云教室建设方案.docx

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云教室建设方案

云教室建设

整体系统方案

第1章概述

1.1项目背景

在校园网络教室中，多数仍使用传统PC，PC提供了价格、性能与功能的最佳组合。

但同时，在实际应用过程中，需要在每台PC上安装业务所需的软件程序及客户端；所有数据分散在各PC上，对PC无法方便地进行统一集中维护与管理，对数据无法进行集中存储与备份。

主要体现在以下几方面：

∙难以保证非法接入：

PC本地有USB口、串口、并口都可以外接设备，没有有效的管理手段，禁止非法设备的接入，存在数据泄密的风险。

∙难以保证数据的安全：

PC通常是应用系统的客户端，可接收、处理、存储应用系统的数据，若这些数据是学院的关键信息资产，容易使学院关键信息泄露。

另一方面，PC工作环境下，PC上保存着员工的智力数据，也是学院资产的一部分。

这些数据如何能在PC出现故障或文件丢失时恢复，是一个当前IT系统的一个巨大的挑战。

∙难以管理：

面对广泛分布的PC硬件，用户日益要求能在任何地方访问其桌面环境，因此集中式PC管理极难实现。

此外，众所周知，由于PC硬件种类繁多，用户修改桌面环境的需求各有不同，因此PC桌面标准化也是一个难题。

∙高能耗、高排放：

一台PC的能耗在200瓦左右，每台PC个人电脑平均运行12小时以上，一台PC一年耗电800-1000度电左右，对于网络教室大规模的PC工作环境，一年的耗电量是一个非常惊人的数字。

这当今提倡绿色环保、低碳经济的大环境下，确实是一个巨大的挑战。

∙资源未能充分利用：

PC的分布式特性使人们难以通过集中资源的方式提高利用率和降低成本。

结果，PC的资源利用率通常低于5%，远程办公或教学需要重复的桌面基础架构，老师和同学可能需要使用复杂的远程桌面解决方案。

∙总体拥有成本高：

PC硬件相对较低的成本优势，通常无法抵消PC管理和支持工作的高昂成本。

目前，PC管理工作包括部署软件、更新和修补程序等，由于这些工作需要对多种PC配置的部署进行测试和验证，因而会耗费大量的人力。

同时，由于标准化程度不高，支持人员经常需要亲临现场解决问题，这就进一步增加了支持成本。

为了解决上述问题，我们使用桌面云技术取代传统PC。

具体而言，采用在服务器系统上承载桌面映像的方法，以集中资源并提高其桌面计算基础架构的可管理性。

1.2技术问题分析

目前大多数学校使用最频繁的桌面管理技术有无盘站、网络克隆、还原卡等，其中无盘站对服务器和网络要求太高以至于有局限性，比如上机软件无法流畅运行、教学课件调用不稳定等；而网络克隆、还原卡等技术非常影响PC性能、没有多桌面环境切换、无法满足实验环境要求、限制了教学环境的复杂性和弹性同时依然会浪费老师大量的时间和精力。

因此，为了满足灵活的教学模式，需要一种新型的桌面交付模式：

桌面虚拟化。

第2章云桌面平台

2.1桌面云架构解析

桌面云是一种新型的桌面交付模式，通过集中化的桌面管理，提升资源利用率，降低总体拥有成本。

将个人桌面环境集中存放于数据中心，取代客户端的本地计算，实现个人桌面环境的按需分配、随时随地交付。

桌面云的主要构成如下：

终端接入层：

教师及学生可通过普通PC、笔记本、瘦客户机aDesk、手机及平板电脑等不同类型的终端接入设备将个人或共享桌面环境输出到显示器，并回传指令及操作信息到虚拟桌面。

如果结合会话保持的功能特性还可以实现不同终端切换桌面/应用不中断的效果，实现教学业务无处不在的价值。

虚拟桌面接入平台：

通过虚拟桌面控制器为用户提供认证、访问权限的细致分配、传输协议优化及加密等，最终提供高性能及可靠的桌面环境传送。

虚拟桌面基础架构：

采用先进的虚拟机管理软件将物理服务器划分为可动态管理的资源池，保证资源的充分利用，并通过合理创建虚拟机为用户提供灵活、高效的个人桌面环境。

最终，、通过瘦客户机，虚拟桌面控制器、虚拟机管理软件三大组件为教育行业用户提供一站式桌面云建设方案，可用于多媒体教学、学生实验机房、电子阅览室等各种应用场景，打造全新的教学模式，促进教育现代化。

2.2桌面云系统实现目标

Ø虚拟桌面站点需接入互联网，允许进行互联网的浏览、文件上下载等常见操作。

Ø系统支持集中管理能力，如：

对操作系统镜像统一管理、软件补丁统一分发、TC终端统一管理。

Ø系统支持互联网终端接入桌面云需求。

Ø系统支持安全架构设计，具有完善的安全防护能力。

Ø系统支持高可用性、动态迁移等可靠性设计。

Ø系统支持通过扩容存储与计算资源实现用户平滑扩容。

第3章设计方案

3.1桌面云设计

本项目为了实现高安全、高可靠、高性能、易远程集中运维、平滑扩容的目标，采用业界主流成熟的虚拟化技术，实现虚拟桌面、服务器虚拟化等要求。

本项目方案主要以下方面考虑：

资源池设计：

根据本项目的需求，服务器上安装的虚拟化软件，将服务器池化。

池化后VDI桌面、应用虚拟化、服务器虚拟化的服务器分别组成集群。

池化后服务器上运行虚拟机便于管理、监控。

虚拟机在集群里可以实现定制策略迁移、手动热迁移、故障热迁移。

资源池的设计具有高可靠、平滑扩容特性。

桌面虚拟化：

虚拟桌面管理软件提供高性能且可靠的桌面投送。

桌面虚拟化以服务器虚拟化为基础，允许多个用户桌面以虚拟机的形式独立运行，同时共享CPU、内存、网络连接和存储器等底层物理硬件资源。

这种架构将虚机彼此隔离开来，同时可以实现精确的资源分配，并能保护用户免受由其他用户活动所造成的应用程序崩溃和操作系统故障的影响。

配备桌面虚拟化方案具备下列优势：

✧集控制能力和可管理性于一身：

由于桌面在数据中心运行，因此管理员可以更轻松地对其进行部署、管理和维护。

✧桌面云把数据、信息和知识财产将保留在数据中心内，而且永远不外流。

✧与PC一致的体验：

用户可以灵活访问与普通PC桌面功能相同的个性化虚拟桌面。

✧降低总体拥有成本（TCO）：

桌面虚拟化可以减低其管理和资源成本。

统一软硬件管理：

为了便于硬件设备（服务器、存储、交换机）、虚拟资源的集中管理，虚拟化管理软件采用B/S架构，可以远程统一管理本项目中VDI桌面、服务器虚拟化三个资源池。

可管理、监控硬件资源、虚拟资源；支持虚拟机的快速部署、定制化策略调度。

Ø计算资源池

计算资源池为用户提供CPU、内存计算资源。

在服务器上安装华为的虚拟化软件，可以在一台服务器上虚拟出多个台虚拟机，提供弹性规格的虚拟桌面。

这几个资源池归属同一朵桌面云管理系统。

Ø存储资源

存储资源主要为虚拟桌面提供系统空间和数据空间、还有桌面云管理系统所需要的空间。

这些存储都在主用存储上。

主存储根据数据类型的不同，划分不同的数据LUN。

这里的数据类型主要包括管理数据、Windows系统数据、用户数据。

3.2云教室设计

“60+1云教室”布局图

“30+1云教室”布局图

设计说明：

教师在学校实验室/机房中使用既可以锁定学生桌面，日常维护时也可以快速更新桌面环境，整个实验室环境易于管理。

通过为每个学生分配属于自己的专属桌面还可以满足多元化教学的需求；在多媒体教室中使用可以为每个教师分配一个永久的教学环境，实现教师在不同多媒体教室中漫游，并且重要课件和资料可以集中存储，教师在任何位置都可以通过任意设备接入教学桌面，打造更为灵活的教学环境。

3.3网络设计

每个学生可以在教室使用PC接入到桌面云中心。

瘦终端放在每个教室座位，每个位子提供百兆或千兆GE网口。

桌面云部署在客户的数据中心机房中；需要与客户的核心交换机对接。

桌面云网络通信平面划分为业务网、存储网和管理网。

存储网络：

存储网络通过多路径确保链路冗余，服务器与存储设备通过存储网络二层直接互通。

存储设备为虚拟机提供存储资源，但不直接与虚拟机通信，而通过虚拟化平台转化。

业务网络：

为用户提供业务通道，为虚拟机虚拟网卡的通信平面，对外提供业务应用。

HDP协议与虚拟机访问外部应用系统都是经过这个网络。

各业务部门可以细分VLAN进行访问隔离。

管理网络：

负责整个云计算系统的管理、业务部署、系统加载等流量的通信。

BMC平面主要负责服务器的管理，BMC平面可以和管理平面隔离，也可以不进行隔离。

整体网络划分为两层，分别为接入层、核心层。

接入层：

为了收敛服务器、存储设备的网口，一般在机柜里放置接入交换机，在接入交换机划分VLAN，将管理、业务、存储三个平面逻辑隔离。

接入交换机再上行汇聚到核心交换机。

核心层：

云桌面通过内部的接入交换机汇聚后，接到客户核心交换机。

核心交换机配置VRRP协议，为管理网络和业务网络提供冗余网关。

3.4本次设计的优势

本项目采用桌面云建设云教室，具有以下优势：

∙总体拥有成本低

桌面云大量使用瘦客户机、低功耗计算、存储资源，该建设模式改变了现有的建设、维护、运营模式，使得配套的电源、制冷系统建设成本降低，并大量节省运营和维护成本，使得桌面系统的总体拥有成本大大降低。

∙数据安全

所有数据和计算都发生在中心机房，用户通过网络获取的只是图像信息，机密数据和信息不能通过网络下载、存储，大大提高了安全性。

数据的集中存储为数据的备份、恢复带来了便利，使得保护智力资产成为可能。

∙低能耗、低排放

传统PC功率一般为150-200W，而瘦终端功率10w，耗电量5%左右。

虽然计算中心相关服务器系统会占用一定的耗电量，但总耗电量仍低于PC的五分之一，因此，每年的耗电量会大幅下降。

∙易于管理，资源按需分配

所有桌面的管理和配置都集中在中心机房进行，管理员可对所有桌面和应用进行统一配置和管理，如：

系统升级、应用安装、快速业务发放等，避免了由于传统桌面分布所造成的管理运维复杂困难和成本高昂。

所有桌面环境对资源的要求不同，桌面云系统可以根据用户需求对资源进行合理分配，达到资源的弹性管理，提高资源利用率。

可灵活配置调度策略，实现负载均衡，重载分离、轻载合并，达到优化系统性能和节能的目标。

∙灵活接入和使用

用户可以从任何网络可达的地方访问其应用和桌面，具有很强的移动性。

作为云计算的一种服务方式，由于所有的计算都放在服务器上，终端设备的要求将大大降低，不需要传统的台式机，笔记本；而且智能手机，上网本等设备都成为可用设备。

从创建桌面到交付给用户仅需要十分钟左右，相比传统采购、运输、安装物理PC所耗数天时间，时间上更节约。

∙更稳定可靠

传统桌面分散在各个地方，且不具备服务器级别的冗余备份，因此，一个停电事故、系数错误就可能导致传统桌面崩溃。

然而，虚拟桌面集中在中心机房，各个方面均考虑了冗余备份，故障率更低，稳定性更高。