基于大數據的電子政務網絡架構研究

吁元卿

（江西省信息中心，南昌 330036）

1 引言

大數據業務應用的前提是要進行信息共享、業務協同以及數據“集約化”統一存儲和部署，省電子政務外網已經實現了省市縣鄉四級覆蓋，并基本形成了網絡“集約化”部署模式，為全省非涉密業務應用依托省電子政務外網承載提供了必要的支撐平臺；省政務云平臺的建成，有效促進電子政務基礎設施整合共享、降低能耗，為業務應用的大集中部署提供了良好的支撐平臺，這些都是大數據應用有效開展所必須的基礎平臺。但在大數據業務應用發展過程中，還面臨互聯互通難、信息共享難、業務協同難等棘手問題，全省電子政務外網如何從網絡層面，直接或者間接支撐好大數據業務應用，這是本文所需要研究的主要內容。

2 研究意義

我國電子政務進入新的發展階段，大數據業務應用系統總體規模和發展速度進入一個新的高速發展期，其對數據的網絡傳輸、交換、存儲、備份、保密等各方面的需求不斷增強，必須走低成本、高效益的集約化發展道路。電子政務外網已成為全世界范圍內一張最大的政務公用網絡，大的網絡格局已經基本形成，是國家政務信息化最重要的基礎設施，電子政務大數據業務應用依托電子政務外網開展是必然趨勢，也是最佳方案，有利于節約投資，快速采集、歸集數據。由于大數據業務應用具有覆蓋廣、交互多、流量大、時效高等特點，省電子政務外網要完全承載好還面臨一些挑戰。要根據各個階段大數據業務應用發展的不同情況，同步統籌相關網絡基礎設施建設，避免網絡跟不上應用發展的節奏，同時也能減少網絡步伐太快造成資源浪費的情況。省電子政務外網在支撐好大數據業務應用后，網絡在支撐其他業務應用將會變得游刃有余，保障能力將大幅提升，對全省電子政務的發展將會起到良好的促進和支撐作用。

3 省電子政務外網面臨的挑戰

我省電子政務外網經過長期發展，現已形成上連國家，下連省、市、縣、鄉四級，橫向連接各政務部門的網絡結構，有效支撐著傳統模式下的電子政務應用持續發展。傳統模式架構下的電子政務外網在適應大數據時代的電子政務應用時，必然存在新需求、新模式和新特點，面臨著諸多挑戰，主要表現在以下幾方面。

（1）網絡帶寬壓力大。各類業務應用系統依托省電子政務外網承載是大數據業務應用開展的必備土壤，省電子政務外網承載業務應用系統越多，大數據業務應用越有利開展。隨著政務云平臺的不斷擴容及各部門大數據業務應用的開展，網絡覆蓋范圍大，業務應用流量種類多。首先是越來越多的業務應用系統在向鄉鎮甚至村（社區）覆蓋，我國政務部門機構是正三角形結構，越往下部門數量呈幾何級數增長。全省數量龐大的鄉鎮及村（社區）基層用戶將給電子政務外網廣域網帶來巨大的網絡流量，例如省社會治安綜合治理信息系統，縱向覆蓋了省、市、縣、鄉、村五級，基層聯網用戶數達到了12萬，流量在廣域網匯集后十分大；其次是電子政務外網承載的業務應用系統內容也逐步豐富，圖片、視頻等多媒體形式的互通資源逐步增多，單個用戶的數據流量需求持續增大；再是越來越多的跨地區、跨部門綜合業務應用系統將依托省、市政務云平臺部署，各級政務部門用戶集中訪問省、市政務云平臺上業務應用系統，原本在城域網傳輸的流量需要經過廣域網才能到達云平臺，單個用戶占用電子政務外網廣域網流量比率持續增加，例如在撫州，隨著“智慧城市”項目的建設，公安、城管、綜治及應急等部門的視頻資源需進行有效整合，并依托電子政務外網與省級和縣級平臺進行數據交換，視頻資源的傳輸占用大量的帶寬資源。隨著電子政務外網大數據業務應用系統的發展，目前的電子政務外網廣域網帶寬將很難滿足各類數據傳輸的需求。

（2）網絡覆蓋范圍更廣。隨著電子政務持續深入發展，我省電子政務外網“最后一公里”聯網接入問題逐步顯現，若不解決，將影響相關業務應用的推進。主要體現在：一是全省電子政務外網雖然實現了鄉鎮全覆蓋，但只是聯通了鄉鎮政府和便民惠民服務中心，和鄉鎮政府不在一棟辦公樓的鄉級政務部門并沒有連入電子政務外網，此類鄉鎮“最后一公里”橫向聯網覆蓋問題將會極大制約業務應用往鄉鎮覆蓋。例如省衛計委需要將業務應用延伸到鄉鎮，全省鄉級衛生所共需要鋪設1772條光纜（每條1.1萬元），增加1772臺接入交換機（每臺0.2萬元），總投入約為2300萬元，巨大投入會導致鄉鎮電子政務外網很難得到充分利用；二是電子政務外網雖然覆蓋了省市縣鄉，但并沒有延伸到村（社區），目前僅僅是能夠依托電子政務外網安全接入平臺實現業務應用往村（社區）延伸，但是這種方式存在使用不方便、業務部署不靈活、村（社區）VPDN專線多等問題。因此如何有效解決村（社區）及各級橫向政務部門的網絡接入需求，面臨很大困難，同時也很迫切。

（3）網絡穩定性要求高。隨著電子政務價值的不斷釋放，促使電子政務不斷深入發展，電子政務與行政履職緊密度不斷增強，這使得業務應用的實時性要求高、穩定性要求強。我省電子政務外網網絡平臺建成后，各級政務部門基本都依托省電子政務外網開展非涉密業務應用，網絡平臺的可靠性十分關鍵。省電子政務外網由廣域網和城域網組成，一方面，由于廣域網層級多、線路跨越地理位置遠，故障節點多，網絡容易出現中斷現象，若電子政務外網廣域網一旦中斷，會導致整個地區及下轄地區聯網用戶縱向業務全部中斷，影響面很廣；另一方面，城域網基本通過裸光纖線路組網，線路跳接節點多，病毒流量也經常會沖擊城域網設備，導致故障風險點多，一旦網絡出現中斷現象，將直接影響某個聯網單位甚至某個節點所有聯網用戶的業務訪問。所以省電子政務外網在各個層面都需要具備冗余性，即使出現單個設備、單條線路中斷或者遭受網絡攻擊等情況，均能保障業務應用的正常運行。

（4）網絡融合需求迫切。大數據時代的政務應用，不再局限于單一部門、單一業務應用系統，跨部門、跨地區的綜合業務應用漸成主流，這要求業務應用各參與單位網絡能夠互聯互通。省電子政務外網建成后的一段時期，由于當時的業務特點及安全隔離等的需要，為部分政務部門在電子政務外網上創建MPLS VPN邏輯專網，各MPLS VPN邏輯專網在網絡層面就已經邏輯隔離，不能互聯互通，導致了“同網不同域”的現象產生，使得業務應用互通壁壘林立；另一方面，雖然我省已基本形成政府一張網的局面，但仍有少量物理專網存在，嚴重阻礙著信息互通。為有效支撐好跨部門、跨地區綜合性大數據業務應用開展，邏輯專網及物理專網的融合歸并是必然要求。

（5）網絡安全防護需再提升。大數據業務應用的特征是數據高度集中，數據的集中對核心網絡安全提出了更高要求，一是需有效防護DDoS攻擊，當前，DDoS攻擊已經成為數據中心面臨的最大威脅，具有攻擊流量越來越大、攻擊手段越來越復雜、攻擊越來越智能的特點；二是需有效阻止黑客攻擊，隨著互聯網的發展，黑客入侵行為越來越多。數據中心存儲了大量數據資產，成為黑客攻擊的重點，而由于服務器上安裝的軟件系統規模越來越大、復雜度越來越高，大量的漏洞也不斷涌現；三是大數據業務應用功能復雜，應用模塊多，不同的服務器有不同的服務對象和訪問權限，需要根據業務功能進行相應安全區域的劃分。

4 基于大數據的省電子政務外網網絡架構對策思考

（1）構建云計算環境下的虛擬化承載網絡。云數據中心是一種多租戶共享計算、存儲和網絡資源的數據中心架構，計算和存儲資源都將進行虛擬化。傳統物理網絡架構在現代云數據中心中存在虛擬機及業務受物理網絡所束縛、Vlan只能提供有限的租戶隔離能力、缺乏全局視圖無法做到職能調度、虛擬機無法跨網遷移、廣播域大小限制了大二層網絡規模、缺乏可編程和靈活的網絡控制能力等問題。SDN（軟件定義網絡）是網絡虛擬化的一種實現方式，其通過核心技術OpenFlow將網絡設備控制面與數據面分離開來，將網絡控制權從網絡設備上分離出來，由集中控制器管理，而控制權是完全開放的，用戶可以自定義任何想實現的網絡路由和傳輸規則策略，從而創造一個可編程的網絡，簡化了原來繁重的網絡設備配置管理工作，便捷了網絡通道構建工作等，提升了政務業務控制能力。構建數據中心內SDN虛擬化互聯網絡，能有效實現網絡快速調整、網絡規模彈性伸縮、網絡屬性自由遷移、業務靈活擴展等，有助于電子政務業務部署、運行及調整等。

（2）提升電子政務外網廣域網標準。充分發揮省、市、縣、鄉四級政務外網骨干節點綜合帶動作用，優化完善既有的“四橫一縱”廣域網絡架構，及時組織老舊設備、老舊線路更新換代，全面解決各級政務外網廣域網設備與城域網設備混用的問題。省、市、縣、鄉四級政務外網廣域網骨干網節點均要實現雙設備部署、不同運營商線路聯接冗余，并具備電信級傳輸骨干線路保護。各級網絡結構清晰、功能明確，全面建成與行政區域對應的省、市、縣、鄉四級“目”字形廣域網。要堅持云網協同，以數據中心為核心，打破傳統地域和行政區劃組網模式，積極引入部署軟件定義網絡（SDN）/網絡功能虛擬化（NFV）等新一代網絡技術應用，推動傳統網絡的云化轉型升級，優化網絡結構布局，構建支撐政務外網業務發展的新型網絡。積極探索以IPv6為核心的下一代互聯網規模應用，推動各級政務部門網站系統及應用系統向IPv6演進升級。力爭全省政務外網省、市、縣、鄉四級政務外網廣域網設備全面支持SDN、NFV、IPv6等下一代互聯網新技術特性，全面支撐新業務、新應用的靈活快速部署。

（3）增強電子政務外網城域網承載能力。架設萬兆骨干城域網，千兆到桌面，將能滿足未來5—10年聯網用戶及業務應用持續增加所帶來的帶寬需求。我省各級城域網采用裸光纖線路聯網，升級城域網帶寬不受線路限制，僅僅需要提升線路兩端設備，投資相對較小。在設備提升的同時，設備的穩定性也將得到進一步增強。通過架設萬兆骨干城域網，將在網絡健壯性、帶寬瓶頸、網絡服務質量保證等關鍵點上全面提升現有城域網的性能。構建“虛擬化”路由模式城域網，一方面是在城域核心節點、匯聚節點及接入節點部署雙設備雙線路，采用虛擬化技術將兩臺物理設備虛擬成一臺邏輯設備，兩條線路虛擬成一條邏輯線路，能夠大大提升設備和線路的冗余可靠性，也能降低網絡環路出現的概率；另一方面是將原有交換設備更換為路由設備，能夠將原本一個大的城域網廣播域分割為若干小的廣播域，縮小用戶互相影響的范圍，降低網絡大范圍中斷的概率，增強城域網可靠性。

（4）構造全覆蓋用戶接入模式。我省已按照效率優先、節約投資、滿足需求的原則，建設了省、市兩級安全接入平臺，各級用戶通過互聯網就能夠安全地聯入電子政務外網，為移動辦公、現場執法及部分村（社區）用戶提供了一套安全的網絡支撐平臺。但是基于大數據業務應用，這套平臺的功能和性能會存在較大不足。一是各市級安全接入平臺結構簡單，沒有冗余備份，而且存在設備重復利用的情況，可靠性差；二是平臺支撐的用戶數量不多，需要擴容license數量，省電子政務外網要支撐好大數據業務應用，就必須支撐好各類業務應用及聯網用戶，所以安全接入平臺擴容十分關鍵，要逐步提升安全接入平臺的穩定性和可支撐的用戶數，實現業務應用和聯網用戶全覆蓋。同時還要加大基層物理專線投入，使電子政務外網成為真正意義上的縱向到底、橫向到邊的網絡，實現基層網絡集約化，為全省各級政務部門提供一個上下左右互聯互通、業務傳輸通暢、支撐全面的基礎網絡平臺。

（5）多種支撐措施促進網絡融合。經過多年發展，電子政務外網覆蓋廣度及深度持續加大。各級政務部門積累了大量數據資源，但目前數據資源仍分散孤立存在，信息資源價值未得到充分挖掘。未來電子政務發展，橫向整合是一大發展趨勢及發展重點，以達到促進業務協同，提升政府的行政效能，推進資源共享，充分挖掘積累的資源價值的目標。橫向整合的關鍵是要進行網絡融合，一是通過路由方式聯通各專網，最大程度實現網絡互連互通及資源互訪，這種方式具有網絡融合程度深、信息資源交互共享方便、可支撐協同辦公業務部署等特點。二是采用前置機方式進行數據對接，在專網接入端架設前置機，專網中需要共享的信息資源推送至前置機，電子政務外網用戶通過前置機獲取備份在前置機中的信息資源，實現信息資源“配給式”共享。三是整體遷移，按照充分利舊、適度新建的原則，在政務外網側重新部署原有專網業務應用系統，逐步將原有專網用于遷移至政務外網。

（6）打造立體防護體系。大數據時代，連入電子政務外網的用戶既有專線接入的政務部門，又有VPN接入的移動辦公用戶，還有受控接入的企業等，這些不同的用戶身份可信度高低不同，所需訪問的資源也各不相同，針對這些不同用戶，梳理相應安全策略并實施應用。網絡和云平臺都是電子政務基礎設施，需要從整體上統籌規劃防護策略，但網絡和云平臺又具有不同的特性，網絡是數據傳輸的通道，而云平臺是業務應用和數據的載體，不同的特性決定了它們需要規劃不同的防護策略，因此需要在整體統籌的基調下細化網絡和云平臺的各自防護措施。另外，不論是網絡還是云平臺都依據承擔功能的不同劃分了不同的區域，這些不同區域具有面向對象不同、安全級別不同、流量走向不同等特點，因此還應對云網的不同區域配置不同安全策略，既要有統一的安全策略，也要有針對不同業務的安全策略。要逐步搭建全省網絡、云平臺、應用的安全監測平臺，對在網所有設備運行狀態、線路通斷情況、流量帶寬指數、安全故障信息等進行實時監控。通過自動化手段監控全網安全運行情況。

（7）規劃IPV6可擴展網絡。隨著我省政務部門網絡系統的建設和發展，目前以IPv4技術為基礎構建的網絡系統逐漸暴露出許多問題和缺點，地址消耗持續增加，網絡帶寬限制存在短板。IPv6技術的出現，解決了上述眾多困擾。首先IPV6完全解決了IPv4地址短缺問題，為電子政務外網的發展拓展了廣闊的空間，避免了使用類似NAT技術帶來的地址使用復雜問題；其次IPv6技術可以從根本上優化網絡效率，使網絡速度可以得到較大的提升；再是IPv6技術安全性大幅提高，更適合于電子政務外網應用。為滿足下一代互聯網發展需要，為政務部門提供一個高質量、高安全、高可靠的辦公網絡環境，在后續發展過程中，可最大限度的利用現有電子政務外網網絡資源，按照國家信息中心相關電子政務外網技術規范，搭建同時支持IPv6/IPv4雙協議棧的完整省電子政務網絡平臺，逐步向省市縣三級政務部門橫向擴展，并探索開發基于IPv6的政務信息服務系統，為全省電子政務外網用戶提供全方位的IPv6網絡技術支持和信息服務。

5 結束語

本文首先闡述了大數據業務應用發展態勢及對網絡需求所帶來的新變化，分析了江西省電子政務外網網絡在帶寬、覆蓋面、穩定性、網絡融合和安全防護等方面還存在的挑戰，認為省電子政務外網網絡架構需要不斷完善才能適應今后大數據業務應用對網絡的需求，隨后聚焦了虛擬化網絡、廣域網、城域網、接入模式等七個方面，對網絡架構的完善提出了具體對策，這些目標的實現，將能夠全面提升政務外網的服務能力，使之有效支撐未來電子政務在大數據發展。