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云时代的校园数据中心-教育部

信息技术的发展趋势
  信息技术进入到了新的发展高峰期,云计算、移动互联、物联网、社交网络等新技术的涌现和成熟,正在改变着信息化生态环境,Web2.0 的特性不断延伸辐射,个性化、扁平化和社交化等特性正从数字空间中延伸到物理空间,改变着人类经济和社会的组织与运作模式;信息系统的开放共享正在成为常态,开放系统用开放性换来了规模效应、数据积累和用户集聚;硬基础设施建设逐步发展为软基础设施建设,从IaaS、PaaS到XaaS,运营模式正在由传统的自建自营走向服务租用。
  Web1.0时代解决了信息的数字化,主要特征是信息的发布和阅读。 到Web2.0时代,通过用户的参与实现信息的传播与分享。随着Web2.0的应用日趋成熟广泛,社会化的信息系统和企业级的信息系统正走向融合。以下概念将成为未来信息系统不可缺少的元素:
  个人媒体中心:BLOG(博客)、Twitter(微博)、Tumblr (轻博客) ;
  个人社交网络:Facebook、人人、开心;
  个人资源中心:iCloud、Google、CloudDriver;
  个人知识库:知乎、新浪爱问、百度文库。
  随着对能源问题、服务水平的日益关注,数据中心相关的技术也得到了前所未有的发展,流程化、可管理、可伸缩、高可靠、安全、低成本、绿色节能、SLA等成了新一代数据中心的代名词,各软硬件厂商也提出了很多新的技术和解决方案。如思科公司提出的新一代数据中心的IT基础架构——统一计算平台UCS,为数据中心的云化做了很好的准备。
  云计算已经成为全球 IT 产业界公认的发展重点。各国政府积极通过政策引导、资金投入等方式加快本国云计算的战略布局和产业发展。根据公开资料统计,截至 2012年 3 月,我国已有 13个省、市、自治区规划了约 30 个左右的 10 万台服务器以上规模的大型云计算数据中心建设项目,其中有些规模甚至达到数百万台。这些项目规划总投资达到 2700 多亿元,可容纳服务器将超过1000 万台,相当于目前全国 IDC 总规模的5倍。
基于Web2.0的新一代数字校园

  在Web1.0时代,高校的数字校园建设是以电子校务平台为建设主体,基于分职能域的信息系统建设实现对管理信息化的支撑,通过信息门户实现信息集成与整合,从应用系统到硬件基础设施全部自建、自营。清华大学2007年的数字校园建设规划如图1所示。

图1 数字校园建设规划

  随着信息技术的发展,带来了新的推动力,高校的数字校园建设开始进入Web2.0时代,数字校园建设的核心从教育管理信息化迈向教育信息化,服务对象从教育管理拓展到教学、科研、社会服务和文化传承领域。数字校园的建设目标主要是为学校人才培养的根本任务服务,用信息技术帮助学校将办学优势转化为人才培养优势。 同时,为知识的创造和传播服务,用信息技术为教师、学生搭建创造和发现知识、存储知识、组织知识、交流知识、传播知识的平台。在数字校园的建设内容方面,更重视软基础设施建设,传统的硬基础设施的服务将逐步拓展为软基础设施的服务。通过构建开放、共享的教育信息化云服务平台,用信息技术为教师、学生等提供资源存储、消息通讯、信息通知、内容聚合、位置服务等基础IT服务。
  基于Web2.0 的数字校园建设内容如图2所示。

图2 基于Web2.0的数字校园建设内容

校园数据中心私有云和公共云

  在基于Web2.0的新一代数字校园架构下,校园数据中心如何支持?是在原有基础上根据云时代的特征进行升级改造,还是将所有数字校园应用全部或部分迁移到云中?云又在哪里?是使用公共云还是自建一个私有云?若是将部分数字校园应用放到云中,那么哪些可以放到云中,哪些必须要我们自己来运行维护?这些问题都需要我们一一来回答。
  在回答上述问题之前,我们先看一看什么是云计算。云计算的概念这两年非常的热,风起云涌,各厂商开口必谈云,似乎不加个云字就显示不出技术和水平,云网络、云存储、云安全……各种名词不断涌现。很多高校在进行数字校园建设规划时,也必加一个云字,各级政府也都在规划中大谈特谈城市云、教育云、政务云等。更不必说各大公司和厂商提出的私有云、公有云、个人云、行业云、社区云、电子商务云、HPC云等等。根据ISO在2009年的调查,云计算的定义多达20多种!只可惜大家都如同盲人摸象一样,只看到局部就下断言,结果“云计算”的概念没有说清楚,变成人云亦云,让人感觉一切都是浮云!
  那么,究竟什么是“云计算”呢?
  按照通俗直观的理解,云计算的目的就是让用户像使用水和电一样,可以自由地使用各种IT资源,如图3所示。然而,一个发电厂可不是将几台发电机集中在一起这么简单,同样,云计算也决不是简单地将用户原有的IT资源集中在一起就可以实现!

 

图3 云计算:像使用水和电一样自由使用IT资源

   云计算有哪些要点呢?美国国家标准和技术研究院(NIST)给出了一个云计算模型,所有的资源(网络、服务器、存储设备、应用程序以及服务)可以被迅速提供并发布,同时最小化管理成本。云模型由三种服务模式、四种部署方式、五个基本特征和六个公共特性组成,如图4所示。

图4 NIST云计算模型

  根据NIST的云计算模型可以看出,云计算其实是一种新型的计算模式,能够把IT基础设施资源、应用系统作为服务,通过互联网提供给用户。云计算同时也是一种新的基础架构管理方法,能够把大量的、高度虚拟化的资源管理起来,组成一个庞大的资源池,以服务方式进行管理。对商业环境和产业链而言,云计算则意味着新的商业机会和商业模式。

 基于NIST的云模型,数字校园应用能否放入公共云中?从长远来看,这应该是发展的方向和趋势,尤其是一些规模较小、自己没有建设和运行维护能力的学校,将相关的应用放入公共云将是一种必然的选择,但目前看来,还有以下一些问题没有完全解决:
  安全性:我们能否找到一个可靠的云供应商?我们如何相信数据放在云供应商那是安全的?目前在法律法规上也都存在相应的空白。
  互联网带宽:接入云的带宽如何保证?通过学校网络运行部门的不断建设和升级,一所学校内的网络可以实现随时随地的网络接入和足够的网络带宽保障。但在互联网上,目前各大运营商之间的互联互通带宽都无法保障,将来各类用户与云供应商之间的带宽如何保障?随时随地的、多种形式的移动互联又如何保障?
  业务连续性:目前数字校园应用放在学校内部的数据中心,应用开发人员和数据中心的IT支持人员一起保障各类平台和应用的业务连续性。若数字校园业务应用放在公共云中,而目前各类云服务供应商都只提供有限的SLA保证,相关人员如何配合,业务连续性如何保证?

  费用问题:租赁费用不一定比自建便宜,尤其是更换云供应商带来的隐性成本更是一个巨大的陷阱。
  既然公有云还不成熟,那么各个学校是否可以建设自己的私有云呢?根据NIST云计算模型,有五个关键基本特征:按需自服务、泛在的网络访问方式、动态的资源池、快速可伸缩性、可计量的服务。要达到这些特征,需要建设较大的资源池,只有上规模,有了规模效应才可以有效降低成本和实现快速可伸缩性。同时,在运行维护方面,私有云需要实现流程化、服务化(可计量、自服务)。另外,为了保障相应的服务水平和服务质量,必须要有一支成熟的运维服务队伍。然而,根据目前各高校的建设模式,基本上都是自建自用,而且投资都非常有限,资源池无法建得很大,运维队伍也有限。因此,要想达到一个理想的资源池不容易,要建成一个完整意义上的私有云,从目前来看既不现实、也不经济。
  纵观校园数据中心的发展历程,经历了简单合并、整合和优化、服务几个阶段,在云时代,校园数据中心完全可以拓展到“云”的领域,基于云计算的特点,支持云服务对数据中心基础设施的需求,解决传统数据中心的一些不足。同时,通过采用新的技术,按照业务和用户的需求扩张IT规模,持续进行数据中心的优化,将校园数据中心建成一个可信赖的云数据中心。
  校园云数据中心的建设应确保应用不与任何特定的硬件实现绑定。使应用可移动,从而可以轻松迁移到云;资源池化,确保资源的弹性使用和分配;通过使用虚拟化技术,将应用与基础硬件去耦合;在运维和管理方面,通过建设相应的云管理平台,实现用户管理、客户支持、服务管理、计费管理、运维管理、资源管理、安全管理、容灾管理、监控管理等功能,以满足云时代对数据中心的服务需求。
  校园云数据中心建设需要认真考虑以下一些问题:
  第一,资源配置管理。云计算环境下数据中心的IT资源是高度虚拟化的,需要对资源进行动态部署,因此也就面临着资源配置如何管理的问题。
  第二,问题和故障管理。在云计算环境下,资源高度的虚拟化,应用程序与组件是多对多的依赖关系。一个应用程序出了故障,很难很快地准确定位是哪一个组件出现了问题。因此,问题故障的定位是云计算环境下数据中心管理的又一大挑战。
  第三,服务质量评价。云计算时代的IT资源一般是以服务的形式提供给用户的,而用户最关心的就是服务质量。因此,如何对服务质量进行评价是云计算时代数据中心管理的重要方面。
  第四,云安全。云时代讲究虚拟化和共享,带来的安全问题比以往更为突出,如何确保校园云数据中心或私有云中各用户的数据和应用安全,也是一个重要的课题。
  第五,规模与成本的平衡。云时代的数据中心,资源全部池化,服务平台化、自动化。如果基础资源的规模达不到一定水平,其成本可能比传统的建设和运行模式的成本要高,需要在相应的规模和成本之间找到一个平衡点。
  第六,基于云服务的数字校园应用建设模式。基于云计算技术的校园数据中心运行环境反过来对数字校园的应用建设提出了新的要求,比如平台化、流程化、与硬件无关等。
校园云数据中心的服务
  从学校的整体信息化运维服务和IT支持来看,包括业务支持与业务系统建设、IT基础设施建设和优化、IT运行环境维护、数据支持与服务、用户IT服务支持、IT服务管理(ITSM)等内容。校园数据中心的IT服务只是其中的一部分,校园云数据中心可以面向学校的院系、部门和全校师生提供以下一些服务:
  IaaS:服务器托管、虚拟机服务、云存储服务。
  PaaS:应用运行环境、开发和实验平台、测试环境。
  SaaS:邮件服务、短信服务、应用软件服务、虚拟桌面。
  在云计算模型架构下,校园云数据中心和用户各自的责任矩阵如图5所示。

图5 校园数据云中心和用户的责任矩阵

   云时代,校园云数据中心面临新的机遇和挑战,从最终目标上看,将所有服务放到公共云,就像水、电一样,所有IT服务社会化,这是一个非常理想的目标。但在相应的云服务供应商没有成熟、社会配套的基础设施还不够完善、国家的法律法规还不够全面之前,我们目前还只能尝试着将一些成熟的IT服务放到公共云中,如电子邮件、CRM等,或者使用本来就是社会化的IT服务,如微博、社交网络等。而其他一些IT服务,暂时还是得运行在学校内部的数据中心。一些有实力的高校可以逐步发展自己的私有云,为学校的师生,以及各院系、各部门以云的方式提供相应的IT服务。同时,各高校可以联合起来,结合自己的特点,将一些多余的资源以云的方式提供给其他高校和社会。目前教育部科技发展中心牵头成立的“互联网应用创新开放平台联盟”,就在整合高校、企业在互联网基础设施、应用开发、网络测试等方面的资源,组建统一的互联网应用创新开放平台,为互联网应用创新提供基础设施和配套服务方面做了非常有益的尝试。
  (作者单位为清华大学信息化技术中心)

 

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