Лектор: Артур Марцинкевич - Системный инженер Департамента инфраструктурных решений и сервисов

🧱 Архитектура систем

🖥️ Bare-metal

  • Приложение A + ОС сервера работают напрямую на физическом сервере.
  • Попытка запустить дополнительное приложение может привести к сбоям из-за отсутствия изоляции.

❗ Нет изоляции между компонентами → высокая зависимость приложений друг от друга.

alt text

💻 Виртуализация

  • Используется облегчённая ОС-гипервизор первого типа.
  • Каждое приложение запускается в отдельной виртуальной машине (ВМ).
  • ВМ полностью изолированы: имеют свои ядра, ОС и ресурсы.

Преимущества:

  • Изоляция не только вычислительных ресурсов, но и сетевых, дисковых и др.
  • Возможность развёртывания нескольких независимых окружений.

Примеры гипервизоров:

  1. QEMU-KVM
  2. Xen
  3. ESX / ESXi
  4. Hyper-V
  5. …

alt text

📦 Контейнеризация

❗ Проблема виртуализации — значительные ресурсы уходят на эмуляцию “железа” и отдельных ОС.

Контейнеризация — решение этой проблемы:

  • Контейнеры запускаются на общем ядре ОС, используют её ресурсы.
  • Более лёгкие, чем ВМ, но всё ещё изолированы.
  • Контейнер = изолированное окружение процесса с зависимостями.

Примеры:

  1. Docker
  2. Podman
  3. LXC
  4. OpenVZ
  5. FreeBSD Jails

alt text

Особенности:

  • Меньшая изоляция, чем у ВМ, но больше, чем у обычных процессов.
  • Одно общее ядро (например, Linux).
  • Используется интерфейс контейнеризации: CRI (Container Runtime Interface).

⚙️ Гипервизоры: Типы

  1. Гипервизор первого типа (bare-metal) — запускается напрямую на “железе”, минуя ОС.
  2. Гипервизор второго типа (hosted) — устанавливается как приложение на существующую ОС.
Тип Преимущество Недостаток
Первый (bare-metal) Высокая производительность Сложность настройки
Второй (hosted) Удобство в тестировании и разработке Меньшая производительность

alt text

🧪 QEMU-KVM

  • KVM (Kernel-based Virtual Machine) — модуль ядра Linux, превращающий его в гипервизор. Использует технологии аппаратной виртуализации (Intel VT-x, AMD-V).
  • QEMU (Quick Emulator) — эмулятор аппаратного обеспечения, который может запускать виртуальные машины с разными ОС и архитектурами. Может использоваться как с KVM (для ускорения), так и отдельно.

💡 Вместе QEMU + KVM обеспечивают производительную и гибкую виртуализацию на Linux.

alt text

🧩 Libvirt

Libvirt — это прослойка между гипервизором и аппаратным обеспечением, предназначенная для унификации управления виртуальными машинами.

🧠 Libvirt — набор инструментов и библиотек, позволяющий управлять виртуализацией: ВМ, сетями, хранилищами и др., через единый интерфейс.

Преимущества:

  • Унифицированный API для разных гипервизоров (KVM, QEMU, Xen, LXC и др.)
  • Управление ВМ, снапшотами, сетями, пулом хранилищ и др.
  • Поддержка как командной строки (virsh), так и графических интерфейсов (virt-manager)
  • Используется в автоматизации и DevOps-инструментах

💡 Позволяет абстрагироваться от специфики конкретного гипервизора.

alt text

🧰 Платформы виртуализации

Компоненты платформы:

  • 🖥️ Серверное оборудование

    Физические серверы, на которых размещаются виртуальные машины (ВМ).

  • 🌐 Сетевое оборудование

    Физические и виртуальные коммутаторы, маршрутизаторы и другие компоненты, обеспечивающие связь между ВМ и внешним миром.

  • 💾 Хранилища

    Системы хранения данных (SAN, NAS), содержащие образы ВМ, снапшоты, ISO-файлы и пр.

  • 🔗 Интеграция с внешними системами

    Взаимодействие с AD, LDAP, CI/CD, системами резервного копирования и др.

  • 👤 Управление пользователями

    Создание, аутентификация и авторизация пользователей с разграничением прав доступа.

  • 🔁 Высокая доступность (HA)

    Механизмы автоматического восстановления при сбоях (кластеризация, репликация и т.д.).

    💥 Split Brain — ситуация, когда узлы кластера теряют связь между собой, считают друг друга “павшими” и продолжают работать независимо, что может привести к конфликтам данных.

  • 🔐 Ролевая модель доступа

    Разделение полномочий: администраторы, операторы, разработчики, пользователи и т.д.

  • ⚖️ Балансировка нагрузки

    Автоматическое распределение ресурсов и ВМ между хостами для оптимальной производительности.

  • 📊 Мониторинг и аудит

    Наблюдение за состоянием инфраструктуры, алерты, журналы событий, аудит действий пользователей.

  • 📈 Квоты и QoS (Quality of Service)

    Ограничения на использование ресурсов (CPU, RAM, диск), контроль за качеством обслуживания.

🔄 Сценарии использования виртуализации:

  1. 🧱 Базовая виртуализация — развёртывание нескольких ВМ на одном физическом сервере.
  2. 🧮 Консолидация ресурсов — сокращение числа физических серверов, повышение эффективности.
  3. 🛡️ Катастрофоустойчивость — резервные и растянутые ЦОДы для непрерывности бизнеса.
  4. 🧑‍💻 Виртуализация рабочих мест — создание удалённых рабочих столов и VDI-инфраструктур.
  5. ☁️ Облачные инфраструктуры — частные, публичные и гибридные облака.
  6. 🧪 Разработка и тестирование — быстрое развёртывание тестовых сред и CI/CD пайплайнов.

🗄️ Виртуализация сетей хранения данных (SDS — Software Defined Storage)

SDS (программно-определяемое хранилище) — подход к управлению хранилищами, при котором программное обеспечение отделено от аппаратного обеспечения. Это позволяет гибко масштабировать и управлять ресурсами хранения.

📌 Подходы к реализации SDS:

  1. Традиционная СХД

    Покупка нескольких физических систем хранения данных (СХД) и объединение их в одну логическую СХД с помощью внешнего контроллера.

  2. Программно-определяемая СХД

    Покупка обычных серверов, установка SDS-клиента на каждый и объединение их в единую систему хранения через SDS-сервер (или управляющий узел).

alt text

Преимущества SDS:

  • Масштабируемость “по потребности”
  • Независимость от конкретного производителя железа
  • Более простое управление и автоматизация
  • Повышенная отказоустойчивость при грамотной настройке

💡 SDS — ключевой компонент современных гибридных и частных облаков.

📦 Сценарии использования SDS (программно-определяемых хранилищ)

  1. Абстракция физического уровня хранения

    Отделение логической структуры данных от физического носителя. Упрощает управление и масштабирование.

  2. Гиперконвергентная инфраструктура (HCI)

    Объединение вычислений, хранения и сетей в единую программно управляемую платформу.

  3. Использование стандартного и недорогого оборудования

    Возможность развертывания хранилища на обычных x86-серверах без дорогих специализированных СХД.

  4. Горизонтально масштабируемая архитектура

    Добавление новых узлов без полной перестройки системы. Масштабирование “вширь”, а не “вглубь”.

🌐 Виртуализация сетей

Программно-определяемые сети (SDN, Software-defined Networking) — подход к построению сетевой инфраструктуры, в котором управление сетью выносится в отдельный программный уровень.

📌 Суть SDN

SDN отделяет плоскость управления (Control Plane) от плоскости передачи данных (Data Plane):

  • Control Plane — логика управления (маршрутизация, правила фильтрации, балансировка).
  • Data Plane — физическая передача пакетов между устройствами.

В традиционной сети эти два слоя “вшиты” в каждый коммутатор или маршрутизатор.
В SDN управление централизовано: всем управляет SDN-контроллер.

🧱 Архитектура

Традиционная архитектура:

  • Управление и передача данных объединены в каждом сетевом устройстве.
  • Сложно централизованно управлять, вносить изменения и масштабировать.

SDN-архитектура:

  • Централизованный контроллер управляет всеми сетевыми устройствами.
  • Устройства работают как “исполнители”, передавая трафик по полученным правилам.

✅ Преимущества SDN:

  • Централизованное управление всей сетью
  • Быстрая настройка и обновление правил маршрутизации
  • Высокая гибкость и масштабируемость
  • Простота автоматизации и интеграции с DevOps/CI/CD
  • Улучшенная безопасность через сегментацию и контроль доступа

📦 Примеры решений:

  • Контроллеры: OpenDaylight, ONOS, Ryu
  • Протоколы: OpenFlow, NETCONF, REST API
  • SDN-платформы: Cisco ACI, VMware NSX, Juniper Contrail

💡 SDN — основа современной сетевой виртуализации и облачной инфраструктуры.

🌐 Виртуальная сеть

Виртуальная сеть позволяет виртуальным машинам (ВМ) обмениваться данными внутри хоста и выходить во внешнюю сеть, используя программные сетевые компоненты.

🧩 Компоненты:

  • vNIC (virtual Network Interface Card) — виртуальный сетевой адаптер, создаваемый для каждой ВМ.
  • vSwitch (virtual Switch) — виртуальный коммутатор, к которому подключаются все vNIC.
  • NIC — физический сетевой адаптер хоста.
  • Switch — физический сетевой коммутатор, соединяющий сервер с внешней сетью.

🔄 Как работает:

  1. Каждая ВМ получает собственный vNIC.
  2. Все vNIC подключаются к общему vSwitch.
  3. vSwitch передаёт трафик на NIC — физический сетевой адаптер сервера.
  4. NIC соединяется с физическим Switch — точкой входа/выхода в реальную сеть.

🚀 Сценарии использования SDN (Software-defined Networking)

  1. Абстракция программных сетей от физической сетевой инфраструктуры

    Логика управления сетью выносится за пределы оборудования, что упрощает масштабирование и миграцию.

  2. Независимость от производителя сетевого оборудования

    Использование открытых стандартов и интерфейсов позволяет не зависеть от конкретных вендоров.

  3. Гибкость конфигурации сетевой инфраструктуры

    Быстрое изменение маршрутов, политик безопасности и конфигураций без физического вмешательства.

  4. Безопасность на основе политик

    Централизованное управление доступом и правилами фильтрации трафика на уровне контроллера.

  5. Микросегментация сети

    Разделение сети на мелкие логические зоны с индивидуальными правилами доступа — повышение безопасности и управляемости.

🧩 Виртуализация сетевых функций (NFV — Network Functions Virtualization)

NFV — это подход, при котором традиционные аппаратные сетевые устройства заменяются на программные аналоги, запускаемые в виртуализированной среде.

🔁 Что заменяется:

Аппаратные устройства Виртуальные аналоги
🛣️ Маршрутизатор Виртуальный маршрутизатор
⚖️ Балансировщик нагрузки Виртуальный балансировщик
🔥 Фаервол Виртуальный фаервол
📶 Оптимизатор трафика Виртуальный оптимизатор

🎯 Преимущества NFV:

  • Гибкость — быстрая настройка и развертывание сетевых функций.
  • Экономия — снижение затрат за счёт отказа от дорогого специализированного оборудования.
  • Масштабируемость — лёгкое масштабирование при росте нагрузки.
  • Централизация управления — удобное обновление, мониторинг и автоматизация.

🧱 Где используется:

  • Облачные и дата-центр инфраструктуры
  • Провайдерские сети и телеком
  • Корпоративные среды с высокой отказоустойчивостью

💡 NFV часто используется совместно с SDN — SDN управляет маршрутизацией, а NFV обеспечивает сетевые сервисы.

🚀 Сценарии использования NFV (Network Functions Virtualization)

  1. Сокращение капитальных и операционных затрат

    Отказ от дорогостоящего специализированного сетевого оборудования в пользу программных решений, запускаемых на стандартных серверах.

  2. Ускорение развертывания сетевых сервисов

    Быстрое масштабирование и внедрение новых функций без ожидания поставок оборудования.

  3. Повышение гибкости управления существующими сетевыми технологиями

    Лёгкая адаптация и настройка сетевых функций под текущие бизнес-задачи.

  4. Независимость от производителя сетевого оборудования

    Использование открытых решений снижает привязку к конкретному вендору, упрощает миграцию и развитие инфраструктуры.

☁️ Частное и гибридное облако (Private & Hybrid Cloud)

🔹 Что важно помнить

Виртуализация ≠ Облако
Облако — это не просто набор виртуальных машин, а модель, обладающая определёнными характеристиками и сервисами.

🔑 5 базовых характеристик облака:

  1. Самообслуживание по запросу
    Пользователь самостоятельно запрашивает ресурсы без участия администратора.

  2. Широкий доступ
    Доступ через стандартные механизмы (например, веб-интерфейс или API) из любого места.

  3. Объединение ресурсов
    Использование пула ресурсов (ЦП, ОЗУ, хранилище), распределяемого между пользователями.

  4. Гибкость (эластичность)
    Возможность масштабирования ресурсов по мере необходимости.

  5. Измеряемый сервис
    Учёт потребления и контроль затрат: пользователи платят за то, что реально используют.

🌥️ Модели развертывания облаков:

🟪 Частное облако (Private Cloud)

  • Полный контроль над инфраструктурой
  • Ограниченные ресурсы (только своё оборудование)
  • Требуется закупка оборудования и лицензий
  • Сервисы и поддержка разрабатываются самостоятельно

◽ Публичное облако (Public Cloud)

  • Контроль только на уровне ВМ и приложений
  • Виртуально неограниченные ресурсы
  • Аренда ресурсов на необходимое время
  • Готовые сервисы “из коробки”

◾ Гибридное облако (Hybrid Cloud)

  • Комбинация частного и публичного
  • Гибкое распределение задач по типу нагрузки
  • Доступ к внешним ресурсам при необходимости
  • Оптимизация затрат и удобство масштабирования

⚙️ Модели сервисов (по типу предоставления)

🟩 IaaS (Infrastructure as a Service)

  • Пользователь управляет: ОС, сетями, ПО
  • Не управляет: физической инфраструктурой
  • Пример: развертывание виртуального сервера с Linux

◽ PaaS (Platform as a Service)

  • Пользователь управляет: кодом, библиотеками, средой исполнения
  • Не управляет: инфраструктурой, ОС, сетью
  • Пример: развертывание Python-приложения на платформе

🟪 SaaS (Software as a Service)

  • Пользователь использует готовое приложение
  • Не управляет: инфраструктурой, ОС, кодом
  • Пример: Google Docs, Microsoft 365, Zoom

💡 Облачные технологии позволяют гибко управлять ресурсами, снижать издержки и ускорять выпуск сервисов на рынок.

🖥️ VDI и терминальный доступ

VDI (Virtual Desktop Infrastructure) — инфраструктура виртуальных рабочих столов, позволяющая пользователям работать удалённо в безопасной среде.

🌍 Концепция удалённого рабочего стола

  • Рабочее окружение (десктоп) развёрнуто на сервере, а пользователь получает доступ к нему через сеть.
  • Пользователь может подключаться с любого устройства (ПК, ноутбук, смартфон, thin client).

⚙️ Две основные технологии:

VDI RDS (Remote Desktop Services)
Каждому пользователю — отдельная виртуальная машина Один сервер — несколько пользовательских сессий
Высокая изоляция и гибкость Эффективное использование ресурсов
Подходит для ресурсоёмких задач Хорош для типовых офисных приложений

🔌 Протоколы доставки удалённого доступа:

  • RDP — стандартный протокол Windows
  • SPICE — графически оптимизированный протокол от Red Hat
  • VNC — кроссплатформенный, независимый протокол
  • X2Go — производительный протокол на базе SSH
  • RTSP — используется редко, преимущественно для потоков

🌐 Портал пользователя

Пользователь получает доступ к своим рабочим столам через:

  • Веб-интерфейс
  • Мобильное приложение
  • Тонкий клиент

  • Ноутбук

✅ Преимущества

VDI:

  • Выделенная ВМ с индивидуальной настройкой
  • Не влияет на других пользователей
  • Поддержка специфичного ПО
  • Высокая конфиденциальность
  • Использование vGPU и гибкая настройка

RDS:

  • Одна ОС — много сессий
  • Быстрая установка и обновление
  • Высокая плотность ресурсов
  • Централизованное управление и безопасность
  • Меньшая стоимость

Ключевые особенности zVirt

🔑 Основные функции

  • SDN (Сетевая виртуализация)
    Аналог базовой функциональности VMware NSX
    Включает:
    • Центральный контроллер управления
    • Логическое сегментирование ВМ
    • Микросегментация (L3–L4)
    • REST-интерфейс
    • Менеджмент портов ВМ (IPAM, MAC/IP контроль)
    • Зеркалирование трафика
    • L2/L3 подключение с NAT и статической маршрутизацией
  • Репликация и Disaster Recovery (DR)
    Аналог VMware SRM и vSphere Replication
    Архитектура:
    • Агент-отправитель (на основной площадке)
    • Контроллер репликации zVirt (в РЦОД)
    • Агент-приемник

    Характеристики:

    • 5 точек восстановления
    • >15 мин шаг между точками
    • 15 мин (RTO) — время восстановления
    • до 15 мин (RPO) — максимум потерянных транзакций
  • Конвертер с VMware
    Массовая миграция ВМ с минимальным простоем
Параметр До релиза 4.1 С релиза 4.1
Миграция 3,5 часа 17 мин синхронизация + 6 мин
Даунтайм 3,5 часа 6 минут
Режим работы Последовательно Параллельно (до 20 ВМ)