校园数据中心建设研究

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来源：《软件导刊》2013年第04期

        摘要：随着时代的发展和科学技术的进步，数字化时代已经到来。为进一步推动校园数据中心建设，结合当前先进的技术理念，对数据中心数据集中存储和容灾的必要性以及数据中心建设的主要技术进行了研究，并对如何构建校园数据中心提出了部分探讨性意见。

        关键词：校园数据中心；云安全；虚拟化技术

        中图分类号：TP392文献标识码：A文章编号：16727800（2013）004012502

        0引言

        在当前的时代背景下，信息化建设已成为社会各界、各行业未来自身构建的一个必然趋势。就我国教育信息化构建的组成内容及现状来看，校园方面的信息化构建在今天已经取得了较为丰硕的成果，当前的校园信息化构建工程已经不再只局限于基础软硬件设施建设，而是将更大的建设力度投入到了电子校务、科研协作以及资源共享等上层应用方面。特别是部分软件的应用投入，对校园生活、工作中的各方面都产生着重大影响，而且这种影响逐渐向校园文化方面开始蔓延。但不可否认的是这种较为传统的信息数据整合与应用方式虽然具有非常强的时代特征与科学技术含量，却仍存在着各种问题急需得到解决，其中较为重要的一点就是信息数据的共享效率与共享程度不高，因而必须建立一个统一的数据中心来解决这些问题。当下，对于校园数据中心的构建要求而言主要有以下几点：第一是能够实现更加高效的数据共享与应用；第二是数据信息存储的可靠性更高、密度更大；第三是更加绿色、节能。

        1数据集中存储和容灾的必要性

        随着校园信息化的发展，校园里面各类数据、信息急剧增长，校园各部门信息系统之间已经出现信息共享不同步、数据更新不及时等问题。为了解决这些问题，每个校园应建立自己的数据中心，进行数据集中存储，并采取相应的容灾措施。这一方面能够在很大程度上提高数据信息存储的安全性，以及系统运行的可靠性，另一方面能实现系统间的高效资源共享，统一学校内各个系统的数据，提供集中的数据交换，减少数据冗余，提高数据的利用率，为各部门办公自动化进一步提供支持。

        2当前校园数据中心建设主要技术

        2.1网络架构设计

        以往的网络结构设计，多是基于二叉树的传统树形结构，要对其进行扩展就必须以垂直的方式，在更高的层级添加性能更高的交换机。但这种网络结构设计始终存在一些缺陷，比如：第一，想要扩展网络所受的较多，必须要众多高性能设备做支撑，所以成本开销非常大，如果要构建大型的数据中心就尤为不利；第二，过载问题严重，虽然在高层应用了性能优越的交换机，但这只能在相应的程度上缓解网络负荷问题，过载和热点的根本问题不能得到实质性解决；第三，核心根节点汇集了大量的网络流量，导致热点出现，使网络性能不能得到大幅度提升。所以，在校园数据中心的未来构建过程中，应该实现性能更高、带宽更高、稳定性更高、时延低而且方便管理的目标。在这样的需求下，出现了很多新的拓扑结构，比如Dcell、FatTree、VL2以及Bcube。DCell结构具有很好的扩展性能，能够保证数据中心满足业务拓展及应用动态发展的需求；FatTree通过在核心交换机处添加“粗”链路来解决热点问题；VL2在解决热点问题及扩展能力上具有很好的性能，就是布线复杂了些； BCube结构是基于数据中心集装箱思想而设计的网络拓扑结构，适应于目前主流的“Data Centerin a Box”的构建思想，网络性能良好。

        2.2网络融合技术

        当前传统数据中心发展模式已经严重阻碍数据中心的发展，以太网、存储网络及高性能计算网络融合是数据中心网络的发展趋势，通过融合可以实现降低成本、降低管理复杂度、提高安全性等优势。现阶段支持三网融合的关键技术主要有FCoE（Fiber Channel OverEthernet）、DCB（DataCenter Bridging）及TRILL （Transparent Interconnection of Lots of Links ） 等。FCoE以太网光纤通道，通过在以太网上传输FC的数据，从而实现I/O接口整合，减少数据中心的复杂性。DCB是数据中心内部“三网融合”的关键技术，也被称为 CEE（Convergence EnhancedEthernet，融合增强型以太网），其核心是将以太网发展成拥有阻塞管理和流量控制功能的低延迟和不丢弃数据包的传输技术，从而拥有以太网的低成本、可扩展和FC的可靠性。DCB主要包括以下标准：PFC（Priority Flow Control）优先级流控标准（IEEE802.1Qbb）、CN（Congestion Notification）阻塞通知标准（IEEE802.1Qau）、ETS（Enhanced TransmisionSelection）增强型传输选择标准（IEEE802.1Qaz）、SPB最短路径桥标准（IEEE802.1aq）等。TRILL由IET推进，属于二层标准，其核心是为克服生成树协议（STP）在规模上和拓扑重聚方面存在的不足。TRILL是一个基于最短路径架构路由的多跳标准以太网络协议，主要作用是整合了网桥和路由器的优点，将链路状态路由技术应用在二层，提高对单播和多播在多路径方面的支持并降低延迟。

        2.3节能技术

        以往的数据中心运行需要非常大的能耗开销，如果继续沿用传统的技术，将会加大校方的负担，同时这对于能源和环境也有极大的浪费与损坏。所以，在当前的校园数据中心建设过程中，要大力推行节能技术，正确并最大限度地降低能耗。在数据中心的物理选址上，应当对周围环境进行全方位的考虑，选址温度较低的地方，避免为增大冷却而消耗能量；在电力方面，可以考虑采用新能源，比如太阳能、风能以及其它可再生能源等，这样可以在一定程度上降低碳排放量，对于应对全球变暖有重要意义。比如北达科他州的Google数据中心，它就使用了风力放电机（NextEra Energy Resources）作为数据中心运行的电力来源。

        2.4云服务技术

        云服务的概念是伴随着云计算的发展而提出，强调以方便、快捷的方式向用户提供资源的过程，突出了“按需提供（On Demand）”和“无所不在（Anywhere，Anytime，Anybody，Any device）”的特点，符合面向服务的信息化校园建设理念，是校园信息化建设的重要发展趋势。云计算的核心问题不是资源的池化，而是应用是否能够真正无逢地按需扩展。因此在云计算的背景下，数据中心建设的当前关键技术还要包括：①支持数据网络和通信网络融合的网络设备；②支持FCoE、分层存储的集中存储设备；③通信网络和虚拟化基础设施的融合技术。

        2.5虚拟化技术

        虚拟化技术是当前应用颇为广泛的一项技术，它主要是将物理性的硬件资源抽象化，然后通过整合，重新进行分配。这样一来，数据中心的硬件资源设备将能得到更为高效、便捷的利用。从虚拟技术的应用特点进行区分，可以将其划分为以下几种：桌面虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化以及服务器虚拟化。总之，在数据中心构建中应用虚拟化技术，可以解决以往数据中心建设中所遇到的各种阻碍与难题，可使数据中心的运转效率大幅度提高，还能够在一定程度上降低运行维护成本，是数据中心的连续性、可靠性更加稳定。不过，就当前的实际情况而言，想要最大限度地将虚拟化技术应用到数据中心构建中，还有一些问题需要解决，比如当前业界没有统一的虚拟化标准平台和开放协议，移植和管理工具尚不成熟以及虚拟化运作存在一定风险等。

        3结语

        在当前的科技环境下，对于校园生活、教学等方面而言，数据中心的作用与地位愈见重要。目前，数据中心构建要求具有云计算时代下的能力需求，要更加具有效率性、安全性、可靠性，服务能力应当更强，而构建成本却应当更加低廉，能耗更加绿色、节约。所以，应当从科学性、经济性、环保性等角度出发，加大校园数据中心构建力度，这不仅对推动我国校园数字化构建有着极大的推动作用，也对教育、教学工作产生重要意义。

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        （责任编辑：孙娟）