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虚拟化在计算机网络中的应用

1.引言

虚拟化的概念早在70年代就出现了，有关虚拟化的定义也有很多。一种理解可以将虚拟化认为是计算机在虚拟的基础上运行而不是在真实的基础上运行。该技术可以简化管理，优化资源。网络虚拟化是虚拟化技术的一个应用领域，网络计算可以对IT基础设施进行虚拟化，通过虚拟化技术降低消费者与资源之间的耦合程度，使实现IT基础设施的共享和管理，根据用户的需求动态地提供资源.实现了网络资源的共享。传统的网络虚拟化技术贯穿了整个互联网的发展进程，而近年来云计算的出现，使得网络虚拟化技术有了新的定义和发展，相应的网络虚拟化技术也带来了新的应用场景。

2.虚拟化技术

在计算机方面，虚拟化通常是指计算元件不是在真实的环境1:运行，而是在虚拟的环境上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，模拟多个CPU并行运行，可以在一个平台上运行多个操作系统，也可以使应用程序在各自独立的空间内运行互不影响，提高计算机的工作效率。

虚拟化技术从实现角度可以分为硬件虚拟化、操作系统虚拟化和应用程序虚拟化等。硬件虚拟化是用软件来虚拟电脑的CPU、硬盘、内存等硬件设备，使之成为一台虚拟机。操作系统虚拟化是利用虚拟化软件克隆原有的操作系统，从而产生多个新系统。应用程序虚拟化一方面可以虚拟操作系统，使应用程序能够运行虚拟系统的某些部分，另一方面也可以实现很多软件的移动使用，通过局域网将非绿色软件发送到企业终端，可以安装就可以使用，降低了企业的IT成本。

从应用领域来看，虚拟化技术可以分为CPU虚拟化、服务器虚拟化、文件虚拟化、存储虚拟化、桌面虚拟化和网络虚拟化等。服务器虚拟化使用操作系统虚拟化和硬件虚拟化技术，在一台服务器上安装多个同时运行的操作系统，从使用者的角度看就相当于是多台服务器，提高了服务器的利用率。桌面虚拟化技术是将服务器上配置好桌面环境发送到客户端，只安装操作系统的客户端可以使用服务器传输的虚拟桌面，就像使用本地桌面环境一样。网络虚拟化技术可以在多个计算设备之间建立虚拟网络链接，可以将异地的局域网组成一个虚拟网，使企业的一些软件可以实现异地互访。

3.传统的网络虚拟化技术

从本质上来看网络虚拟化是一种实现资源共享的技术，目的是在共享的物理网络资源上创建多个可以独立部署和筲理的虚拟网络。其原理如阁1所示，网络虚拟化技术可以解决网络结构的多元化和动态化，为下一代互联网的构建提供基础。

从互联网的发展过程来看，传统的网络虚拟化技术经W了4个阶段：虚拟局域网络（VLAN)、虚拟专用网络（VPN)、主动可编程网络（APN)和拟盖网络。下面分别介绍这几种虚拟网络技术。

VLAN是建立在交换技术的基础上，该技术不是从物理低来划分网段，而是从网络节点的需要将其划分成一个个“逻辑工作组”，一个“逻辑丁作组”就是一个虚拟网络。VLAN的实现技术有4种：用MAC地址定义虚拟网络、用交换机端口号定义虚拟网络、用网络层地址定义虚拟网络和用’广播组定义虚拟网络。通过划分虚拟网，可以将广播限制在各个虚拟网的内部，减少整个网络范围内的广播，从而提高了网络的传输效率。另外，各个虚拟网之间不能直接通信，增强了网络的安全性。

VPN是在公共网络上建立专用网络的技术。该虚拟网络中的任意两个节点之间并没有点到点的物理链路，而是通过网络服务商ISP在公共网络中建立逻辑隧道，即点到点的虚拟专线组成一个逻辑网络。该虚拟网络可以使用加密和认证技术来保证用户内部网络数据在公网上的安全传输，从而实现网络数据的私有性。

APN技术为用户通过网络可编程接口使用物理网络的资源，用户可以自定义报文的处理方式。APN的一种实现方式是将网络的传输层和控制层分开，在控制层面为服务提供者提供可编程接口来控制网络的状态。APN的第二个实现方式是自定义报文，在报文内部封装控制信息，路由器收到报文后按照报文内部的控制信息处理网络状态。

覆盖网络大多是采用封装和隧道技术，在不改变现有网络特性的情况下，在同一个物理网络上通过覆盖构建多个虚拟网络拓扑。每一个虚拟网络拓扑都和一组感知节点对应，报文只在这些感知节点上处理，对于物理网络中的其他节点是透明的。该技术可以利用现有的底层网络，为一组特定的用户提供新的网络服务。

4.云计算与网络虚拟化

传统的网络虚拟化技术随着网络的发展已出现很大的不足，和缺少很好的应用。云计算的出现，使得网络虚拟化有了新的定义，虚拟化也成就了云计算，网络虚拟化和云计算是相辅相成的。

云计算是一种基于互联网的新的计算方式，软件和数据可存储在数据中心，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给网络中的计算机。因而云计算具有安全、方便、数据共享和无限可能的优点。云计算不限制应用程序与硬件之间的关系，一个应用程序可以在不同的硬件上运行。实现云计算的一个关键