数字化校园解决方案.docx
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数字化校园解决方案
数字化校园解决方案
曙光信息产业（北京）有限公司
技术支持中心解决方案部
10年12月
第1章数字化校园发展现状及需求分析
1.1数字校园概念
在20世纪末提出“数字校园”概念以来的十几年中，数字校园经过高校信息化建设的不断摸索，逐渐的发展起来，目前已进入快速发展期。
信息技术的飞速发展为高校信息化建设提供了机遇和条件，也不断暴露出很多新问题，如信息孤岛、信息安全等问题导致业务流程不通畅、用户使用不方便、系统应用推广难等等。
随着应用系统的增多，经常需要牵扯到其它应用和流程的改造，以便进行数据共享、交换和更新。
这就需要建设一个统一的信息访问平台。
目前，国内数字校园的发展具有明显的地域性和层次性。
发达地区的教育机构数字校园建设程度好于欠发达地区。
高教、普教、职教、幼教、成教等各种教育层次，由于业务特性、管理体制和信息化普及程度存在差异，对数字校园的需求和体会也存在着很大的差异性。
从差异中总结共性，针对个性化的需求模式提供定制化的校园建设方案，曙光将现代教育思想和现代信息技术结合起来，建立了一套数字化校园解决方案，保证了学校的投资最大化、业务个性化、管理职能整合化、老师学生便利化。
数字校园是一个广范围概念，它包括了现实校园及数字化空间，也包含了当前流行的虚拟大学。
现实校园是数字校园的基础，数字校园是现实校园通过信息技术在时间和空间上的扩展与延伸，它包含了现实校园及其所衍生出来的数字空间，虚拟大学是数字校园的远程教育功能部分，是数字校园的对外服务的部分职能，它是传统校园数字化后社会功能的延伸。
数字校园是利用计算机技术、网络技术、通信技术对学校与教学、科研、管理和生活服务有关的所有信息资源进行全面的数字化；并用科学规范的管理对这些信息资源进行整合和集成，以构成统一的用户管理、统一的资源管理和统一的权限控制；把学校建设成面向校园内，也面向社会的一个超越时间和空间的虚拟大学。
数字校园是以网络为基础，从环境、资源、到活动的全部数字化校园网络及其应用系统构成整个校园的神经系统，完成校园的信息传递和服务。
在数字校园里，可以通过现代化手段，方便地实现学校的教学、科研、管理、服务等活动的全部过程，从而达到提高传统校园效率，扩展传统校园功能，最终实现教育过程的全面信息化，达到提高教育水平、管理效率的目的。
1.2数字校园发展现状
随着我们对数字校园的不断实践和总结，有一些普遍存在的需求是所有数字校园建设共有的：
Ø共享与协作的需求
在教育信息化不断扩展、完善的过程中，不可避免的出现了信息孤岛、资源管理混乱等问题。
因此，数据、信息的分享和交流成为共性需求。
迫切需要通过先进的信息整合技术和主流、稳定、可靠的信息集成工具，实现对信息的梳理、整合和分享、提高各级教育机构和管理机构对于核心信息的准确掌握程度，为全局需求的实现提供基础。
同时，对于应用、服务和知识的共享和协作正逐步成为数字校园下一步发展的趋势。
实现各种人员、群体，各种应用、服务和知识之间的互联互通，并充分挖掘各方面价值，是促进核心竞争力提升的重要推力。
Ø管理向服务转变的需求
中国教育不断发展、不断与国际接轨的趋势，使得教育本身面临着管理向服务转变的需求，这也是我国服务型经济转型的需求。
学校作为教育服务的直接提供者，是否能够迅速的实现这一转型直接影响学校总体竞争力的提升。
Ø对整体成熟度和稳定性的需求
数字校园结合人、技术、产品、管理体系、战略规划等各种因素，需要满足方方面面的当前需求和发展需求。
高复杂度直接导致高难度和高风险性。
所以数字校园采用的技术、产品、架构和服务都必须具备先进成熟、稳定可靠的特性，才能构建一个可成功建设、可有效管理、可扩展增值的体系。
Ø可持续发展的需求
需求变化是永恒的主题。
数字校园发展到整体建设阶段，其影响力已经覆盖到学校生活的方方面面。
其是否能够适应业务、技术、战略的变化，将直接影响到学校正常运行和发展步调。
因此，可持续发展成为数字校园建设的长期需求。
这就从技术路线、技术架构、业务体系架构和系统总体设计等方面提出了高要求。
Ø全面建设的需求
数字校园不等于基础建设，不等于单个应用，也不等于e-learning或数字管理体系，而是所有这些内容的综合。
数字校园的逐步递进发展使得越来越多的学校认识到这一课题是真实校园在虚拟空间的全面再造，应该充分考虑并协调发展教学、科研、管理、服务、交流等各个方面的信息化建设。
全面建设成为未来的趋势。
Ø总体目标日益明确
数字校园建设的目标与教育的本体目标应当一致，即：
教学、科研和社会服务。
数字校园的构建是对数字化管理、数字化教学、数字化科研、数字化服务、数字化校园生活的全面实现，更是在新技术发展基础上对于原有业务的拓展和加深。
1.3数字校园需求分析
数字校园应用系统建设，就是通过利用校园网上的网络基础设施，构建各种校园的应用支撑平台与信息服务系统，建立一个虚拟校园的校园应用系统，实现数字化的学习和数字化的管理。
在面向信息服务的架构下，在计算资源整合、信息整合、应用整合的基础上，实现流程与内容的整合。
通过任务驱动与流程调度控制，可有效协调校园所有人员、资源调配。
可以有效提高教学、科研、管理和生活水平和运作效率。
从长远的应用和服务上，建立完善的信息管理和运作机制，全面提升学校的信息化程度。
我们认为数字化校园应该包括以下几个部分：
Ø网络基础设施
Ø应用支撑平台
Ø基础应用/服务
Ø校园网综合管理平台（电子教务、电子图书馆、一卡通、……）
Ø网络认证体系
Ø安全保障体系
图1数字校园逻辑结构图
上图表示的是数字化校园系统模型，表示了数字校园各系统模块的层次划分和关系。
关于数字校园的分层模型描述如下：
第一层“绿色数据中心基础设施”层，包括网络、服务器、存储等硬件设备。
其中曙光绿色机房概念的推出，是响应国家节能减排号召的具体行动，绿色数据中心支撑着数字校园的上层应用，是数字校园的构建基础。
第二层“应用支撑体系“层，包括数据库、网络管理、域名服务、目录服务、网上支付、校园卡等数字校园建设所需的各核心平台。
第三层“平台软件”层，包括用户权限管理、安全运维管理、数据交换、信息发布、资源分享等，它为上层应用提供服务，是上层应用系统集成的基础。
第四层“各类校园应用”层，它是数字校园中运行的各类业务系统，包括数字图书馆、办公自动化、网络教学、后勤服务等。
第五层“校园门户”层，它将各类信息资源与服务集成起来，是数字校园的总入口，为用户提供统一的界面与个性化服务。
为了更好的解决众多难题和挑战，曙光的教育行业解决方案以需求为导向，面向服务构建数字校园整体架构体系。
通过信息服务化，将资源、数据、信息和应用流程，按照基于服务的方式整合起来，使它们之间彼此互相关联，数据共享、融通，并通过组织和业务流程再造，有效协调人员、资源，以提高教学、科研、管理、办公、学习方面的整体办事效率。
从而实现IT与业务的紧密结合，满足个性化需求，同时其快速应变能力能够灵活响应各种需求变化，支持教育改革和创新。
我们的方案着重从以下几点进行设计：
Ø合理分布资源、信息和应用，充分利用已有建设成果，保护学校投资；
Ø关注数据的整合和数据流的完整实现，从根源上消除信息孤岛；
Ø支持国家要求的以及学校内的各级标准和统计上报需求，基于统一数据源，实现各种统计口径的信息汇总和决策支持；
Ø实现应用的集成，支持业务协作、部门间流转和全校性业务的实现；
Ø关注用户使用效率，支持多校区、多级管理和服务的实现，支持移动应用；
第2章构建统一的校园信息门户平台
2.1曙光校园门户系统概述
校园门户服务是数字校园的高级表现形式，凌驾于各类应用之上，作为数字校园窗口，以浏览器的方式向用户展现数字校园的应用信息，针对不同的用户，为他们提供基于个人访问权限的个性化界面和服务。
为全校师生员工及校外用户提供快捷、共享、全面的信息服务。
为高校实现“网上教学、网上科研、网上管理、网上服务、网上办公”。
对学校而言，校园门户是对外的窗口，是宣传形象的载体。
对老师、学生和学校管理人员而言，校园门户是科研、学习和管理的平台。
2.1.1当前校园门户存在的问题
Ø普及率不高
各种教育机构的门户平台建设都存在不足。
即使在信息化水平较高的高等教育，各学科、院系、专业的门户建设水平也参差不齐。
Ø各个系统相互独立
按现在的应用模式，校园网的各个应用系统之间基本上是独立的，都有各自独立的用户管理和认证模块，这样就导致了应用系统之间的用户信息可能不同，给用户在使用上带来了极大的不便，使用户面对多个系统要重复输入账号、口令等信息，不仅烦琐，既给用户带来使用不便，也存在严重的安全隐患。
同一教育结构内各个部门间的门户平台,网站从技术架构、结构、风格等方面看都缺乏一致性，难以支持统一形象的展示和统一管理、服务的实现。
Ø设计实现技术落后
很多门户平台采用技术落后，在管理、维护、更新等方面造成了障碍，不利于提高网站的被搜寻成功率，也不利于实现网站的宣传功能。
也无法实现统一机构内多级门户体系的构建和管理维护。
Ø系统安全性低
技术的落后和安全体系的缺失使得教育机构门户平台往往成为病毒、木马和黑客的目标。
实现单点登录的方式，具有较高安全控制的统一身份认证系统，以保证数据一致、安全、使用和管理方便。
Ø系统更新周期长
技术和运维的局限使得门户内容的统一管理、更新、权限控制和展示手段都无法支撑使用过的需求。
内外网门户资源不够统一，内容老化，信息发布不同步，信息资源的检索及利用率不高，缺乏个性化的自定义。
因此需要对分散在各地的用户实行安全管理及个性化服务。
并支持后续协同其他相关部门的业务网站和应用系统。
实现资源整合。
在减少重复投资的前提下，提供相关的增值服务。
2.1.2校园门户建设设计思路
门户服务独立于各类应用之上，作为高校对内外的窗口，以浏览器的方式向用户展现数字化校园的应用信息，通过人员整合（组织机构、用户管理），使得学院用户（教师、学生、职工、校外人员等）自由定制个性化的信息内容。
此外，门户的另一用途就是应用整合，提供各种服务及应用的接入，如E-mail系统、教务管理、办公系统、校园虚拟社区、主页托管系统、信息发布系统等等。
图2校园门户框图
校园信息门户由门户界面管理、统一身份认证服务和应用管理服务三部分组成，用户通过校园门户网站注册登录后，经统一身份认证，根据角色分别进入定制门户主页，其内容分别由信息服务系统、应用系统和网络基础服务提供，通过单点登陆主要实现以下目标：
Ø建立单点登录系统，用户经过一次登录以后，在有效期限内，可以直接访问已授权的网络应用系统，而无需重复多次登录；
Ø全校统一的电子身份，用户可以使用任何已授权的应用系统；
Ø为各个应用系统做接口，并协助改造各个应用系统，使之支持统一用户管理与认证，支持用户的单点登录。
2.2曙光校园门户方案设计
2.2.1总体方案设计
校园信息门户由门户界面管理、统一身份认证服务和应用管理服务三部分组成，用户通过校园门户网站注册登录后，经统一身份认证，根据角色分别进入定制门户主页，其内容分别由信息服务系统、应用系统和网络基础服务提供。
针对以上的应用，推荐采用曙光高性能服务器、高端企业级存储系统等设备，以满足与国际接轨的全日制普通高等学校的管理和教学需求。
为更好地满足系统的安全需求和便于管理，推荐同一品牌曙光的天罗硬件防火墙系统。
图3曙光校园门户系统拓扑结构
整个系统的网络拓扑图表示如图所示，本方案信息服务部分主要包含实现负载均衡的Web发布子系统、数据库双机高可用子系统、FC-SAN存储及备份子系统和硬件安全防火墙。
考虑到系统的可靠性和稳定性，在这里需要特别提出的是存储子系统中的交换机的配置问题。
如果一旦发生故障或是由于其他方面原因需要关机检测时整个存储子系统将不能正常运行，所以建议在此系统采用冗余结构提升系统的整体可靠性，配置冗余结构。
双控制器的在线全光纤盘阵和冗余光纤交换机。
通过包括备份系统在内的数据保护系统，对在数据库业务系统运行平台上运行的各个应用系统提供了完整、可靠的数据保护。
数据库服务器采用曙光数据库专用机系统，数据库专用机基于曙光二代小型机，标配对数据库性能有极大提升的SysCacheI/O加速卡，并包含数据库售后服务产品。
它适用于Oracle、SQLserver、Sybase、Mysql多种主流数据库，同时也可以很好的支持达蒙、人大金仓、南大通用、航天通用等各种国产数据库系统，同时利用SysCacheI/O加速卡可以极大提升数据库系统的性能。
在该系统中除了服务器和存储系统外，系统网络安全也非常重要。
要保证系统的安全性，不受到外部的攻击，必须要建设网络安全系统，网络安全系统建议采用曙光千兆防火墙，从而最大限度的保证系统的安全性。
通过曙光的集群技术，使得所有服务器构成一个有机的整体，建立了可以提供大容量接入能力、大规模处理能力的应用支撑平台，满足了所运行的各个业务系统稳定、高效、易管理的需求。
2.2.2方案详细设计
数据库子系统
对于用户来说，高效、可靠、安全的数据库系统所有数据管理的最基本保证。
考虑到数据库的高性能需要问题，建议采用曙光数据库专用机，选用高端八路四核AMD处理器和大内存，标配对数据库性能有极大提升的SysCacheI/O加速卡，并包含数据库售后服务产品。
是曙光公司根据数据库市场需求精心打造的，具有高性能、高可靠性、高扩展性的专用硬件产品，每台服务器上配置双口4GBFCHBA卡，用以连接存储设备。
立足于当前的发展，规划建设一个高效的、可持续发展的数据库支撑平台，应该更多地关注平台的高可用性、可扩展性、高度安全性，高可管理性等特性。
数据库软件，建议采用OracleRAC，在上述硬件平台上构建Oracle数据库集群。
ORACLERAC数据库系统以多实例共享存储数据的集群架构为基础，来承载应用层数据的存/取操作，它基本的体系架构如下图所示。
图4OracleRAC体系架构
通常来讲，组成集群的每个服务器平台上运行一个数据库实例，这些实例负责对同一数据库物理文件进行存/取访问，所有的实例从操作数据库的角度来看是平等的，所需要操作的数据库数据存放在共享的磁盘阵列上。
数据库本身的物理文件主要包括控制文件、数据文件、重做日志文件、归档日志文件以及数据库软件自身的安装文件（在ORACLE_HOME所在的目录中）。
ORACLERAC在工作时，所有的实例需要根据同一个控制文件定义的数据文件结构来操作物理数据文件，因此，控制文件及数据文件必须放在共享的磁盘阵列上。
在日志管理上，每个实例单独负责其自身对数据库操作的归档，实例彼此之间不发生干涉，因此ORACLERAC对重做日志文件及归档日志文件的存放位置不做硬性要求，也就是说，即可以放在本地硬盘上，也可以放在共享的存盘位置上，只要文件在能被实例所在的节点识别的位置上，都可以放重做日志及归档日志。
同样，每个实例的数据库软件的安装位置也是即可以在本地磁盘，也可以在共享存储上。
在ORACLERAC的集群架构下，集群注册软件及表决磁盘是协调整个集群当中所有实例的中枢机构，是全部实例共享的，因此其存储位置也必须在共享磁盘阵列上。
因为系统出现问题时，上述的各种文件彼此之间可以相互修复及补救，在存放时，曙光建议把必须共享的控制文件、数据文件、OCR及votingdisk放在共享磁盘阵列上，其它的文件放在实例各自所有的主机本地磁盘空间当中。
从硬件角度，这个系统需要多台服务器和一个或多个存储设备，服务器和存储都连在光纤交换机上，同时所有服务器需要通过网络交换机进行通信，并且建议用一台千兆交换机于私网通信，用一台千兆交换机做公网提供对外通信，也即RAC集群中的各节点能够同时对共享磁盘存储的进行访问，能够同时与专用网络进行连接，能够同时对公共网络的访问。
如图5所示：
图5OracleRAC连线图
共享磁盘存储
OracleRAC依赖于一个共享磁盘体系结构。
数据库文件、联机重做日志和数据库的控制文件必须都能为集群中的每个节点所访问。
共享磁盘存储OracleClusterRegistry和VotingDisk。
配置共享存储有多种方法，包括直接连接磁盘（通常是使用铜缆或光纤的SCSI）、存储区域网（SAN）和网络连接存储（NAS）。
专用网络
每个集群节点通过专用高速网络连接到所有其他节点，这种专用高速网络也称为集群互联或高速互联（HSI）。
Oracle的CacheFusion技术使用这种网络将每个主机的物理内存（RAM）有效地组合成一个高速缓存。
OracleCacheFusion通过在专用网络上传输某个Oracle实例高速缓存中存储的数据允许其他任何实例访问这些数据。
它还通过在集群节点中传输锁定和其他同步信息保持数据完整性和高速缓存一致性。
专用网络通常是用千兆以太网构建的，但是对于高容量的环境，很多厂商提供了专门为OracleRAC设计的低延迟、高带宽的专有解决方案。
Linux还提供一种将多个物理NIC绑定为一个虚拟NIC的方法（此处不涉及）来增加带宽和提高可用性。
公共网络
为维持高可用性，为每个集群节点分配了一个虚拟IP地址（VirtualIP）。
如果主机发生故障，则可以将故障节点的IP地址重新分配给一个可用节点，从而允许应用程序通过相同的IP地址继续访问数据库。
除了硬件层面的共享之外，较之于以往版本的RAC，OracleRAC10g还在软件方面做了很多工作，如：
Oracle集群就绪服务：
OracleRAC10g引进了Oracle集群就绪服务（CRS）—一组用于集群环境的与平台无关的系统服务。
在RAC和Oracle并行服务器先前版本中，Oracle依靠厂商提供的集群管理软件来提供这些服务。
虽然CRS与厂商供应的集群件协同工作，但OracleRAC10g所需组件只是CRS。
实际上，必须在安装RAC之前安装CRS。
CRS维护着两个文件：
OracleClusterRegistry（OCR）和VotingDisk。
OCR和VotingDisk必须以原始分区或集群文件系统文件的形式存在于共享磁盘上。
OracleRAC软件：
OracleRAC10g软件是RAC数据库的核心，每个集群节点上都必须安装。
幸运的是，OracleUniversalInstaller（OUI）可以完成在每个节点上安装RAC软件的大部分工作。
您只需在一个节点上安装RAC—OUI会完成其余的工作。
Oracle自动存储管理（ASM）：
ASM是Oracle数据库10g中的一个新特性，它以一种与平台无关的方式提供文件系统服务、逻辑容量管理器和软件RAID。
OracleASM可以条带化和镜像磁盘，从而实现了在数据库被加载的情况下添加或移除磁盘以及自动平衡I/O以删除“热点”。
OracleASM不是通用的文件系统，只能用于Oracle数据文件、重做日志、控制文件和RMAN快速恢复区。
ASM中的文件既可以由数据库自动创建和命名（使用Oracle管理文件特性），也可以由DBA手动创建和命名。
由于操作系统无法访问ASM中存储的文件，因此对使用ASM文件的数据库执行备份和恢复操作的唯一途径就是使用恢复管理器（RMAN）。
ASM作为单独的Oracle实例实施，只有它在运行时其他数据库才能访问它。
ASM需要的内存不多：
对大部分系统来说只需64MB。
在OracleRAC环境中，ASM实例必须运行在每个集群节点上。
通过采用上述技术和产品，极大地提高了用户系统的应急性能和可靠性、数据安全性和易管理性。
当前的系统建设，将为今后进一步完善各个硬件系统打下良好的基础。
Web系统
门户子系统主要涉及学校的教务工作，是高校的核心工作。
利用先进的技术手段和指导思想提高教育、培养、管理水平，对提高人才的综合素质培养具有重大的影响，对打造高品牌大学更有着广泛深远的意义。
Web服务器是应用系统的信息发布平台。
在应用系统的多层体系结构中，门户网站作为信息发布层，提供信息浏览、服务定位等功能。
Web服务要完成下列任务：
Ø接收用户访问请求，并保持用户连接；
Ø将用户访问请求发送给应用服务，并等待应用服务的查询处理结果；
Ø接收应用服务的处理结果页面，提供给用户浏览。
由此可见，Web服务器的系统资源主要用于满足对访问请求连接的处理，也就是服务器能够并行处理的Web访问的数量。
如果Web服务主要为静态网页，内存数量是一个影响性能的关键因素，因为它决定了Apache可以缓存多少内容。
它缓存的内容越多，在硬盘上读取内容的机会就越少，而存取硬盘上的特定文件是一件很费时的操作。
另外，因为有大量的页面文件需要保存，因此需要一个相对较大的硬盘即可。
如果Web服务主要为动态网页，并且将应用程序与发布系统分开，则其本身仍然类似于静态发布方式，只是由于需要增加一些系统资源，以便用于处理与应用/中间件服务器之间的通讯。
Web服务器要处理大量的来自网络中的用户对Web站点的访问请求，这就需要一个强壮的CPU来处理这些访问请求，并且需要足够大的内存来缓存尽可能多的访问请求，以提高系统的处理速度。
而且要求磁盘I/O接口具有较大的通信带宽，同时网络线路具有较高的数据传输速率，以减少对网络用户访问请求的响应时间。
因此Web服务器对资源的需求顺序依次为：
CPU、内存、磁盘I/O。
我们推荐曙光四路AMD服务器来搭建本系统。
推荐采用曙光DCLB负载均衡系统，DCLB是一套高效的负载均衡系统，具有高度的可用性和扩展性。
通过DCLB一组服务器（集群）能够对外提供一致的服务，并且集群内部的结构对用户来说是透明的，用户看到的只是一台单独的虚拟服务器。
DCLB有高效的负载均衡机制，响应快、效率高。
转发机制对应用服务完全透明，使用DCLB做负载均衡的服务本身不需要做任何特殊的编程。
存储及备份子系统
Ø存储系统
数据中心的存储系统，主要为部署的数据库服务提供大容量存储，是具有一定的规模的SAN存储系统。
本地存储系统采用交换机以及FC-FC磁盘阵列提供海量存储。
该配置为将来扩充方便，平滑升级也预留了一定的扩展槽位，当这些扩展槽位用完后，还可以通过增加扩展柜的方式来继续扩展数据库系统的存储容量。
存储盘阵选择曙光DS800-F20磁盘阵列，它所具有的超越同类产品的强大性能和超大扩展容量以及领先业界的数据管理、保护功能不仅有助于满足用户今天的各种存储需求，而且为满足未来存储需求的持续增长奠定了良好的基础，使得中型企业用户可以和大型企业用户一样获得高稳定、易管理、方便扩展的可靠的高端企业级存储系统。
Ø构建本地备份系统
备份系统是基于学校信息中心数据安全的需求，并针对当前环境的特点，所采取的多层次、全方位的数据保护策略。
备份子系统推荐采用曙光软硬一体的备份存储系统DBstor，能实现对当前业务数据库系统、文件系统等关键数据的备份，本方案只考虑本地备份到磁盘阵列上，通过曙光备份系统内嵌的强大备份功能模块，采用高效的LAN-FREE备份方式，将在线数据备份到曙光软硬一体的备份存储系统当中。
这样既可以利用高速的磁盘阵列提高备份效率、缩小备份窗口，又可以充分利用近线的磁盘设备所带来的更高的安全性。
Ø曙光完整型备份系统
针对的用户环境：
完整型备份系统是针对高可用的并行数据库系统设计的（ORACLERAC），这类数据库系统在备份时呈现的特征是数据量大、对数据库在线业务的影响要小，备份的时间窗口尽量要小，对数据备
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