校园数字化数据中心建设势在必行

刘晖

摘 要：在校园数字化建设初期，通常是学校各职能部门按照自身实际需要，引进并运行各自的业务系统，配置独自所需的IT基础保障环境。当一个新的应用引进时，常常需要对系统进行重新的部署，因此，会产生数量过多的存储设备和服务器，造成分散的物理位置，有较差的系统灵活性、数据的完整性和可用性，且使得全校的IT基础设施总体拥有成本（TCO）、运行管理成本和技术支持成本增加了，还使系统更复杂化了，从而降低了各个系统的运行水平。这种各自为政的模式已经不能适应学校数字化建设发展的需要，也是学校数字化发展的一大障碍。所以，要把各职能部门的小数据中心进行合并，建成统一集中的数据中心，集中各职能部门的业务系统，在统一的IT基础设施上运行，并由信息中心负责管理。该文重点阐述数据中心建设是：服务器系统的需求；存储系统的需求；网络系统的需求。

关键词：数字化 数据中心建设 系统需求 绿色节能

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（c）-0255-02

数字化校园是以校园网络为依托而构建起来的，集教育、教学、管理于一体的新型数字化的工作、学习和生活环境，是基于传统校园，通过先进的信息化设备系统，将校园各项资源数字化，形成的一个数字空间。通过实现从教育环境、资源到应用的数字化，实现各类信息的充分优化利用，在时间和空间维度上延伸了现实的校园，使校园的运行效率得到了提升，拓展了传统的校园业务功能，教育过程最终实现了全面信息化。

数字化校园建设是以技术、资源、管理和服务为要素，核心目的就是为学校的教育、教学、管理服务，一切技术和手段都是围绕这个核心，最大化发挥数字化校园的服务作用。

学校数字化校园的现状与国内外先进学校数字化校园建设水平、与学校改革发展对数字化校园建设的要求相比，还有相当大的差距。加快学校高水平、有特色数字化校园的规划与建设，已成为学校教育改革与发展的必然要求和重要推动力。

随着数字技术的飞速发展，中等职业教育改革的不断深入，配合学校整体改造升级以及学校做精做特的办学定位，学校原有的硬件、软件建设方面相对滞后，整体性和协调性问题日显突出。信息化设备硬件随着时间的推移和技术的进步，日显落后；应用软件也在维持着原有的单机运行格局，资源和信息单摆浮搁，形成了“孤岛”效应。以上的因素导致有效的信息不能及时地为决策、管理等服务提供有效的数据支持，从而限制了数字化校园的进一步发展。

传统的学校数据存储“孤岛”逐步陷入困境，有其深层次原因的。传统数据中心是面向物理设备和单个项目的静态资源管理和供应。主要体现在以下方面。

（1）物理设备资源管理的静态化。

实际上，已经建立的传统数据中心，都是在努力管理好日益增多的物理设备，保持良好的环境，不要损坏和丢失，出了故障有人维修，以此保证数据的安全与存储。

（2）工作负载管理的静态化。

孤立的物理设备资源、不能共享的数据、静态管理的工作负载，整个数据中心不能实时、动态调度，传统数据中心的状态导致资源利用效率低下，不仅服务器工作负载是静态的，而且网络和存储系统的工作负载也是静态的，从而导致所有资源利用效率的全面低下。

（3）基础设施静态耦合。

传统数据中心多数设备部件都是紧密耦合的，其内部由许多基于单个项目需要而建立起来的一个“项目孤岛”组成，从网络、服务器和存储所有资源都与对应项目静态地捆绑在一起，形成孤岛的系统。这种静态的结构的传统数据中心，存在着一系列严重的实际问题。其中包括结构复杂不易运维和耗能较大开支昂贵。基于不断增加的应用需求，不同时期技术的更新、人员的变动，使得传统数据中心以及一些以传统模式下的系统结构越变越复杂，不只是管理和维护费用昂贵，而且有可能造成内部结构没有人清楚的黑箱。

学校数字化校园建设的重要组成部分是新一代数据中心的建设。学校数据中心建设的宗旨是“统一标准、统一部署，以需求为导向，以应用促发展，整合现有资源、有效实用、适度超前，在安全保密前提下实现互联互通、资源共享、相关业务流程整合”，通过成立数字化校园建设项目调研、实施小组，经过对IT行业、企业、同类学校的调研、论证，形成学校数字化校园项目的规划方案，统一规划、统一安排、分步实施地开展全面的数字化校园建设。

事实上，随着数字化校园建设的全面展开，建设新一代数据中心既是机遇又是挑战，势在必行。数据中心建设是：（1）服务器系统的需求。（2）存储系统的需求。（3）网络系统的需求

第一，从分散的数据中心到统一的数据中心。

数字化校园的早期建设，一般都是学校各职能部门根据自身实际情况，引进和运行各自的业务系统，配置各自的机房、空调、网络、存储器等IT基础保障设备，配备了特定的操作系统和支持人员针对每个应用系统。

当一个新的应用引进后，常常需要重新部署系统，因此导致部署数量过大的服务器和存储设备，以及分散的物理位置，不但有较差的系统灵活性、数据的完整性和可用性，还造成整个学校IT基础设施的总体拥有成本（TCO）、运行管理成本和技术支持成本加大了，系统也更加复杂了，降低了各个系统的运行水平。

这种以各自为中心的模式已经不能适应学校数字化建设的需要了，也是学校数字化发展的一大瓶颈。所以整合各职能部门的小数据中心，集中统一数据中心，把各職能部门的业务系统集中起来，在IT基础设施上统一运行，有信息中心负责管理。

新校园网的网络建设中数据中心的建设同样势在必行。考虑到未来云计算模式在校园网的部署，新校园网的数据中心建议按照虚拟化的模式来进行建设，虚拟化数据中心的建设分为服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化，服务器虚拟化的主要目的是提高服务器资源的利用率、优化服务器资源配比，存储虚拟化是为服务器提供海量的、可随时扩容的、可统一进行管理的虚拟化存储空间，而网络虚拟化则作为虚拟化数据中心的底层基础网络平台对服务器系统、存储系统提供支撑，上述三个方面的虚拟化建设将为最终实现应用虚拟化打下坚实的基础。

第二，数据中心建设需求分析。

（1）服务器系统需求分析。

校园数据中心的应用往往采用单独的服务器部署，一个业务系统对应一台物理服务器，服务器一旦出现问题整个系统就会瘫痪。并且每台服务器具有很低的利用率，有较多的数量，所以存在很多的故障节点，尽管管理员无休止地进行安装、检修等，宕机时间不断加长依然是在所难免的。因此，数字化校园各类业务应用的正常开展受到了较低的服务保障水平的影响。

同时随着数字化校园上各类业务应用的不断丰富使得网络资源越发紧张，数据中心部署的各种应用如统一电子邮件系统等，及传统的IT应用如域名解析、电子邮件对现有资源都产生了很大的冲击。与此同时，大量的独立服务器极低的利用率导致了资源的闲置，但又无法进行合理的使用。

因此，拟通过在服务器上部署虚拟化技术，把一台物理服务器分割成多个相互隔离独立的“虚拟环境”，完全隔离各部门之间的应用和数据，提高服务器的利用率，使各系统间的整体安全性得到改善，提高服务保障水平，从而使工作量和管理成本降低。

（2）存储系统需求分析，

数据中心建成后，将会逐渐有各类业务系统切换到数据中心上运行，逐步增加的各类业务应用会产生海量的存储空间需求，为满足信息共享业务应用对存储空间的需求，需要建设数据中心的存储系统，采用可以支持“块级”数据应用的存储系统。为此存储系统同样需要采用虚拟化的技术，来使数据存储空间的虚拟化得以实现。

通过存储虚拟化将各存储系统上的资源整合成单一的“存储池”。经过整合的空间则以虚拟资料卷的形式提供给服务器，当容量在被应用业务使用时，它们不需要对容量在哪个存储系统上进行辨认，对用户是完全透明的。通过存储虚拟化架构，方能真正实现存储空间的虚拟化，使其具有存储容量整合，简化管理，扩展灵活等多种虚拟化特点。

考虑到未来虚拟化数据中心中数据的重要性，可以提前进行异地容灾方案的设计，在与主数据中心相隔一定距离的异地，建立异地灾备中心，定期将主数据中心的关键数据复制到灾备中心，如此即使主数据中心出现意外情况也可以保证数据的安全。

（3）网络系统需求分析。

①数据中心网络系统高性能的需求。

早期每个服务器上运行一个业务，每台服务器的流量会很少，甚至可能只有几兆，而随着服务器上部署的虚拟机越来越多，每台服务器的流量也越来越大。尤其是在将来的虚拟化云计算网络环境下，超高密度的虚拟机数量引入了不同于以往任何传统意义上数据中心的业务承载问题，大大增加了在单位空间和单位网络接口的“服务器/虚拟机”的数量，相比较传统的数据中心网络设备，对基础网络的吞吐能力、转发表项、突发流量吸收则提出了更高的要求。

②数据中心网络系统“虚拟化”的需求。

数字化校园的核心领域是数据中心，不管是服务器部署，还是网络架构设计，都要做到细致入微。所以，传统上的数据中心网络架构因安全区域、安全等级、路由控制、策略部署、VLAN划分、二层环路、冗余设计、多层结构等诸多因素，产生较为复杂的网络结构，增加了数据中心基础网络运维管理的难度。

為解决上述传统数据中心网络架构的问题，业界主流的解决方案是在网络架构上使用虚拟化技术，多台设备可通过虚拟化技术连接，“横向整合”起来构成一个“联合设备”，这样可以对这些设备进行集中管理和使用。

③数据中心网络系统支持“服务器虚拟化”的需求。

如上所述服务器虚拟化的本质是在一台物理服务器上模拟出多个虚拟机，每个虚拟机都可以看作是一个逻辑的服务器，这些逻辑服务器间是要进行数据交互的，在一台物理服务器上可能运行数十个虚拟机，如此虚拟机之间的数据交互将会非常频繁，为了将服务器从繁重的网络数据交换工作中解脱出来，回归到原先的服务应用功能上，要求虚拟化数据中心中的网络设备也需要支持虚拟化的功能，承担虚拟机之间的数据交互任务，如此才能提高虚拟化服务器的整体处理能力。

④数据中心网络系统“绿色节能”的需求。

数据中心是耗能巨大，这也是业界一致的认同。有关数据表明，伴随着数据中心的快速发展，要是不有所控制，数据中心的能耗将呈现直线上升的态势，2～3年的能耗就能超过数据中心自身的建设成本。因此，数据中心建设中需要重视的一个方面就是减少能耗问题。

参考文献

[1] 张程暄.校园网规划与设计[D].吉林大学，2014.

[2] 冉照海.数字化校园规划与实践[D].长安大学，2013.