萝岗区教育云方案.doc

萝岗区教育云技术解决方案书广州康大职业技术学院2012年7月目 录一、绪论1：关于云计算2：信息化建设与云计算3：教育云现状与趋势二、萝岗区教育云功能架构与实施1：萝岗区教育云层次架构2：萝岗区教育云管理端功能模块3：萝岗区教育云学校端功能模块4：萝岗区教育云教师端功能模块5：萝岗区教育云学生端功能模块三：萝岗区教育云平台解决实施方案1：萝岗区教育云方案选型 2：萝岗区教育云计算中心技术架构3：萝岗区教育云平台管理域实施方案4：萝岗区教育云平台资源域实施方案5：软硬件清单一、绪 论1、关于云计算云计算是一种将全球范畴、高度可扩展、灵活的服务通过互联网进行发布与消费，采取按需求与实际使用付费的商业模式。云计算是并行计算、分布式计算和网格计算的发展。是这些计算机科学概念的商业实现。云计算是虚拟化、公用计算、IAAS、PAAS和SAAS等概念混合演进并跃升的结果。而把提供资源的网络被动称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。云计算意味着计算能力也可以做为一种商品进行流通，就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉，通过互联网进行传输。它是一种革命性的举措，代表着信息技术的发展方向，有望成为下一个突破万亿元规模的新兴产业。云计算正在成为一种全新的商业模式，有专家预测，未来的信息化都是以云计算为基础的，未来的经济转型全是建立在云基础架构之上，这也就意味着云计算正在给社会带来全新的发展机遇与财富增值。2010年，全球云计算服务市场的销售额增长到了680.3亿美元,与2009年586亿美元的销售额相比,增长了16.6%。2011年销售额达到了853.4亿美元，比2010年增长了25.4%，到2015年全球云计算服务的销售额将实现爆炸式增长，达到1488亿美元。国际数据公司预测，2013年全球信息技术收入的16%将与云计算有关；公共云计算服务应用将增长30%；私有云计算部署也将获得长足发展。企业正在进行投资并且要最充分地利用公共的和私有的云计算。我国于2010年10月18日颁由的国家发展改革委、工业和信息化部关于做好云计算服务创新发展试点示范工作的通知指出，云计算创新发展试点示范工作要与现有数据中心相结合，推进云计算中心（平台）建设，为提升信息服务水平、培育战略性新兴产业、调整经济结构、转变发展方式。我国已把云计算列为国家重点发展的战略性新兴产业之一。2、信息化建设与云计算随着全球信息化建设的高速发展，网络中接入信息基础设施的数量不断增加，信息系统软件建设水平日益提高和完善。从上世纪九十年代开始，我国就开始筹划信息化的建设工作，但当时羁绊于观念、认识以及互联网发展的青涩等多方面原因，信息化建设只是一种美好愿景。随着美国以互联网普及为手段，推动美国经济发展的成功案例广为人知，以信息技术为标志的第三次科技革命终于全面兴起。而我国经过短短十多年的发展，信息技术已经渗透到经济、政治、教育文化、社会生活的方方面面，也改变了行业结构、推动了产业升级，加快了经济结构的调整，促进了社会各行业向更高层次、更科学快速的发展方向。但随着信息化建设大规模的发展，网络规模的不断壮大，信息数据规模也成爆炸式增长。同时，为了面对新形式下的业务需求，对于信息化发展的软硬件升级也是一项重要的投入。近二十年来，世界各国在互联网基础设施建设和信息化建设方面进行了巨额的投资，互联网的带宽和可靠性都得到了大幅提升，网络触角所涉及的区域与行业也越来越多，越来越广。目前，信息技术的发展使得全世界上大部分的业务都离不开信息化平台，而对于信息化建设的要求也就必然越来越高，信息服务平台必须做到稳定性、可靠性、安全性、可用性、灵活性、可管理性、自动化程度甚至节能环保等特性都提出了苛刻的要求，这一切都在不断推动着互联网络技术与信息化建设的发展。正是由于互联网的发展，使得云计算中跨地域的资源共享与服务提供成为可能，云计算更是解决了日益庞大的网络所面临的计算处理负荷重、存储能力受限、成本高且效能滞后等瓶颈。云计算的产生与发展为信息化建设产生了助力，指明了方向，云计算可以解决当前信息化建设存在的两个重要问题，一是帮助用户降低IT服务成本，另外一个是提升用户使用IT服务的体验。实际上这就是人们追求的“物美”和 “价廉“的一种体现。同时云计算还可以起到降解低成本、把固定成本转变为可变的运营成本、提升用户体验、安全可管理、节能绿色环保五个方面的功能作用。3、教育云现状与发展趋势云计算在教育领域中的迁移称之为“教育云”，是未来教育信息化的基础架构，包括了教育信息化所必须的一切硬件计算资源，这些资源经虚拟化之后，向教育机构、教育从业人员和学员提供一个良好的平台，该平台的作用就是为教育领域提供云服务。为了促进教育信息化建设发展，构建一个稳定、安全、高效的教育信息化系统，实现云计算在教育行业的普遍应用，保障教育云建设的快速规划与实施，2011年3月20日，教育部正式发布教育信息化十年发展规划（2011-2020年）（教技20125号）（以下简称：规划），从国家层面对今后十年教育信息化工作进行了整体设计和全面部署，为下一阶段教育信息化发展提供了行动纲领。规划提出，我国教育信息化总体发展目标是：到2020年，全面完成教育规划纲要所提出的教育信息化目标任务，形成与国家教育现代化发展目标相适应的教育信息化体系，基本建成人人可享有优质教育资源的信息化学习环境，基本形成学习型社会的信息化支撑服务体系，基本实现所有地区和各级各类学校宽带网络的全面覆盖，教育管理信息化水平显著提高，信息技术与教育融合发展的水平显著提升。教育信息化整体上接近国际先进水平，对教育改革和发展的支撑与引领作用充分显现。目前，我国教育云的发展已经进入了逐步实施阶段，部分试验先行建设单位已经取得一定的经验和成绩，为我国下一步全面促进信息建设的“云化”发展提供了丰富而可借鉴的宝贵资料。例如江苏无锡市教育局是我国最早教育云建设的试点单位，其无锡市教育云平台早在2003年就着手建设与实施，已经积累了九年的丰富经验与资料；广东佛山南海区教育局也在2003年全面促进教育信息化建设，实施教育云平台建设与发展，力促全市教育资源的均衡化发展；由中国科学院电子科技研究所主导的”署光教育云”已经于2010年成功在东莞落户，是我国目前最完善、最健全的行业云之一，目前拥有全国各大教育机构单位2000多家，云服务项目一百多项，功能应用包括数据存储、计算资源、电子校园、云视频会议、电子书包、校讯通、云数据库、电子教室等；教育信息化已进入高效、快速、稳定、安全的方向建设阶段,正逐步由搭建校园网等基础设施平台向深化应用,以应用带动现代教育的发展方面转变。如何利用新一代信息技术,实现教育信息化的快速发展是我们面临的新挑战。 “云教育”本质上并非一个单一的网站，而是一个教育信息化服务平台，通过“一站式”应用和“云”的理念，试图打破教育的信息化边界，让为所有学校、教师和学生拥有一个可用的、平等的平台。毕竟“教育的不平等”是当前非常可悲的社会问题，“云教育”希望通过技术的手段，解决这一问题。“云教育”在某种程度上，通过一个统一的、多样化的平台，让教育部门、学校、老师、学生、家长及其他与教育相关的人士（如教育软件开发者），都能进入该平台，扮演不同的角色，在这个平台上融入教学、管理、学习、娱乐、交流等各类应用工具，让“教育真正的实现信息化、平等化”。二、萝岗区教育云功能架构1、萝岗区教育云层次架构教育云是一个复合的结构体，其功能体系庞大复杂，构成元素众多，既有硬件方面的服务器、计算器、存储器、网络通信设备等，也有软件方面的云操作系统、管理平台、虚拟化软件、云应用软件、数据、角色等。所以对教育云的架构必须实现层次化的定义设计，通过层次化的划分实现对教育云总体功能的分解与建设。教育云的层次化划分可以从结构组成、角色构成、服务对像三方面进行。从结构组成方面可以分为物理资源层、逻辑资源层、虚拟化管理平台层、云计算服务管理层四个层次。物理资源层包括X86服务器、小型机、磁盘阵列和网络等物理资源； 逻辑资源层包括X86物理服务器与虚拟机的组合，小型机经过逻辑分区或虚拟化后提供的虚拟机，存储虚拟化控制器，网络VLAN管理等虚拟化后的逻辑资源。逻辑资源实际是物理资源跟虚拟化的软硬件技术结合，提供更好的扩展性、可分配性和可调度性；虚拟化管理平台层是逻辑资源管理、分配、调度、监控、计量的平台。IBM的虚拟化管理平台，X86服务器的虚拟化平台，小型机的管理平台， 存储虚拟化的管理平台，网络监控统一构成了云计算平台的核心。这些管理模块互相集成，实现逻辑资源的自动化管理，为用户门户和管理层提供了按需分配的引擎；云计算服务管理层是云平台的用户门户。对于使用云平台服务的终端用户，他看不到也不需要了解物理或逻辑资源层的构成和虚拟化管理平台层的运作。他只看到虚拟化的资源，使用虚拟化的资源。 从角色构成方面可以分为云管理者、云用户两大方面。云管理者主要负责对教育云中的资源进行分配授权、维护管理、数据处理、软硬件升级、服务开发及服务计量等。而云用户是教育云的主要构成对象，是教育云价值的最终体现，他们主要使用云中的资源与服务，根据教学工作的需要对云中的软硬件资源进行访问使用，同时对云平台的服务进行请求并提出新的服务请求，以此促进教育云的功能扩展与升级。从服务对象方面可以分学校、教师和学生三方面。学校是构成教育云平台的主要对象与组织单元，也是教育云的最核心服务对象，学校以教育云为平台实现对本校的综合管理与建设，同时通过教育云加强对外的交流与合作，提升学校的总体教学水平与科学管理能力；教师与学生是云平台的最终用户，教师的一切教学工作都可以建立在教育云平台系统之上，通过教育云进行教学资源配置、教学管理、培训学习、教学交流等；学生则通过云平台进行学习自助、资源使用、学习交流等（见下用户层次图）。（萝岗区教育云用户层次图）2、萝岗区教育云管理端功能模块萝岗区教育云管理平台是管理员对教育云系统进行配置管理的操作平台，管理员通过云管理系统对整个云资源实施日常管理与系统配置，管理员具有对教育云的完全控制权限，也是教育云系统安全稳定的保证。根据萝岗区教育信息化调研的结果，综合各学校及老师的教学要求需要，萝岗区教育云管理系统主要由四大部分功能模块组成，分别是：资源管理模块、安全监控管理模块、用户管理、软件服务管理模块，具体内容包括计算服务器管理、存储服务管理、网络设备管理、虚拟资源管理、存储备份管理、学校用户管理、个人用户管理、软件服务管理、数据信息管理等（见下图）。（萝岗区教育云系统功能模块图）（1）资源管理：资源管理主要管理着云平台的核心资源，包括计算服务器管理、存储服务管理、网络资源管理、虚拟机管理、资源库（电子课件/教学视频等）等计算服务器管理：主要对计算服务器进行配置升级，通过虚拟化软件管理配置计算资源池，如添加计算设备、删除计算设备，分配计算逻辑卷、增删计算单元、迁移计算资源等存储服务管理：主要对存储设备进行虚拟化操作管理，包括对存储资源池的弹性操作及容灾操作，如增删存储硬件，分配存储逻辑卷，配置存储单元、数据备份，数据迁移等。网络资源管理：主要对云系统中的IP资源进行弹性分配，根据虚拟机的弹性配置进行动态IP分配置，同时对IP与用户进行关联管理等。虚拟机管理：主要对虚拟机与逻辑卷进行配置与管理，具体操作如创建虚拟机、删除虚拟机、虚拟机配置、程序迁移等。（2）安全监控：安全监控管理是维护教育云系统稳定与安全的重要功能模块，管理员通过安全监控管理模块实时掌握云系统的运行状态，管控教育云各节点的性能与运行环境，保障云平台系统的稳定。该功能模块的操作监控项目包括系统日志、CPU占用、内存占用、存储占用、 备份与迁移管理等。（3）用户管理：用户管理主要对教育云中的用户进行管理，保证云服务与云资源能得到安全可靠的消费使用。教育云中的用户分为学校、教育机构、教师和学生四种类型。该功能模块的操作主要包括新建用户、删除用户、权限分配、组织管理、属性编辑等（4）软件服务管理：软件服务管理是对教育云中安装的应用软件与云服务项目进行管理与配置，是保证教育云服务项目多样性、全面性的重要操作平台。该功能模块的操作主要包括添加删除软件、软件维护、OA系统、服务选项、云应用等。3、萝岗区教育云学校端功能模块萝岗区教育云中一个重要的用户组织单位是学校，在管理的时候主要以学校或教育机构为组织单位进行管理操作、资源分配及权限配置等。学校端功能操作主要包括创建用户（学校管理员/教师/学生）、删除用户、权限管理、云视频、云讯通、电子书包、电子课堂、云办公系统、资源库、教育云盘、教育播报、学生管理等4、萝岗区教育云教师端功能模块萝岗区教育云的主要使用群体是教师，教师通过教育云进行教学资源消费与发布，借助云平台辅助教学、创新教学方法等。教育云老师端的主要操作包括云课堂、云讯通、云视频（仅限登录、发言功能）、云办公系统、资源库（课件、数据、视频、题库等）、教育云盘、教育播报、云班级等。5、萝岗区教育云学生端功能模块萝岗区教育云学生端功能模块是教云中的普通模块，该模块主要是为了方便学生在线学习，课后复习等，同时方便教师对学生进行教学与考评。该功能模块主要操作包括电子书包、云课堂、电子作业、学【教育云管理系统平台（演示界面）】三、萝岗区教育云平台解决实施方案1、萝岗区教育云方案选型 根据萝岗区教育信息化调研报告（以下简称报告）资料显示，广州市萝岗区现有公办中小学、幼儿园由建区时59所调整为39所，其中高级中学（含完全中学）3所、初级中学7所、小学24所、幼儿园11所。2010学年，区属公办中小学、幼儿园在校学生29737人，其中普通高中学生3635人，初中学生10059人，小学生15136人，在园幼儿907人。民办中小学5所，在校学生3049人。民办幼儿园27所，在园幼儿5888人。在我区办学的民办高等院校4所，技工学校3所，非学历职业教育培训机构14个，社区教育机构65个，其中社区教育学院1所，社区学校6所。根据报告显示，萝岗区教育中心现有IBM服务器15台，思科防火墙3台，核心交换机10台，光纤交换机3台，存储服务器5台，普通交换机30台，备份系统2套。根据当前科教网信息访问结果，并结合调研项目结论，萝岗区教育云可采用以下三种方案构建教育云平台：（1）利用现有的软硬件资源，构建萝岗区私有教育云系统平台。（采用本方案则对照本章3.23.5实施方案）（2）采用当前知名云服务商如IBM桌面云、微软教育云、华为提供的教育云解决方案等（3）以现有部分资源接入“署光教育云”，成为“署光教育云”的子云。2、萝岗区教育云计算中心技术架构根据本地区实际，结合目前云计算在教育、企业、城市中的应用，绘制如下云计算中心教育平台技术架构、IDC整体视图、云中心运行方案架构。（1）云计算中心教育平台技术架构（2）IDC整体视图（3）云中心运行方案架构3、萝岗区教育云平台管理域实施方案教育云管理域平台主要包括服务管理平台和虚拟化管理平台两大部分。服务管理平台首先从硬件方面选择硬件配置相对较高的两到四台服务器做为运行云管理软件的核心服务器，通过这几台管理服务器对教育云中的云服务与操作请求进行响应用并作任务配置与管理，从而起到控制云中的所有硬件资源能够协同工作。软方面要在云管理服务器上安装2003企业版/linux，并配置云计算操作系统、云服务管理系统（以上两款软件可以由承建的公司开发或使用VMware、微软公司现有产品）虚拟化管理平台根据萝岗区现有的可用硬件资源并结合当前全区的数据处理量进行相应的配置。虚拟化管理平台可以安装在X86平台，也可以安装在linux平台；支持安装的操作系统包括：AIX、Redhat Linux、SUSE Linux、Windows 2003和Windows2008。 考虑到虚拟化管理平台的重要性和稳定性，建议将虚拟化管理平台软件部署在linux小型机的AIX操作系统。 4、萝岗区教育云平台资源域实施方案服务器选型主机组成的服务器云是云计算平台的最核心部分，所有云计算平台中的功能及子系统都是依赖于服务器云来实现的。它既包括硬件服务器和底层操作系统部分，同时又包括云计算平台中的虚拟机监控功能，是运行虚拟机操作系统的底层基础平台。通过服务器云可以实现物理服务器相同的功能，并能满足云的高可用性需求。云平台中的任意一个物理主机或云（虚拟机）如果出现故障，通过管理平台监控工具可以自动发现，并把主机上的云（虚拟机）切换到其他可用的主机上。（见议所有云中的服务器都不超过2年时间为好，以免影响教育云的稳定性）存储选型在云计算平台中，可以把整个存储云子系统当作一个存储子系统加入到一个云计算数据中心。由于存储系统对保证数据访问是至关重要的，存储系统的性能和可靠性是基本考虑。同时，在云计算平台中，存储云子系统需要具有高度的虚拟化、自动化和自我修复的能力。存储云子系统的虚拟化兼容不同厂家的存储系统产品，从而实现高度扩展性，能在跨厂家环境下提供高性能的存储服务，并能跨厂家存储完成如快照、远程容灾复制等重要功能。自动化和自我修复能力使得存储维护管理水平达到云计算