基于云計算的高校數據中心的設計

（內蒙古化工職業學院計算機與信息工程系,010011）

基于云計算的高校數據中心的設計

張麗娟

（內蒙古化工職業學院計算機與信息工程系,010011）

基于云計算的高校數據中心的構建，不僅推動了高校環境、資源及應用的數字化發展，在以往的高校中搭建了一個數字空間，同時還有效拓展了現代高校的時間及空間維度，使校園數據中心的運行效率得到極大提升。本文分析了云計算的概念及特點，并闡述了基于云計算的高校數據中心的優勢及目標，最后，針對構建高校云計算數據中心提出幾點建議及措施。

云計算；高校數據中心；構建

0 引言

隨著院校與院校、院校與企業的合作加深以及整個社會信息化建設的發展，高校對數據中心的要求越來越高，傳統的數據中心建設模式已經無法滿足數字化校園建設和發展。云計算是一種利用互聯網實現隨時隨地、按需、便捷地訪問共享資源池(如計算設施、存儲設備、應用程序等)的計算模式。目前，國內以云計算架構為基礎的高校還很少，而云計算的服務可伸縮性、資源共享、按需服務的特點是未來數字化校園的發展要求。云計算等正在改變著信息化生態環境，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。云計算是一種新型的計算模式，能夠把基礎設施資源、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。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，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。

1 概述

1.1云計算概念

云計算是指基于互聯網將規模化資源池的計算、存儲、云開發平臺和軟件能力提供給用戶，實現自動化、低成本、快速提供和靈活伸縮的IT服務。云計算不單單是指信息技術的革新，而是一種新的信息技術與商業服務的消費與交付模式。這種模式的核心原則是硬件與軟件都是資源并被封裝為服務，用戶可以通過網絡按需地訪問和使用，并按資源的使用量或者業務規模付費。云計算是一種新的信息化應用方式，云計算有四個關鍵要素，即是:

1）硬件和軟件都是資源，通過網絡以服務的方式提供給用戶。

2）這些資源都可以根據需要進行動態擴展和配置。

3）這些資源在物理上以分布式的方式存在，為云中的用戶所共享，但最終在邏輯上以單一的整體的表現形式展現給用戶。

4）用戶按照企業需求使用云計算提供的服務，并按照實際使用資源量付費，隨需隨用，不需要對這些資源進行管理。

用戶按需使用共享在云中的硬件、軟件資源，即按需獲得了云中的服務，快速高效的完成了工作，但方式、類型不盡相同。

在企業市場領域，根據用戶類型和用戶使用云計算的方式大體上可以劃分成公有云、私有云和混合云三類。

公有云是由若干企業和用戶共同使用的云環境，IT業務和功能以服務的方式，通過Internet來為廣泛的外部用戶提供，這些服務是廉價或者是免費的，對于用戶來說，只需要交付一定的公有云服務費用，同時用戶不需要具備相關的技術知識，對于IT人員、IT基礎設施的建設和維護費用基本為零，真正的實現了企業用較少的投資獲得較大的信息化程度。對于資金有限、IT投資預算很少的中小企業，公有云能夠成為他們信息化建設的有力之力，幫助中小企業信息化的完善，如中小企業對公有云提供的網站托管、電子郵件、財務、費用管理和操作興趣較大。

私有云是企業或組織所專有的云計算環境，其是由某個企業獨立構建和使用的云環境，IT能力通過企業內部網，在防火墻內以服務的方式為企業內部用戶提供，私有云的所有者不與其他企業或組織共享任何資源。私有云的服務對象一般是對于安全性要求比較高的金融機構、政府機關以及大型企業。

私有云、公有云是云計算提供服務基礎，混合云是在公有云和私有云的基礎上結合實際用戶需求衍生的概念。有研究表明，例如網絡會議、幫助與培訓系統這樣的服務適合于從公有云中獲得；對于安全性要求高的數據倉庫、分析與決策系統這樣的服務適合于從私有云中獲得。

1.2云計算技術的發展現狀

信息技術自步入云計算時代以后，云安全、云存儲、云模式等技術新名詞層出不窮，而云計算的定義至今都沒有得到統一的標準。與國內的云計算相比，國外的云計算技術相對而言更加的成熟。云計算在國內的應用目前正處于快速成長期，網絡硬盤、云安全、電子郵箱以及搜索引擎等與云計算有關的服務也逐漸獲得了廣大用戶的認可。在國家試點城市的推廣下，各級政府與企業都在努力加快與云計算有關的建設與運營工作的進度。政府信息平臺、互聯網產業園以及電子云商務中心等項目項目也相繼開展。我國的云計算技術正在不斷縮小與國外的差距。

1.3云計算的特點

云計算具有下列三大特征，分別為：以數據為主導，在分析海量數據的基礎上來獲取新知識；以服務為主導，通過人性化云服務來吸引廣大用戶；以用戶為主導，用戶可隨時隨地獲取和分享云中資源。

2 云計算途徑下高校數據中心設計模式

2.1軟件即服務模式

軟件即服務模式（SoftwareasaService，SaaS）是指云計算服務商根據用戶需要，將軟件出租給用戶的服務模式。這種模式下，云計算服務商負責軟件前期運行的投入與實施，以及后期的管理與維護；用戶根據自己的個性需求向云計算服務商訂購所需的應用軟件，并根據訂購軟件的數量或使用時間的長短支付費用。目前，這種模式最常見的實例主要有視頻會議租用、企業郵箱、物流軟件等，財務軟件方面有用友公司的偉庫財務2.0、金蝶的友商網、四方公司的4Fang財務在線等，神州數碼、阿里巴巴、中企動力加入了SaaS模式的財務軟件開發行列。這種服務模式簡單，初始成本低，可免費試用，非常適合中小企業使用。

2.2平臺即服務模式

平臺即服務模式（PlatformasaService，PaaS）是SaaS模式的延續，指云計算服務商將開發平臺或服務器平臺向用戶出租的服務模式，主要面對軟件開發人員。中小企業可以利用這種服務，在云計算服務商提供的開發平臺上開發具有特別需求的財務軟件。目前比較成熟的平臺有谷歌AppEngine平臺和微軟的Azure平臺。相對于傳統模式下軟件的開發，這種服務開發簡單、部署簡單、維護簡單，對財務需求特殊、數據理解深刻的用戶特別適用。

2.3基礎設施即服務模式

基礎設施即服務模式（InfrastructureasaService，IaaS）是指云計算服務商將服務器、存儲和網絡硬件出租給用戶的服務模式。傳統會計信息化的成本很大一部分源于企業要購買昂貴的硬件設備，而在IaaS模式下，用戶只需要租用滿足運算能力和儲存能力的基礎設施就可以獲得包括處理、存儲、網絡和其他功能的基本計算資源，并能夠部署和運行包括操作系統和應用程序的任意軟件。目前比較成熟的IaaS產品主要有亞馬遜網絡服務、AT&T，以及國內IT服務商和電信運營商正在研發的產品。云計算推進中小企業會計信息化中的要點

3 高校云計算數據中心的優勢及目標

3.1高校云計算數據中心的優勢

1）云計算能有效解緩解數據中心的能耗問題

傳統數據中心的能耗增長速度已高于GDP，并逐步變成浪費最嚴重的行業。利用云計算來集中管理和共享IT資源，有效緩解了傳統IT的低效，同時也降低了IT的能源消耗。

2）云計算能有效減少數據中心的應用成本

在信息化環境下，IT服務迫切要求低成本化。云計算利用虛擬化、可擴展的方式能切實順應該需求，以降低購置設備的高昂成本。

3）云計算能實現資源共享，促進運行效率進一步提升

傳統的服務器與網絡設備的利用率還停留在20%-30%，數據中心的數據信息無法共享。而通過云計算能實現各業務系統間資源的有效調度和擴展，同時也能有效提高IT資源的利用率（約為60%）。在全球節能減排的倡導背景下，建設基于云計算的下一代數據中心，是未來的重要發展趨勢。

3.2高校云計算數據中心的構建目標

（1）建立安全有彈性、擴展靈活、易于管理、能耗低的服務運維環境，為實現對高校各種應用服務的集中管理打下堅實的硬件基礎；（2）建立高效、穩定的數據資源集中存儲體系，確保數據能得到實時更新，逐步完善存儲策略及備份容災機制；（3）建立高效、穩定的數據中心網絡體系及監測機制，避免單點故障影響全局，確保業務系統能持續運行，同時也為高校各項應用服務提供網絡支撐。

4 高校云數據中心構建方案及安全性分析

4.1高校云數據中心構建方案

1）云數據中心全局建設

校園網用戶越來越多，數字化校園中的應用也在日益增長，傳統的數據中心中的服務器、網絡等設備與應用是垂直建構的，很容易增加硬件設備的投入，單臺設備的利用率也得不到提高。通過云計算中的基礎設施及服務（簡稱IaaS）原理，把各應用資源及網絡資源構建成統一的資源池，然后通過服務形式提供給各種應用，按照用戶需求來對這些資源進行合理分配，能極大提高運行效率。

2）IaaS 建設

在遵循“Smart”原則的基礎上，運用“多虛多”虛擬化技術來整合服務器、存儲及網絡資源，通過多臺高性能服務器來實現資源的共享和存儲。同時，在多臺服務器上裝上VMware ESX，然后將其中某臺服務器當作云平臺控制器，并在其中安裝VMware vCenter Server，從而有效管理多臺服務器的虛擬化池與性能檢測。在控制臺中組建多個虛擬機，使之能提供各種SaaS 服務。

3）存儲規劃

存儲是高校云數據中心中非常重要的一個部分。云計算概念最初是在海量的數據基礎上提出的，在新增的各種應用程序及持續性服務要求不斷提高的背景下，高校信息化建設也面臨著持續性的存儲需求。在云數據中心中，存儲規劃大體是通過發揮集群應用、分布式文件系統等功能，將網絡中各類存儲設備協同起來，最終實現數據存儲與業務訪問的目的。

4）虛擬機動態遷移

教務系統是高校教學管理中必不可少的一個部分，教務管理系統用戶訪問量具有較大的變動性，平時用戶訪問人數不多，而一到開學、期末等時段，系統的訪問量往往容易達到高峰值，這就容易使教務系統在該類高峰期出現各種網絡中斷現象。運用虛擬機動態遷移技術，可有效監控VMware的負載。

4.2 安全性分析

1）云計算架構安全性分析

云計算的安全問題一直是云計算研究的熱點和難點，一個好的云計算架構是云計算安全的基石。①在設計上，將存儲硬件等資源的數據篩選控制中心與存儲管理網絡資源的高校網絡服務物理上分開，只有當網絡資源請求通過數據中心的審核，確認安全之后，才可以交給用戶使用。②數據備份中心不但對整個網絡的配置進行備份，對于網絡異常也會寫入管理日志，同時對于用戶的資源使用種類和頻率進行統計，為下一步針對用戶的資源優化配置提供第一手資料。③為合作的高校提供專用通道，由于合作高校的訪問相對于一無所知的用戶訪問具有更高的安全可信度，所以只需要用一般的防火墻加以限制，這樣也提高了通道的效率。

2）數據中心安全性分析

云計算安全架構涉及以下幾個方面:在做云數據中心時，網絡安全第一步就是安全隔離，特別是邏輯隔離。本文在設計云體系架構時，由云數據篩選中心來存儲控制數據，保證其數據的使用被監控；第二是策略的一致性，這樣才可以做到各個層面的安全防護；第三是數據中心的可擴展性和可靠性，要能夠滿足計算機和系統性能不斷提升的要求，要有統一界面，用戶可在這個界面上做控制，即客戶服務端；第四是權限驗證，在使用數據中心的時候，從客戶服務端到存儲數據的篩選控制中心有2次驗證，第一次驗證客戶端的客戶是否有訪問數據的權限，第二次即取用數據時確保客戶對數據的操作合法，這樣，正確的人在正確的時間，從數據中心內部或者外部獲取數據資源，都需要通過認證和授權；第五是虛擬化數據中心安全控制，把所有安全的服務放到一個服務池里，由一個數據中心從內部到外部提供保護，同時要注重不同用戶之間、不同業務之間的安全防護。

3）基礎網絡安全保障

對于數據中心而言，在其將網絡、存儲、計算和帶寬等資源統一打包提供給用戶時，這些基礎物理設施的安全防護是需要重點保證的。包括:基本的物理環境安全防護；交換機設備安全特性的開啟以防止諸如ARP攻擊和MAC地址攻擊等網絡安全攻擊；數據中心網絡出口的基礎安全防護以及針對DDoS的玫擊防護，特別是對于DDoS攻擊服務，單純地基于用戶進行防護并不能起到很好的效果，數據中心需要將這些危害到基礎設施基礎安全的風險統一考慮。

4）用戶自助服務管理平臺的訪問安全

用戶需要登錄到客戶服務端，進行自身的管理操作，如設置基礎的安全防護策略，針對關鍵服務器的訪問權限控制，用戶身份認證加密協議配置、虛擬機的資源配置、管理員權限配置及日志配置的自動化。這些部署流程應該被遷移到自服務模型并為用戶所利用。在這種情況下，數據中心本身需要對客戶的這種自服務操作進行用戶身份認證確認，用戶策略的保密、不同用戶之間的配置安全隔離以及用戶關鍵安全事件的日志記錄可以方便后續進行問題的跟蹤溯源。

5）服務器的安全

在服務器虛擬化的過程中，單臺物理服務器本身可能被虛化成多個虛擬機并提供給多個不同的客戶，這些虛擬機可以認為是共享的基礎設施，部分組件如CPU、緩存等對于該系統的使用者而言并不是完全隔離的。此時，任何一個客戶的虛擬機漏洞被黑客利用將導致整個物理服務器的全部虛擬機不能正常工作，同時，針對全部虛擬機的管理平臺，一旦管理軟件的安全漏洞被利用將可能導致整個云計算的服務器資源被攻擊從而造成云計算環境的癱瘓。針對這類型公用基礎設施的安全，需要部署防護。

6）內部人員的安全培訓和行為審計

為了保證用戶的數據安全，數據中心必須要對用戶的數據安全進行相應的SLA保證。同時，必須在技術和管理2個角度對內部數據操作人員進行安全培訓。一方面，通過制定嚴格的安全制度要求內部人員格守用戶數據安全；另一方面，通過技術手段，將內部人員的安全操作日志、安全事件日志、修改管理日志、用戶授權訪問日志等進行持續的安全監控，確保安全事件發生后可以做到有跡可循。

5 結論

總之，云數據中心的構建不僅能降低數字化校園的資金投入，同時還可有效提升信息化管理的運行效率。然而，我們在肯定云數據中心在數字化校園建設中的重要意義的同時，還應深入研究云計算數據中心的穩定性、安全性及隱私保護等問題，最終實現管理水平提高并為用戶提供優質服務的雙重目標。

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Design of university data center based on Cloud Computing

Zhang Lijuan
(Inner Mongolia Vocational College of Chemical Engineering Department of computer and information engineering,010011)

The construction of university data center based on cloud computing,not only to promote thedevelopment of the digital resources of university environment,and application,to build a digital space in theUniversity,but also effective to expand the time and space of modern colleges and universities, the running efficiency of campus data center greatly enhance.This paper analyzes the concept and characteristics of cloud computing,and discusses the advantage and the target,the data center based on cloud computing and finally,toconstruct the cloud computing data center and puts forward some suggestions and measures.

cloud computing data center of colleges and universities; construction