数字化校园_数字化校园建设跨校区云存储网络设计与研究

　　摘要：本论文从高校数字化校园建设的实际需求入手，分析研究了跨校区数字化校园管理云存储网络系统的建设方案以及核心技术，设计了适用可行的结构框架和实施方案，并提出了合理的优化测试意见和升级拓展思路，可供高校数字化校园动态管理进行参考和推广。
　　关键词：SAS技术 IP-SAN 云存储
　　中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）10-0050-02
　　1、引言
　　随着高校办学模式的多样化，加上成人教育、在职教育、网络教育等的快速普及和发展，越来越多高校呈现了跨地区的多校区数字化管理模式，体现着学校核心工作的教学信息资源管理与应用也呈现出多元化发展的趋势。学校各方人员在获取各种教学信息资源的手段和方式随着计算机科学的飞速发展和自动化技术、网络技术研究成果的广泛应用亦发生重大的改变，而能支撑这种改变的技术核心是高效、安全的云存储网络。此外，为了适应高校多校区办公的工作模式，需要教学管理信息存储网络能够提供智能化的管理机制来实现多校区之间的协同工作。
　　如何合理而有效的建设高等学校数字化校园，使高校校园科学、合理地应用现代网络存储技术来保证数字化校园海量信息的存储安全，并为用户提供优质的信息资源服务，是跨校区数字化校园建设工作中面临的实际问题。
　　本论文基于作者长期从事学校信息化、数字化管理教学工作的实际经验，从高校数字化校园建设的实际需求入手，分析研究了跨校区数字化校园管理云存储网络系统的建设方案以及核心技术，设计了适用可行的结构框架和实施方案，并提出了合理的优化测试意见和升级拓展思路，可供高校数字化校园动态管理进行参考和推广。
　　2、建设方案及核心技术
　　数字化校园建设跨校区云存储网络设计与实现与数据备份和容灾有着密切的联系，因此存储网络设计之初就要考虑加入备份与容灾后的网络拓扑结构和模式，避免重新开发时资金的重复投入。
　　目前高校跨校区数字化校园管理的存储网络面临着一个严重的问题就是如何大幅度的增加存储空间以满足各种数字资源的存放问题，而且这些服务每年对容量的需求还在不断增长，如果要在校内架设镜像站必然对数字化校园存储网络的容量提出很高要求。高校数字化校园建设在建设过程中的前几次设备的资金投入往往比较充分，但却无法应对今后的增长需求，况且数字资源本身也有其自身特点，一味的追求用高速和高稳定性的FC磁盘无疑也会造成浪费。设计一种能适合今后发展需要的廉价的云存储网络系统是数字化校园存储网络建设的基础。
　　目前国外大型企业、公司、学校等对存储网络有着很高的要求，存储技术和实施方案已经从直接存储模式（DAS）和网络存储模式（NAS）向存储区域网络（SAN）发展，从设备的层面来说，FC-SAN的优点毋容置疑，但相对于一般高校数字化校园管理设备来说，光纤的造价往往过于昂贵，通常只能在建站初期实现第一步的资金投入，后期维护和升级往往比较困难，无法将FC-SAN的优势继续发挥出来。此外，不同SAN厂商的产品在管理方面的兼容性也不尽如人意，为今后的扩容造成不必要的麻烦。
　　为了在高性能、高安全性的数字存储与存储容量、造价之间找到平衡点，本方案着重从IP-SAN的理论层面纳入进行论证，利用已经成熟的TCP/IP和iSCSI协议构建兼容性强而造价相对低廉的IP-SAN云存储网络，并通过建立IP-SAN+NAS的混合模式将原有早期设备合理的融入到新的以云计算为核心的存储网络中。
　　云存储是在云计算（cloud computing）概念上延伸和发展出来的一个新的概念，是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。当云计算系统运算和处理的核心是大量数据的存储和管理时，云计算系统中就需要配置大量的存储设备，那么云计算系统就转变成为一个云存储系统，所以云存储系统是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统，是多设备、多应用、多服务协同工作的集合体，它的实现要以WEB2.0技术、集群技术、网格技术和分布式文件系统、CDN内容分发、P2P技术、数据压缩技术、存储虚拟化技术、存储网络化管理技术等多种技术的发展为前提。
　　架构跨校区数字化校园云存储网络，主要采用SAS技术及RAID技术，在云计算环境下，通过SATA硬盘组建RAID 6磁盘阵列，建立基于iSCSI协议的跨校区IP-SAN网络，利用IP-SAN存储网络技术实现跨校区数字化校园管理建设。
　　本方案较好的解决了高校跨校区数字化校园管理存储设备在容量、安全性、扩充性、成本和今后的维护等方面的问题，具有很高的灵活性。着力解决校园存储系统的选项工作，用于提高用户的访问性能和服务种类，并能满足数字化校园管理不断增长的电子数据信息量的要求。
　　3、框架设计与实现
　　要满足多校区、廉价和云存储三个方面的要求，并能提供安全可靠的存储服务，可以选择IP-SAN结构的存储网络，整个网络的结构示意图如图1。
　　整个网络分为三个区域，分别代表主校区和两个分校区。每个校区的内部结构类似，以主校区为例，又分为两个区域，第一区域为IP-SAN区域，以SAS技术构建的存储阵列通过存两台内置双四核处理器和iSCSI HBA适配卡的储服务器构建成廉价的海量存储设备，存储服务器之间实现热备份功能，运用iSCSI协议双端口接入两台千兆的以太网交换机，实现与服务器/主机群的连接，两台以太网交换机彼此进行冗余配置，服务器/主机通过双网卡与双千兆交换机连接。
　　第二部分为局域网，服务器与工作机、检索机通过千兆交换机实现连接，再通过路由器接入校园网，提供不同的数据库服务，这部分的网络结构与原来各个校区的网络结构一致，不同的只是交换机和路由器已经能够提供千兆的连接带宽。
　　在两个分校区与主校区之间，IP-SAN的交换机使用路由器通过租用的100Mbps电信Internet通道直接进行连接，由于主校区和分校区都在一个城市内，通过Internet连接时经过电信内部路由器跳接的次数并不高，虽然不能保证实时传输的性能，但连接带宽往往较高，而且费用较低。各校区之间也可以通过光纤专线实现连接，但考虑到专线费用昂贵而且带宽较低低，两端还要使用转换器/路由器将TCP/IP协议再次封装为专线的E1或E2协议后实现连接（即使使用FC-SAN，FC交换机也需要转换器将FC协议转换为V35串口或TCP/IP协议后才能再次封装为E1或E2协议而无法直接转换或两端直接连接，所以FC-SAN跨校区的带宽也不高，造价则因为需要多个转换器而更昂贵），并不适合数字校园存储的造价方面的要求。分校区按相同的方式构建IP-SAN存储网络，其目的主要用于容灾和数据异地备份，此外还负责对视频数据进行智能缓冲，在播放软件的支持下对分校区重复点播的视频进行缓存，减少对校区之间带宽的占用。此外，分校区也设立了服务器用于实现容灾功能，在主校区出现故障后利用备份数据和服务器将云管理系统切换到当地的服务器继续进行。 　　进行数据备份时，采用从主校区存储设备直接镜像到两个分校区的存储阵列的方法。
　　这个基于IP-SAN的云存储网络构建好以后，每个校区都有各自的分云数据中心，校区内部服务可以形成云内互联，而校区与校区之间形成云间互联，又与每个服务终端形成云-端互联，这样就形成了“资源虚拟化、管控自动化、IT能力服务化”为特征的数字化校园跨校区管理私有云应用平台，这个平台有全局的智能联动管理“CLOUD OS”，对所有校区的计算、存储和网络三大IT基础资源池进行全局的调度和资源编排与交付，此外，还根据各校区用户、业务系统的不同互访需求，实现网络层的资源隔离和安全访问控制。
　　4、测试优化与升级拓展
　　这套存储系统建立后，在正式投入前还需要进行检测，从局部的阵列性能优化测试到全局的虚拟用户网络负载测试对整个存储网络进行深入的了解，找到系统潜在的问题并进行解决和优化。
　　测试平台作为一个单位分别放置在主校区和两个分校区，分校的存储网络通过路由器与主校区IP-SAN中的千兆交换机实现连接，应用服务器分别找到各个校区的存储服务器分配的iSCSI存储阵列。通过测试进行相应的软硬件选项与配型，最终完成整个云存储网络系统的软硬件资源优化。一般情况下，数据中心的各种系统（包括软硬件和基础设施）是一大笔资源投入，在建成后一般经历3-5年硬件系统就即将面临逐步老化与更换，而软件技术则不断面临升级的压力。另一方面，随着社会的发展，不断变化、增加的业务需求也对资源扩展产生考验。而此IP-SAN云存储网络系统在传统架构基础上纳入了云计算模式，将不断产生的业务需求作为服务构架整个系统的核心，采用租用第三方云设施的方式，剥离了云存储系统中与数字化校园管理核心业务无关的因素（如IT基础设施），如需自己重新建设，可按需获得。
　　在此云存储网络系统建设中，网络是最底层的管道，因此采用“网络先行”的思路建设，在进行网络构架设计时充分考虑了数字化校园建设发展过程中会面临的挑战和解决方案，实现了网络层的云就绪，以承载未来云计算IT平台的动态需求和最终成本问题。
　　参考文献
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