石良武

(湖南商學院，湖南 長沙 410205)

“兩型社會”先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心構(gòu)建研究*

石良武

(湖南商學院，湖南 長沙 410205)

在探索“兩型社會”綜合配套的改革實踐中，長沙做出了“建設(shè)大河西，打造先導(dǎo)區(qū)”的部署。為高起點、高標準規(guī)劃建設(shè)具有特色和示范意義的“兩型社會”先導(dǎo)區(qū)，努力培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才，需要整體規(guī)劃和布局信息化網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。構(gòu)建大網(wǎng)絡(luò)、打通微循環(huán)，先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建符合資源節(jié)約理念，勢在必行。文章就先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心服務(wù)范疇、標志性建設(shè)特點、基礎(chǔ)架構(gòu)以及安全需求等方面進行了研究。

兩型社會；先導(dǎo)區(qū)；高校群；信息化；大數(shù)據(jù)中心

長株潭（長沙、株洲、湘潭）城市群獲批全國資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會（簡稱“兩型社會”）建設(shè)綜合配套改革試驗區(qū)。為高起點、高標準規(guī)劃建設(shè)具有特色和示范意義的“兩型社會”先導(dǎo)區(qū)，努力培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才，需要整體規(guī)劃和布局信息化網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。構(gòu)建大網(wǎng)絡(luò)、打通微循環(huán)，先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建符合資源節(jié)約理念，勢在必行。大數(shù)據(jù)中心是在安全策略統(tǒng)一部署、應(yīng)用設(shè)施和數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一運維基礎(chǔ)上數(shù)據(jù)大集中而形成的集成IT（Information Technology：信息技術(shù)）應(yīng)用環(huán)境，是數(shù)據(jù)計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲的中心。第二代中國教育和科研計算機網(wǎng)（簡稱CERNET2）主干網(wǎng)的建成和開通，在全國高校之間架起了一座純IPv6（Internet Protocol Version 6：下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）的立交橋。當今網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)技術(shù)的快速發(fā)展，為先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)提供了強大的支撐和動力。

一、先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心服務(wù)范疇

先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建，將基于CERNET2開放標準的 IP（Internet Protocol：網(wǎng)際協(xié)議），以功能分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)分層和服務(wù)器分級為特點，通過多種高可用技術(shù)和良好的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，完成對大河西各高校網(wǎng)絡(luò)資源的整合，實現(xiàn)數(shù)字化圖書館、跨校選課、網(wǎng)上統(tǒng)考、學分互認、學術(shù)交流、實名論壇等系統(tǒng)和共享數(shù)據(jù)資源的可靠運行和有效管理，保證教學科研水平的穩(wěn)步提升及可持續(xù)性發(fā)展，降低IT建設(shè)的TCO（Total Cost of Ownership：總體擁有成本）。

二、先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心標志性建設(shè)特點

1.三網(wǎng)一體化

依靠融合增強型以太網(wǎng)（CEE）技術(shù)構(gòu)建基于統(tǒng)一交換架構(gòu)的先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心，將實現(xiàn)計算網(wǎng)絡(luò)、存儲網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)的三網(wǎng)融合，使數(shù)據(jù)中心在轉(zhuǎn)發(fā)層面實現(xiàn)統(tǒng)一，性能瓶頸問題將不再出現(xiàn)，并為資源虛擬化做好準備。

2.資源虛擬化

目前虛擬化技術(shù)正從計算領(lǐng)域虛擬化過渡到數(shù)據(jù)中心整體虛擬化。先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心建設(shè)要實現(xiàn)計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源內(nèi)部的虛擬化以及三種虛擬資源之間的聯(lián)動，從而讓人們像使用水電一樣獲得大數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的各種資源。

3.管理自動化

當虛擬化技術(shù)在大數(shù)據(jù)中心實施后，高校群大數(shù)據(jù)中心會涌現(xiàn)出大量的虛擬資源，內(nèi)部資源還會隨著外部的請求而實時動態(tài)地變化，顯然通過單純的增加人力是不可能解決問題的。將先導(dǎo)區(qū)高校群各內(nèi)網(wǎng)、網(wǎng)站、公網(wǎng)系統(tǒng)有機科學地合并成為一個功能強大、權(quán)限清晰、快捷實用的現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心在任務(wù)調(diào)度、補丁管理、數(shù)據(jù)庫自動化、動態(tài)容量管理、自動化診斷、配置與發(fā)行管理等方面的全自動管理。

三、先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)

先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)集中密度高，服務(wù)器存儲數(shù)量大，故障影響范圍擴大化。因此，先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將直接面臨持續(xù)的嚴格挑戰(zhàn)。

1.超高帶寬設(shè)計

以Google Earth（谷歌地球：在線電子地圖）、網(wǎng)真系統(tǒng)（一種新技術(shù)，它為人們和各個場所以及工作生活各個方面的交互創(chuàng)造了一種獨特的面對面體驗，通過結(jié)合創(chuàng)新的視頻、音頻和交互式軟硬件組件在網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)了這種體驗）、Youtube（影響力頗廣的在線視頻服務(wù)）、iTunes（一個供 Mac和 PC使用的免費應(yīng)用程序，能播放所有的數(shù)字音樂和視頻、同步iPod上的資料、下載音樂和更多內(nèi)容，且全年無休）、Facebook（只對高校學生開放的網(wǎng)站，它嚴格限制注冊，需要在指定的大學IP地址范圍內(nèi)上網(wǎng)才能注冊facebook.com帳號）、移動視頻（當前運行在移動通信網(wǎng)絡(luò)上，并面向未來3G移動網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的一種具有娛樂、傳媒、商務(wù)多重功能的移動流媒體視頻服務(wù)系統(tǒng)，其受眾明確、表現(xiàn)多樣、雙向互動、時空無限等個性均表現(xiàn)出“第五媒體”的典型特征）等為代表的音頻流、視頻流、社交網(wǎng)絡(luò)、多媒體、P2P（peer-to-peer：對等聯(lián)網(wǎng)）等業(yè)務(wù)正以驚人的年增長速度發(fā)展，對網(wǎng)絡(luò)提出了近乎無止境的帶寬需求，讓我們看到一個超寬帶時代正在來臨。先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用是密集的，流量特征復(fù)雜，大量的終端用戶訪問，不僅帶來密集的前置服務(wù)器流量吞吐，同時也引發(fā)應(yīng)用服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換、信息同步，即使平均的業(yè)務(wù)流量不會很高，但是在每一個吞吐瞬間，進入網(wǎng)絡(luò)的流量都會以交換系統(tǒng)的線速能力在網(wǎng)絡(luò)中流轉(zhuǎn)，而高密的服務(wù)器布局會進一步加速基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上的流量沖突，先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心交換架構(gòu)中承載的應(yīng)用將如同浪涌。高帶寬高性能成為大數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必然準則。先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建，將開啟40G/100G的超高速紀元。

2.硬件化流量管理

先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心構(gòu)建大容量緩存匹配密集的硬件調(diào)度隊列，將調(diào)度能力擴展到上萬個隊列，一旦使上層應(yīng)用數(shù)據(jù)流進入相應(yīng)的硬件隊列，則可實現(xiàn)大范圍(遠超過8個隊列)的大數(shù)據(jù)中心級業(yè)務(wù)調(diào)度，從而在交換平臺上提供硬件化的流量管理能力。

3.分布式緩存規(guī)劃

先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心將改變傳統(tǒng)交換系統(tǒng)的出端口緩存方式，采用分布式輸入緩存架構(gòu)。傳統(tǒng)出端口緩存方式，整個系統(tǒng)的業(yè)務(wù)突發(fā)容載能力僅由出端口可分配的緩存大小決定，因此容量是固定的。流量達到一定的突發(fā)界限，即瞬時突發(fā)數(shù)據(jù)量超過了出端口緩存大小，整個系統(tǒng)便開始出現(xiàn)丟包。分布式緩存技術(shù)則采用區(qū)別于傳統(tǒng)方式的架構(gòu)，正常轉(zhuǎn)發(fā)過程中，出端口是以萬兆線速對外轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的，當出現(xiàn)多個萬兆到一個萬兆的突發(fā)流量即將超萬兆擁塞時，輸入端口緩存根據(jù)存儲限額開始將突發(fā)流量緩存到本地并停止超過出端口速率部分的數(shù)據(jù)發(fā)送，同時出口仍然以萬兆線速發(fā)送瞬時的突發(fā)流量。當出端口解除準擁塞狀態(tài)后，輸入緩存將保留的數(shù)據(jù)進行正常轉(zhuǎn)發(fā)。整個分布式緩存機制由硬件進行分布式精確調(diào)度。

4.數(shù)據(jù)中心級核心交換與服務(wù)調(diào)度

先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃應(yīng)是融合的統(tǒng)一交換架構(gòu)，在一個交換平臺上有效支撐業(yè)務(wù)的前端訪問、服務(wù)器高速互聯(lián)、存儲訪問。隨著萬兆、40G/100G技術(shù)的深入發(fā)展和終端萬兆接口技術(shù)的成熟，以太網(wǎng)將成為服務(wù)器互聯(lián)計算承載的主流平臺。

對于先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心密集的應(yīng)用環(huán)境，核心基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺的應(yīng)對故障快速恢復(fù)能力己經(jīng)不是秒級指標能夠滿足的，快速收斂目標應(yīng)設(shè)定在毫秒級，要以毫秒級恢復(fù)能力作為先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心的故障恢復(fù)指標。

四、先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心安全需求

隨著IT應(yīng)用程度的日益提高，先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心對于用戶的價值將與日俱增，相應(yīng)的安全建設(shè)規(guī)劃也應(yīng)同步進行。另外，信息安全等級保護、ISO27001（信息安全管理認證）等標準也對大數(shù)據(jù)中心的安全建設(shè)提出了技術(shù)和管理方面的要求。

1.校園網(wǎng)安全隱患

（1）面臨的主要威脅

利用惡意代碼或木馬程序，對網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)以及應(yīng)用系統(tǒng)進行攻擊；有關(guān)內(nèi)部人員未經(jīng)授權(quán)接入外部網(wǎng)絡(luò)、下載或拷貝軟件和文件、打開可疑郵件時將病毒引入；攻擊者利用應(yīng)用系統(tǒng)、操作系統(tǒng)中的后門漏洞攻擊系統(tǒng)；授權(quán)用戶操作失誤也會導(dǎo)致系統(tǒng)文件被覆蓋、數(shù)據(jù)丟失或不能使用。

（2）安全建設(shè)規(guī)劃

先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心的安全建設(shè)規(guī)劃應(yīng)確保對人員行為進行控制和規(guī)范并具有：對網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)和應(yīng)用的訪問進行嚴格控制的能力；檢測、集中分析、響應(yīng)、阻止對網(wǎng)絡(luò)和所有主機的各種攻擊的能力；對數(shù)據(jù)、文件或其他資源的訪問進行嚴格控制的能力；網(wǎng)絡(luò)邊界完整性檢測能力；惡意代碼檢測、集中分析、阻止和清除能力；防止惡意代碼在網(wǎng)絡(luò)中擴散的能力；對惡意代碼庫和搜索引擎及時更新的能力；切斷非法連接的能力；防止未經(jīng)授權(quán)下載、拷貝軟件或者文件的能力。

（3）技術(shù)路線

通過在先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心前部署應(yīng)用層防御，保證對 URL（Uniform Resource Locator：統(tǒng)一資源定位）請求的檢測、實時阻止的能力，整合攻擊事件日志進行安全分析，找出攻擊源并對整網(wǎng)的安全設(shè)施進行調(diào)整；在網(wǎng)絡(luò)核心部署防火墻進行訪問控制，基于最小授權(quán)原則保證對網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)和應(yīng)用的訪問進行嚴格控制；將OA（Office Automation：自動化辦公）互聯(lián)網(wǎng)出口和大數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)出口相分離；所有終端都需要保證以正版殺毒軟件進行全面監(jiān)控，開啟殺毒軟件自動更新功能，保持對最新病毒的防御能力；保證終端及時打補丁；通過對終端的檢查，杜絕非法內(nèi)聯(lián)和外聯(lián)，保證邊界完整性；通過全網(wǎng)聯(lián)動，實現(xiàn)切斷非法行為的功能，使得木馬等程序不能和外界進行通訊，保證機密信息不會外泄。

2.校園網(wǎng)信息安全

（1）面臨的主要威脅

利用各種工具獲取身份鑒別數(shù)據(jù)，并對鑒別數(shù)據(jù)進行分析和解剖，獲得鑒別信息；未經(jīng)授權(quán)訪問網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)，或非法使用應(yīng)用軟件、文件和數(shù)據(jù)；內(nèi)部人員利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或管理漏洞，未經(jīng)授權(quán)修改重要系統(tǒng)數(shù)據(jù)或系統(tǒng)程序；利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷旁路安全策略，未經(jīng)授權(quán)訪問網(wǎng)絡(luò)。

（2）安全建設(shè)規(guī)劃

先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心的安全建設(shè)應(yīng)規(guī)劃有識別和記錄對數(shù)據(jù)庫操作的能力，包括插入、刪除、存儲等操作，并精確到SQL（Structured Query Language：數(shù)據(jù)庫查詢和程序設(shè)計語言）語句；有保證數(shù)據(jù)庫被合法人員訪問的能力。

（3）技術(shù)路線

實行先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心旁路部署：對數(shù)據(jù)庫的訪問流量進行鏡像，能夠在數(shù)據(jù)庫感知不到的前提下完成關(guān)鍵數(shù)據(jù)庫的審計。詳細記錄訪問數(shù)據(jù)庫的用戶信息，包括用戶訪問時間、下線時間、用戶名、訪問服務(wù)器的IP地址以及用戶的IP地址信息；記錄下用戶的所有操作。

3.網(wǎng)絡(luò)服務(wù)品質(zhì)保證

（1）面臨的主要威脅

利用分布式拒絕服務(wù)攻擊等拒絕服務(wù)攻擊工具，惡意消耗網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)資源，導(dǎo)致拒絕服務(wù)；緩慢的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度和不良的應(yīng)用性能制約生產(chǎn)力提升，并有損于用戶、開發(fā)商和高校群合作伙伴間的合作關(guān)系。

（2）安全建設(shè)規(guī)劃

先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心的安全建設(shè)應(yīng)具有：合理分配、控制網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)資源的能力；限制網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)資源使用的能力；檢測、集中分析、響應(yīng)、阻止對網(wǎng)絡(luò)和所有主機的各種攻擊的能力；降低服務(wù)器協(xié)議處理、減輕擴容壓力的能力；在不同的出口鏈路之間平衡出入流量的能力；在不同的站點之間平衡流量的能力；在不同鏈路中基于一定算法進行最優(yōu)選擇的能力；在帶寬資源成為瓶頸的情況下，提高響應(yīng)速度的能力；在服務(wù)器之間平衡流量的能力。

（3）技術(shù)路線

先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心DDoS（Distributed Denial of Service：分布式拒絕服務(wù)）攻擊防御方案：在防火墻、IPS（In－Plane Switching：平面轉(zhuǎn)換）等設(shè)備上面完成防御；部署專業(yè)的抗DDoS工具，平時旁路部署，鏡像流量進行分析，一旦發(fā)生攻擊，通過路由進行引流清洗；通過在出口鏈路處部署鏈路負載均衡技術(shù)，對出入方向的流量，基于最小響應(yīng)時間等實現(xiàn)方式進行處理；通過GSLB（Global Server Load Balance：全球負載均衡技術(shù)）實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)中心之間的負載均衡，保證用戶對于站點的訪問最優(yōu)；通過在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器集群前部署服務(wù)器負載均衡，保證集群的整體處理能力最優(yōu)；通過硬件實現(xiàn)TCP(Transmission Control Protocol：傳輸控制協(xié)議)處理、SSL（Secure Sockets Layer：安全套接層協(xié)議）卸載和TCP快啟動等協(xié)議優(yōu)化需求，降低服務(wù)器的 CPU（Central Processing Unit：中央處理器）占用率；通過基于GZIP（GNU zip：GNU自由軟件文件壓縮程序）等的數(shù)據(jù)壓縮和解壓縮，保證用戶最短的等待時間。

4.網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)績效

（1）面臨的主要威脅

因先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建而產(chǎn)生的服務(wù)流量變化導(dǎo)致安全策略部署需要調(diào)整；服務(wù)種類變化導(dǎo)致安全部署需要調(diào)整；全網(wǎng)設(shè)備管理存在門戶不同、管理分散現(xiàn)象，導(dǎo)致定位問題緩慢；缺乏整體的IT規(guī)劃，缺乏有效的技術(shù)手段以制訂IT規(guī)劃與決策。

（2）安全建設(shè)規(guī)劃

先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心的安全建設(shè)應(yīng)具有：對網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)和應(yīng)用進行統(tǒng)一管理的能力；預(yù)測業(yè)務(wù)流量變化的能力；保證在業(yè)務(wù)變化時安全策略部署不影響其他業(yè)務(wù)的能力；提供安全管理手段，有效處理網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)和應(yīng)用的安全事件，一站式定位網(wǎng)絡(luò)安全問題的能力。

（3）技術(shù)路線

通過網(wǎng)絡(luò)流采集協(xié)議（NetFlow、NetStream、CFlowd、sFlow、IPFIX等）技術(shù)，從多角度對網(wǎng)絡(luò)流量進行統(tǒng)計分析，如應(yīng)用流量分析、節(jié)點（包括源 IP、目的 IP）流量統(tǒng)計、基于接口的總體流量趨勢分析、會話流量等多種信息的分析，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量透明化，提前對亟需進行的業(yè)務(wù)調(diào)整做出準備。

采用虛擬化技術(shù)把網(wǎng)絡(luò)資源化，業(yè)務(wù)增刪時，通過虛擬防火墻等虛擬化技術(shù)保證每種服務(wù)都能資源獨享，并且不會對其他服務(wù)造成影響；把網(wǎng)絡(luò)資源簡單化，如通過IRF（Intelligent Resilient Framework：智能彈性架構(gòu)）等技術(shù)，實現(xiàn)服務(wù)的快速部署。

把網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有資源作為嗅探器，通過收集網(wǎng)絡(luò)、安全、主機、應(yīng)用、存儲的各種日志，以及對不同格式的日志信息進行歸一化存儲，保證全網(wǎng)的安全事件能夠在同一個平臺進行整合；采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)提取有效信息，并通過安全拓撲等圖形化形式進行直觀表達。

通過對 SNMP（Simpl e Network Management Protocol：簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）、TR069（廣域網(wǎng)管理協(xié)議）等的支持，保證對網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一管理；通過網(wǎng)絡(luò)認證、審計等技術(shù)手段，以用戶為本，靈活分配IT資源；基于業(yè)務(wù)需求，進行IT資源分配保證。充分考慮IT環(huán)境組成的三個要素：人、服務(wù)、資源，將各類資源進行整合并實行統(tǒng)一管理，使得IT系統(tǒng)實現(xiàn)端到端的全過程管理。

五、結(jié)束語

“兩型社會”先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心構(gòu)建的創(chuàng)新點在于：具有充分的開放性，面對先導(dǎo)區(qū)高校群提供資源與技術(shù)服務(wù)，而且盡可能提供免費服務(wù)；重視和積極開展科學普及工作，向全社會介紹“兩型社會”先導(dǎo)區(qū)高校群在教學科研上對國家和社會的貢獻和影響，提高大河西高校群的社會可接受性；積極開展網(wǎng)上教育工程，以促進先導(dǎo)區(qū)高校群的人才培養(yǎng)工作。

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1673-8454（2010）03-0026-04

長沙市科技局軟科學項目“兩型社會建設(shè)發(fā)展理論及應(yīng)用研究③兩型社會先導(dǎo)區(qū)高校群大數(shù)據(jù)中心構(gòu)建研究”（K0802190-41）；應(yīng)用型本科院?！笆晃濉眹艺n題“我國高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式研究”立項項目“高等學校信息資源優(yōu)化整合與教學網(wǎng)絡(luò)平臺研究與建設(shè)”（FIB070335-A8-17）。

（編輯：楊馥紅）