础架构、Cisco HyperFlex产品介绍、其他厂商的HCI产品介绍（比如VMware的vSAN和Nutanix的企业云平台）、超融合网络、公有云/私有云/混合云与多云等。
无论读者之前所涉技术领域是存储、计算、虚拟化、交换/路由、自动化，还是公共云平台，都可以通过《超融合基础架构（HCI）数据中心》来了解HCI的细枝末节（比如规划、集成、部署、管理、策略、安全等），从而为数据中心的设计、实施、部署和研发提供助力。

Sam Halabi是业内知名人士，在信息技术、多云、超融合、企业软件和数据中心领域拥有丰富的经验。Sam是一位值得信赖的技术顾问，可以在执行层面与客户建立良好的关系，擅长把负责的技术与商业利益联系起来。Sam多年来一直供职于美国和国际知名企业，负责领导售前、销售、咨询、营销和业务开发工作，旨在针对企业建立可扩展的数据中心。Sam是VirtuService公司的创始人，这家公司的主要业务是在私有云、混合云、公有云和多云领域提供客户服务和IT咨询服务。

1.业内知名技术专家Sam Halabi继《Internet路由结构（第2版）》之后的又一力作；
2.数据中心架构师兼超融合解决方案顾问练俊豪作序推荐；
3.从独立于厂商的角度对主流的超融合方案进行了详细对比。

本书内容：
理解并克服传统数据中心设计的关键限制；
发现因为计算、总线互连、虚拟化和软件定义存储领域的进步而可能带来的提升；
以Cisco UCS为基础来简化部署、管理以及与CI的集成；
了解HCI的功能、高级功能和好处；
评估关键的HCI应用，其中包括DevOps、虚拟桌面、ROBO、边缘计算、一级企业应用、备份和灾难恢复；
通过实施用于资源配置、部署和管理的新模型来简化应用部署和策略设置；
规划、集成、部署、配置、管理和优化Cisco HyperFlex超融合基础架构平台；
评估VMware vSAN、Nutanix、开源OpenStack和OVS/OVN等超融合架构替代方案，并与HyperFlex比较架构的差异；
比较Cisco ASC和VMware NSX方法在网络自动化、策略和安全方面的做法。

超融合基础架构（HCI）将存储、计算和网络整合到一个统一的系统中，并在本地或通过云端进行管理。借助于HCI，我们可以充分利用云的简洁性、灵活性和可扩展性，而且不会丧失或影响对系统进行扩展的控制能力。
本书揭开了HCI技术的神秘面纱，该书了HCI的用例，并从独立于厂商的角度对不同的解决方案进行了比较。通过学习本书，我们可以评估、规划、实施和管理HCI，理解HCI的意义所在，以及如何在不中断生产系统的情况下迁移传统的数据中心。
本书将技术从业人员和IT管理人员需要的所有HCI知识汇总到一起，无论他们的背景是存储、计算、虚拟化、交换/路由、自动化还是公共云平台。本书介绍的主流HCI解决方案包括Cisco HyperFle**台、VMware vSAN、Nutanix企业云、Cisco ACI、VMware的NSX、开源的OpenStack、OVS/OVN，以及Cisco用于多云管理的CloudCenter。
随着对自动化、策略管理和全天HCI关键功能的逐步了解，你将发现在提升控制、安全、敏捷性和性能方面隐藏着强大的新机会。

本书是Cisco Press出版的网络技术系列丛书之一，该系列丛书旨在为网络从业人员提供构建高效网络、理解新技术和打造成功职业生涯的宝贵知识。

第 1部分 数据中心网络与存储基础
第　1章 数据网络：当前的设计方案　2
1．1　数据中心的IT设备　2
1．1．1　网络设备　3
1．1．2　联网服务　3
1．2　多级数据网络架构　6
1．3　当前设计方案所面临的挑战　8
1．3．1　各级之间的流量比例不均　9
1．3．2　VLAN在扩展之后形成了扁平的大二层网络　10
1．3．3　各级之间的流量转发会导致延迟　10
1．3．4　对IP子网稀缺的问题束手无策　12
1．3．5　广播、未知单播和组播（BUM）流量的泛洪　14
1．3．6　使用生成树来防止网络出现环路　16
1．3．7　防火墙负担过重　16
1．4　展望　18

第　2章 存储网络：当前的设计方案　19
2．1　从存储的角度看多级设计方案　20
2．2　磁盘驱动器的类型　21
2．2．1　硬盘驱动器　21
2．2．2　固态硬盘驱动器　23
2．3　磁盘的性能　23
2．3．1　吞吐量与传输速率　24
2．3．2　访问时间　24
2．3．3　延迟与IOPS　24
2．4　RAID　26
2．4．1　RAID 0　26
2．4．2　RAID 1　27
2．4．3　RAID 1+0　27
2．4．4　RAID 0+1　27
2．4．5　RAID 5　28
2．4．6　RAID 6　29
2．5　存储控制器　30
2．6　逻辑单元号（LUN）　31
2．7　逻辑卷管理器　33
2．8　块、文件和对象级存储　35
2．8．1　块存储　35
2．8．2　文件存储　35
2．8．3　基于对象的存储　36
2．9　存储与服务器之间的连接　37
2．9．1　直连存储（DAS）　38
2．9．2　网络附属存储（NAS）　39
2．9．3　存储区域网络　40
2．9．4　iSCSI SAN　47
2．9．5　FCoE（Fibre Channel over Ethernet SANs）　50
2．10　存储效率技术　51
2．10．1　精简制备（Thin Provisioning）　51
2．10．2　快照　52
2．10．3　克隆（Cloning）　55
2．10．4　复制（Replication）　56
2．10．5　重复数据删除（Deduplication）　56
2．10．6　数据压缩　59
2．10．7　数据加密　60
2．10．8　存储分级（Storage Tiering）　60
2．10．9　缓存存储阵列　61
2．11　展望　62

第　2部分 主机软硬件的演变
第3章　主机硬件的演变　66
3．1　计算能力的提升　66
3．1．1　x86标准架构　67
3．1．2　单核、双核与多核CPU　67
3．1．3　物理核心、虚拟核心与逻辑核心　68
3．1．4　虚拟CPU　69
3．2　主机总线互联方式的演变　71
3．3　闪存产品的问世　74
3．3．1　闪存技术的发展　74
3．3．2　新一代存储阵列的缺陷　75
3．4　展望　77

第4章　服务器虚拟化　78
4．1　虚拟化层　79
4．1．1　类型1的Hypervisor　80
4．1．2　类型2的Hypervisor　81
4．1．3　Docker容器　81
4．2　datastore　83
4．3　虚拟化服务　87
4．3．1　服务器或节点集群　88
4．3．2　VM的迁移　88
4．3．3　高可用性　89
4．3．4　容错　90
4．3．5　计算负载均衡　91
4．3．6　存储迁移　91
4．3．7　存储负载均衡　91
4．3．8　配置与管理　92
4．4　虚拟交换　92
4．5　展望　95

第5章　软件定义存储　96
5．1　SDS的目标　97
5．2　在保留传统架构的同时提供新的特性　98
5．3　VASA（可感知存储的vSphere API）与VVol（虚拟卷）　100
5．3．1　使用VVol来创建粒度更细的卷　101
5．3．2　通过VASA学习存储阵列的功能　102
5．3．3　与基于存储策略的管理进行集成　104
5．4　展望　105
第3部分　超融合基础架构
第6章　融合型基础架构　108
6．1　Cisco UCS——迈向融合　109
6．2　融合的系统　113
6．2．1　融合系统的优势　115
6．2．2　融合系统的劣势　115
6．3　展望　117

第7章　HCI的功能　118
7．1　分布式DAS架构　119
7．1．1　分布式控制器　120
7．1．2　横向扩展架构　121
7．1．3　HCI的性能　121
7．1．4　在硬件发生故障时，通过复制的方式实现快速复原　122
7．1．5　文件系统　124
7．1．6　配置模型的变化　125
7．1．7　硬件加速　126
7．1．8　网络集成　126
7．2　高级数据存储功能　128
7．2．1　重复数据删除和压缩　129
7．2．2　纠删编码　129
7．2．3　为了灾难恢复而执行复制和备份　130
7．2．4　HCI安全　131
7．2．5　HCI的配置、管理和监测　132
7．3　展望　134

第8章　HCI业务优势与使用案例　135
8．1　HCI的业务优势　136
8．1．1　快速部署　136
8．1．2　基础设施更容易扩展　136
8．1．3　IT运维模型更加优化　137
8．1．4　系统管理更加简单　138
8．1．5　在私有云中达到公有云的敏捷性　138
8．1．6　用较低成本实现高可用性　139
8．1．7　初始成本低　139
8．1．8　总拥有成本（TCO）降低　140
8．2　HCI的使用案例　140
8．2．1　服务器虚拟化　141
8．2．2　DevOps　141
8．2．3　虚拟桌面基础设施　141
8．2．4　远程和分支机构环境（ROBO）　144
8．2．5　边缘计算　146
8．2．6　一级企业类应用　147
8．2．7　数据保护与灾难恢复　148
8．3　展望　150

第4部分　Cisco HyperFlex
第9章　Cisco HyperFlex　152
9．1　HyperFlex的物理组件　153
9．1．1　Cisco HyperFlex混合节点　155
9．1．2　Cisco HyperFlex全闪存节点　156
9．1．3　Cisco HyperFlex边缘节点　156
9．1．4　Cisco HyperFlex纯计算节点　156
9．1．5　Cisco UCS 6200和6300 FI（交换矩阵互联）　157
9．1．6　Cisco C220/240 M4/M5机架式服务器　158
9．1．7　Cisco VIC MLOM接口卡　158
9．1．8　Cisco UCS 5108刀片式机框　158
9．2　HyperFlex性能基准测试　160
9．3　与UCS集成　162
9．3．1　逻辑网络设计方案　162
9．3．2　服务模板与配置文件　163
9．3．3　vNIC模板　165
9．3．4　HyperFlex与外部存储的集成　167
9．4　Cisco HX数据平台　168
9．4．1　HX数据平台控制器　168
9．4．2　VMware ESXi环境中的HyperFlex　170
9．4．3　Hyper-V环境中的HyperFlex　171
9．4．4　支持Docker容器与卷驱动器　172
9．4．5　HyperFlex数据分发　174
9．4．6　读写操作的细节　181
9．5　高级数据服务　187
9．5．1　重复数据删除和压缩　187
9．5．2　快照　188
9．5．3　克隆　189
9．5．4　为实现灾难恢复，而与远程集群执行异步本机复制　190
9．5．5　在扩展集群中，通过同步本机复制来实现灾难恢复　190
9．5．6　与第三方备份工具进行集成　191
9．5．7　HyperFlex安全　192
9．6　展望　195

第　10章 部署、配置和管理HyperFlex　196
10．1　安装步骤　196
10．2　HyperFlex Workload Profiler　198
10．3　HyperFlex Sizer　198
10．4　管理、配置与监测　198
10．4．1　Cisco HyperFlex Connect HTML5管理界面　198
10．4．2　VMware vSphere Management插件　202
10．4．3　Cisco Intersight　203
10．5　展望　208

第　11章 HyperFlex的工作负载优化与效率提升　210
11．1　企业工作负载面临的问题　210
11．2　HyperFlex与Cisco Tetration　211
11．2．1　数据收集　213
11．2．2　Tetration分析集群　213
11．2．3　开放访问　214
11．2．4　使用数据　214
11．3　Cisco Workload Optimizer　215
11．4　Cisco AppDynamics　216
11．5　展望　218

第5部分　其他HCI产品
第　12章 VMware vSAN　220
12．1　vSAN的物理组件　221
12．2　vSAN超融合软件　222
12．2．1　对象文件系统　223
12．2．2　vSAN datastore　225
12．2．3　vSAN存储策略　225
12．2．4　缓存　229
12．2．5　I/O操作的具体过程　230
12．3　vSAN的高级功能　231
12．3．1　数据完整性　232
12．3．2　数据加密　232
12．3．3　重复数据删除与压缩　233
12．3．4　纠删编码（EC）　234
12．3．5　快照　234
12．3．6　克隆　234
12．3．7　在扩展集群环境中通过vSAN复制来实现灾难恢复　236
12．3．8　vSAN备份以实现灾难恢复　239
12．4　与传统SAN和NAS的集成　241
12．4．1　vSAN iSCSI目标　241
12．4．2　vSAN与VVol　241
12．4．3　支持SMB与NFS　242
12．5　容器的永久存储　242
12．6　vSAN的管理　242
12．6．1　图形化界面　242
12．6．2　简化安装　243
12．6．3　连接到云进行健康度检查　243
12．6．4　性能诊断　243
12．6．5　VMware更新管理器　243
12．6．6　vSAN vRealize Operations与Log Insight　243
12．7　vSAN与HyperFlex之间的对比　244
12．7．1　硬件的对比　245
12．7．2　纵向扩展　245
12．7．3　vSAN内核与基于控制器的解决方案　246
12．7．4　完全分布式与部分分布式文件系统　248
12．7．5　一对一重建与多对多重建　249
12．7．6　增加纯计算节点　249
12．7．7　高级数据服务　249
12．7．8　管理软件　250
12．7．9　网络互联　251
12．8　展望　251

第　13章 Nutanix企业云平台　252
13．1　Nutanix企业云平台　253
13．2　ECP超融合软件　254
13．2．1　分布式存储矩阵　254
13．2．2　Nutanix集群组件　256
13．2．3　物理驱动器的分割　257
13．3　I/O路径　258
13．3．1　写入I/O　259
13．3．2　读取I/O　259
13．4　数据保护　260
13．4．1　元数据　260
13．4．2　可用性域　261
13．4．3　数据路径弹性　261
13．5　Nutanix高级功能　262
13．5．1　重复数据删除　262
13．5．2　数据压缩　263
13．5．3　纠删编码　264
13．5．4　磁盘均衡　264
13．5．5　存储分层　265
13．6　快照与克隆　265
13．6．1　影子克隆　267
13．6．2　Era数据库服务　267
13．6．3　备份与复原、复制与灾难恢复　268
13．7　城域可用性：扩展集群　269
13．8　静态数据加密　270
13．9　Nutanix Acropolis块服务　271
13．10　Nutanix Acropolis文件服务　271
13．11　为Hyper-V提供的支持　273
13．12　Docker容器　273
13．13　配置、管理与监测　273
13．13．1　基础设施管理　274
13．13．2　Operational Insight　275
13．13．3　Nutanix工具　276
13．13．4　Calm编排工具　277
13．14　Nutanix的竞争格局　277
13．14．1　硬件的比较　279
13．14．2　分布式架构　280
13．14．3　日志结构文件系统与就地写入（Write-in-Place）文件系统　281
13．14．4　数据分层　281
13．14．5　重复数据删除　281
13．14．6　数据本地性　283
13．15　展望　285

第　14章 开源——计算与存储　287
14．1　OpenStack　288
14．2　Nova　292
14．3　Cinder块存储　295
14．4　Swift　296
14．5　Ceph　299
14．6　展望　302

第6部分　超融合网络
第　15章 软件定义网络与开源　304
15．1　SDN的背景　304
15．2　覆盖层与微分段边缘　306
15．2．1　基于主机的网络　307
15．2．2　基于交换机的网络　309
15．3　交换矩阵　310
15．4　底层网络　311
15．5　覆盖层网络　312
15．6　数据中心中的微分段　315
15．7　网络开源项目　316
15．7．1　Neutron　316
15．7．2　OVS架构　319
15．8　OVN—开源SDN　321
15．8．1　Open vSwitch　321
15．8．2　OVN　323
15．9　各个厂商的开源状态　328
15．10　展望　329

第　16章 VMware NSX　330
16．1　在NSX中设置和执行策略　331
16．1．1　安全组　331
16．1．2　安全策略　332
16．1．3　实施策略　333
16．2　NSX管理器与控制器集群　333
16．2．1　NSX管理器　334
16．2．2　NSX控制器集群　335
16．3　VXLAN对vDS的改进　335
16．4　避免泛洪　337
16．5　NSX二层交换与三层路由　337
16．5．1　NSX二层交换　338
16．5．2　NSX IP路由　338
16．6　处理多目的流量　341
16．6．1　基本的组播模型（不采用优化技术）　341
16．6．2　复制的单播方式　343
16．7　展望　344

第　17章 以应用为中心的基础设施　345
17．1　Cisco以应用为中心的基础设施　346
17．2　ACI的微分段结构　347
17．2．1　端点组　347
17．2．2　应用网络配置文件　349
17．2．3　服务图　352
17．2．4　ACI的Tetration模型　353
17．3　Cisco应用策略基础设施控制器　354
17．4　ACI域　356
17．4．1　虚拟机管理域　356
17．4．2　物理域和外部域　358
17．5　ACI矩阵的交换与路由结构　359
17．5．1　Tenant（租户）　360
17．5．2　VRF　360
17．5．3　桥接域　360
17．5．4　EPG　360
17．6　与ACI矩阵的虚拟和物理连接　361
17．6．1　矩阵与外界的虚拟连接　361
17．6．2　矩阵与外界的物理连接　362
17．7　ACI的路由与交换术语　363
17．8　ACI底层网络　365
17．8．1　处理外部路由　366
17．8．2　ACI矩阵负载分担　367
17．9　ACI覆盖层与VXLAN　368
17．9．1　VXLAN实例ID　370
17．9．2　覆盖层中的二层交换　372
17．9．3　覆盖层中的三层交换/路由　375
17．10　覆盖层中的组播与底层中的组播　377
17．11　ACI多部署点　378
17．12　ACI多站点　379
17．13　ACI Anywhere　380
17．14　ACI与NSX之间的比较　381
17．14．1　策略设置　382
17．14．2　策略实现　382
17．14．3　VXLAN的性能需求　383
17．14．4　控制平面的稳定性　383
17．14．5　数据平面的性能　384
17．14．6　矩阵中的自动化与可视化　385
17．14．7　网络学习曲线　385
17．15　展望　386

第7部分　公有云、私有云、混合云与多云
第　18章 公有云　389
18．1　云服务　389
18．1．1　基础设施即服务　390
18．1．2　平台即服务　391
18．1．3　软件即服务　391
18．2　亚马逊Web服务　392
18．2．1　AWS全球基础设施的区域和可用区　393
18．2．2　联网　395
18．2．3　存储　398
18．3　在AWS中启动多层应用　402
18．3．1　计算实例　402
18．3．2　Amazon机器镜像　403
18．3．3　安全组　403
18．3．4　身份和访问管理　404
18．3．5　启动EC2实例　405
18．3．6　云监测　409
18．4　云自动化　410
18．4．1　基础设施即代码　410
18．4．2　软件开发工具包　413
18．5　展望　414

第　19章 私有云　416
19．1　什么是私有云　416
19．1．1　融合和超融合　418
19．1．2　自动化和编排　418
19．2　Cisco UCS Director　420
19．2．1　UCS Director策略　420
19．2．2　虚拟数据中心　422
19．2．3　编排的概念　423
19．2．4　目录　424
19．3　UCSD和HyperFlex之间的集成　424
19．3．1　UCSD接口　426
19．3．2　将API和基础设施作为代码　427
19．4　展望　430

第　20章 混合云与多云　431
20．1　为什么要使用混合云　432
20．2　为什么要使用多云　434
20．3　Cisco CloudCenter　438
20．4　展望　441