基于混合云的高校云计算的体系结构

作者:谭朔孙颂丰邹壮达

文／谭朔孙颂丰邹壮达

摘要：在高校数字校园建设中，随着应用系统的不断扩大，海量数据成几何级的突飞猛增，各高校在处理海量数据时如何选择公有云计算技术还是私有云计算技术的问题上产生了疑惑。本文通过分析公有云计算和私有云计算技术的特点，提出了基于私有云的高校云计算的结构体系，并对公有云和私有云计算的应用进行了探讨。

关键词：云计算；电子政务；云计算体系结构；云计算应用

中图分类号：TP393 文献标识码：B

1、前言

在高校数字校园建设中随着基础建设的完善，应用系统的不断扩大，海量数据成几何级的突飞猛增，这就需要在网络中大量的进行数据的处理，从而给网络增加了大量的负载，目前大多数高校都是通过云计算技术来安全有效地处理海量数据信息。在处理海量数据时如何选择公有云计算技术还是私有云计算技术的问题上产生了疑惑。

2、公有云与私有云的关系

公有云是第三方提供商提供的基于SOA面向服务架构体系的能够使用的云，公有云一般可通过Internet使用。私有云是指用于本单位、本地域管理和使用的云，它所面向的服务对象是自己内部人员或分支机构，所有的服务不对外提供服务。公有云和私有云的区别在于设备的位置、基础设施的差异、服务模式、产权属性、服务质量、运行成本等方面。

3、公有云、私有云应用平台的特点

数字校园建设中是以满足师生“个性化”的学习、生活、工作等方面信息服务需求，打造“3JIT”信息服务应用体系（JIT（just-in-time)Learning、JIT Service、JIT Management)即基于基础网络的“及时学习”、“及时服务”、“及时管理”的信息服务应用体系。公有云应用平台的特点对于高校用户来说方便、易用、免开发、框架规范统一、免维护等优点日益显现出来。但在高校数字校园建设中，应用平台建设并非是简简单单的统一模式，在建设中应融入高校“个性化”的办学思想、文化底蕴与内涵以及现代大学的管理模式等等。由于公有云是由第三方提供给用户能够使用的云，其体系架构方面共性化的成分较多，面向单个高校特性的成分少。由于第三方服务商服务面广、运维任务繁重，没有精力来提供个性化的平台服务，服务响应不及时。同时由于对教育、教学规律认识的问题，有可能出现架构性的缺陷问题，造成动一丝而引发全局的现象。呈而影响数字校园建设的时效性、适应性和积极性。

私有云应用平台正好弥补了公有云的缺陷，服务的时效性大大提高，解决了“个性化”服务的问题，易融入高校“个性化”的办学思想、文化底蕴与内涵以及现代大学的管理模式，数据迁移较易、选择灵活不受制于人，时效性、适应性、安全性和积极性能够得到保证，能较好的培养自己的专业队伍。但需要专业团队人员进行运维、开发和管理，一次性投入成本高，见效慢。

运用混合云的高校云计算的体系结构成为数字校园建设较佳的方法之一，如何兼顾、如何利用其两者的优点为我所用，混合云的高校云计算的体系结构中公有云、私有云在其中所占的份额、比重的选择是高校数字校园建设中的难点有待解决。

4、应用流量分析

宽带出口是各高校通往INTERNET世界的瓶颈，出口带宽的大小是权衡使用公有云还是私有云的重要参数之一。带宽的多少是以满足数据流量的QoS质量为前提的，其网络利用率不宜超过70%。为此我们要出口流量的数据进行分析，以确定网络的出口带宽。数据流量的产生来源于网络应用，即网络应用产生流量。带宽计算公式为：

其中：B ------带宽单位：Bps

Xn ----- 在同一时刻，某种应用的并发数；

bit ----- 某种网络应用所产生（需要）的流量；

在高校的教学活动中，利用多媒体技术作为教学手段的现象已十分普及，在教学过程中PPT、FLASH、Word、Excel、音、视频等教学资源使用的非常广泛，因此，基于网络的教学活动的网络应用流量是非常大的。我们拿视频流量来说，其格式不同所需网络应用流量就不同，其公式为：

其中：bit --- 视频流量（码流）；（单位：Bps)

Cr --- 视频文件的压缩比：文件压缩后的大小与压缩前的大小之比；

PX --- 图像的分辨率；

bpp --- 色彩位数，常见的有：2、4、8、16、24、32位；

fps --- 图像的帧数;

文件格式不同，其所需数据流量则不同，详细见下表：

用HDV格式的视频流为例，其数据流量为3.75MBps，按一个学院200间教室计算其带宽为：

B=1.43*200*3.75MBps=1072.5MBps=1.05GBps

从上可知在同等条件下，若我们采用公有云的模式进行教学活动，出口带宽将成为制约公有云模式的瓶颈。5、公有云与私有云的比对

延迟方面：

在教学活动中，用户希望将从网络响应的时间越短越好，对视、音频类型的数据包传输过程中经历的延迟变量达到最低。网络的任何传输过程中都存在延迟，它与传输距离、数据的传输技术、数据的容量、传送线路的速度、设备转发数据的能力及设备负荷的大小等有关。通过对上述参数的分析，私有云在延迟方面要优于公有云。

成本方面对于高校而言，选择私有云就意味着需要进行一次性的大量投资来采购软、硬件设备，并且在后期仍然需要投入人力来进行部署和维护，对于无校园网基础设施建设方面经验的职业技术学院来说，投入私有云无疑会是一个成本较高的选择。公有云的收费则是按服务收费，学校不需要关心运营等事宜，可以有效的节省成本，但出口宽带租赁费将大幅度增加。

对于高校或者有丰富校园网基础运营经验的职业技术学院，如果之前的校园网基础设施已经相当完善，选择公有云意味着对之前投入的校园网资产造成浪费，并且要额外在公有云上重新购买计算资源。另外现有校园网系统需要做调整或迁移以适应公有云，产生巨大的费用，选择私有云则只需考虑部署成本。

安全性方面：

在高校自建的环境中，高校对硬件和服务流程可以完全的控制，包括数据中心的位置、谁可以访问和使用这些基础设施等。但是如果采用第三方的云计算服务，高校将在安全方面失去控制。另外，在公有云的环境下，在高校和系统之间的数据传输必须通过internet连接进行，而不是高校的内部网络，对于业务系统设计来讲，就必须考虑加强这部分的安全措施，否则容易出现数据被盗取的情况，在公有云上发现的任何一个通用型漏洞，都可能会影响到在公有云上运行的所有应用。

现有应用集成性方面：

在公有云的环境下，用户不得不耗费精力来改变自己的应用架构以使用这些服务，更糟糕的情况是用户目前的应用服务无法与公有云对接，对于业务系统来讲，不论是改变部分接口或者是做架构重构来迁移至公有云，都意味着大量的开发和测试成本，并且会给业务服务可靠性带来风险。私有云对于已有的业务系统相对宽容，它可以根据客户需求定制底层服务，从而适应业务系统。对于业务系统来讲，迁移至私有云基本不需要任何的应用层面的改动，对于客户或者开发部门来说，迁移是透明而不被察觉的。所以在现有应用集成方面，私有云对公有云有着绝对的优势。

数据可靠性方面：

当高校数据迁移至公有云时，数据必须使用公有云的存储，也就意味着所有的数据都将存储在公有云上。高校用户无法掌握数据具体的冗余和灾备策略，也无法掌控具体的冗余数据和备份数据的存储情况。

在私有云上，用户并不一定可以得到比公有云更健壮的冗余和备份策略，这取决于用户的需求和预算，换句话说，冗余和灾备策略对于私有云用户而言是公开的，企业可以掌控自己的业务数据，备份数据以及具体的策略，用户可以根据具体的业务现状选择适合自己的策略，而不是遵循公有云提供商的统一标准。

业务服务质量方面:

对于业务系统来说，服务质量直接影响用户体验，而计算资源和网络资源则是服务质量的强力支撑。在公有云中，学校通过购买计算资源和网络资源来运行业务系统，由于学校是通过与公有云之间的服务等级协议SLA控制，实际并不能掌控这些资源，造成为客户提供的业务服务质量打折扣，带宽和计算能力都不能得到100%的保障。

在私有云上，所有的物理资源，包括计算资源和网络资源都属于学校自身，学校可以根据业务发展来调整私有云的规模，并且在私有云上的一切资源都是可保障专门服务于业务系统，这一切都是透明的。

可伸缩方面：

可伸缩是云的一个特性，主要目的是在业务规模较小时自动缩减降低成本，在业务规模变大时增加资源来支持业务。而私有云虽然仍有可伸缩的特性，但是在降低成本或者是满足业务膨胀的支持方面表现的不如公有云迅速快捷。

6、高校混合云的体系结构

通过对学校教学活动上网行为的统计发现，80%的教学活动立足于本地，20%的教学活动在互联网上。出口带宽、响应时间、运维成本、延迟、安全性、集成性、可靠性、服务性、可伸缩性等方面的指标是高校建设基于云体系的重要参考指标，混合云的体系结构是高校数字校园建设中的最优选择。公有云和私有云因为特性的不同，有着各自的优势和劣势。在混合云中，公有云和私有云所占比例往往会根据高校的需求和自身的情况变化而发生改变。我们可以总结出公有云和私有云的适用范围如下：

1）有周期性变化剧烈的业务流量负荷，应选择公有云以充分利用公有云的资源伸缩性。

2）无数字校园系统的和没有数字校园建设背景或运维经验的高校，应选择公有云来规避运营成本。

3）业务需求稳定并且对服务质量有较高要求的高校，应选择私有云来保证服务质量。

4）有成熟数字校园系统并且运维经验丰富的高校，应选择私有云来减少设备和人力浪费，并且能够显著降低现有系统迁移的成本和风险。

5）对数据安全和可靠性有特别需求的，应选择私有云来定制化自己的数据安全/冗余/灾备策略。

6）对用户量巨大、存储空间巨大，单位数据流量小的应用，应选择公有云来规避运维成本。

7）对教学资源等用户数多、单位数据流量大的应用，应选择私有云来即降低出口宽带线路租用费，也满足了对QoS质量、延迟、响应时间等的需求。

7、结论

根据高校的办学特色，采用混合云的体系结构是高校在数字校园建设中的最佳方案之一。综合考虑出口带宽、QoS质量、运营成本等多方面因素，合理配置公有云和私有云在混合云中的比例，充分发挥各自的优势，使数字校园系统最优化的同时节约运维成本。

参考文献

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[2] 杨安娜等. 高校电子党务探索 [J].中国教育信息化，2014(3)12.