超融合技術構建智慧校園

摘 ?要： 介紹了超融合技術的內涵、特點和關鍵技術，提出以超融合技術來構建智慧校園，建設統一認證平臺和雙活數據中心等，實現教學和生活以及校園資源和系統的整合及其精細化管理。

關鍵詞： 超融合技術; 智慧校園; 信息化; 精細化管理

中圖分類號：TP393 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? 文章編號：1006-8228（2021）08-127-03

Building smart campus with Hyper-Converged technology

Huang Hongjie

（Fujian Vocational College of Agriculture Information Engineering Department， Fuzhou， Fujian 350119， China）

Abstract： This paper introduces the connotation， characteristics and key technologies of Hyper-Converged technology， and proposes to build a smart campus with Hyper-Converged technology， build a unified authentication platform and an active-active data center， so as to realize the integration and fine management of teaching and living， and campus resources and systems.

Key words： Hyper-Converged technology; smart campus; informatization; fine management

0 引言

教育領域在進行數字化校園建設時，一般是“按需、逐個、獨立”的購買或研發教育信息化應用系統，但隨著信息技術的不斷進步，最終形成了以數據、應用、硬件和資源等組成的“孤島架構”。本文利用超融合技術構建智慧校園，提高了教育資源的共享和利用率，以此促進學校管理手段和教學方式的變革。

1 超融合技術概述

超融合技術，又稱“超融合架構技術”，是指在單個一體化基礎架構中同時具備計算、存儲、網絡和虛擬化等資源和技術的架構。超融合基礎架構（Hyper-Converged Infrastructure）是一種集成了虛擬計算資源和存儲設備的信息基礎架構。在這樣的架構環境中，以硬件服務器為基礎，以虛擬機為核心，提升集群的運算效能和存儲空間，具有融合性、敏捷性、安全性、擴展性和開放性等特點。同一套單元設備中不但具備了計算、網絡、存儲和服務器虛擬化等資源和技術，而且多套單元設備可以通過網絡聚合為一個統一的資源池，實現了模塊化的統一管理和無縫橫向擴展，形成了智慧校園硬件資源與虛擬化平臺的完整融合[1]，實現了超融合技術構建智慧校園，如圖1所示。超融合技術主要組件有三大組成部分：①計算虛擬化;②存儲虛擬化;③網絡虛擬化。

2 超融合技術特點

2.1 融合性

超融合將計算虛擬化和分布式存儲部署在同一服務器硬件內，用戶可根據自身需要來設定計算和存儲資源的服務等級，實際資源的分配可由智慧校園超融合管理平臺自動完成，管理變得輕松而簡單[2]。超融合架構把服務器、網絡及存儲進行了融合，并且搭載在統一管理平臺上（圖1），便于維護，實現了物理融合及管理融合。

2.2 敏捷性

超融合技術通過軟硬件一體化的深度融合，加快實現設備交付、彈性伸縮架構、敏捷持續部署業務和精簡管理系統。超融合技術利用虛擬化和軟件定義存儲以及硬件的重構，構建了扁平化、結構隨需而變、彈性可擴展的業務敏捷交付平臺，所有的模塊資源均可達到按需部署，實現動態資源擴展業務和靈活調度。

2.3 安全性

超融合采用集群管理方式，集群中的各個節點信息同步，共同管理集群資源和任務，構成分層存儲的統一資源池，實現了虛擬機對資源的無縫訪問，其安全性表現為：①系統出現故障時能夠自動在其他節點設備上重啟，避免單點故障;②如果一個節點出現了故障，整個業務系統仍可以正常工作，有效保障業務連續性和數據安全可靠。

2.4 擴展性

超融合采用分布式架構，可最小部署、按需擴容，具備強大的橫向擴展能力表現為：①無節點數和單點故障限制，內置本地備份、同城和異地容災能力;②擴容節點時，無需遷移系統內所有數據，可以快速達到負載均衡狀態;③增加節點時，系統IOPS、吞吐量等性能，以及系統存儲容量能夠實現同步線性增長的高擴展性，采用了全異步架構、無狀態連接服務和無鎖架構。

2.5 開放性

超融合采用了軟硬件解耦架構，對主流操作系統和應用進行兼容性適配和性能優化集成并具有：①在服務器層面，超融合架構能夠在任何服務器上運行，與硬件配置無關，無需修改上層系統和應用;②在存儲層面，超融合架構支持與外置存儲對接，并可將數據存儲備份;③在網絡層面，超融合架構無依賴網絡設備，可與現有網組網連接[3]。

3 超融合關鍵技術

3.1 計算虛擬化

計算虛擬化通過虛擬化管理程序將物理服務器的硬件資源與上層應用進行解耦，形成統一的計算資源池，然后可彈性分配給邏輯上隔離的虛擬機共享使用。

3.2 存儲虛擬化

存儲虛擬化是對存儲硬件資源進行抽象化表現，通過將集群各節點服務器上獨立的硬盤存儲空間進行組織聚合，構成一個共享的存儲資源池，所有的存儲資源在這個存儲池中統一管理，實現存儲資源的自動化管理和分配，構建高效靈活的存儲架構與管理平臺，采用多副本機制，一份數據同時存儲在多個不同的物理服務器硬盤上，提升數據可靠性，保障關鍵業務安全穩定運行。

3.3 網絡虛擬化

網絡虛擬化是通過網絡設備實現存儲虛擬化功能，實現網絡連接服務按需分配和靈活調度，提供了全新的網絡連接運維模式，解決了傳統硬件網絡的眾多管理和運維難題，可滿足業務應用對網絡快速、靈活自動化部署的需求[4]。

3.4 服務器虛擬化

采用服務器虛擬化技術，將服務器物理資源轉化為一組可統一管理、調度和分配的硬件云平臺架構，并在單個物理服務器上構建多個同時運行、相互隔離的虛擬機執行環境，充分發揮虛擬機的“一次構建、多次部署”優勢，利用集中化技術，將用戶和設備剝離，并對數據中心的應用和數據整合，實現了更高的資源利用率，減少了系統管理的復雜度，加快了對業務需求的響應速度，提供高可靠、高可用的應用服務[5]。

4 超融合技術構建智慧校園

充分利用超融合技術搭建智慧校園基礎架構，對系統和平臺軟件進行優化設計與集成，搭建智慧校園新架構[6]，如圖2所示。

4.1 融合與超融

超融合技術的迅速發展使得智慧校園可以在更多的虛擬化存儲解決方案當中進行選擇，要從三個方面正確理解融合和超融合間的區別：①融合包括存儲、網絡、計算和服務器虛擬化硬件等，由一個集中的管理平臺將各類資源連接在一起。超融合還包括：可以在數據中心找到的其他資源;②融合增加更多的硬盤驅動器、內存或CPU，或甚至是另一個參考架構，而超融合可以擴張也可以增加設備;③融合可以包括來自于不同供應商的系統，而超融合則是由單一供應商以單一設備形式提供的。

4.2 超融合架構

超融合架構是一種軟件定義架構，它將計算資源、網絡、存儲、服務器聚合在一起，用戶的請求基本在本地完成。智慧校園在超融合集群架構中增加和剔除節點簡單，也可按需求線性的擴展集群規模，其具有以下特征：①高速度，多節點并發，SSD緩存，讀寫本地化，具有更高的IOPS和更低的延遲;②高可靠性，采用跨節點雙副本或三副本模式，可保證同時壞一個或兩個節點時，數據不丟失;③易擴展，可在線線性擴展硬盤或節點，數據會自動負載均衡，擴容簡單快速;④易部署維護，硬件設備少，網絡拓撲簡單。

4.3 統一認證平臺設計

智慧校園認證方式采用統一認證，以解決兼容性和便利性問題，具有高可靠、高性能、擴展性強等特點認證系統建設需要滿足：①學校總體寬帶運營規劃和管理規程，校園網必須先滿足校內教學等基本要求;②要解決當前最急迫的校園網認證計費系統的超負荷工作和單點故障問題，滿足新形勢下用戶系統和多終端管理對網絡認證的便利性、可靠性和統一使用無感知要求[7];③從技術層面實現有線無線統一賬號、統一認證、網絡一體化、多業務承載一體化、安全策略一體化和網絡服務質量控制一體化，實現負載均衡保證高可靠性，實現熱備或分布式部署保證高可靠性，數據庫實現集群保證高可靠性;④管理程序提供工作負載鄰接、冗余、故障遷移、管理和容器化作用。

4.4 雙活數據中心

智慧校園利用超融合架構計算、網絡、存儲合為一體的特征，消除傳統數據中心存在的網絡和存儲性能瓶頸，積極構建基于雙活和虛擬化技術建設的數據中心，能夠保證業務連續性，必須做到以下幾點：①單個或多個服務器故障時，虛擬機會自動遷移到其他服務器;②單存儲故障時，會自動讀寫另一臺存儲;③單存儲交換機故障時，會通過另一臺存儲交換機保證服務器與存儲的連接。這樣雙活數據中心能保障軟錯誤，一旦軟件出現問題，各系統間不會相互影響。

4.5 數據庫及數據安全

數據庫的高可用性是保證智慧校園業務正常的關鍵。為避免因數據庫服務器故障出現的數據庫系統故障，從建設獨立的物理服務器系統以外，還得硬件冗余角度考慮，如雙節點的數據庫。而服務器使用到磁盤系統應采用陣列系統，同時使用raid技術，保證數據安全確保數據的安全和存取的高效[8]。

5 結束語

本文依據教育信息化的現狀和發展瓶頸，提出了超融合技術構建智慧校網的解決方案，保證了智慧校園建設的擴展兼容性、可持續發展，將超融合統一平臺理念貫穿始終，實現了校園教育管理數字化和智能化，保障了智能化學校統一管理平臺的信息安全，但如何在多個超融合平臺間實現跨域無縫融合，是未來的重點研究方向。

參考文獻（References）：

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[4] 朱炎逢，許曉安，譚思敏，阮遠華，林胤，劉小慧.基于多個超融合平臺的網絡安全研究[J].電腦與電信，2019.11：26

[5] 林勇.探究云化時代背景下的IT基礎架構——超融合架構[J].電子元器件與信息技術，2018.10：33

[6] 朱厚峰，徐廣超，石昌嶺，劉洋，滿曉蒙，黃婕.智慧校園應用系統的設計與實現[J].福建電腦，2021.37（2）：106

[7] 喬治錫.四川信息職業技術學院智慧校園基礎設施設計與實現[D].西南交通大學碩士學位論文，2016.

[8] 吳霄，韋冠名.云化轉型趨勢下基于超融合技術的分行數據中心建設探索[J].金融科技時代，2020.28（12）：51

收稿日期：2021-03-15

作者簡介：黃宏杰（1972-），男，福建莆田人，碩士，副教授，主要研究方向：計算機網絡、網絡設備、網絡架構和安全技術等。