智慧校園云數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案

智慧校園云數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案一、項(xiàng)目現(xiàn)狀隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧校園建設(shè)已經(jīng)成為了教育行業(yè)的重要發(fā)展方向，各大高校也紛紛開始了智慧校園的建設(shè)。然而，在建設(shè)過程中，智慧校園云數(shù)據(jù)中心的建設(shè)成為了一個(gè)重要的問題，亟待解決。二、方案建設(shè)需求為了解決智慧校園云數(shù)據(jù)中心建設(shè)的問題，需要明確建設(shè)方案的需求。首先，需要一個(gè)高效穩(wěn)定的云數(shù)據(jù)中心，能夠支持大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理。其次，需要一個(gè)可靠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠保證數(shù)據(jù)的安全和穩(wěn)定傳輸。最后，需要一個(gè)智能化的管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心的自動(dòng)化管理和監(jiān)控。三、總體目標(biāo)建設(shè)智慧校園云數(shù)據(jù)中心的總體目標(biāo)是為了提高學(xué)校信息化水平和服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)教育信息化的跨越式發(fā)展。通過建設(shè)高效穩(wěn)定的云數(shù)據(jù)中心，能夠更好地支持學(xué)校的教學(xué)、科研和管理工作，提高學(xué)校的綜合實(shí)力和核心競爭力。四、智慧校園云數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案4.1整體方案架構(gòu)設(shè)計(jì)智慧校園云數(shù)據(jù)中心的整體方案架構(gòu)設(shè)計(jì)包括：數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施、云計(jì)算平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、安全保障和管理監(jiān)控系統(tǒng)等五個(gè)方面。其中，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施包括機(jī)房、電力、制冷和機(jī)柜等；云計(jì)算平臺(tái)包括計(jì)算、存儲(chǔ)和虛擬化等；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括核心交換機(jī)、路由器和防火墻等；安全保障包括數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)、數(shù)據(jù)加密和安全審計(jì)等；管理監(jiān)控系統(tǒng)包括自動(dòng)化管理和監(jiān)控系統(tǒng)。4.2智慧校園云數(shù)據(jù)中心資源池設(shè)計(jì)4.2.1計(jì)算資源池計(jì)算資源池是智慧校園云數(shù)據(jù)中心的核心資源池之一，主要包括服務(wù)器、存儲(chǔ)和虛擬化等。在計(jì)算資源池的設(shè)計(jì)中，需要考慮到計(jì)算資源的可擴(kuò)展性、高可用性和靈活性。同時(shí)，還需要考慮到計(jì)算資源的節(jié)能和環(huán)保等因素。通過合理的計(jì)算資源池設(shè)計(jì)，能夠更好地滿足學(xué)校的教學(xué)、科研和管理需求。云架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心旨在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的按需運(yùn)營和多種服務(wù)的開通，這需要對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行調(diào)度和分配，并提供用戶管理、組織管理、工作流管理、統(tǒng)一接入界面等功能。管理系統(tǒng)不僅要管理傳統(tǒng)的物理資源和新的虛擬資源，還要從全局管理資源，因此統(tǒng)一管理平臺(tái)與自動(dòng)化服務(wù)交付是提升服務(wù)效率的重要因素。總體目標(biāo)：總體建設(shè)目標(biāo)是完成智慧校園云計(jì)算數(shù)據(jù)中心建設(shè)，通過智慧校園平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)以下業(yè)務(wù)目標(biāo)：1.創(chuàng)造智慧化校園環(huán)境；2.促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，提高教育教學(xué)質(zhì)量和效率；3.促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展和學(xué)生綜合素質(zhì)，提高師生信息技術(shù)素養(yǎng)和能力；4.提高教育管理信息化水平和效率。項(xiàng)目建設(shè)的意義：智慧校園云數(shù)據(jù)中心建設(shè)為后續(xù)的智慧校園應(yīng)用、大數(shù)據(jù)分析、教學(xué)教務(wù)管理提供云計(jì)算支撐平臺(tái)，解決了教務(wù)管理落后、信息化教學(xué)水平低、各業(yè)務(wù)部門重復(fù)采購硬件設(shè)備等問題。通過智慧校園云計(jì)算平臺(tái)的建設(shè)，為開展智慧教學(xué)應(yīng)用的探索與實(shí)踐，智慧管理與服務(wù)應(yīng)用的探索與實(shí)踐提供基礎(chǔ)平臺(tái)支撐，使院校處于領(lǐng)先地位。建設(shè)依據(jù)及可行性分析：本次項(xiàng)目建設(shè)主要結(jié)合院校信息化建設(shè)現(xiàn)狀，與智慧校園建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的差距，并參考國家教育部、省教育廳等主管單位的信息化建設(shè)指導(dǎo)建議。項(xiàng)目建設(shè)主要參考依據(jù)包括《關(guān)于加快推進(jìn)教育信息化建設(shè)工作的意見》、《教育信息化“十三五”規(guī)劃》、《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》、《河南省高校信息化發(fā)展水平評(píng)估指標(biāo)體系（試行）》。項(xiàng)目建設(shè)的主要內(nèi)容是云計(jì)算中心和信息安全體系，而目前云計(jì)算技術(shù)、信息安全等保建設(shè)已經(jīng)成為信息化建設(shè)的必備基礎(chǔ)內(nèi)容。云計(jì)算相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成熟商用，虛擬化技術(shù)成為資源整合、數(shù)據(jù)共享云建設(shè)的主流選擇。以“超融合架構(gòu)”為代表的軟件定義數(shù)據(jù)中心，成為當(dāng)前數(shù)據(jù)中心云化建設(shè)的熱門階段。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心建設(shè)已經(jīng)在大部分高等院校中實(shí)踐落地，并取得了較好的應(yīng)用效果。智慧校園的應(yīng)用需要云計(jì)算平臺(tái)的支持。為了滿足校內(nèi)資源共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、一站式服務(wù)和師生管理、生活服務(wù)的需求，需要整合基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)、應(yīng)用系統(tǒng)支持平臺(tái)等各個(gè)層面，因此需要構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)即服務(wù)系統(tǒng)和平臺(tái)即服務(wù)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心來支持智慧應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)智慧校園服務(wù)平臺(tái)提供云計(jì)算服務(wù)需求，需要通過云計(jì)算架構(gòu)的優(yōu)勢，將業(yè)務(wù)系統(tǒng)效率發(fā)揮至極致。智慧校園云數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了資源、業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)的集中承載和統(tǒng)一調(diào)度，整體解決方案系統(tǒng)邏輯架構(gòu)圖如下：智慧校園云數(shù)據(jù)中心邏輯架構(gòu)智慧校園云數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)利用通用的硬件基礎(chǔ)架構(gòu)，在通用的X86平臺(tái)之上，利用軟件定義的思路，將計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、安全和存儲(chǔ)進(jìn)行全面的融合，構(gòu)建出池化的超融合基礎(chǔ)架構(gòu)。在此基礎(chǔ)之上，利用云管理平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)硬件資源生命周期管理、運(yùn)維管理系統(tǒng)、資源及業(yè)務(wù)的編排等一系列符合私有云需求的功能特性。通過各類接口像PaaS和SaaS包括大數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接，從而為上層的各類智慧校園應(yīng)用提供統(tǒng)一的底層支撐。最后通過自動(dòng)化的運(yùn)維和安全及服務(wù)實(shí)現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)交付。智慧校園云數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)需要滿足不同規(guī)模用戶的使用場景，云數(shù)據(jù)中心資源池根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)?？梢詫?shí)現(xiàn)橫向彈性擴(kuò)展、資源自助服務(wù)。基于智慧校園應(yīng)用服務(wù)對(duì)象、業(yè)務(wù)特點(diǎn)，云數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)采用超融合架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)資源的池化，結(jié)合云管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)資源自助分配、業(yè)務(wù)自動(dòng)化編排等平臺(tái)資源管理服務(wù)。智慧校園云數(shù)據(jù)中心通過超融合基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)，構(gòu)建出計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、安全及存儲(chǔ)的統(tǒng)一資源池。計(jì)算虛擬化將計(jì)算資源由物理形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬓螒B(tài)，更加可靠和靈活。網(wǎng)絡(luò)虛擬化能夠在拓?fù)渖险宫F(xiàn)出業(yè)務(wù)邏輯，使得流量模型更加清晰。存儲(chǔ)虛擬化能夠充分利用服務(wù)器的硬盤資源構(gòu)建出分布式存儲(chǔ)體系架構(gòu)，根據(jù)業(yè)務(wù)需求橫向擴(kuò)容。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心通過云管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)集中的業(yè)務(wù)調(diào)度。1.通過網(wǎng)絡(luò)資源池技術(shù)，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)、安全硬件設(shè)備都可以虛擬化運(yùn)行在服務(wù)器中，大幅簡化了物理連線和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。同時(shí)，硬件交換機(jī)也不再需要支持過渡性網(wǎng)絡(luò)功能，只需要普通的交換機(jī)即可滿足云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求。2.部署虛擬網(wǎng)絡(luò)aNet后，物理交換機(jī)無需配置復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)策略，只需提供簡單的大二層轉(zhuǎn)發(fā)即可。所有虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)配置策略都部署在aSwitch上，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)配置的自動(dòng)化調(diào)整，極大地簡化了虛擬機(jī)遷移所帶來的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維工作。3.網(wǎng)絡(luò)虛擬化在可靠性方面做了很多改進(jìn)，包括應(yīng)用層協(xié)議棧技術(shù)、分布式設(shè)計(jì)的虛擬路由和虛擬交換機(jī)、集群部署和鏈路聚合等，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的高可靠保障和快速恢復(fù)業(yè)務(wù)。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)提供了高性能網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)引擎，達(dá)到了和物理網(wǎng)絡(luò)一樣強(qiáng)勁的性能。4.為提升虛擬化平臺(tái)的安全性，采用隔離的分布式交換機(jī)、ACL訪問控制、NGAF的L2-L7安全防護(hù)技術(shù)、SSLVPN完整的安全接入技術(shù)等多層次安全策略，加固了不同虛擬化環(huán)境邊界的安全性。5.存儲(chǔ)虛擬化aSAN基于集群設(shè)計(jì)，將服務(wù)器上的硬盤存儲(chǔ)空間組織起來形成一個(gè)存儲(chǔ)資源池，提高了存儲(chǔ)資源的利用率和可靠性。ServerSAN分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)是一種虛擬共享存儲(chǔ)資源池，可以實(shí)現(xiàn)高可靠、高性能的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。該分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)與獨(dú)立共享存儲(chǔ)在功能上完全一致，但是一份數(shù)據(jù)會(huì)同時(shí)存儲(chǔ)在多個(gè)不同的物理服務(wù)器硬盤上，提升數(shù)據(jù)可靠性。此外，通過SSD緩存，可以大幅提升服務(wù)器硬盤的IO性能，實(shí)現(xiàn)高性能存儲(chǔ)。由于存儲(chǔ)與計(jì)算完全融合在一個(gè)硬件平臺(tái)上，用戶無需購買連接計(jì)算服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備的SAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（FCSAN或者iSCSISAN）。aSAN存儲(chǔ)虛擬化方案可以支持橫向（增加服務(wù)器數(shù)量）、縱向（增加單臺(tái)服務(wù)器的硬盤數(shù)量）等擴(kuò)展方式，擴(kuò)展起來非常簡單。只需要將新的服務(wù)器加入原來的集群就可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，擴(kuò)展后可以實(shí)現(xiàn)容量和性能的同步擴(kuò)展，滿足智慧云數(shù)據(jù)中心分期建設(shè)的需求。添加新的服務(wù)器到集群后，不僅存儲(chǔ)空間得到擴(kuò)展，性能也會(huì)得到同步的擴(kuò)展。因此，aSAN技術(shù)在云數(shù)據(jù)中心投資建設(shè)階段不需要過多地考慮未來的擴(kuò)展，只需要滿足未來3~6個(gè)月的需求就足夠了。這降低了初期的投資成本，并避免了傳統(tǒng)FC存儲(chǔ)由于無法平滑擴(kuò)展性能，而需要遷移數(shù)據(jù)存儲(chǔ)所帶的高風(fēng)險(xiǎn)。虛擬化存儲(chǔ)aSAN沒有采用傳統(tǒng)FC存儲(chǔ)的RAID方式，而是把每份數(shù)據(jù)copy成多份副本進(jìn)行多副本存儲(chǔ)，服務(wù)器只需要以常規(guī)手段掛載硬盤，虛擬化存儲(chǔ)平臺(tái)會(huì)把數(shù)據(jù)在不同的物理服務(wù)器硬盤里創(chuàng)建2個(gè)到3個(gè)一樣的副本。每一次數(shù)據(jù)的變化，都會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)，在aSAN中的所有副本里進(jìn)行同步，從而確保數(shù)據(jù)的一致性。這樣做的好處非常明顯。首先，由于不需要使用RAID，服務(wù)器的磁盤利用率會(huì)非常高。多副本的同步存儲(chǔ)方式又能夠在最大程度上確保數(shù)據(jù)的互備效果，從而低成本的實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的高可靠。由于aSAN存儲(chǔ)虛擬化采用副本方式保存數(shù)據(jù)，支持2-3份副本。當(dāng)物理硬盤出現(xiàn)故障的時(shí)候，存儲(chǔ)則會(huì)被重新指向另外一個(gè)健康的副本，整個(gè)過程是毫秒級(jí)的切換，對(duì)用戶來講基本是無感知的。如果不幸遇上了物理主機(jī)或者是網(wǎng)絡(luò)故障，整個(gè)虛擬化平臺(tái)可以完成分鐘級(jí)的切換，業(yè)務(wù)系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的虛機(jī)可以快速切換到另一臺(tái)服務(wù)器拉起，幾分鐘就能恢復(fù)正常運(yùn)作，而存儲(chǔ)的指向仍然保持了同步，這樣就比傳統(tǒng)方式的業(yè)務(wù)恢復(fù)速度快了很多。3.高性能SSD緩存技術(shù)：為了提供高效的云服務(wù)，存儲(chǔ)虛擬化aSAN采用了SSD雙緩存方式，即使用獨(dú)立的SSD硬盤進(jìn)行讀寫操作。通過高效的SSD緩存技術(shù)，用戶可以以較低的成本獲得非常高的IO性能，保證云數(shù)據(jù)中心快速、高效地提供服務(wù)。此外，通過算法優(yōu)化，業(yè)務(wù)系統(tǒng)所請求的數(shù)據(jù)絕大部分情況下都會(huì)直接讀取到本地磁盤上的副本，從而使得存儲(chǔ)的響應(yīng)速度大幅提升，明顯提升整體存儲(chǔ)的IOPS性能。4.3云數(shù)據(jù)中心資源管理平臺(tái)：云管理平臺(tái)通過流程化、自動(dòng)化的方式將云數(shù)據(jù)中心資源池實(shí)現(xiàn)資源即服務(wù)的交付，交付給最終的業(yè)務(wù)部門或者業(yè)務(wù)使用者，并實(shí)現(xiàn)平臺(tái)自動(dòng)化的運(yùn)維。該平臺(tái)采用分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)，即企業(yè)級(jí)云架構(gòu)集群中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可提供相應(yīng)的管理服務(wù)，任何單一節(jié)點(diǎn)故障都不會(huì)引起整個(gè)平臺(tái)的管理中斷。并且平臺(tái)可提供分級(jí)分權(quán)的管理，針對(duì)不同的平臺(tái)用戶，可以各自使用和管理平臺(tái)管理分配給的對(duì)應(yīng)資源，并且針對(duì)每種資源對(duì)象，可以部署更加精細(xì)化的權(quán)限管理和控制，極大了滿足了企業(yè)級(jí)云平臺(tái)，構(gòu)建云化IT架構(gòu)中，多租戶使用IT資源的靈活性。4.3.1完善的硬件資源生命周期管理：在acloud云數(shù)據(jù)中心解決方案中，虛擬機(jī)的生命周期被外延為“規(guī)劃、創(chuàng)建、運(yùn)行、調(diào)整、終結(jié)”五個(gè)階段。虛擬機(jī)作為最為重要的計(jì)算資源基礎(chǔ)設(shè)施，它的生命周期貫穿于整個(gè)云業(yè)務(wù)服務(wù)的流程之中，并直接關(guān)系著云計(jì)算平臺(tái)的資源利用狀況。為了更好的將虛擬機(jī)的生命周期管理和云業(yè)務(wù)及資源平臺(tái)管理結(jié)合在一起，需要關(guān)注虛擬機(jī)兩個(gè)外延屬性——業(yè)務(wù)和資源。虛擬機(jī)的規(guī)劃是本次私有云項(xiàng)目IT架構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)范疇。在這個(gè)階段需要將私有云的業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)化為IT資源需求，并落實(shí)到業(yè)務(wù)和資源兩個(gè)方面的規(guī)劃設(shè)計(jì)中來。著重考慮兩個(gè)方面的內(nèi)容：業(yè)務(wù)梳理和評(píng)估，以及對(duì)業(yè)務(wù)的梳理，評(píng)估各業(yè)務(wù)對(duì)虛擬機(jī)類型和規(guī)模的需求。同時(shí)，需要定義各業(yè)務(wù)部門組織以及給組織劃分其所屬的虛擬資源，包括計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源以及虛擬機(jī)模板等。實(shí)際操作流程如下圖所示：云計(jì)算平臺(tái)資源池建設(shè)。4.3.2自動(dòng)化運(yùn)維在虛擬機(jī)相關(guān)資源池的規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，自動(dòng)化運(yùn)維是至關(guān)重要的。其中，網(wǎng)絡(luò)探測功能可以通過發(fā)送帶有標(biāo)簽的icmp報(bào)文并跟蹤記錄報(bào)文在轉(zhuǎn)發(fā)平面經(jīng)過的每一跳來探測出流量的出去和回來的路徑，比tracert更細(xì)致，能夠更直觀地找到網(wǎng)絡(luò)中存在的問題。全網(wǎng)流量可視則可以在業(yè)務(wù)拓?fù)渖闲纬扇W(wǎng)流量可視，從而更好地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。此外，業(yè)務(wù)邏輯拓?fù)渌嫾此茫梢詮馁Y源池中調(diào)取相應(yīng)的資源，呈現(xiàn)出不同的拓?fù)浼軜?gòu)，屏蔽了底層的復(fù)雜性，方便IT管理人員構(gòu)建數(shù)據(jù)中心各個(gè)業(yè)務(wù)所需的邏輯拓?fù)?。業(yè)務(wù)監(jiān)控中心也是自動(dòng)化運(yùn)維中不可或缺的一部分。除了傳統(tǒng)的機(jī)房環(huán)境、服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)層次的健康監(jiān)控外，監(jiān)控中心還需要聚焦在對(duì)應(yīng)用的發(fā)布性能上，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、Oracle數(shù)據(jù)庫、Weblogic中間件等關(guān)鍵業(yè)務(wù)的7*24小時(shí)圖形化+詳細(xì)數(shù)據(jù)的健康度、可用性監(jiān)控，以及自定義關(guān)鍵指標(biāo)的智能監(jiān)控及快速告警。監(jiān)控中心提供大屏顯示所有業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)狀態(tài)功能，讓IT運(yùn)維可視，提高了降低了整體運(yùn)維難度。10TSATA數(shù)據(jù)盤、萬兆多模850-300m雙纖、匯聚交換機(jī)以及建議配置12個(gè)以上萬兆光口和8個(gè)千兆電口匯聚交換機(jī)是建設(shè)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心所需的基礎(chǔ)IT資源。同時(shí)，建議采用軟件定義架構(gòu)，采用軟件模式部署，相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，一次性硬件采購成本可降低30%左右，超融合云計(jì)算平臺(tái)一體化方案部署實(shí)施難度小周期短，整體硬件資源占用率高，長期運(yùn)維管理工作量小，升級(jí)擴(kuò)容線性投入合理利用現(xiàn)有成本投入后期完善建設(shè)成本投入少。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)簡單，只有交換機(jī)和x86服務(wù)器，使數(shù)據(jù)中心架構(gòu)變得極其簡單，簡化了管理；業(yè)務(wù)遷移的過程無需依賴傳統(tǒng)多種硬件調(diào)試和堆疊，云平臺(tái)集成復(fù)雜應(yīng)用交付體系，降低了業(yè)務(wù)上線復(fù)雜度；在擴(kuò)容改造時(shí)，只需橫向