構(gòu)建高職院數(shù)字化校園初探

構(gòu)建高職院數(shù)字化校園初探構(gòu)建高職院數(shù)字化校園初探摘要：通過對數(shù)字化校園的構(gòu)建思想、設(shè)計理念、建設(shè)內(nèi)容與新技術(shù)應(yīng)用的研討，能夠幫助我們制定出適合高職院學(xué)院發(fā)展的數(shù)字化校園建設(shè)方案，并確保項目建成后的實用性和先進(jìn)性，以及實施過程中關(guān)鍵技術(shù)的順利部署。闡述了數(shù)字化應(yīng)用推廣和管理在數(shù)字化建設(shè)中的重要性。從一個側(cè)面講述了構(gòu)建數(shù)字化校園所必需具備的一些基本要素。關(guān)鍵詞：校園網(wǎng)、數(shù)字化、虛擬校園、云技術(shù)應(yīng)用、虛擬化一、引言以云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的新一輪信息技術(shù)革命，推動著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在改變信息化發(fā)展模式，“數(shù)字化”已成為當(dāng)前信息化建設(shè)和應(yīng)用的新方向?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出：“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”。各級政府都將城市信息數(shù)字化建設(shè)列入中長期發(fā)展規(guī)劃綱要。各級教育主管部門對各類學(xué)校的數(shù)字化校園建設(shè)，做出了明確的部署和指導(dǎo)。因此，在數(shù)字校園建設(shè)實踐中，我們不僅要從技術(shù)角度對數(shù)字校園進(jìn)行研究，還有要從管理學(xué)、教育學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等不同的角度對數(shù)字校園建設(shè)進(jìn)行廣泛的研究，只有這樣才能更好地發(fā)揮數(shù)字校園的功能和效益。二、構(gòu)建數(shù)字化校園的指導(dǎo)思想與基本原則數(shù)字化校園建設(shè)要遵循信息技術(shù)發(fā)展的客觀規(guī)律，通過規(guī)范基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、加強資源應(yīng)用與整合、強化組織建設(shè)與業(yè)務(wù)流程優(yōu)化，創(chuàng)新數(shù)字化教育、學(xué)習(xí)、工作、生活模式，逐步構(gòu)建一個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、開放兼容、管理統(tǒng)一、應(yīng)用整合、資源豐富、運轉(zhuǎn)流暢、監(jiān)管到位、安全可靠的數(shù)字校園平臺。要堅持“統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心、統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一信息門戶”的設(shè)計理念，運用科學(xué)發(fā)展觀思想打造出實用的、可持續(xù)發(fā)展的新型數(shù)字化校園。數(shù)字校園建設(shè)應(yīng)與學(xué)校的實際情況相適應(yīng)，應(yīng)以需求為基礎(chǔ)，以應(yīng)用為目標(biāo)，具有較高的先進(jìn)性和實用性，必須統(tǒng)籌規(guī)劃，做好頂層設(shè)計，科學(xué)制定整體規(guī)劃。數(shù)字校園建設(shè)是一項持續(xù)、不斷發(fā)展的系統(tǒng)工程，涉及校園事務(wù)的方方面面，需要調(diào)動全校資源協(xié)調(diào)有序開展建設(shè)，應(yīng)設(shè)立專門管理協(xié)調(diào)機構(gòu)，健全協(xié)同機制，明確各部門職責(zé)，落實各項保障措施，根據(jù)學(xué)校的實際情況和條件做好計劃，分步實施，避免盲目求全、求大、求新。三、數(shù)字化校園的主要建設(shè)內(nèi)容數(shù)字校園是以基于計算機和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立的對教學(xué)、科研、管理、技術(shù)服務(wù)、生活服務(wù)等校園信息的收集、處理、整合、存儲、傳輸和應(yīng)用，使數(shù)字資源得到充分優(yōu)化利用的一種虛擬教育環(huán)境。數(shù)字校園通過實現(xiàn)從環(huán)境（包括設(shè)備，教室等）、資源（如圖書、講義、課件等）到應(yīng)用（包括教、學(xué)、管理、服務(wù)、辦公等）的全部數(shù)字化，在傳統(tǒng)校園基礎(chǔ)上構(gòu)建一個數(shù)字空間，以拓展現(xiàn)實校園的時間和空間維度，提升現(xiàn)實校園的運行效率，擴展現(xiàn)實校園的業(yè)務(wù)功能，最終實現(xiàn)教育過程的全面信息化，把學(xué)校建設(shè)成既面向校園、又面向全社會的一個超越時間、空間的虛擬大學(xué)。（一）基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)數(shù)字校園基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)建設(shè)是數(shù)字校園的硬件基礎(chǔ)，主要包括三部分：1.綜合管網(wǎng)系統(tǒng)，綜合管網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)是弱電系統(tǒng)建設(shè)的線路基礎(chǔ)，分為室內(nèi)綜合管網(wǎng)和室外綜合管網(wǎng)兩部分，主要內(nèi)容在充分考慮土建、裝修、供電、空調(diào)等基礎(chǔ)建設(shè)的前提下，根據(jù)使用部門和管理部門的不同業(yè)務(wù)需求，建設(shè)一個合理的、可擴展的綜合管網(wǎng)系統(tǒng)，盡量做到規(guī)劃一次到位，避免今后重復(fù)開挖及敷設(shè)。2.智能弱電系統(tǒng)，智能弱電系統(tǒng)包括校園內(nèi)各樓宇之間的光纖連接以及各匯聚點到核心機房的光纖系統(tǒng)，必須考慮未來應(yīng)用擴展需要和線路備份，留足合適的芯數(shù)（根據(jù)業(yè)務(wù)需求一次性鋪設(shè)多套布線）。樓宇之間應(yīng)使用光纖，樓內(nèi)布線可考慮六類線纜，全面支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、視頻的快速傳輸。除有線系統(tǒng)外還應(yīng)考慮全面、穩(wěn)定、高速、安全的無線覆蓋。3.網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是數(shù)字校園建設(shè)的重要基礎(chǔ)，它既是各類應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸高速通道，而且也是多媒體教學(xué)系統(tǒng)的資源傳輸通道，應(yīng)根據(jù)信息技術(shù)發(fā)展和學(xué)校對帶寬的需求，建設(shè)運行穩(wěn)定、環(huán)境優(yōu)良、節(jié)能高效的核心網(wǎng)絡(luò)機房；建設(shè)高速可靠、具備冗余的網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)及安全保障系統(tǒng)；根據(jù)數(shù)字校園應(yīng)用規(guī)模，按照云計算和虛擬化方式配備必要的服務(wù)器；建設(shè)容量足夠的網(wǎng)絡(luò)儲存系統(tǒng)保證海量數(shù)據(jù)的交換與計算。（二）公共服務(wù)平臺建設(shè)數(shù)字校園公共服務(wù)平臺（也稱數(shù)據(jù)中心）包括統(tǒng)一信息標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)、統(tǒng)一門戶系統(tǒng)和原有應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)與整合。公共服務(wù)平臺建設(shè)的具體目標(biāo)是實現(xiàn)“六個數(shù)字化”和“一站式服務(wù)”：1．環(huán)境數(shù)字化：構(gòu)建結(jié)構(gòu)合理、使用方便、高速暢通、安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，建立高標(biāo)準(zhǔn)的共享數(shù)據(jù)中心和統(tǒng)一身份認(rèn)證及授權(quán)中心、統(tǒng)一門戶平臺、集成應(yīng)用平臺，為提供更加科學(xué)合理的數(shù)字化環(huán)境奠定基礎(chǔ)。2．管理數(shù)字化：構(gòu)建覆蓋全校工作流程的協(xié)同管理信息體系，通過管理信息數(shù)據(jù)的交換、同步與共享，暢通學(xué)校信息流，實現(xiàn)管理的科學(xué)化、自動化、精細(xì)化，突出以人為本的理念，提高管理效率，降低運行成本。3．教學(xué)數(shù)字化：構(gòu)建包括全日制教育、繼續(xù)教育和成人培訓(xùn)等在內(nèi)的綜合教學(xué)及管理的數(shù)字化環(huán)境，科學(xué)配置教學(xué)資源，改革教學(xué)模式、手段與方法，提高教學(xué)效率與質(zhì)量，提高和優(yōu)化教師、教室、實驗室等教學(xué)資源的利用率。4．學(xué)習(xí)數(shù)字化：構(gòu)建先進(jìn)實用的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，整合、豐富數(shù)字化教學(xué)資源，創(chuàng)造主動式、協(xié)同式、研究式的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，建立師生互動的新型數(shù)字化教學(xué)模式。5．產(chǎn)學(xué)研數(shù)字化：構(gòu)建數(shù)字化產(chǎn)學(xué)研信息平臺，為產(chǎn)學(xué)研工作者提供快捷、全面、權(quán)威的信息資源，實現(xiàn)教學(xué)、科研和實訓(xùn)一體化，提供開放、協(xié)同、高效的數(shù)字化產(chǎn)學(xué)研環(huán)境，促進(jìn)知識的產(chǎn)生、傳播與管理。6．生活數(shù)字化：構(gòu)建便捷、高效、高雅、健康的數(shù)字化生活環(huán)境和電子商務(wù)服務(wù)平臺，利用一卡通等系統(tǒng)，實現(xiàn)校內(nèi)外主要消費流通、學(xué)生入學(xué)繳費、身份認(rèn)證及門禁管理等功能。7．一站式服務(wù)：實現(xiàn)教職員工和學(xué)生的管理、教學(xué)、科研、學(xué)習(xí)、生活等主要活動的一站式服務(wù)，提高對師生服務(wù)的水平，提升對社會的服務(wù)能力。四、新技術(shù)的應(yīng)用與新設(shè)備網(wǎng)絡(luò)出口區(qū)是學(xué)院訪問校外資源的必經(jīng)之路，隨著多媒體流量的急劇增加，單純開通高帶寬的出口鏈路已經(jīng)不能滿足廣大師生的實際應(yīng)用需求，并且性價比極低。因此新出口設(shè)計規(guī)劃部署內(nèi)容緩存系統(tǒng)實現(xiàn)對數(shù)量流量的緩存處理，節(jié)省出口帶寬，提升校內(nèi)師生的上網(wǎng)體驗，部署流控設(shè)備，實現(xiàn)對視頻、P2P下載的合理限制，保障高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的訪問帶寬。另外，教育部CNGI項目的深入建設(shè)發(fā)展和IPv6時代的到來，各高校紛紛開通了CERNET-2的連接，利用IPv6網(wǎng)絡(luò)開展的科研和教學(xué)活動。張家界航院新校區(qū)校園的建設(shè)著眼于高起點、現(xiàn)代化、智能化的校園網(wǎng)建設(shè)，因此必須充分考慮未來5－10年的出口流量的迅猛增長和IPv6技術(shù)應(yīng)用的廣泛開展，在校園網(wǎng)出口部署高性能出口引擎，并要求出口設(shè)備全面支持IPv4/v6雙棧。張家界航院有線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和建設(shè)需要考慮未來5－10年的先進(jìn)性，因此骨干網(wǎng)需要建成一個高性能、高可用、高穩(wěn)定的校園骨干網(wǎng)絡(luò)平臺。張家界航院可通過支持10萬兆平臺的高性能核心交換機構(gòu)建全冗余支持100G骨干網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。各校區(qū)匯聚設(shè)備采用多條萬兆鏈路聚合連接到骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，增大校區(qū)骨干網(wǎng)絡(luò)之間的鏈接帶寬和轉(zhuǎn)發(fā)性能。實現(xiàn)校內(nèi)多萬兆骨干網(wǎng)絡(luò)、千兆到桌面的新一代校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。張家界航院有線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和建設(shè)需要考慮未來5－10年的先進(jìn)性，因此骨干網(wǎng)需要建成一個高性能、高可用、高穩(wěn)定的校園骨干網(wǎng)絡(luò)平臺。張家界航院可通過支持10萬兆平臺的高性能核心交換機構(gòu)建全冗余支持100G骨干網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。各校區(qū)匯聚設(shè)備采用多條萬兆鏈路聚合連接到骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，增大校區(qū)骨干網(wǎng)絡(luò)之間的鏈接帶寬和轉(zhuǎn)發(fā)性能。實現(xiàn)校內(nèi)多萬兆骨干網(wǎng)絡(luò)、千兆到桌面的新一代校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備除了需要高帶寬高性能外，還需要充分支持分布式的硬件流量監(jiān)控（Netstream、Netflow、IPFIX等）、分布式的防火墻板卡、分布式的硬件IPv6、分布式的MPLS、分布式的硬件策略路由。通過分布式的架構(gòu)，確保在不影響整機性能的前提條件下提供多種業(yè)務(wù)，以滿足校園網(wǎng)在管理維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)安全、科研教學(xué)、多業(yè)務(wù)區(qū)分等方面的需求。建議在核心交換機上部署高性能防火墻模塊和流量分析模塊，實現(xiàn)各區(qū)域網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限的集中控制和流量的透明化管理。VSU技術(shù)優(yōu)點張家界航院骨干網(wǎng)可全面采用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)多臺核心設(shè)備的虛擬化管理，兩臺核心設(shè)備通過一體化板卡的擴充實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表項、統(tǒng)一的管理地址、統(tǒng)一的設(shè)備配置等單臺邏輯設(shè)備的對外特征。采用VSU(虛擬交換單元技術(shù))由傳統(tǒng)的VRRP+MSTP設(shè)備和線路主備部署模式轉(zhuǎn)變成了雙鏈路綁定上聯(lián)模式。兩條線路資源由原來的一主備模式轉(zhuǎn)變?yōu)殡p主雙活的模式，一方面成倍地增加了上聯(lián)帶寬，提高了設(shè)備利用率。另一方面縮短了因線路或設(shè)備故障而引發(fā)的遷移收斂時間。VSU技術(shù)相比傳統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)和VRRP技術(shù)，有如下優(yōu)勢：1）、總體降低了校園網(wǎng)的TCO在接近的設(shè)備成本投入和線路成本投入下，骨干網(wǎng)絡(luò)的帶寬從20G，提高到了40G2）、提高了骨干網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性故障恢復(fù)時間縮短到毫秒級。VSU和外圍設(shè)備通過聚合鏈路連接，如果其中一條成員鏈路出現(xiàn)故障，切換到另一條成員鏈路的時間是50到200毫秒。相比VRRP+MSTP技術(shù)消耗的CPU性能和對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母淖兏　?）、簡化網(wǎng)絡(luò)管理兩臺交換機組成VSU以后，管理員可以對兩臺交換機統(tǒng)一管理，而不需要連接到兩臺交換機分別進(jìn)行配置和管理。4）、減少了故障隱患VSU在網(wǎng)絡(luò)中相當(dāng)于一臺交換機，通過聚合鏈路和外圍設(shè)備連接，不存在二層環(huán)路，沒必要配置MSTP協(xié)議，各種控制協(xié)議是作為一臺交換機運行的，例如單播路由協(xié)議，VSU作為一臺交換機，減少了設(shè)備間大量協(xié)議報文的交互，縮短了路由收斂時間。插卡式防火墻技術(shù)優(yōu)點在核心交換機部署防火墻板卡，有如下技術(shù)優(yōu)勢：1）、降低了防火墻購置的成本一塊防火墻板卡通過虛擬化技術(shù)，可實現(xiàn)多臺獨立防火墻的功能，簡化了部署，節(jié)省了投資。2）、提高了安全管理的效率核心交換機配置防火墻板卡，實現(xiàn)了安全和交換的一體化，降低了安全管理和交換機管理的復(fù)雜度，提高了管理效率。3）、提升了安全過濾的性能防火墻板卡是基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的Crossbar全互聯(lián)背板架構(gòu)，確保防火墻模塊與被保護(hù)對象之間高速無阻塞數(shù)據(jù)交換。4)、安全管理透明化和個性化并通過防火墻板卡和認(rèn)證計費系統(tǒng)的聯(lián)動，實現(xiàn)了從安全管理IP到安全管理到賬戶。IPFIX技術(shù)優(yōu)點在核心交換機部署IPFIX板卡流量透明化，有如下技術(shù)優(yōu)勢：4）管理和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)首先要進(jìn)行測量。

“無法被量化的將無法改進(jìn)”。要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)整體流量分析，即實現(xiàn)流量的分布分析和構(gòu)成分析，則基于流技術(shù)是當(dāng)前的最優(yōu)選擇，可以實現(xiàn)全網(wǎng)流量的精細(xì)化監(jiān)控：流量分布情況和流量構(gòu)成情況。IPFIX作為目前標(biāo)準(zhǔn)化的一種網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一了流量監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，通過使用單一的、一致的模型，簡化了流輸出架構(gòu)，它為高速網(wǎng)絡(luò)用戶帶來價值。目前銳捷網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)提供了IPFIX功能，擁有完善的網(wǎng)絡(luò)透明化解決方案，從網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控保障張家界航院關(guān)鍵業(yè)務(wù)高可用。五、制定方案與實施六、應(yīng)用部署與運行保障（一）校園網(wǎng)應(yīng)用部署在數(shù)字校園建設(shè)過程中，應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的使用、集成和共享極易出現(xiàn)瓶頸，隨著應(yīng)用的增多，“數(shù)據(jù)資源孤島”也日漸突現(xiàn)，一定程度上制約著數(shù)字校園的發(fā)展。因此，實現(xiàn)各應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)資源有機整合成為數(shù)字校園建設(shè)應(yīng)首先解決的關(guān)鍵問題。（二）校園網(wǎng)運行保障對我們來講，新一代數(shù)字化校園網(wǎng)的建設(shè)與管理是一項全新的課題，大家這方面的經(jīng)驗不足。面