Windows Server 2016最新特性解析

Windows Server 2016 新特性深度解析

摘要

Windows Server 2016 作为微软推出的服务器操作系统，带来了众多革新。这些新特性涵盖了计算、存储、网络、安全等多个层面，旨在满足现代数据中心和云计算环境的需求。本文将深入探讨 Windows Server 2016 的关键新特性，分析其设计理念和应用场景，并与其他版本进行对比，以期为读者提供全面的技术参考。

1. 计算平台的演进

1.1 Nano Server：精简与高效

Nano Server 是 Windows Server 2016 中最引人注目的新特性之一。它是一个经过深度精简的、面向云基础设施和应用的部署选项。相比于传统的 Server Core 模式，Nano Server 的体积进一步缩小，磁盘占用空间、启动时间、所需更新数量都得到了显著降低。

Nano Server 的优势：

• 更小的攻击面： 由于代码库的大幅减少，潜在的安全漏洞也随之减少，提高了系统的安全性。
• 更少的重启： 更少的组件意味着更少的更新和维护，从而减少了服务器重启的次数，提高了服务的可用性。
• 更快的部署： 小巧的体积使得 Nano Server 的部署速度远超传统服务器版本，更适合大规模的自动化部署。
• 更高的资源利用率： 更低的资源占用使得在相同的硬件上可以运行更多的 Nano Server 实例，提高了资源利用率。

Nano Server 的适用场景：

• 作为容器主机（运行 Hyper-V 容器和 Windows Server 容器）。
• 运行云应用，例如基于 ASP.NET Core 的 Web 应用。
• 作为横向扩展文件服务器。
• 作为 DNS 服务器。

Nano Server的限制:
Nano Server不包括图形用户界面（GUI），完全通过命令行(PowerShell)，WMI或远程管理工具进行管理，例如服务器管理器。

1.2 Windows 容器：应用隔离与敏捷交付

Windows Server 2016 原生支持容器技术，包括 Windows Server 容器和 Hyper-V 容器两种类型。

• Windows Server 容器： 与 Docker 容器类似，提供应用级别的隔离，共享宿主机的内核，资源占用更少，启动速度更快。
• Hyper-V 容器： 提供更高级别的隔离，每个容器都运行在一个轻量级的虚拟机中，拥有独立的内核，安全性更高。

容器技术的优势：

• 一致的环境： 容器将应用及其依赖项打包在一起，确保在不同环境中的一致性，解决了“在我机器上可以运行”的问题。
• 敏捷开发与部署： 容器的快速启动和轻量级特性使得应用的开发、测试和部署更加敏捷。
• 资源高效利用： 容器共享宿主机内核，资源开销远小于虚拟机，提高了资源利用率。
• 弹性伸缩： 容器可以快速创建和销毁，易于实现应用的弹性伸缩。

1.3 嵌套虚拟化

Windows Server 2016 支持嵌套虚拟化，允许在 Hyper-V 虚拟机中运行 Hyper-V。这项特性为开发、测试和培训场景提供了便利，例如：

• 在虚拟机中创建和测试 Hyper-V 集群。
• 运行虚拟化的容器主机。
• 构建多层虚拟化实验环境。

1.4 其他计算增强

除了上述显著特性，Windows Server 2016 还在以下计算方面进行了增强：

• Hyper-V 增强： 支持生产检查点、热添加/移除网络适配器和内存、安全启动 Linux 虚拟机等。
• PowerShell 5.1： 增强了脚本编写和自动化管理能力。
• Windows Defender： 默认启用，提供基本的恶意软件防护。

2. 存储的革新

2.1 存储空间直通 (Storage Spaces Direct, S2D)

存储空间直通是 Windows Server 2016 中一项重要的存储技术。它允许使用服务器本地的存储（例如 SATA、SAS、NVMe 硬盘）构建高可用、可扩展的软件定义存储。

S2D 的主要特点：

• 超融合部署： 将计算和存储资源整合在同一组服务器上，简化了部署和管理。
• 横向扩展： 通过添加更多服务器节点，可以线性扩展存储容量和性能。
• 多种存储介质支持： 支持混合使用 HDD、SSD 和 NVMe 硬盘，满足不同性能需求。
• 容错能力： 通过数据复制和纠删码等技术，提供数据冗余和故障恢复能力。

对比不同存储方案:

这里采用一种情景模拟的方式进行比较：假设一个中小型企业需要构建一个虚拟化平台，分别考虑传统 SAN 存储、存储空间 (Storage Spaces) 和存储空间直通 (S2D) 三种方案。

• 传统 SAN 存储：

  • 优点： 成熟稳定，性能较高，有专门的厂商支持。
  • 缺点： 成本高昂，扩展性受限，需要专业的存储管理知识。
  • 情景： 企业需要购买昂贵的 SAN 设备，并配备专门的存储管理员。随着业务增长，可能需要购买更高端的 SAN 设备或扩展柜，成本进一步增加。

• 存储空间 (Storage Spaces)：

  • 优点： 成本较低，利用 Windows Server 内置功能，无需额外硬件。
  • 缺点： 需要共享的 JBOD 存储，扩展性受限，性能不如 SAN。
  • 情景： 企业可以购买 JBOD 存储柜，通过 SAS 线缆连接到多台服务器。但这种方式的扩展性有限，且性能会受到 JBOD 本身的限制。

• 存储空间直通 (S2D)：

  • 优点： 成本较低，利用服务器本地存储，扩展性好，性能接近 SAN。
  • 缺点： 需要至少两台服务器（建议四台或更多），对网络有一定要求。
  • 情景： 企业可以直接利用现有的服务器，或者购买配置了本地硬盘的新服务器。通过添加更多服务器节点，可以轻松扩展存储容量和性能。S2D 通过高速网络（例如 10GbE 或 RDMA）连接服务器，实现数据同步和故障转移。

2.2 存储副本 (Storage Replica)

存储副本提供了基于块级别的同步或异步复制功能，用于在服务器之间或群集之间复制数据，实现灾难恢复和高可用性。

存储副本的特点：

• 同步复制： 数据实时复制到目标服务器，保证数据一致性，但对网络延迟有较高要求。
• 异步复制： 数据以异步方式复制到目标服务器，延迟较低，但可能存在数据丢失的风险。
• 多种拓扑支持： 支持服务器到服务器、群集到群集、延伸群集等多种拓扑。
• 与现有技术集成： 可以与故障转移群集、存储空间直通等技术集成，提供更全面的解决方案。

2.3 存储 QoS

存储 QoS（服务质量）允许管理员为虚拟机或虚拟硬盘设置存储性能策略，限制其 IOPS 或带宽，避免“吵闹的邻居”效应，保证关键应用的性能。

3. 网络功能的增强

3.1 软件定义网络 (Software Defined Networking, SDN)

Windows Server 2016 引入了 SDN 功能，通过网络控制器 (Network Controller) 集中管理和配置网络资源，实现网络的自动化和灵活性。

SDN 的主要组件：

• 网络控制器： SDN 的核心组件，提供统一的管理界面，控制数据平面的行为。
• Hyper-V 虚拟交换机： 支持 VXLAN 和 NVGRE 等网络虚拟化技术，实现多租户隔离。
• 软件负载均衡器 (SLB)： 提供 L4 负载均衡功能，提高应用可用性和可扩展性。
• 分布式防火墙： 允许管理员为虚拟机定义细粒度的防火墙策略，增强安全性。

SDN 的优势：

• 集中管理： 通过网络控制器，可以集中管理整个网络，简化配置和维护。
• 自动化： 通过 PowerShell 或 REST API，可以实现网络配置的自动化，提高效率。
• 灵活性： 可以根据应用需求动态调整网络资源，提高资源利用率。
• 多租户隔离： 通过网络虚拟化技术，实现不同租户之间的网络隔离，保证安全性。

3.2 网络功能虚拟化 (Network Function Virtualization, NFV)

Windows Server 2016 支持 NFV，可以将传统的网络设备（例如防火墙、负载均衡器、路由器）虚拟化为软件功能，运行在 Hyper-V 虚拟机中，降低硬件成本，提高灵活性。

4. 安全性的提升

4.1 凭据保护 (Credential Guard)

凭据保护利用基于虚拟化的安全技术 (VBS) 来隔离和保护用户的凭据，防止凭据盗窃攻击（例如 Pass-the-Hash）。

工作原理：

Credential Guard 将凭据存储在一个安全隔离的容器中，只有特权系统软件才能访问。即使攻击者获得了管理员权限，也无法窃取存储在容器中的凭据。

4.2 设备保护 (Device Guard)

设备保护结合了硬件和软件安全功能，可以锁定设备，只允许运行经过授权的代码，防止恶意软件和未经授权的应用运行。

主要组件：

• 可配置的代码完整性 (Configurable Code Integrity, CCI)： 定义哪些代码可以运行。
• 基于虚拟化的安全 (VBS)： 提供一个安全的环境来运行 CCI 策略。

4.3 受防护的虚拟机 (Shielded VMs)

受防护的虚拟机是针对恶意管理员和恶意软件攻击的一种高级安全保护机制。它结合了多项技术，包括：

• 虚拟 TPM： 为虚拟机提供一个虚拟的 TPM 芯片，用于存储密钥和进行安全启动。
• BitLocker 加密： 对虚拟机的虚拟硬盘进行加密，防止未经授权的访问。
• 主机保护者服务 (Host Guardian Service, HGS)： 验证 Hyper-V 主机的健康状态，只允许受信任的主机运行受防护的虚拟机。

受防护的虚拟机的优势：

• 防止恶意管理员： 即使管理员拥有 Hyper-V 主机的管理员权限，也无法访问受防护的虚拟机内部的数据。
• 防止恶意软件： 通过 BitLocker 加密和安全启动，防止恶意软件篡改虚拟机。
• 合规性： 满足对数据安全有严格要求的场景，例如金融、医疗等行业。

4.4 Just Enough Administration (JEA)

JEA 是一种基于 PowerShell 的安全管理技术，允许管理员为用户分配最小权限，限制其只能执行特定的管理任务，降低安全风险。

JEA 的优势：

• 最小权限原则： 用户只能执行其工作所需的最小权限，减少了攻击面。
• 简化管理： 通过预定义的角色和功能，简化了权限分配过程。
• 审计： 可以记录用户的操作，便于审计和追溯。

5. 应用平台

5.1 IIS 10

Windows Server 2016 搭载了 IIS 10，带来了多项新特性和改进：

• HTTP/2 支持： 提高了网站加载速度和性能。
• Nano Server 支持： 可以在 Nano Server 上运行 IIS，实现轻量级的 Web 服务器部署。
• PowerShell 管理： 增强了 PowerShell 对 IIS 的管理能力，简化了配置和自动化。
• 支持通配符主机头绑定

展望未来

Windows Server 2016 的发布标志着微软服务器操作系统向云计算和现代数据中心迈进的重要一步。其众多创新特性，为企业构建安全、高效、灵活的 IT 基础设施提供了强有力的支持。可以预见，随着容器、微服务、DevOps 等技术的普及，Windows Server 2016 及其后续版本将在企业 IT 转型中发挥越来越重要的作用。

后续的操作系统将这些功能进行了进一步的增强，例如Windows Server 2019 与 Windows Server 2022.但 Windows Server 2016 作为重要的里程碑，其奠定的基础是不可忽视的。