در این مقاله قصد داریم شما را با انواع مجازی سازی سرور و شبکه آشنا کنیم. هر کدام از این دو دسته، به نوبه خود به اجزا و انواع کوچک‌تری تقسیم‌بندی می‌شوند. مجازی سازی انواع منابع ، موجب افزایش بهره‌وری آن‌ها می‌شود.
به‌کارگیری انواع شیوه‌های مجازی سازی در سطوح مختلف می‌تواند موجب کاهش هزینههای ضروری در زیرساخت‌های فناوری اطلاعات شود. این امر نتیجه استفاده حداکثری از توان منابع در اجرا و پردازش وظایف رایانشی است.
ضرورت مجازی سازی سرور و شبکه
با مجازی سازی، منابع رایانشی، شبکه و حافظه ذخیرهسازی به شکل مطلوب‌تری بهینه می‌شوند و درنتیجه وابستگی برنامه‌ها، سرویس‌ها و وظایف به سخت‌افزار فیزیکی، کمتر می‌شود.
انواع مجازی سازی سرور و شبکه
با این شیوه متخصصین آی‌تی می‌توانند برای برنامه‌ها، سرویس‌ها و عملکردها محیط شخصی خود را ایجاد کنند، که شامل سیستم‌عامل، نرم‌افزار پشتیبان، منابع شبکه و حافظه ذخیرهسازی می‌شود.
با پیاده‌سازی انواع مجازی سازی سرور و شبکه، مشکلاتی نظیر بارکاری ناشی از پردازش و اجرای وظیفه در منابعی که برای این عملکردها مورد استفاده قرار می‌گیرد، کمتر می‌شود.
از طرف دیگر با اشتراک منابع می‌توان هزینهها را کاهش داد و استفاده و عملکرد این منابع را به‌طور کلی بهبود بخشید.
در ادامه مقاله به تفکیک انواع مجازی سازی سرور و شبکه را بیان خواهیم کرد.
انواع مجازی سازی سرور
سخت‌افزارهای جدید مانند سرورها ابزارهای قدرتمندی هستند که به منظور انجام طیف گسترده‌‌ای از وظایف طراحی شده‌اند. مجازی سازی سرور موجب افزایش توان دستگاه‌ها می‌شود و مزایای فراوانی برای سازمان‌ها و کاربران شخصی به ارمغان می‌آورد.
انواع مجازی سازی سرور
با پیاده‌سازی و اجرای نرم‌افزارها و سرویس‌های مناسب، یک سخت‌افزار قادر خواهد بود وظایف چندین ماشین را شبیه‌سازی کند. مجازی سازی همچنین با پوشاندن منابع از کاربران مختلف، حافظت از امنیت سرور را ارتقا می‌بخشد.
فرآیند استفاده از نرم‌افزار به‌منظور تقسیم سخت‌افزار فیزیکی به سرورهای مجازی مجزا را در اصطلاح مجازی سازی سرور می‌گویند. با تقسیم سخت‌افزار، سرورهای مجازی می‌توانند، برای اجرا و پردازش چندین وظیفه مورد استفاده قرار گیرند. با این روش، هر سرور مجازی قادر است یک سیستم‌عامل متفاوت را بدون اختلال در انطباق و عملکرد، میزبانی کند. سرورهای مجازی همان قابلیت‌های سرورهای فیزیکی را دارا هستند.
یک سرور فیزیکی می‌تواند، با استفاده از یک هایپروایزر یا یک موتور کانتینر(container engine) که از فناوری مجازی سازی بهره می‌برد، یا با استفاده از نمونه‌هایی که منابع سرور فیزیکی نظیر CPU وحافظه را به اشتراک می‌گذارند، چندین سرور مجازی جداگانه ایجاد کند.
امروزه سازمان‌ها از مزایای مختلف مجازی سازی به انحاء مختلف بهره می‌برند. درعین‌حال سرورهای فیزیکی به یکی از اجزا اساسی اکوسیستم هیبریدی جدید تبدیل شده‌اند.
مزایای سرورهای مجازی
- کاهش هزینهها در نتیجه کاهش مصرف انرژی و تقلیل یافتن هزینههای خنک‌سازی و نگه‌داری سرورها
- بهینه‌سازی فضایی و کاهش فضای فیزیکی اشغال‌شده توسط سرورها. این مزیت در نتیجه ادغام و فشرده کردن سرورهای فیزیکی نسخه قدیمی در سروهای مجازی است.
- افزایش مقیاس‌پذیری؛ به گونه‌ای که کاربران با دسترسی مدیریت می‌توانند متناسب با نیاز خود اقدام به ایجاد سرورهای جدید کنند.
- تسریع پشتیبانی و بازیابی و ری‌استور(restore) کردن ایمن داده‌ها
- پشتیبانی فنی برای نصب، پیکربندی و نگه‌داری از سوی شرکت یا شخص عرضه‌کننده ابزار مجازی سازی
- کاهش و متعادل‌سازی بارکاری شبکه
- تسهیل انجام به‌روزرسانی‌های جدید و آسان کردن پیاده‌سازی نرم‌افزارها در سرورهای مجازی
معایب مجازی سازی سرور
- نیاز به مدیریت فنی به منظور ایجاد، پیکربندی، پایش و تأمین امنیت نمونه‌های مجازی
- لگ زدن و اختلال در عملکرد، در صورت فعالیت سنگین‌تر و بیشتر سرورهای مجازی میزبان
- هزینههای بالای اولیه برای خرید هاست فیزیکی و لایسنس نرم‌افزار مجازی‌سازی
- مقیاس‌پذیری پایین‌تر در مقایسه با پلتفرم‌های ابری
- احتمال عدم انطباق برنامه‌های نسخه قدیمی با مجازی سازی
- فضا معمولاً به یک ماشین مجازی واحد یا چندین کانتینر محدود است.
- کاهش کنترل بر سرورهای مجازی به دلیل داخل سازمانی بودن و وابسته بودن به SLA عرضه‌کننده
انواع مجازی سازی سرور
تمام روش‌های مجازی سازی سازمان‌ها را قادر می‌سازد که دسترسی و عملکرد سرورهای فیزیکی بهینه شوند. آنچه هریک از این انواع را از یک‌دیگر متمایز می‌کند، منابع و اهداف مجازی سازی است. به‌طور کلی مجازی سازی سرور در سه نوع انجام می‌گیرد که عبارتند از: مجازی سازی کامل، مجازی سازی نسبی/ موازی(شبه‌کامل) و مجازی سازی در لایه سیستم‌عامل. در ادامه به بررسی این اشکال مجازی سازی سرور می‌پردازیم.
مجازی سازی کامل(Full Virtualization)
هایپروایزر نوعی نرم‌افزار ویژه است که برای مجازی سازی کامل ضروری تلقی می‌شود. به بیان ساده‌تر هایپروایزر لایه‌ای بین سیستم‌عامل و سخت‌افزار است که ابزار و سرویس‌های لازم را برای اجرای آسان سیستم‌عامل‌های متعدد فراهم می‌آورد.
هایپروایزرها برای پایش و رصد حافظه دیسک و میزان مصرف CPU با سرور ارتباط می‌گیرد. سپس نرم‌افزار می‌تواند منابع را به تناسب نیاز میان چندین سرور مجازی توزیع کند. در این مجازی سازی سرور، از هایپروایزر برای شبیه‌سازی سرورهای مجازی استفاده می‌شود.
در این نوع مجازی سازی سرور، توان رایانشی بدون بروز اختلال در عملکرد، به راحتی میان سیستم‌عامل‌های متعدد، توزیع و تقسیم می‌شود.
مجازی سازی کامل سرور
هایپروایزرها برای اجرای وظیفه به مجموعه‌ای از منابع سروری تخصیص‌یافته نیاز دارند که با آن‌ها توان کلی سرور را محدود کنند. در مجازی سازی کامل سرور، نمونه‌های سرورهای مجزا، از عملکرد و وجود سرور دیگر در محیط مجازی آگاهی ندارند.
مجازی سازی موازی یا شبه‌کامل(Para Virtualization)
اساسی‌ترین تفاوت میان مجازی سازی کامل و مجازی سازی موازی، این است که هر سیستم‌عامل روی سرور نسبت به وجود سیستم‌عامل‌های دیگر در محیط مجازی آگاه است. مهم‌ترین مزیت این نوع مجازی سازی سرور این است که هایپروایزر به منابع زیادی برای انجام کار خود نیاز ندارد. علت این امر آن است که سرورهای مجازی متعدد از وجود دیگر سرورهای مجازی به‌طور هوشمند، آگاه هستند و بنابرین می‌توانند به‌گونه‌ای مؤثرتر منابع فیزیکی را تقسیم کنند و به اشتراک بگذارند.
شبیه سازی در لایه سیستم عامل(OS-Level Virtualization)
ابتدایی‌ترین نوع مجازی سازی سرور، مجازی سازی در لایه سیستم عامل است. اگرچه بهره‌گیری و استفاده از این شیوه محدودیت هایی دارد، اما می‌توان آن را با منابع کمتری در مقایسه با مجازی‌سازی کامل و موازی، پیاده‌سازی و حفظ کرد.
در این نوع مجازی سازی سرور، وظیفه مدیریت منابع و جداسازی ماشین‌های مجازی توسط سرورهای فیزیکی سیستم عامل انجام می‌گیرد. ایراد این روش این است که هر ماشین مجازی مجبور است، همان سیستم عامل را اجرا کند، زیرا سیستم عامل، خود به عنوان یک هایپروایزر عمل می کند.
مجازی سازی در لایه سیستم‌عامل، تکنولوژی‌ای است که سیستم‌عامل را با هدف ایجاد چندین ماشین مجازی جداگانه، تقسیم‌بندی می‌کند. ماشین مجازی در لایه سیستم‌عامل یک محیط اجرایی مجازی است که می‌تواند از محیط اجرایی اصلی مجزا شود.
مجازی سازی در لایه سیستم عامل
مانند مجازی سازی موازی، مجازی سازی در لایه سیستم عامل، سرور سخت‌افزار میزبان را شبیه‌سازی نمی‌کند. در این نوع مجازی سازی، هسته یا کرنل سیستم‌عامل با استفاده از نرم‌افزار مناسب، نمونه‌های مجزا و سبک به نام کانتینر ایجاد می‌کند.
اهمیت استفاده از مجازی سازی سرور
در بحث انواع مجازی سازی سرور و شبکه علل گوناگونی برای توجیه مجازی سازی سرور وجود دارد. در حال حاضر، هر روز به پیچیدگی سرورهای مدرن افزوده می‌شود. از طرفی استفاده از یک سرور برای یک برنامه موجب می‌شود، تنها بخشی از توان کلی ماشین مورد استفاده قرار گیرد.
مجازی سازی سرور، یک سخت‌افزار را قادر می‌سازد که با عملکرد سرورهای متعدد از تمام ظرفیت‌های خود استفاده کند. متخصصین آی‌تی و مدیران شبکه می‌توانند، با استفاده از این تکنولوژی مقرون به‌صرفه، ظرفیت‌های فناوری اطلاعات خود را توسعه بخشند و به کاربران متعدد امکان دسترسی به توان حداکثری سخت‌افزار سرور خود را بدهند.
در مقایسه با استفاده از چندین سرور فیزیکی، در این نوع مجازی سازی مدیریت سرور با هزینه کمتری ممکن می‌شود و در عین حال نیاز به فضای فیزیکی کاهش می‌یابد. به‌علاوه مشکلات این سرورها را می‌توان در یک محل واحد بررسی و حل کرد که در نتیجه آن هزینههای نگه‌داری، حفظ و اختلال در سرورها کاهش می‌یابد.
کاربردهای مجازی سازی سرور
دلایل زیادی برای مجازی سازی سرور وجود دارد. برخی از کاربردهای رایج این نوع مجازی سازی را در زیر بیان می‌کنیم.
توسعه و آزمایش
با استفاده از ماشین‌های مجازی می‌توان بدون نگرانی از آسیب دیدن سیستم‌ها، آن‌ها را برای اجرا و آزمایش مورد استفاده قرار داد. درصورت بروز مشکل، ماشین مجازی قادر است، بدون از دست رفتن داده‌ها یا اختلال در سایر سیستم‌ها مجدداً راه‌اندازی شود. کاهش اختلال در سیستم‌ها خود، باعث کاهش هزینههای نگه‌داری و تعداد کارمندان مورد نیاز می‌شود.
یکپارچه‌سازی
محبوب‌ترین کاربرد مجازی سازی، یکپارچه‌سازی سرور است. با این شیوه می‌توان بارکاری سرورهای فیزیکی را به ماشین‌های مجازی منتقل کرد و سپس آن پلتفرم‌های مجازی را به سیستم‌های فیزیکی منتقل کرد. این امر موجب کاهش تعداد سرورها و هزینههای اجرایی می‌شود. در نهایت این فرآیند باعث افزایش استفاده از زیرساخت‌ها در عین حفظ صرفه اقتصادی می‌شود.
پشتیبانی از انواع پلتفرم‌ها
در بحث انواع مجازی سازی سرور و شبکه، با استفاده از اشکال خاص مجازی سازی سرور می‌توان، به انواع سیستم‌عامل‌ها بدون نیاز به تخصیص سخت‌افزار به هر پلتفرم، دسترسی یافت.
انعطاف در دسترسی به انواع سیستم‌عامل‌ها با مجازی سازی سرور
به مدد وجود هایپروایزر می‌توان به راحتی به هر سیستم‌عاملی دسترسی پیدا کرد. این امر کاربران را قادر می‌سازد که بدون نگرانی از مشکلات انطباق‌پذیری یا بدون نیاز به تغییر ابزار، انواع سیستم‌عامل‌ها را روی یک محیط در اختیار داشته باشند. این امر خود به بهبود استفاده از ویژگی‌های مختلف هر نرم‌افزار و توسعه کارآمدی تجاری در سطوح سازمانی و شرکتی می‌شود.
مجازی سازی شبکه
مجازی سازی شبکه فرآیند ادغام منابع سخت‌افزاری و نرم‌افزاری شبکه در یک بخش اجرایی واحد است. این نوع مجازی سازی با هدف تبدیل شبکه وابسته به سخت‌افزار به شبکه مبتنی بر نرم‌افزار صورت می‌گیرد.
در واقع هدف ابتدایی از این مجازی سازی، ایجاد یک لایه انتزاعی میان سخت‌افزار فیزیکی و فعالیت‌هایی است که از این سخت‌افزار استفاده می‌کنند.
هدف دیگر این نوع مجازی سازی این است که منابع شبکه به‌صورت کارآمد، کنترل شده و ایمن بین سیستم‌ها و کاربران توزیع شود.
محصول نهایی مجازی سازی شبکه، شبکه مجازی است. مجازی سازی شبکه اختصاصاً موجب می‌شود، عملکرد شبکه، و منابع سخت‌افزاری و نرم‌افزاری مستقل از سخت‌افزار در قالب یک شبکه مجازی، توزیع شوند.
مجازی سازی شبکه
این شیوه از مجازی سازی را می‌توان به‌منظور یکپارچه‌سازی چندین شبکه فیزیکی، تقسیم‌بندی این شبکه‌ها یا متصل کردن ماشین‌های مجازی به یک‌دیگر به‌کار برد.
این نوع مجازی سازی موجب می‌شود، عرضه‌کنندگان سرویس دیجیتال استفاده از منابع سروری خود را بهینه‌سازی کنند. همچنین آن‌ها را قادر می‌سازد که از سرورهای استاندارد برای عملکردهایی که انجام آن‌ها منوط به وجود سخت‌افزار انحصاری گران‌قیمت است، استفاده کنند. در یک نگاه کلی، مجازی سازی شبکه سرعت، انعطاف و مطئن بودن شبکه را بهبود می‌بخشد.
انواع مجازی سازی شبکه
در بحث انواع مجازی سازی سرور و شبکه، انواع مجازی سازی شبکه را می‌توان در دو دسته بررسی کرد: مجازی سازی خارجی و مجازی سازی داخلی. محصول نهایی هریک از این دو نوع، شبکه خارجی مجازی و شبکه داخلی مجازی است.
مجازی سازی خارجی
با این نوع مجازی سازی شبکه، سیستم‌های فیزیکی متصل به یک شبکه محلی(LAN) در شبکه‌های مجازی محلی مجزا(VLANs) ادغام می‌شوند. به علاوه می‌توان از این شیوه برای تقسیم یک شبکه محلی مجزا به یک شبکه مجازی محلی استفاده کرد.
شبکه‌های خارجی مجازی متشکل از چندین شبکه محلی هستند که از طریق یک نرم‌افزار به عنوان یک کلیت واحد، مدیریت می‌شوند. اساس تشکیل‌دهنده شبکه‌های خارجی مجازی کلاسیک، سوییچ سخت‌افزاری و فناوری نرم‌افزار شبکه مجازی محلی(VLAN) است. شبکه‌های بزرگ شرکتی و دیتاسنترها نمونه‌هایی از شبکه خارجی مجازی هستند.
مجازی سازی داخلی
برخلاف مجازی سازی خارجی شبکه، که بر سیستم‌های خارج از یک سرور واحد کار می‌کند، مجازی سازی داخلی شبکه، از درون یک سرور به منظور شبیه‌سازی شبکه فیزیکی کار می‌کند. از این شیوه برای بهبود کارایی شبکه استفاده می‌شود که با پیکربندی یک سرور با کانتینرهای نرم‌افزاری همراه است. با استفاده از کانتینرها، برنامه‌های مجزا می‌توانند، ایزوله شوند یا سیستم‌عامل‌های مختلف می‌توانند، روی یک سرور اجرا شوند.
مزایای مجازی سازی شبکه
بسیاری از عرضه‌کنندگان سرویس‌های دیجیتال در حال حاضر از مجازی سازی شبکه(NFV) بهره می‌برند. این رویکرد فواید متعددی برای این افراد به همراه دارد:
- استفاده کمتر از سخت‌افزار
- استفاده از سخت‌افزار ارزان‌تر
- قابلیت افزایش و کاهش بارکاری با حداقل توان مصرفی
- امکان توسعه و مقیاس‌پذیری گسترده منابع برای اعمال تغییرات ایجاد شده در شبکه
کلام آخر
در این مقاله به تفصیل انواع مجازی سازی شبکه و سرور مورد بررسی قرار گرفتند. ویژگی‌های منحصر‌به‌فردی که مجازی سازی سرور و شبکه در اختیار کاربران و متخصصین آی‌تی می‌گذارد، این تکنولوژی را به انتخاب تراز اول سازمان‌ها و شرکت‌ها برای بهینه‌سازی زیرساخت‌های فناوری اطلاعات بدل کرده است.
کاهش هزینههای نگه‌داری، کاهش تعداد سرورها و درنتیجه کاهش نیاز به فضای فیزیکی برای استقرار سرورها از مزایای قابل توجه مجازی سازی سرور است. مجازی سازی در سطوح مختلفی انجام می‌گیرد که سه مورد آن شامل مجازی سازی کامل، مجازی سازی موازی یا شبه کامل و مجازی سازی در سطح سیستم عامل مورد بررسی قرار گرفتند.
مجازی سازی شبکه نیز در دو سطح گسترده مجازی سازی خارجی و مجازی سازی داخلی انجام می‌گیرد که در این مقاله به این دو مبحث نیز پرداخته شد.
منابع:
- https://www.cdw.com/content/cdw/en/articles/datacenter/what-is-server-virtualization.html
- https://www.serverwatch.com/guides/virtual-server/
- https://dl.acm.org/doi/10.5555/1571423
- https://docs.oracle.com/cd/E19120-01/open.solaris/819-6990/gfkbw/index.html
- https://www.redhat.com/en/topics/virtualization/what-is-network-virtualization
- https://www.geeksforgeeks.org/types-of-server-virtualization-in-computer-network/
- https://searchservervirtualization.techtarget.com/tip/5-types-of-server-virtualization-explained
