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基于云計算架構(gòu)的智慧政務(wù)平臺設(shè)計與實現(xiàn)
通過對政務(wù)云平臺總體架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓撲和容災(zāi)備份等關(guān)鍵技術(shù)的研究和設(shè)計， 給出基于云計算架構(gòu)的智慧政務(wù)云平臺的實現(xiàn)方案。政務(wù)云平臺能夠節(jié)約建設(shè)成本， 降低政府財政支出， 同時大大縮短業(yè)務(wù)上線周期， 減少運維難度。本方案已經(jīng)在部分先進省市信息化項目中落地實施， 取得顯著的效果和寶貴的實踐經(jīng)驗。
一、前言
為了促進服務(wù)型政府建設(shè)， 推動政務(wù)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 滿足電子政務(wù)、電子商務(wù)等信息化快速發(fā)展的需求， 避免信息化建設(shè)未來發(fā)展中可能出現(xiàn)的重復(fù)建設(shè)及信息孤島問題， 將政府各部門建設(shè)信息系統(tǒng)都需要的基礎(chǔ)設(shè)施從各自的業(yè)務(wù)應(yīng)用中剝離出來， 集約建設(shè)、統(tǒng)一管理、按需使用， 形成共享資源池已成為當(dāng)務(wù)之急。目前政府信息化建設(shè)的主要矛盾如下。(1) 新建系統(tǒng)周期較長， 投資成本高
目前大部分政務(wù)系統(tǒng)均配置專屬的服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備， 從規(guī)劃、立項、采購、建設(shè)到交付的周期， 往往按年計算。同時， 由于系統(tǒng)獨立運行、硬件無法共享， 資源利用率十分低下， 產(chǎn)生大量重復(fù)建設(shè)問題。
(2) 運營維護效率低， 管理成本高
政務(wù)系統(tǒng)硬件均通過單獨的項目采購， 往往包括多個廠商， 無法做到統(tǒng)一管理。因此網(wǎng)管系統(tǒng)只能實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)控， 無法做到告警的關(guān)聯(lián)分析和故障的快速定位， 導(dǎo)致大部分工作依然靠人工的方式處理， 運維效率低下。
由于云計算技術(shù)的快速發(fā)展， 建設(shè)智慧的政務(wù)云資源池是解決以上問題的重要途徑。
政務(wù)云能基于VDC (Virtual Data Center， 虛擬數(shù)據(jù)中心) 實現(xiàn)多政府部門、多業(yè)務(wù)應(yīng)用的資源共享和按需服務(wù)， 通過云管平臺實現(xiàn)整個云資源池的統(tǒng)一運營和運維， 達成跨區(qū)域、跨部門的信息共享， 滿足業(yè)務(wù)不斷發(fā)展和隨時變化的需要。
二、政務(wù)云平臺總體架構(gòu)設(shè)計
政務(wù)云平臺的建設(shè)是一個復(fù)雜、社會化的工程， 需立足于較高的建設(shè)起點， 以長遠的眼光通盤考慮。政務(wù)云總體設(shè)計應(yīng)充分考慮目前業(yè)務(wù)系統(tǒng)的內(nèi)部整合， 以及資源靈活調(diào)配、統(tǒng)一管理的業(yè)務(wù)需求。為了完善隨需應(yīng)變的應(yīng)用環(huán)境， 政務(wù)云平臺的建設(shè)既要考慮技術(shù)先進性， 又要遵循簡化、共享、標準、動態(tài)的原則進行。(1) 采用層次清晰、結(jié)構(gòu)完整、開放共享的技術(shù)支持框架， 實現(xiàn)目前條塊分割、煙囪式的架構(gòu)向統(tǒng)一、協(xié)同、開放的架構(gòu)轉(zhuǎn)變， 打造政務(wù)信息資源整合和信息交換的中央樞紐， 以持續(xù)、穩(wěn)定、安全的架構(gòu)支撐政府公共服務(wù)一體化、個性化、智能化。
(2) 各部門按照數(shù)據(jù)向上集中、服務(wù)向下延伸的建設(shè)思路， 充分利用電子政務(wù)云平臺上的公共基礎(chǔ)設(shè)施及政務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)， 建設(shè)本部門業(yè)務(wù)應(yīng)用， 形成統(tǒng)一證書認證、統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心、統(tǒng)一網(wǎng)站入口、統(tǒng)一安全支撐以及各應(yīng)用系統(tǒng)互聯(lián)互通的工作模式。
(3) 機房資源、網(wǎng)絡(luò)資源、 (物理/虛擬) 計算存儲資源、數(shù)據(jù)資源、軟件資源、服務(wù)運營運維、安全管理全局共享， 并根據(jù)業(yè)務(wù)運行情況實現(xiàn)平峰錯谷和彈性伸縮。政務(wù)云總體架構(gòu)設(shè)計如圖1所示， 主要由基礎(chǔ)設(shè)施層、資源管理層和云運營運維管理層組成， 另外還提供安全和災(zāi)備能力?；A(chǔ)設(shè)施層：服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等物理設(shè)施， 構(gòu)成融合資源池的基礎(chǔ)架構(gòu)。
資源管理層 (虛擬化層)：基于Open Stack統(tǒng)一管理主流虛擬化軟件， 對計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等物理資源進行虛擬化， 提供統(tǒng)一的資源池和基礎(chǔ)的運維能力。
云運營運維管理層：統(tǒng)一管理多個數(shù)據(jù)中心資源層提供的資源池， 提供統(tǒng)一運營和運維管理， 構(gòu)建統(tǒng)一的融合資源池， 實現(xiàn)資源共享。云運營運維管理層可以分為運維系統(tǒng)和運營系統(tǒng)兩部分。運營系統(tǒng)主要提供數(shù)據(jù)中心服務(wù)管理， 提供V D C服務(wù)、云主機服務(wù)、物理機服務(wù)、云磁盤服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及應(yīng)用部署服務(wù)。
運維系統(tǒng)提供對多數(shù)據(jù)中心的統(tǒng)一運維管理能力， 包括資源管理、告警管理、拓撲管理、性能管理以及統(tǒng)計報表等。政務(wù)云基于云運營運維管理層提供的運營和運維能力， 匹配業(yè)務(wù)場景， 通過服務(wù)目錄向各需求單位提供各類服務(wù)， 承載各部門政務(wù)應(yīng)用。通過VDC服務(wù)的形式進行資源的靈活分配， 實現(xiàn)VDCaa S (VDC as a Service， VDC即服務(wù)) ， 在VDC內(nèi)部進一步通過云主機、物理機、云存儲、彈性IP地址等服務(wù)提供自助資源發(fā)放， 實現(xiàn)Iaa S， 同時實現(xiàn)政務(wù)云平臺的容災(zāi)備份， 保障關(guān)鍵業(yè)務(wù)的連續(xù)性。圖1 政務(wù)云總體架構(gòu)設(shè)計三、政務(wù)云平臺詳細網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
在進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計前， 首先要根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)情況， 對政務(wù)云平臺進行安全域劃分， 建議劃分為互聯(lián)網(wǎng)區(qū)、政務(wù)外網(wǎng)區(qū)以及專網(wǎng)托管物理分區(qū)， 分別承載三個分區(qū)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。在互聯(lián)網(wǎng)區(qū)和政務(wù)外網(wǎng)區(qū)之間可以部署數(shù)據(jù)緩沖區(qū)， 實現(xiàn)跨區(qū)數(shù)據(jù)交換。政務(wù)云安全域劃分設(shè)計如圖2所示?；ヂ?lián)網(wǎng)區(qū)：承載政務(wù)直接面向互聯(lián)網(wǎng)用戶的業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源區(qū)， 包括政府門戶網(wǎng)站、網(wǎng)上服務(wù)大廳、市民服務(wù)中心等。
政務(wù)外網(wǎng)區(qū)：承載政務(wù)外網(wǎng)業(yè)務(wù)， 包括民政、工商、稅務(wù)等各委辦局專業(yè)業(yè)務(wù)。
專網(wǎng)托管區(qū)：承載政務(wù)專網(wǎng)中相對敏感的業(yè)務(wù)系統(tǒng)， 或一些不適合在虛擬化環(huán)境中運行的系統(tǒng)， 與其他區(qū)域進行完全物理隔離。
數(shù)據(jù)緩沖區(qū)：部署數(shù)據(jù)交換管理平臺 (網(wǎng)閘或防火墻) ， 可以對互聯(lián)網(wǎng)區(qū)和政務(wù)外網(wǎng)區(qū)進行數(shù)據(jù)交換， 同時進行數(shù)據(jù)的清洗和脫敏等處理。根據(jù)政務(wù)云平臺的分區(qū)設(shè)計， 以互聯(lián)網(wǎng)區(qū)為例， 進一步對云平臺組網(wǎng)進行詳細設(shè)計， 將區(qū)域分為核心交換區(qū)和業(yè)務(wù)功能區(qū)， 業(yè)務(wù)功能區(qū)中包括業(yè)務(wù)、存儲、管理三個平面 (根據(jù)業(yè)務(wù)需求可再增加數(shù)據(jù)備份及同步平面) 。業(yè)務(wù)平面中， 包括業(yè)務(wù)區(qū)、測試區(qū)、大數(shù)據(jù)區(qū)等多個子資源池， 具體如圖3所示。圖2 政務(wù)云安全域劃分設(shè)計在詳細設(shè)計中， 核心交換區(qū)的功能主要是完成各服務(wù)功能分區(qū)之間數(shù)據(jù)流量的高速交換， 是數(shù)據(jù)中心南北向流量和東西向流量的交匯點。核心交換區(qū)主體采用兩臺核心交換機構(gòu)建雙網(wǎng)雙平面架構(gòu)， 通過多條鏈路聚合技術(shù)保證網(wǎng)絡(luò)的高性能、高可靠。核心交換機支持SDN (Software Defined Network， 軟件定義網(wǎng)絡(luò)) 和Vx LAN (Virtual Extensible LAN， 虛擬擴展局域網(wǎng)) 等功能， 通過虛擬化技術(shù)實現(xiàn)多實例， 每個實例均擁有獨立的處理能力和運行環(huán)境， 可以實現(xiàn)安全域劃分和故障域隔離， 在提升設(shè)備資源利用率及可靠性的同時， 降低網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險。同時， 核心交換區(qū)提供對業(yè)務(wù)流量的控制和優(yōu)化， 如安全控制、負載分擔(dān)等智能功能。核心交換機串聯(lián)或旁掛防火墻設(shè)備， 實現(xiàn)訪問數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的南北流量及區(qū)間互訪東西流量的安全控制。圖3 互聯(lián)網(wǎng)區(qū)詳細網(wǎng)絡(luò)設(shè)計業(yè)務(wù)功能區(qū)按照業(yè)務(wù)部署和運行要求， 劃分為業(yè)務(wù)區(qū)、測試區(qū)和大數(shù)據(jù)區(qū)， 滿足不同性能要求的業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署。各區(qū)可在存儲設(shè)備上劃分不同的存儲池， 但采用相同的網(wǎng)絡(luò)方案接入核心交換區(qū)可簡化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計， 降低維護難度。單臺機架服務(wù)器分別連接業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)、存儲網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)三個不同的網(wǎng)絡(luò)平面:業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供萬兆光口對接接入交換機， 提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)訪問網(wǎng)絡(luò)， 通過大帶寬滿足業(yè)務(wù)交互和對外提供服務(wù)的帶寬要求；存儲網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供光纖接口， 采用光纖交換機構(gòu)建獨立的光纖網(wǎng)絡(luò)， 實現(xiàn)SAN存儲設(shè)備的高速訪問；管理網(wǎng)絡(luò)帶外管理采用千兆網(wǎng)絡(luò)， 接入帶外管理交換機， 提供物理設(shè)備帶外管理， 帶內(nèi)管理流量接入業(yè)務(wù)交換機， 通過VLAN與業(yè)務(wù)平面實現(xiàn)邏輯隔離， 通過鏈路的主備綁定， 提升管理網(wǎng)絡(luò)的可靠性。圖4 政務(wù)云災(zāi)備設(shè)計四、政務(wù)云災(zāi)備設(shè)計
政務(wù)云承載著大量政務(wù)系統(tǒng)， 其重要性不言而喻。為了保證系統(tǒng)的高可靠性， 可以通過建設(shè)雙活數(shù)據(jù)中心進行異地容災(zāi)， 確保在單個政務(wù)云節(jié)點出現(xiàn)故障的情況下， 業(yè)務(wù)可以切換至容災(zāi)節(jié)點。政務(wù)云要實現(xiàn)雙活， 必須在各個層面實現(xiàn)災(zāi)備設(shè)計， 具體如圖4所示。
在網(wǎng)絡(luò)層面， 可以通過部署GSLB (Global Server Load Balance， 全局負載均衡) 設(shè)備實現(xiàn)資源訪問在兩個政務(wù)云節(jié)點之間的調(diào)度。負載均衡設(shè)備能夠?qū)τ脩舻脑L問進行智能分析決策， 返回給用戶一個最佳的服務(wù)地址， 同時對訪問應(yīng)用集群的流量進行合理調(diào)度， 如果集群中某一節(jié)點不可用， 則將該節(jié)點移出集群， 把訪問流量分配到其他可以正常工作的節(jié)點。根據(jù)業(yè)務(wù)訪問模型的不同， 政務(wù)云提供高可靠的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)， 通過Vx LAN技術(shù)實現(xiàn)雙數(shù)據(jù)中心大二層互通， 形成跨節(jié)點的雙活網(wǎng)絡(luò)， 允許應(yīng)用集群、虛擬機跨節(jié)點部署、遷移， 并且進行訪問路徑的優(yōu)化， 使客戶端就近訪問業(yè)務(wù)所在的政務(wù)云節(jié)點。
政務(wù)云上， 各個委辦局的業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署一般分為業(yè)務(wù)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)對性能的不同要求， 業(yè)務(wù)服務(wù)器建議采用虛擬化部署方式， 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器建議采用物理機部署的方式。在應(yīng)用層面， 可采用應(yīng)用集群和虛擬機遷移等技術(shù)， 提供用戶跨節(jié)點的高可用和應(yīng)用訪問調(diào)度能力， 通過數(shù)據(jù)RAC (Real Application Cluster， 真正應(yīng)用集群) 等技術(shù)部署或集群方式實現(xiàn)兩個數(shù)據(jù)中心間的數(shù)據(jù)庫實時同步和雙活。配合監(jiān)聽及應(yīng)用程序故障轉(zhuǎn)移技術(shù)， 數(shù)據(jù)庫集群在服務(wù)器或單個節(jié)點出現(xiàn)故障時， 能夠使客戶端在新的連接中繼續(xù)工作， 防止業(yè)務(wù)中斷。
在存儲雙活方面， 可使用雙寫技術(shù)， 上層應(yīng)用在兩個政務(wù)云節(jié)點同時讀寫、存儲， 寫入數(shù)據(jù)的同時寫入兩個節(jié)點的存儲， 最大程度保證數(shù)據(jù)的可靠性和一致性， 并且做到存儲、讀寫時延的性能優(yōu)化。雙活存儲鏡像采用光纖互聯(lián)， 兩政務(wù)云節(jié)點相距25km以內(nèi)可采用裸光纖直連， 如果距離超過25km， 建議使用OTN (Optical Transport Network， 光傳送網(wǎng)) 波分設(shè)備構(gòu)建兩數(shù)據(jù)中心的同城網(wǎng)絡(luò)。部署OTN波分設(shè)備時， 建議采用1+1主備線路雙發(fā)選收的方式， 提供物理鏈路的高可靠性， 一條裸光纖中斷時， 另一條裸光纖可馬上恢復(fù)業(yè)務(wù)流量， 切換時上層網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用無感知。
結(jié)合應(yīng)用雙活和存儲雙活， 可以推動智慧政務(wù)云實現(xiàn)最高級別的業(yè)務(wù)連續(xù)性， 確保業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障， 甚至單數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)故障時， 業(yè)務(wù)無感知并自動切換， 實現(xiàn)RPO (Recovery Point Objective， 恢復(fù)點目標) =0、RTO (Recovery Time Objective， 恢復(fù)時間目標) ≈0。
五、結(jié)束語
通過政務(wù)云的建設(shè)， 大大降低政府部門的信息化投資風(fēng)險， 提高業(yè)務(wù)上線速度， 同時能夠?qū)Χ鄠€政務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施進行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一管理、按需使用和資源共享。政務(wù)云還通過全方位的網(wǎng)絡(luò)安全和容災(zāi)備份設(shè)計， 提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)的風(fēng)險抵御能力， 確保政府對外服務(wù)的不間斷性， 為政府的服務(wù)轉(zhuǎn)型奠定良好的基礎(chǔ)。同時， 政務(wù)云是智慧城市發(fā)展的重要一環(huán)， 政務(wù)云結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等關(guān)鍵技術(shù)， 向下實現(xiàn)城市發(fā)展更泛在的互聯(lián)， 向上實現(xiàn)政務(wù)數(shù)據(jù)更智能化的分析， 這是下一步重點研究的方向。
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