深入解析 Microsoft Azure：区域与可用区的工作原理及最佳实践

2026-02-05 13:00:11 0条评论 4次阅读 0人点赞

在构建现代云应用程序时，物理位置的选择往往比我们想象的更为关键。作为开发者或架构师，你是否想过：为什么你的应用在某些地区访问飞快，而在其他地方却慢如蜗牛？如果发生地震或火灾，你的数据还能安然无恙吗？在这篇文章中，我们将深入探讨 Microsoft Azure 的核心基础设施概念——区域和 可用区。我们将一起学习如何利用这些概念来构建不仅快速，而且具备极高容错能力的云端系统。通过实际的代码示例和架构策略，你将掌握如何确保你的业务在全球范围内保持在线和高效。

1 什么是 Azure 区域？
2 深入理解可用区
3 为什么我们需要多区域和可用区架构？
4 实战演练：如何在可用区中部署资源
5 常见错误与解决方案
6 Microsoft Azure 数据中心位置与直接连接的好处
7 总结与后续步骤

什么是 Azure 区域？

当我们谈论云计算时，"云"并不是漂浮在空中的，它实实在在地存在于地球上的各个角落。区域是 Azure 的基本构建单元，它是指部署了数据中心的特定地理位置。当我们在 Azure 上创建一个虚拟机或存储账户时，本质上就是在选择一个特定的区域来托管这些资源。

区域的核心特征

地理合规性与数据主权：每个区域都严格遵循所在国家或地区的法律法规。这对于金融、医疗或政府等受监管行业至关重要。例如，如果你的业务在欧洲，你需要确保数据不会非法流出欧盟边界，选择 "Europe West" 或 "Europe North" 区域可以帮助你满足 GDPR（通用数据保护条例）的要求。
低延迟访问：将应用部署在靠近用户的位置是提升用户体验的关键。如果你的主要用户群在东亚，将服务部署在 "East Asia" 区域可以显著减少网络延迟。

实际操作：使用 Azure CLI 查看所有区域

让我们通过 Azure 命令行接口 (CLI) 来查看当前所有可用的区域。这是你在规划架构时必须掌握的第一步操作。

# 登录 Azure 账户
az login

# 列出所有可用的 Azure 区域
az account list-locations -o table

当你运行这段代码时，你会看到一个长长的列表，包含了 INLINECODEcb83362e（显示名称）和 INLINECODEa046b56d（区域名称，如 eastus, westeurope）。在编写自动化脚本时，建议使用简短的 INLINECODE6faea46c 而不是 INLINECODE689dded4，以避免因空格或特殊字符导致的错误。

深入理解可用区

仅仅选择一个区域是不够的。即使在一个特定的城市内，灾难也可能发生。这就是为什么 Microsoft 引入了可用区 的概念。

可用区的物理隔离

可用区 是指 Azure 区域内物理上独立的数据中心位置。每个可用区由一个或多个配备独立电源、冷却和网络系统的数据中心组成。这里的重点是"物理隔离"。在一个区域内，不同的可用区之间相隔数公里，并通过低延迟网络连接。

这种设计旨在保护应用和服务免受局部故障的影响，比如机房停电、网络中断，甚至是更严重的自然灾害（如洪水、火灾）。如果一个可用区发生故障，你的应用可以迅速切换到同一个区域内的另一个可用区，从而保证业务连续性。

容错能力与 SLA 承诺

微软为支持可用区的服务提供了高达 99.99% 的运行时间 SLA（服务级别协议）。这意味着，当我们将应用架构设计为跨可用区部署时，我们实际上是在向用户承诺：即使发生严重故障，你的应用依然坚如磐石。

示例：支持可用区的区域列表

需要注意的是，并非所有 Azure 区域都拥有可用区。微软正在不断扩展这一覆盖范围。以下是一些常见的支持可用区的区域及其数量示例（请注意，数量会随时间增加）：

区域名称

可用区数量

说明 :—

:—

:— East US (美国东部)

最老牌的区域之一，服务齐全 West Europe (西欧)

欧洲用户的主要选择 Southeast Asia (东南亚)

亚太地区的核心枢纽

注：在部署之前，务必查阅最新的官方文档，确认目标区域当前的可用区状态。

为什么我们需要多区域和可用区架构？

让我们通过一个具体的业务场景，来理解为什么仅仅拥有一个数据中心是不够的。

场景假设：单一数据中心的困境

想象一下，你将公司的一个关键任务应用程序完全部署在非洲（假设存在 Africa South 区域）的某个单一数据中心中。作为架构师，你将面临以下巨大的风险：

性能瓶颈（高延迟）：对于非洲以外的用户（例如在纽约或伦敦的客户），数据请求需要跨越漫长的海底光缆，这会导致访问速度极其缓慢，严重影响用户体验。
单点故障（低可用性）：这是最致命的问题。如果该单一数据中心发生电力故障、网络被切断，或者遭遇物理灾害，你的应用程序将彻底下线。在没有冗余的情况下，你可能需要数小时甚至数天才能恢复服务。

架构演进：逐步优化的解决方案

为了解决上述问题，我们可以采取三种不同层级的解决方案：

方案一：区域内部署（仅解决了合规问题）

我们将应用部署在同一个区域（非洲）内的多个数据中心。这虽然提供了本地冗余，但如果整个非洲区域发生大规模网络中断，或者是针对该地区的互联网路由问题，应用依然会瘫痪。而且，国际用户的延迟问题依然存在。

方案二：异地多区域部署（解决了部分延迟问题）

我们将应用复制到另一个地理位置，例如印度（新德里）。这确实能覆盖一部分新用户，但如果你没有使用 Azure 的流量管理器或前端网关来智能路由流量，用户访问速度依然不稳定。而且，手动维护两个跨洲的数据中心是一项极其繁琐且昂贵的任务。

方案三：Azure 全球基础设施（最佳实践）

这正是 Azure 的价值所在。微软在全球拥有 60 多个超过区域，并且持续扩展中。我们不需要自己建设海底光缆或发电站，只需要利用 Azure 的区域和可用区服务，即可构建全球分布式应用。

实战演练：如何在可用区中部署资源

理论讲完了，让我们看看如何在实践中利用可用区。我们以创建一个 Azure 虚拟机 为例，演示如何指定可用区以确保高可用性。

代码示例：使用 PowerShell 部署跨可用区的 VM

在这个例子中，我们将使用 Azure PowerShell 在 "East US" 区域创建一个位于 "Zone 1" 的虚拟机。

# 1. 定义变量
$resourceGroup = "MyResourceGroup"
$location = "East US"
$vmName = "MyZoneAwareVM"
$zone = "1" # 指定部署在可用区 1

# 2. 创建资源组（如果不存在）
New-AzResourceGroup -Name $resourceGroup -Location $location

# 3. 创建虚拟网络配置
# 创建一个子网配置
$subnetConfig = New-AzVirtualNetworkSubnetConfig `
  -Name "MySubnet" `
  -AddressPrefix "192.168.1.0/24"

# 创建虚拟网络
$vnet = New-AzVirtualNetwork `
  -ResourceGroupName $resourceGroup `
  -Location $location `
  -Name "MyVNet" `
  -AddressPrefix "192.168.0.0/16" `
  -Subnet $subnetConfig

# 4. 创建一个公网 IP 地址并指定可用区
# 注意：要将 VM 放入可用区，其依赖资源（如公网 IP）通常也需要支持可用区
$pip = New-AzPublicIpAddress `
  -ResourceGroupName $resourceGroup `
  -Location $location `
  -Name "MyPublicIP" `
  -AllocationMethod Static `
  -Sku Standard `
  -Zone $zone # 关键点：为 IP 指定区域

# 5. 创建网络接口卡 (NIC) 并关联公网 IP
$nic = New-AzNetworkInterface `
  -ResourceGroupName $resourceGroup `
  -Location $location `
  -Name "MyNIC" `
  -SubnetId $vnet.Subnets[0].Id `
  -PublicIpAddressId $pip.Id

# 6. 配置 VM 设置
$vmConfig = New-AzVMConfig -VMName $vmName -VMSize "Standard_DS1_v2" -Zone $zone
Set-AzVMOperatingSystem -VM $vmConfig -Windows -ComputerName $vmName -Credential (Get-Credential)
Set-AzVMSourceImage -VM $vmConfig -PublisherName "MicrosoftWindowsServer" -Offer "WindowsServer" -Skus "2019-Datacenter" -Version "latest"
Add-AzVMNetworkInterface -VM $vmConfig -Id $nic.Id

# 7. 创建虚拟机
New-AzVM -ResourceGroupName $resourceGroup -Location $location -VM $vmConfig

Write-Host "虚拟机 $vmName 已成功创建在 $location 的可用区 $zone 中。"

代码深度解析

在这个脚本中，有几个关键点需要特别注意：

INLINECODEc350cb43 参数：这是实现区域冗余的核心。我们在创建 INLINECODE557a0a59 和 INLINECODE1464e833 时都显式指定了 INLINECODE25b9e4af。这告诉 Azure 平台将这两个资源锁定在 "East US" 的可用区 1 中。
SKU 级别：注意 INLINECODE195aa0e5 中使用了 INLINECODE497f0aa8。在 Azure 中，要支持可用区，网络资源通常必须使用 "Standard" SKU，而不是旧的 "Basic" SKU。这是一个常见的初学者错误，使用 Basic SKU 会导致无法指定 Zone。
依赖关系：网络接口卡 (NIC) 依赖于虚拟网络 (VNet) 和公网 IP。虽然 VNet 本身是区域级的资源（不绑定特定的 Zone），但 IP 地址是 Zone 级的。这种层级关系决定了资源的物理部署位置。

跨可用区的高可用架构设计

仅仅把一台机器放在 Zone 1 是不够的，那只是具备了"区域容灾"能力（即 Zone 1 挂了，这台机器也就挂了，但它不会影响 Zone 2 的其他资源）。真正的高可用性 意味着我们需要在多个可用区中部署应用负载。

最佳实践：使用负载均衡器跨越可用区

你应该将应用的副本部署在 Zone 1、Zone 2 和 Zone 3 中，然后在前端放置一个 Azure 负载均衡器 或 Application Gateway。

Zone Redundant（区域冗余）：对于 Standard SKU 的负载均衡器，我们可以将其配置为 "Zone Redundant"。这意味着它会在该区域的所有可用区中充当单一的前端 IP。如果一个可用区失效，流量会自动且透明地路由到其他可用区的健康实例。

// 负载均衡器配置片段
{
  "sku": {
    "name": "Standard"
  },
  "frontendIPConfigurations": [
    {
      "name": "LoadBalancerFrontend",
      "zones": ["1", "2", "3"] // 或者不指定 zones 以自动启用区域冗余
    }
  ]
}

常见错误与解决方案

在踏上云端之旅时，我们总结了一些开发者常犯的错误，希望能帮你避开这些坑：

错误：跨可用区意外产生高额费用

* 场景：你在 Zone 1 创建了数据库，在 Zone 2 创建了应用服务器，并且忘记配置虚拟网络对等互连或服务端点。

* 后果：流量流出 Zone 并跨越互联网访问，导致数据传输费用激增。

* 解决：始终确保在同一区域内的不同可用区之间通信，尽量使用 Azure Backbone 网络（私有 IP），并确保你的安全规则允许这种内部流动。

错误：混淆“更新域”和“可用区”

* 解释：旧的 Azure 概念中有 "Fault Domain" (故障域) 和 "Update Domain" (更新域)，这是 VM 在集群内部的逻辑隔离。

* 区别：可用区 是物理上隔绝的数据中心。Availability Sets (可用性集) 是机架级别的逻辑隔离。

* 建议：在新项目中，优先考虑使用 可用区 以获得更高的物理隔离级别。如果你必须使用可用性集，请注意它无法提供像可用区那样的针对断电或火灾的物理保护。

错误：认为“多区域”就是简单的“复制”

* 问题：将数据库从一个区域直接复制到另一个区域而不考虑主从切换或数据冲突。

* 建议：利用 Azure Cosmos DB 或 SQL 数据库异地复制 功能来处理多区域数据同步问题，不要试图自己写脚本来同步数据，除非你有非常特殊的需求。

Microsoft Azure 数据中心位置与直接连接的好处

正如前文所述，Azure 目前在全球拥有 60 多个区域，并且还在不断扩张。每个区域都配备了顶级的物理安全和网络连接能力。

直接连接的优势

除了通过公网访问 Azure，我们还建议企业用户考虑使用 Azure ExpressRoute。

更低的延迟：ExpressRoute 建立了一条从你的本地网络到 Azure 数据中心的专用私有连接。这不经过公共互联网，因此避免了公网拥堵带来的抖动。这对于对延迟敏感的交易系统或实时数据分析至关重要。
更高的安全性：数据不在公共互联网上传输，减少了被攻击的面。
更快的速度：ExpressRoute 可以提供高达 10 Gbps 甚至更高的带宽，远超一般的宽带连接。
可靠性：专用的线路提供了更高的 SLA 保障。

你可以将 ExpressRoute 想象为你修筑了一条从自家后院直通 Azure 机房的高速公路，而不再是走充满红绿灯和拥堵的公共街道。

总结与后续步骤

在这篇文章中，我们一起探索了 Microsoft Azure 的基石——区域和 可用区。我们从地理合规性的角度出发，讨论了如何利用物理隔离来构建高可用性系统，并通过 PowerShell 代码演示了如何实际操作。

要成为一名优秀的 Azure 架构师，你需要掌握以下核心要点：

区域决定了你的数据在哪里、访问速度有多快以及受哪些法律管辖。
可用区 提供了抵御物理灾难的能力，是实现 99.99% SLA 的关键。
跨区域部署 是全球业务的最终解决方案，但也带来了数据一致性和管理的复杂性。

给读者的建议：

动手尝试：按照上文的 PowerShell 脚本，尝试在你的订阅中创建一个跨可用区的虚拟机。观察在创建过程中，Azure Portal 上显示的部署分布情况。
规划架构：审视你当前的项目，是否存在单点故障？是否能通过引入可用区来增强它的健壮性？
探索网络：深入研究 Azure Front Door 或 Traffic Manager，看看如何将全球的用户智能路由到他们最近的区域。

通过合理利用这些基础设施服务，你可以自信地向用户承诺：无论发生什么，我们的业务都将持续在线。

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