超融合方案建议书

XXXXXXXX

超融合数据中心方案建议书

目录

1项目背景2

1。1需求调研3

1

。

1

。

1

数据中心调研

3

1

。

1

。

2

应用调研

3

1.2超融合与传统架构选择3

2超融合方案设计4

2.1设计原则5

2。2架构设计6

2。3方案描述6

2

。

3

。

1

计算资源

6

2.3

。

2

存储资源

7

2

。

3

。

3

网络拓扑

8

2

。

3

。

4

备份容灾

9

2。4方案优势10

2

。

4.1

横向扩展优势

12

2.4

。

2

性能优势

12

2.4

。

3

可靠性

13

2

。

4.4

易于部署

14

2.4

。

5

集中管理

14

2

。

4.6

自动故障恢复

15

3配置清单16

4超融合产品介绍16

4。1N

UTANIX

的发展历程16

4。2N

UTANIX

架构和软件定义存储17

4.3N

UTANIX

与传统架构的差别17

4。4N

UTANIX

和超融合市场18

1 项目背景

经过近几十年的持续稳定发展，XXXX树立了中国企业由小到大、由弱到强、并迅速走

向世界的杰出典范。随着全球互联网浪潮技术的迅猛推进,XXXX秉承“科技领先，速度取

胜”的经营理念，利用以市场需求为特征的拉动力和技术进步为特征的推动力，优化资源配

置，通过技术创新、系统整合数字技术、信息技术和网络技术,改造和提升传统产业，最大

限度地满足人们不断增长的物质和文化需要。

为了满足未来业务发展的需要，有效地解决数据安全、集中管控、降低运维成本、快速

部署、跨平台访问、节能环保等问题,XXXX一直在关注通过虚拟化、分布式及超融合等互联

超融合数据中心方案建议书 | 2

网相关技术来解决现有数据中心的各种挑战，随着虚拟化及云计算的日益成熟,计划将其数

据中心新业务系统运行在的基于互联网基因的超融合基础架构平台上。

1.1 需求调研

1.1.1 数据中心调研

XXXX现有数据中心存在的挑战包括：

•服务器数量众多，管理变得越来越复杂；

•新业务系统上线周期长,部署慢；

•SAN/NAS存储扩展性差，无法支撑新业务的性能需求;

•新业务走向互联网化,传统架构无法实现线性扩展能力；

•应用系统缺乏高可用性保护；

•数据中心空间资源有限等。

1.1.2 应用调研

目前，XXXX紧跟互联网+战略,重点规划以软件为中心的业务较多，多数都是面向互联网

以及物联网业务，比如：用户中心、支付平台、设备系统、O2O电商平台、企业移动办公软

件平台及大数据平台等。

业务系统

支付平台

O2O电子商务

大数据

CPU

(core）

内存

(GB）

磁盘

（GB)

操作系统

软件

节点数

1.2 超融合与传统架构选择

超融合基础架构（Hyper—Converged Infrastructure，或简称“HCI”）是指在同一套单元

设备中不仅仅具备计算、网络、存储和服务器虚拟化等资源和技术，而且还包括备份软件、

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（scale—out)，形成统一的资源池.HCI是实现“软件定义数据中

心”的终极技术途径。HCI类似Google、Facebook等互联网数据中心的大规模基础架构模

超融合数据中心方案建议书 | 3

式，可以为数据中心带来最优的效率、灵活性、规模、成本和数据保护.使用计算存储超融

合的一体化平台，替代了传统的服务器加集中存储的架构,使得整个架构更清晰简单。

图

1

。

1

超融合架构示意图

下表列举了使用超融合架构（计算+存储)和传统数据中心三层架构(服务器+光纤交换机+

存储)的对比：

性能

横向扩展

超融合架构 传统数据中心基础架构

尽可能提供本地吞吐，并使用SSD随着访问集中存储的服务器越来越

保证应用IO需求。不存在性能瓶颈 多，性能瓶颈将日益凸显

可以简单的在集群中增加节点以扩

由于架构限制,无法实现横向扩展

展集群规模和性能

可以通过三副本的方式容忍最多两

通过raid技术实现高可用性,但面对硬

个节点同时故障，并且硬件故障时

件故障时,性能下降严重。

数据重建速度快,性能几乎不受影响

虚拟机密度高，是传统2倍以上 虚拟机密度低

高可用性

整合比

安装配置

需要准备大量安装实施前的信息收集

开箱即用的部署方式,只需30分钟

和整理工作，并且由专人进行安装部

即可完成安装配置

署，最少需要2天时间

统一WEB界面管理，维护方便

无需配置LUN、卷、Raid组

使用超融合架构：2台4U高，总共

包含8个节点(包含服务器和存储)

总共占用空间4U

使用超融合架构：2台8节点,共耗

电2000W

运行三年电费支出约:5.5万元

需要专门存储管理软件，配置复杂。

需要厂商支持。

使用传统架构：8台2路服务器至少

占用8U，存储至少需要3U

总共占用空间11U

使用传统架构：8台服务器平均每台

服务器耗电600W计算，存储耗电

1500w,总共耗电6300W

运行三年电费支出约为：16。8万元

管理维护

空间占用

耗电

2 超融合方案设计

新一代数据中心建设包含众多信息化应用的实施，与此相对应，机房服务器和存储设备

也必将大量使用,并且随着后期应用扩充和服务扩容，服务器和存储设备的投入必然越来越

超融合数据中心方案建议书 | 4

庞大。一方面，管理硬件基础设施的压力和成本会不断增大;另一方面，由于应用的多样

性，服务器和存储难于有效整合，服务器的资源使用都远低于其实际的处理能力，计算能力

和存储容量难以充分利用。

实施虚拟化/云计算数据中心，可以有效整合服务器及存储资源，形成计算资源池，根

据新一代数据中心各项应用的实际需要动态分配计算资源，最大效率的利用现有服务器及存

储设备,并对数据中心硬件设备进行有效管理和监控。

2.1 设计原则

在方案设计中我们将遵循以下总体原则：

以业务需求为导向

技术架构最终是为业务服务的，因此技术架构的设计一定要以业务的需求为导向，充分

考虑非功能需求，例如系统的重要程度、安全要求、业务连续性等。

遵循互联网标准

新业务系统都是面向互联网和物联网业务，因此架构体系要遵循互联网数据中心设计和

建设标准，吸收互联网架构的优势.

提高资源利用率

现已经部署了大量的服务器，资源使用率低是较突出的一个问题，因此在项目中，提高

资源利用率成为一个重要的任务。

动态扩展性

在IT发展趋势中，动态基础架构已经成为IT基础架构的发展方向。使IT基础架构成为

一个动态、灵活、具有弹性的IT基础架构,同时在IT实时地运营过程可进行灵活的资源动态

调整。资源扩展要体现在计算资源和存储资源的同时扩展。

分布式一切

超融合数据中心方案建议书 | 5

应用系统的高可用性是保障服务等级的重要因素,在架构设计中应该以软件定义为主，

借助软件的分布式架构满足高可用性要求，实现系统架构和平台架构的无单点故障、无单点

瓶颈问题，保障新一代的业务系统健壮性.

安全性

在系统设计中，安全性是一个非常重要的问题.在架构中需要考虑到虚拟化架构内外部

的安全，包括数据安全等问题,以保证整个系统长期安全稳定的运行.

2.2 架构设计

超融合架构在数据中心中承担着计算资源池和分布式存储资源池的作用，极大地简化了

数据中心的基础架构，而且通过软件定义的计算资源虚拟化和分布式存储架构实现无单点故

障、无单点瓶颈、弹性扩展、性能线性增长等能力；在虚拟化层可以自由选择Hypervisor

的品牌,包括VMware vSphere、MicroSoft Hyper-v和KVM；而且通过简单、方便的管理界

面，实现对数据中心基础架构层的计算、存储、虚拟化等资源进行统一的监控、管理和运维.

超融合基础架构形成的计算资源池和存储资源池直接可以被云计算平台进行调配，服务于

OpenStack、Cloud Foundry、Docker、Hadoop等IAAS、PAAS平台，对上层的互联网及

物联网业务等进行支撑.同时，分布式存储架构简化容灾方式，实现同城数据双活和异地容

灾.现有的超融合基础架构可以延伸到公有云，可以轻松将私有云业务迁到公有云服务.

图

2

。

1

超融合数据中心架构

2.3 方案描述

2.3.1 计算资源

基于Nutanix架构的模块化数据中心由NutanixBlock(区块）和Nutanix Node(节点)组成.

下图2.2为标准的一个Block（区块）设备，仅占用2个机架单元 （2U高）.而每台标准的

Nutanix Block (区块） 设备均含有四个独立的Nutanix节点，每个Node（节点）都是一台独

立的x86服务器.却能够提供4台标准2路Intel CPU的x86服务器和最大48TB存储容量。

图

2

。

2

：

Nutanix Block (

区块

)

和

Node

（节点）

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Nutanix的计算资源池是通过x86服务器虚拟化来实现的,可以支持VMware vSphere、

MicroSoft Hyper—v及Nutanix Acropolis平台提供的KVM等Hypervisor,如图2.3.在虚拟化

Hypervisor层形成计算资源池,为业务系统的虚拟机提供不同的服务质量和能力，包括了高可

用（High Availability）、容错（Fault Tolerant)、在线迁移(Live Migration/vMotion)、资源动态

负载均衡（Distributed Resource Scheduler）等虚拟化的特性。同时，Nutanix可以支持业务

虚拟机在不同的Hypervisor之前进行迁移，也就是V2V的能力，例如从vSphere迁移到KVM

等。

图

2

。

3

超融合架构计算资源池（

x86

服务器虚拟化）

2.3.2 存储资源

Nutanix提供的分布式文件系统(NDFS)可以将一组集群内的节点组成一个统一的分布式

存储平台。NDFS对于x86虚拟化平台软件而言就是一个集中的共享式存储，与任何其他集

中式存储阵列一样工作，且提供更为简单便捷的存储管理,无需像传统集中存储那样再配置

LUN、卷、或者Raid组.

图

2

。

4Nutanix

分布式存储架构和功能

Nutanix分布式存储架构不仅同样提供传统存储的能力外，还提供更多的能力。针对于

虚拟化方面提供快照、克隆等机制，数据层实现本地优先访问、存储分层等性能机制，对数

据进行压缩和去重提高存储可用容量，借助两份以上冗余数据提供存储的可靠性,增加或减

少节点数据分布会自动平台,当节点宕机或磁盘损坏后具备数据自恢复能力等。

Nutanix每个节点提供两种磁盘,标准配置为2块SSD，容量从480GB到1.6TB；4块

SATA的HDD，容量为1TB和2TB (部分型号节点提供4TB和6TB的HDD）。

图

2.5

分布式存储系统逻辑架构

NDFS被设计成为非常动态的平台，可以适用于不同工作负载的应用，并且允许混合节

点类型:例如将计算密集型节点和存储密集型节点混合在一个集群中。对于集群内部磁盘容

量大小不同的，确保数据一致的分布非常重要.NDFS有自带的称为磁盘平衡的技术，用来确

保数据一致的分布在集群内部各节点上.磁盘平衡功能与各节点的本地磁盘利用率和内置的

NDFS ILM(数据生命周期管理）一同工作。它的目标是使得所有节点的磁盘利用率大致相

等。

超融合数据中心方案建议书 | 7

另外，Nutanix节点通过ILM实现SSD和HDD的数据热分层.简单而言,磁盘的热分层时

实现在集群内所有节点的SSD和HDD上，并且由ILM负责触发数据在热分层之间的迁移.本

地节点的SSD在热分层中是最高优先级的，负责所有本地虚拟机IO的读写操作.并且还可以

使用集群内所有其他节点的SSD，因为SSD层总是能提供最好的读写性能，并且在混合存储

环境中尤为重要。

在超融合的虚拟化环境中，所有IO操作都将由本地节点上的Nutanix Controler VM(CVM)

接管，以提供极高的性能。据以往经验及用户习惯分析,一般运行服务器虚拟化的虚拟机对

IO性能要求在200-300 IOPS左右，而单个Nutanix节点可提供25000上的IOPS，4节点集群

可提供将近100，000的IOPS。完全可以满足需求。

2.3.3 网络拓扑

在每个单节点上，默认提供如下网络端口：

标配

附加

2x 1 GbE, 1x 1 GbE RJ45 （IPMI）

Dual—Port 10 GbE/Quad—Port 10 GbE/Dual—Port 10 GBASE-

T2x 1 GbE, 1x 1GbE RJ45 （IPMI）

下图为Nutanix推荐的网络拓扑图：

图

2.6

网络拓扑

在计算虚拟化资源池中的每台虚拟化Hypervisor节点上会运行多台虚拟机，多台虚拟机

之间共享网络，为了方便管理建议采用虚拟交换机来配置和管理网络，虚拟交换机可在数据

中心级别提供集中和聚合的虚拟网络，从而简化并增强虚拟机网络.在虚拟交换机的网络划

分上,仍然可以采用VLAN的方式划分不同的子网，实现不同子网段的安全和隔离.

在网络隔离上,也可以采用网络虚拟化VXLAN技术。VXLAN网络协议，即VLAN协议的

扩展版本。VXLAN网络可以跨越物理边界，从而跨不连续的数据中心和集群来优化计算资源

利用率.VXLAN采用逻辑网络与物理拓扑相互分离，使用IP的技术，所以无需重新配置底层

物理网络设备即可扩展VXLAN网络.正因如此，也就无需再花费大量时间来规划如何调配

VLAN及管理VLAN数量剧增问题.

在每个Nutanix物理节点上有多种网络需求，包括管内部通讯网络、管理网络、生产网

络等，因此每个Nutanix节点需配置多块网卡,网络设计建议如下：

超融合数据中心方案建议书 | 8

类型 设计 备注

每个节点通过两条万兆链路分别连接两台万兆交换

机,保证网络设备和链路的冗余度.

Nutanix建议用户使用万兆网络互联物理节点,当发

生密集的写IO时,万兆网络能保证提供足够带宽满

足节点之间的IO同步流量。

每个节点通过两条千/万兆链路分别连接两台千/万

兆交换机，保证网络设备和链路的冗余度。

用户访问虚拟服务器对外提供服务时，通过千/万兆

链路可以实现与后端存储流量隔离。

每个节点都有独立的千兆链路，用于连接专门的管

理网络，实现管理网络与业务网络、存储网络分

离。可以最大限度保证管理的灵活性和安全性。

Nutanix物理节点之

10Gb以太网

间的内部通讯网络

双链路冗余

客户端与服务器虚

拟机之间的通讯网

络，虚拟化服务器

对外服务网络

硬件管理网络

(IPMI）

2.3.4 备份容灾

1Gb/10Gb以太

网,双链路冗余

1Gb以太网

Nutanix平台自带的存储层面及基于虚拟机粒度的备份恢复功能Time Stream.用户可以针

对每个虚拟机设置不同的备份策略，包括备份计划和备份保留周期,Time Stream会自动通过

存储快照方式对虚拟机进行备份.所有Time Stream的快照均是基于存储层面的，与虚拟化层

面（例如VMware vSphere）的快照不同,存储层面的快照不会影响虚拟机的性能，对于虚拟

化软件是完全透明的。

传统的备份方式通过网络传输备份数据，需要特定的备份窗口以免影响业务正常运

行.TimeStream备份可以与传统的备份策略互补，既能保证对于重要的虚拟机进行高频度备

份又不会占用额外的网络带宽。例如：

• 对于普通虚拟机可以使用传统的备份方式每周进行全备，将备份数据保留在外部存储

(例如磁带库中）；同时使用Time Stream备份进行每天甚至每12小时的备份,数据

直接保留在存储上以便快速恢复.

• 对于比较重要的虚拟机可以使用传统备份每周全备、每天增量的方式，将备份数据保

留在外部存储(例如磁带库中)；同时使用Time Stream备份进行每2小时甚至每小时

的备份,数据直接保留在存储上以便快速恢复。

• 可以采用vSphere Data Protection Advanced（简称VDPA，只针对vSphere）、

超融合数据中心方案建议书 | 9

Commvault（VMware和Hyper—v)、Weeam（vSphere和Hyper—v）等虚拟化备份

解决方案作为有效补充.

图

2

。

7Metro Availability

Nutanix容灾功能，分为两个级别:Metro Availability和Remote Replication。都是基于虚

拟机快照的方式将更新数据异步复制到远程的Nutnaix集群中。Metro Availability可以实现

同城双数据中心之间的RPO接近于“零”（需要裸光纤支持），即便是标准Remote

Replication也能实现RPO为1小时（基于网络带宽和更新数据量），满足绝大多数异地容灾

的业务需求。Nutanix容灾支持双向、一对多、多对一各种不同的复制模式。并且可以通过

Nutanix自带的管理界面激活容灾中心的虚拟机进行容灾演练。不再需要额外繁琐的灾难恢

复计划，基于鼠标点击即可完成容灾切换.

使用Nutanix解决方案可以在项目初始即确定今后的容灾规划，而无需在今后专门立项

重复设计整体容灾架构。依据用户规模和分支机构数量，通过简单灵活的软件配置，将已有

分支机构的虚拟化环境远程容灾到总部数据中心,逐步形成星型的容灾架构.

2.4 方案优势

使用Nutanix虚拟化基础架构，在保证用户数据的高速访问和高可靠性同时，不再需要

传统的集中式存储架构，避免在今后运行过程中出现设计初期忽视的性能问题。

按照服务器和存储使用现状，建议使用Nutanix来支撑现有应用。在今后随着业务发展,

可以方便的按照节点进行扩容,避免建设初期一次性投资过大，后期却发现性能问题,需要追

加投资的问题出现。

Nutanix是部署广泛、值得信赖的虚拟化基础架构平台。Nutanix适用于最重要的国防、

医疗、教育等领域，可为数据中心虚拟化带来横向扩展架构、高可用性和可靠性等优势。研

究显示，并非所有的企业数据中心项目真正做到了全面部署，很大一部分项目通常因为基础

设施的成本不断攀升而束之高阁。传统服务器和存储阵列扩展成为企业数据中心项目成本高

昂、过程复杂并且难于实施的主要因素.从诸多数据中心项目实施来看，在企业环境中，性

能、可靠性、可扩展性是关键，因为最终用户体验直接来自于基础设施的高性能和高可靠性.

超融合数据中心方案建议书 | 10

Nutanix将融合基础设施、横向扩展架构和软件定义存储的各种优势结合在一起，可提

供极佳的数据中心虚拟化体验,而其成本仅为传统服务器和存储器的一小部分.Nutanix完整集

群是一种能够横向扩展的计算和存储基础设施，它使各组织机构无需存储网络（SAN或

NAS）即可实现数据中心虚拟化。Nutanix专门为虚拟化而设计，能够提供全面的计算和存储

能力,以及企业级的性能、可扩展性、可用性和数据管理功能。它采用英特尔芯片、固态硬

盘等符合行业标准的硬件组件,以及市场领先的高级管理程序,以便提供开箱即用的解决方

案，让数据中心虚拟化变得极其简单有效.

1)互联网架构的分布式计算

Nutanix架构与Google的架构相类似，是一种可以横向扩展的计算存储融合的基础架

构，消除了对于集中式存储对于网络的依赖。并且在基于Google的架构之上,提供了适合企

业环境的解决方案。GFS是一种特定的解决方案为Google内部的应用所使用（例如Gmail),

而Nutanix提供的是一种通用的虚拟化环境解决方案.另外,Nutanix有更好的横向扩展能力,提

供更好的企业级数据管理特性，通常这些特性需要额外的网络或者存储硬件才能实现，例

如，高可用性、备份、快照、灾难恢复等。

2)专为虚拟化设计

Nutanix是针对虚拟化环境而设计的，因此可以很好的支持虚拟化环境中基于传统存储

架构所实现的功能，包括虚拟机的热迁移和高可用性等。Nutanix架构是虚拟机感知型的,它

克服可传统架构下解决方案的一些弊端，例如,当一个存储设备（LUN）共享所有虚拟机使用

时，很难使用在存储上使用基于虚拟机的备份、复制和快照功能,并且当架构越来越复杂

时，很难诊断性能瓶颈。而Nutanix架构克服了这些限制。

3)存储分层优势

Nutanix架构充分发挥了存储分层的SSD固态硬盘的优势，由于传统存储都是针对机械

硬盘而设计的,而传统的机械硬盘与SSD硬盘的数据访问方式完全不同，机械硬盘需要旋转

和寻道，而SSD硬盘则完全没有这些限制，因此不能指望针对机械硬盘设计的存储软件能充

分发挥SSD硬盘的性能优势。Nutanix架构使用SSD来保存大量经常访问的数据,从虚拟机的

超融合数据中心方案建议书 | 11

元数据到业务数据都保存在分布式Cache中已提供极高的IO性能，并且保存在持久化的存

储中以便于存取。Nutanix架构极高的IO吞吐性能是得益于使用SSD磁盘，包括：

• 保留SSD用于IO敏感的操作;

• 包含空间节省的技术，允许大量的逻辑数据被存储在一个小的物理空间中；

• 自动迁移“冷"数据(或者不常访问的数据)到大容量SATA硬盘中，并且允许管理员指

定低优先级的虚拟机不使用SSD磁盘。

2.4.1 横向扩展优势

Nutanix给虚拟化环境带来的重要差异化因素之一就是，基础设施在进行扩展时其性能

仍然保持不变。在Nutanix架构中，在每个物理节点本地都运行一个虚拟存储控制虚机

(CVM）.CVM负责本地所有其他虚拟机的IO操作。当集群扩展时,新增加节点的同时也新增

了CVM，保证了整个集群性能的横向扩展.与传统集中存储不同，传统架构下集中存储只有

两个存储控制器，在集群扩展时,存储控制器无法进行有效的扩展，从而必然成为整个架构

的瓶颈。参考图2。4说明了Nutanix的横向扩展架构的优势。

为了展示这种能力,Nutanix曾实施过一个巨型的VDI项目，模拟桌面启动风暴，并且当

基础设施从300台桌面扩展到3000台时,其性能从最终用户体验的角度来看保持了一致。在

大多数传统的存储环境中，最佳性能仅出现在第一天，因为应用程序或工作负载越来越多，

导致性能随着时间的推移不断下降,直至需要进行叉车式升级，采用全新的存储阵列。

下图说明了从300台桌面扩展到3000台时，应用响应时间保持不变：

相对应用性能

图

2

。

8

不同

VDI

数量下的相应时间

2.4.2 性能优势

Nutanix解决方案在数据中心虚拟化环境中的主要优势之一就是性能，而性能优势是通

过比对传统的服务器和存储架构实现的。在传统的架构中，时延是因为每次访问存储都需要

通过网络而造成的.通过NFS和iSCSI等协议提供存储本身没有问题，但网络会增加时延。

Nutanix可提供NFS协议的优势及其易用性,而通过所谓的“无网络NFS”消除了网络时

虚拟桌面数量与应用响应时间

超融合数据中心方案建议书 | 12

延.Nutanix分布式文件系统直接对虚拟机进行检测，然后将特定虚拟机的所有数据存放到本

地物理服务器上。因此，虚拟机不是通过网络、而是通过高速内部总线访问其数据.并且所

有节点标配SSD磁盘,提供极高的IOPS以满足虚拟化环境各种类型应用需求,无论是虚拟桌面

还是服务器虚拟化场景。

更为重要的是，每个节点的SSD磁盘并非有每个节点单独使用，而是在整个集群范围内

作为一个整体使用。言下之意，不会由于单个节点本地的SSD耗尽而导致其性能急剧下降.

当出现这种极端情况时，节点会使用集群中其他节点的SSD空间。因为即使跨网络访问其他

节点SSD磁盘也会比访问本地SATA磁盘快很多。因此极端最差情况时性能也与使用传统集

中存储架构时服务器通过网络访问数据的场景相当.其实不会出现这种极端情况，因为当SSD

利用率超过一定阈值后，Nutanix的CVM会自动发现并将最少访问的数据从SSD迁移到

SATA上，以保证SSD有足够容量满足突发的IO请求。这一自动热分层技术对虚拟化主机而

言完全透明。用户无需关心数据保存在哪里，这完全由CVM依据数据访问频度而自动调

度。

2.4.3 可靠性

Nutanix平台使用复制因子(RF — Replication Factor）和校验和(checksum）来保证当节点

或者磁盘失效时，数据的冗余度和可用性.当数据写入SSD时，会被“同步”复制到另1个

或者2个Nutanix CVM的SSD之中(依赖RF设置为2或者3)，当这个操作完成之后,此次写操

作才被确认（Ack)。这样能确保数据至少存在于2个或者3个独立的节点上，保证数据的冗

余度.

所有节点都参与数据的复制操作,这样能消除“热点节点”,并保证线性的性能扩展。当

数据被写入时，同时计算该数据块的校验和，并且作为数据块元数据中的一部分进行存储.

随后数据块在保证满足RF的前提下,被“异步"推送到HDD中.当发生节点或者磁盘失效，数

据块会重新在所有节点间进行复制以满足复制因子的设置。任何时候，读取数据块并同时计

算其校验和以确保数据块有效。当数据块检查结果不匹配校验和时，副本数据将会覆盖该无

效数据块.

在Nutanix分布式文件系统中（NDFS），我们使用了一些关键技术来确保：数据在

100％时间内都是可用的（即“强一致性”），并且保证NDFS扩展到超大规模数据量时依然

超融合数据中心方案建议书 | 13

可靠。这就是文件系统元数据强一致性的Paxos 算法

1

。NDFS使用一种“环状”的Key—

Value结构的分布式数据库来保存重要的元数据。为了确保元数据的可用性和冗余度，也同

样引入了复制因子（RF）。一旦一条Metadata记录被写或者更新后，这条记录将同时写到

“环"中的另一个节点，然后被复制到n个其他节点（n决定与集群的大小）。集群中大多数

（majority）节点必须同意才能commit一条记录，这就是强一致性的Paxos 算法。这确保了

Nutanix平台数据的“可靠性”。

2.4.4 易于部署

Nutanix开箱即用的部署方式,可以免去传统集中存储环境下存储的规划、连接、配置等

复杂的管理操作，无需再配置Raid组、LUN、卷等.新设备安装上架后只需要约20分钟即可

完成初始化配置，用户可以马上开始部署应用虚拟机.

Nutanix集群的扩展也非常方便，通过鼠标点击即可扫描并自动发现新安装的节点,按照

提示完成IP地址配置之后，新节点即完成加入集群操作,新增资源也自动纳入资源池统一调

度管理.

2.4.5 集中管理

通过Nutanix的Prism界面实现所有基础架构的管理操作,包括健康检查、物理机管理、

虚拟机管理、存储管理、数据保护、告警监控、报表分析等内容。用户不再需要通过不同界

面进行各种管理任务,所有任务都在同一个界面中完成，极大减少的管理复杂程度。

并且可以通过设置不同权限的用户，支持AD整合，将域用户和角色对应到Nutanix的

用户和组，从而实现分级的运维管理。

图

2.9

统一管理界面

Prism

所有物理和虚拟管理对象均提供详细的性能采集数据,包括CPU、内存、磁盘容量、

IOPS、吞吐、读写延迟等指标,不再依赖于专用的监控工具和复杂的监控脚本。

图

2.10

统一监控能力

1

/wiki/Paxos_(computer_science)

超融合数据中心方案建议书 | 14

自定义的报表工具可以灵活的将将不同监控项进行组合和展示，减少日常维护的工作

量。

图

2

。

11

自定义监控指标

另外，Nutanix还提供Prism Central的管理组件，可以将多个Prism管理界面集中管

理，不仅可以节省管理员在多个集群之间切换的繁琐动作,更能够将多个集群的状态数据进

行汇总,可以方便管理员快速定位当前整个IT架构中是否存在热点主机或者热点虚拟机,特别

有利于简化大规模IT架构、或者多站点场景下的日常管理任务。

2.4.6 自动故障恢复

Nutanix抛弃了传统的Raid机制来保护硬件失效，采用全新的复制因子和校验和技术来

保证当节点或者磁盘失效时，数据的冗余度和可用性（参见章节2。5.4 可靠性)。当发生单

点磁盘甚至是单个节点故障时,Nutanix集群将自动发现这一故障，并立刻在后台开始数据重

建工作。整个重建过程非常简单，假设复制因子是2，系统会自动发现只有1份副本的数据

块，并将其在另一个节点上复制第2份副本即可.最重要的是，这个数据重建过程是基于

MapReduce的分布式框架实现的，集群中所有节点的CVM都可参与数据重建工作，并且依

据负载情况动态调配,因此重建工作不会影响系统性能。

与传统的Raid数据重建不同的是，Raid重建过程会极大影响磁盘的正常操作，导致整

个系统性能降级，并且由于磁盘容量越来越大，整个重建过程也将耗费更长时间，甚至超过

20小时.

另外,Nutanix独有的Availability Domain技术更能预防单个机箱（即整个Block)失效时数

据依然可以访问，实现原理即当用户环境中有超过3个block，并且配置相近的节点数量

时，Nutanix CVM会自动将原始数据块和副本数据块放在不同的Block中的两个节点上（缺

省RF=2时，数据只是随机放在两个不同的节点上，有可能这两个节点位于同一个Block

中）。当发生机箱故障时，由于数据副本在机箱之外，因此数据依然可用，Availability

Domain可以提供更高等级的数据冗余度.

超融合数据中心方案建议书 | 15

3 配置清单

方案建议的详细软配置清单:

NX—3000系列配置

NX—3460 G4

每节点配置：

CPU:2颗16核E5—2630v3 2.4GHz

MEM：256GB （16 x 16GB）

SSD:2块480GB

HDD: 4块2TB SATA

NETWORK:4个10Gb电口

NX—1000系列配置

NX—1465 G4

每节点配置：

CPU：2颗16核E5—2640v3 2。6GHz

MEM：256GB (16 x 16GB)

SSD：1块480GB

HDD： 2块6TB SATA

NETWORK:4个10Gb电口

方案配置容量和能力：

目前存储总容量可达XX TB，分布式存储吞吐量达XX IOPS以上，支持虚拟机数量达XX

个VM以上。

服务器虚拟化

数量

XX节点

分布式存储

大数据分析平台等

数量

XX节点

4 超融合产品介绍

4.1 Nutanix的发展历程

Nutanix的创始人正是创建谷歌分布式系统的那些人,该公司为企业数据中心提供云环境

中常见的可扩展性、可用性、简单性和高性能.下图显示了传统数据中心与谷歌数据中心的

外观差异。大多数云提供商实施的是所谓的软件定义数据中心.在传统的数据中心,当管理员

需要更多存储器时，便购买存储器；当需要更多计算能力时，便购买服务器；当需要安全性

时,便购买防火墙；诸如此类。而在软件定义数据中心，你只有服务器：当你需要更多存储

超融合数据中心方案建议书 | 16

容量时，便调用存储服务；当你需要更多计算能力时,同样的服务器便为你调出各种应用程

序；当你需要其它基础设施服务时，便可按照自己的需要调用和停用各种服务。因此，在软

件定义数据中心，硬件不再是至关重要的组件，数据中心的所有事项均在软件层进行控制和

界定,因此能够实现前所未有的简便性、可扩展性和自动化。

图

4

。

1

：传统数据中心对比谷歌数据中心

4.2 Nutanix架构和软件定义存储

Nutanix将融合基础设施、横向扩展架构和软件定义存储的各种优势结合在一起，可提

供极佳的数据中心虚拟化体验，而其成本仅为传统服务器和存储器的一小部分。每一台

Nutanix服务器均包含CPU、内存、网络、SSD或闪存、以及HDD存储功能。Nutanix存储控

制器是一台虚拟机，运行于每台服务器上,可将本地存储转换成为共享存储。Nutanix完整集

群中的所有可用存储均作为单一的文件系统提供，称为Nutanix分布式文件系统。

图

4

。

2:Nutanix

计算存储完整架构

尽管没有专门的SAN或NAS，Nutanix仍然能够无缝提供高可用性、DRS和容错等企业

虚拟化功能。为了将性能最大化,Nutanix存储控制器将特定虚拟机的所有数据保存在同一服

务器上,从而将时延最小化，而将SSD闪存的优势最大化。

图

1

。

3

：

Nutanix

软件定义型存储控制器

4.3 Nutanix与传统架构的差别

企业构建虚拟化基础架构时，通常采用的方式是使用服务器通过存储网络连接存储，这

样的传统架构无法满足虚拟化环境不断变化的需求。低效的网络存储成为最大的成本开销,

并且它使得虚拟化架构更为复杂。对于相对静态的工作负载而言,基于网络的存储架构能够

很好的满足需求.对于虚拟化环境而言，尤其是当前云计算正在日益普及，使得整个数据中

心越来越动态，虚拟机的创建和迁移依赖于大量的共享资源.这些特征使得管理虚拟机及其

底层的基础架构变得越来越复杂。

由于创建虚拟机变得越来越容易，导致数据中心内部数据量快速增长.在企业内部，使

用虚拟桌面替代原来的工作桌面越来越成为趋势.服务供应商需要帮助客户解决他们无力承

担的虚拟化项目所带来的成本和管理上的额外开销.在传统的集中存储的架构上，虚拟机的

蔓延带来了越来越多的成本、性能和管理压力。

超融合数据中心方案建议书 | 17

SSD磁盘的广泛使用已成为另一个行业趋势，并且加深了服务器与集中存储之间的性能

瓶颈问题.由于使用SSD硬盘比传统硬盘快100—1000倍,使得已有的网络瓶颈和网络复杂性

进一步加深。许多存储厂商已经在他们的解决方案中增加了SSD磁盘,使得用户不得不继续

增加现有存储的成本投入，并且迫使用户投入更多资金改造已有的网络设备.

Google、Amazon、Yahoo等引领互联网云计算的公司相信,使用传统架构将无法满足其

数据中心的需求。他们使用软件的方式（例如Google的GFS），将大量的带有本地硬盘的

普通服务器连接成一个巨大的集群，使用带有本地硬盘的普通服务器作为最小的构建单位，

使用这样的计算存储融合的基础架构支撑Google的应用程序.应用程序可以无缝运行在跨所

有服务器的集群之上，这样的集群所提供的高可用性可以保证当硬盘失败，甚至整个服务器

失效都可以使应用不受影响。Google通过使用大规模可扩展的计算存储融合架构构建GFS，

从而避免传统架构所带来的成本和性能问题。

Nutanix使用一种类似的可横向扩展的技术，构建企业级计算存储融合的基础架构，并

且专为虚拟化环境而优化.

4.4 Nutanix和超融合市场

Nutanix身处于超融合基础架构（Hyper—Converged Infrastructure，或简称“HCI”）领

域的领导地位，IDC数据2014年显示,其目前的市场占有率为52％，占据了HCI市场的半

壁江山.

图

4

。

1IDC 2014

年全球超融合市场

在Gartner于2015年8月最新给出的集成基础设施魔力象限中,Nutanix处于领导者象

限,且技术前景远好于其他公司。

图

4.2Gartner

全球集成系统市场

产品配置表

Nutanix节点 配置描述 数

量

附加说明

超融合数据中心方案建议书 | 18

NX3000—

256G

计算资源

— CPU类型：Intel E5-2650V3

— CPU核数:20核

— CPU个数：2个

- CPU主频:2。3GHz

— 内存：256GB存储资源

- SSD:2×400G;HDD:4×1TB其他

— 万兆接口：2×10GbE 万兆

SFP+光口

- 千兆接口:2×1GbE 千兆电口

— 百兆IPMI接口：1×10/100

BASE RJ45

— 万兆光纤线：2×SFP+ to SFP+

4

4个节点的汇总：

计算资源

— CPU类型：Intel

E5—2650

— CPU核数：80核

- CPU个数：8个

— CPU主频:2.3GHz

- 内存:1024GB存储

资源

— SSD：8×400G；

HDD：16×1TB

NX6000-128G

计算资源

— CPU类型：Intel E5-2620V3

- CPU核数：12核

— CPU个数：2个

- CPU主频：2.0GHz

— 内存：128GB存储资源

— SSD:1×800G；HDD：5×4TB

其他

— 万兆接口：2×10GbE 万兆

SFP+光口

— 千兆接口:2×1GbE 千兆电口

- 百兆IPMI接口：1×10/100 BASE

RJ45

- 万兆光纤线：2×SFP+ to SFP+

2

4个节点的汇总:

计算资源

- CPU类型：Intel E5

—2620

— CPU核数:24核

- CPU个数：4个

— CPU主频：

2.0GHz

- 内存：256GB存储

资源

- SSD:2×800G；

HDD:10×4TB

超融合数据中心方案建议书 | 19

Nutanix CVM

（Nutanix虚拟

控制器）

Nutanix虚拟控制器

— Nutanix Information Lifetime

Management(功能:热点数据聚合算

法,数据生命周期管理）

- Nutanix Data Protection and

Availability （功能:数据保护与高可

用性功能）

— Nutanix Automatic Storage

Provisioning （功能:精简资源配置

功能）

- Nutanix Advanced Storage

Management （功能：快照

/Shadow Clone功能/数据复制）

— Nutanix Capacity Optimization

（功能：数据压缩/重复数据删除功

能）

— Nutanix Seamless Scale-out

（功能：横向扩展，One—Click升

级功能）

6

Nutanix 2U机

箱

尺寸：标准2U（高度:88mm， 宽

度:438mm, 深度:679mm）电源:冗余

电源，输入电压: 180—240V AC

auto-range, 频率： 50—60Hz散

热：4x80mm 冗余风扇，集成PWM

风扇转速控制,4610 BTU/hr （最

大）， 3750 BTU/hr （典型)

2

万兆交换机 24口万兆交换机光纤接口（网件）

2

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总价格：

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