云時代:校園數字云數據中心的建設
信息技術的發展趨勢
信息技術進入到了新的發展高峰期,云計算、移動互聯、物聯網、社交網絡等新技術的涌現和成熟,正在改變著信息化生態環境,Web2.0 的特性不斷延伸輻射,個性化、扁平化和社交化等特性正從數字空間中延伸到物理空間,改變著人類經濟和社會的組織與運作模式;信息系統的開放共享正在成為常態,開放系統用開放性換來了規模效應、數據積累和用戶集聚;硬基礎設施建設逐步發展為軟基礎設施建設,從IaaS、PaaS到XaaS,運營模式正在由傳統的自建自營走向服務租用。
Web1.0時代解決了信息的數字化,主要特征是信息的發布和閱讀。 到Web2.0時代,通過用戶的參與實現信息的傳播與分享。隨著Web2.0的應用日趨成熟廣泛,社會化的信息系統和企業級的信息系統正走向融合。以下概念將成為未來信息系統不可缺少的元素:
個人媒體中心:BLOG(博客)、Twitter(微博)、Tumblr (輕博客) ;
個人社交網絡:Facebook、人人、開心;
個人資源中心:iCloud、Google、CloudDriver;
個人知識庫:知乎、新浪愛問、百度文庫。
隨著對能源問題、服務水平的日益關注,數據中心相關的技術也得到了前所未有的發展,流程化、可管理、可伸縮、高可靠、安全、低成本、綠色節能、SLA等成了新一代數據中心的代名詞,各軟硬件廠商也提出了很多新的技術和解決方案。如思科公司提出的新一代數據中心的IT基礎架構——統一計算平臺UCS,為數據中心的云化做了很好的準備。
云計算已經成為全球 IT 產業界公認的發展重點。各國政府積極通過政策引導、資金投入等方式加快本國云計算的戰略布局和產業發展。根據公開資料統計,截至 2012年 3 月,我國已有 13個省、市、自治區規劃了約 30 個左右的 10 萬臺服務器以上規模的大型云計算數據中心建設項目,其中有些規模甚至達到數百萬臺。這些項目規劃總投資達到 2700 多億元,可容納服務器將超過1000 萬臺,相當于目前全國 IDC 總規模的5倍。
基于Web2.0的新一代數字校園
在Web1.0時代,高校的數字校園建設是以電子校務平臺為建設主體,基于分職能域的信息系統建設實現對管理信息化的支撐,通過信息門戶實現信息集成與整合,從應用系統到硬件基礎設施全部自建、自營。清華大學2007年的數字校園建設規劃如圖1所示。

圖1 數字校園建設規劃
隨著信息技術的發展,帶來了新的推動力,高校的數字校園建設開始進入Web2.0時代,數字校園建設的核心從教育管理信息化邁向教育信息化[FS:PAGE],服務對象從教育管理拓展到教學、科研、社會服務和文化傳承領域。數字校園的建設目標主要是為學校人才培養的根本任務服務,用信息技術幫助學校將辦學優勢轉化為人才培養優勢。 同時,為知識的創造和傳播服務,用信息技術為教師、學生搭建創造和發現知識、存儲知識、組織知識、交流知識、傳播知識的平臺。在數字校園的建設內容方面,更重視軟基礎設施建設,傳統的硬基礎設施的服務將逐步拓展為軟基礎設施的服務。通過構建開放、共享的教育信息化云服務平臺,用信息技術為教師、學生等提供資源存儲、消息通訊、信息通知、內容聚合、位置服務等基礎IT服務。
基于Web2.0 的數字校園建設內容如圖2所示。

圖2 基于Web2.0的數字校園建設內容
校園數據中心私有云和公共云
在基于Web2.0的新一代數字校園架構下,校園數據中心如何支持?是在原有基礎上根據云時代的特征進行升級改造,還是將所有數字校園應用全部或部分遷移到云中?云又在哪里?是使用公共云還是自建一個私有云?若是將部分數字校園應用放到云中,那么哪些可以放到云中,哪些必須要我們自己來運行維護?這些問題都需要我們一一來回答。
在回答上述問題之前,我們先看一看什么是云計算。云計算的概念這兩年非常的熱,風起云涌,各廠商開口必談云,似乎不加個云字就顯示不出技術和水平,云網絡、云存儲、云安全……各種名詞不斷涌現。很多高校在進行數字校園建設規劃時,也必加一個云字,各級政府也都在規劃中大談特談城市云、教育云、政務云等。更不必說各大公司和廠商提出的私有云、公有云、個人云、行業云、社區云、電子商務云、HPC云等等。根據ISO在2009年的調查,云計算的定義多達20多種!只可惜大家都如同盲人摸象一樣,只看到局部就下斷言,結果“云計算”的概念沒有說清楚,變成人云亦云,讓人感覺一切都是浮云!
那么,究竟什么是“云計算”呢?
按照通俗直觀的理解,云計算的目的就是讓用戶像使用水和電一樣,可以自由地使用各種IT資源,如圖3所示。然而,一個發電廠可不是將幾臺發電機集中在一起這么簡單,同樣,云計算也決不是簡單地將用戶原有的IT資源集中在一起就可以實現!

圖3 云計算:像使用水和電一樣自由使用IT資源
云計算有哪些要點呢?美國國家標準和技術研究院(NIST)給出了一個云計算模型,所有的資源(網絡、服務器、存儲設備、應用程序以及服務)可以被迅速提供并發布,同時最小化管理成本。云模型由三種服務模式、四種部署方式、[FS:PAGE]五個基本特征和六個公共特性組成,如圖4所示。

圖4 NIST云計算模型
根據NIST的云計算模型可以看出,云計算其實是一種新型的計算模式,能夠把IT基礎設施資源、應用系統作為服務,通過互聯網提供給用戶。云計算同時也是一種新的基礎架構管理方法,能夠把大量的、高度虛擬化的資源管理起來,組成一個龐大的資源池,以服務方式進行管理。對商業環境和產業鏈而言,云計算則意味著新的商業機會和商業模式。
基于NIST的云模型,數字校園應用能否放入公共云中?從長遠來看,這應該是發展的方向和趨勢,尤其是一些規模較小、自己沒有建設和運行維護能力的學校,將相關的應用放入公共云將是一種必然的選擇,但目前看來,還有以下一些問題沒有完全解決:
安全性:我們能否找到一個可靠的云供應商?我們如何相信數據放在云供應商那是安全的?目前在法律法規上也都存在相應的空白。
互聯網帶寬:接入云的帶寬如何保證?通過學校網絡運行部門的不斷建設和升級,一所學校內的網絡可以實現隨時隨地的網絡接入和足夠的網絡帶寬保障。但在互聯網上,目前各大運營商之間的互聯互通帶寬都無法保障,將來各類用戶與云供應商之間的帶寬如何保障?隨時隨地的、多種形式的移動互聯又如何保障?
業務連續性:目前數字校園應用放在學校內部的數據中心,應用開發人員和數據中心的IT支持人員一起保障各類平臺和應用的業務連續性。若數字校園業務應用放在公共云中,而目前各類云服務供應商都只提供有限的SLA保證,相關人員如何配合,業務連續性如何保證?
費用問題:租賃費用不一定比自建便宜,尤其是更換云供應商帶來的隱性成本更是一個巨大的陷阱。
既然公有云還不成熟,那么各個學校是否可以建設自己的私有云呢?根據NIST云計算模型,有五個關鍵基本特征:按需自服務、泛在的網絡訪問方式、動態的資源池、快速可伸縮性、可計量的服務。要達到這些特征,需要建設較大的資源池,只有上規模,有了規模效應才可以有效降低成本和實現快速可伸縮性。同時,在運行維護方面,私有云需要實現流程化、服務化(可計量、自服務)。另外,為了保障相應的服務水平和服務質量,必須要有一支成熟的運維服務隊伍。然而,根據目前各高校的建設模式,基本上都是自建自用,而且投資都非常有限,資源池無法建得很大,運維隊伍也有限。因此,要想達到一個理想的資源池不容易,要建成一個完整意義上的私有云,從目前來看既不現實、也不經濟。
縱觀校園數據中心[FS:PAGE]的發展歷程,經歷了簡單合并、整合和優化、服務幾個階段,在云時代,校園數據中心完全可以拓展到“云”的領域,基于云計算的特點,支持云服務對數據中心基礎設施的需求,解決傳統數據中心的一些不足。同時,通過采用新的技術,按照業務和用戶的需求擴張IT規模,持續進行數據中心的優化,將校園數據中心建成一個可信賴的云數據中心。
校園云數據中心的建設應確保應用不與任何特定的硬件實現綁定。使應用可移動,從而可以輕松遷移到云;資源池化,確保資源的彈性使用和分配;通過使用虛擬化技術,將應用與基礎硬件去耦合;在運維和管理方面,通過建設相應的云管理平臺,實現用戶管理、客戶支持、服務管理、計費管理、運維管理、資源管理、安全管理、容災管理、監控管理等功能,以滿足云時代對數據中心的服務需求。
校園云數據中心建設需要認真考慮以下一些問題:
第一,資源配置管理。云計算環境下數據中心的IT資源是高度虛擬化的,需要對資源進行動態部署,因此也就面臨著資源配置如何管理的問題。
第二,問題和故障管理。在云計算環境下,資源高度的虛擬化,應用程序與組件是多對多的依賴關系。一個應用程序出了故障,很難很快地準確定位是哪一個組件出現了問題。因此,問題故障的定位是云計算環境下數據中心管理的又一大挑戰。
第三,服務質量評價。云計算時代的IT資源一般是以服務的形式提供給用戶的,而用戶最關心的就是服務質量。因此,如何對服務質量進行評價是云計算時代數據中心管理的重要方面。
第四,云安全。云時代講究虛擬化和共享,帶來的安全問題比以往更為突出,如何確保校園云數據中心或私有云中各用戶的數據和應用安全,也是一個重要的課題。
第五,規模與成本的平衡。云時代的數據中心,資源全部池化,服務平臺化、自動化。如果基礎資源的規模達不到一定水平,其成本可能比傳統的建設和運行模式的成本要高,需要在相應的規模和成本之間找到一個平衡點。
第六,基于云服務的數字校園應用建設模式。基于云計算技術的校園數據中心運行環境反過來對數字校園的應用建設提出了新的要求,比如平臺化、流程化、與硬件無關等。
校園云數據中心的服務
從學校的整體信息化運維服務和IT支持來看,包括業務支持與業務系統建設、IT基礎設施建設和優化、IT運行環境維護、數據支持與服務、用戶IT服務支持、IT服務管理(ITSM)等內容。校園數據中心的IT服務只是其中的一部分,校園云數據中心可以面向[FS:PAGE]學校的院系、部門和全校師生提供以下一些服務:
IaaS:服務器托管、虛擬機服務、云存儲服務。
PaaS:應用運行環境、開發和實驗平臺、測試環境。
SaaS:郵件服務、短信服務、應用軟件服務、虛擬桌面。
在云計算模型架構下,校園云數據中心和用戶各自的責任矩陣如圖5所示。

圖5 校園數據云中心和用戶的責任矩陣
云時代,校園云數據中心面臨新的機遇和挑戰,從最終目標上看,將所有服務放到公共云,就像水、電一樣,所有IT服務社會化,這是一個非常理想的目標。但在相應的云服務供應商沒有成熟、社會配套的基礎設施還不夠完善、國家的法律法規還不夠全面之前,我們目前還只能嘗試著將一些成熟的IT服務放到公共云中,如電子郵件、CRM等,或者使用本來就是社會化的IT服務,如微博、社交網絡等。而其他一些IT服務,暫時還是得運行在學校內部的數據中心。一些有實力的高校可以逐步發展自己的私有云,為學校的師生,以及各院系、各部門以云的方式提供相應的IT服務。同時,各高校可以聯合起來,結合自己的特點,將一些多余的資源以云的方式提供給其他高校和社會。目前教育部科技發展中心牽頭成立的“互聯網應用創新開放平臺聯盟”,就在整合高校、企業在互聯網基礎設施、應用開發、網絡測試等方面的資源,組建統一的互聯網應用創新開放平臺,為互聯網應用創新提供基礎設施和配套服務方面做了非常有益的嘗試。
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