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1、 一、 云实训室应用方案1.1 方案概述随着信息技术的飞速发展，教学的需求也越来越多元化，传统的教学方式显然已经不能满足当前教学发展的要求，同时，教学过程中的一系列问题也严重影响了教学质量和教学进度。从国家主管部门到深耕三尺讲台的老师都深刻的意识到，必须对教育进行信息化改造，才能持续满足不断变化的教学需求，其中，教育方式的信息化改造又是最基础也最重要的一部分。而如何利用先进的信息技术为教育创新营造有利的环境，是摆在教育工作者面前的一个崭新且富有挑战的课题。H3C基于最前沿的云计算技术，结合广大院校的实际困境，有针对性的设计出了新一代计算机教室建设方案H3C云学堂。根据需要部署云主机资源池，启动
2、虚拟机并通过网络交付给云终端，学生便可体验生动的云学堂环境。云学堂将云计算技术和教育场景紧密结合，可以按照课程创建丰富多彩的教学模板，并提供功能全面的教学管理功能，体现“多、快、好、省”的核心价值，将教学带入云时代。1.1.1 产品背景近年来，云计算因其资源按需交付、数据可靠、安全合规、成本可控、高利用率、高可用、统一管理等特性，在各行各业被越来越广泛的使用。然而云计算在教育行业却鲜有落地，究其原因，主要在于部署困难、管理门槛高、用户体验较差以及初始投资较高。1.1.2 建设目标H3C对国内上万所普教、职教、高教等各类院校开展了深入的实地调研，针对传统机房教学方式中存在的问题，结合云计算的特性
3、，推出了云学堂解决方案。本方案的总体目标是使用最前沿的云计算技术打造云教学机房。通过在教室部署高性能云学堂主机和云学堂终端，用虚拟桌面替代传统PC，向学生交付上课需要的教学桌面，并通过云学堂管理平台对云主机进行管理，使用云学堂多媒体教学管理软件丰富的教学功能高效的完成教学，从而提供丰富的教学场景支持，提高教学质量和教学体验，降低运维难度，在达到信息化目标的同时，节能环保，打造绿色的云校园。具体建设内容包括：n 在数据中心机房或教室部署云学堂主机，安装CAS虚拟化软件和云学堂管理端软件；n 在瘦终端或旧PC上安装云学堂学生端软件，将其改造成云终端；n 在教师机上安装云学堂教师端软件；1.1.3
4、设计思路H3C通过实地调研，对各类院校的教学方式和教学习惯作了深入的研究，并结合教学机房建设的新需求和教育局要求的师机、生机比例达标部署建议，总结出了最适合教学场景的云学堂解决方案。方案在兼顾教学的各类需求的同时，致力于改善课堂体验，提升教学质量，降低运维难度，降低TCO。部署云学堂后，用户可以根据各种需要灵活创建课程模板，并在极短的时间内完成60个虚拟桌面的启动；使用多媒体教学管理组件丰富的教学功能，有效维护课堂纪律，提高教学质量。同时，用户可以不必在维护上耗费大量时间，软件维护工作量只有从前的十分之一；硬件更是可以做到零维护。1.2 用户需求分析1.2.1 核心需求教学机房的建设往往需要达
5、成以下目标：保障教学连续性和数据安全性：教学系统稳健性要得到进一步加强，在学生上机操作时对课件进行处理的时候，数据、系统的安全性会受到来个人自误操作及外部网络的各种威胁，为了防止人为或病毒的攻击，解决方案需要提供一套安全保护措施，充分保证操作系统和数据应用系统的安全，同时要实现在多教室同时授课情况下，对数据和系统的安全性和可靠性的保障措施，灾难应对及恢复策略。减少对现有环境的修改：在建设新机房的同时尽可能减少对学校现有网络环境和电路作修改。最好可以沿用原有旧机房直接改造，或者在新建机房时不需要部署强电，直接从普通教室升级而来即可。保证教学应用系统及外围设备的兼容性：保证系统在3-5年时间内兼容
6、现有教学应用系统，并能够随时支持新的教学场景切换。要实现最高效的教学应用系统的集中管理、充分考虑合理的运维费用和较小的运维服务难度，最大限度地降低综合的维护成本。兼顾到不同时期的各项软件应用及硬件设备，利用较小的代价改造这些系统。兼顾到与已有的各种教学管理系统和身份认证系统的兼容性。兼顾不同终端设备，包括PC，云终端等。兼顾多种外接设备，如USB设备，并口设备，串口设备等。1.2.2 设计要求1）需求总结随着信息化校园的建设和云计算的升温，基于云计算的应用交付逐步成为教育行业发展的必然趋势。学校期望的，是可以在预算不变的前提下加快信息化建设步伐，现有教学系统和应用可以平稳过渡到桌面云上，教师和
7、学生在教学上有更优的体验，而管理员也不需要为系统的安全和数据保护而分心，能将更多的精力投入到业务创新中。2）设计原则根据上述的需求分析和部署环境的实际特点，使用H3C云学堂解决方案整体规划与打造云机房，需要本着以下原则进行：n 统一规划、逐步建设实施原则机房在统一规划的前提下，根据学校的实际需求，进行逐步实施，充分考虑各种因素。n 集成性原则通过统一集成的规划，实现基于云桌面访问的系统接入规范，从而逐步实现对全校教学系统用户接入的全面融合。n 安全性原则根据桌面访问的不同安全等级要求，和网络访问的安全规范，制定系统的安全性规范，完善信息安全策略和信息安全标准，满足数据安全和访问安全的要求，提供
8、可靠的系统安全管理模式。n 可扩展性原则系统的设计要考虑到学校未来发展的需要，架构应满足横向和纵向扩展的需求，在架构简明的基础上，降低各功能模块和组件的耦合度，并充分考虑到兼容性，实现快速高效的扩展方案。n 适应性原则系统需充分考虑到已有的IT资源投入，适配网络、系统和应用架构，避免在构建过程中的大范围系统改造，降低系统复杂度和建设成本。1.3 用户场景分析1.3.1 传统教学机房的困境通过对多所院校实际场景的调研，我们总结出一系列传统教学机房面临的问题。随着办学规模的不断扩大，学生数量持续增加，教学资源逐渐紧张，因此各院校都在不断增加计算机的购置和教学机房的部署。目前很多教学工作都在机房进行
9、，而教学机房也是学生课余时间上网查资料、完成作业的主要场所，所以机房的管理和响应速度，将直接决定教学工作能否顺利开展。但教学机房的管理难度大、软硬件更新快、维护复杂、系统稳定性差，给教学机房的管理者带来了挑战。以某中学为例，该校在每间计算机教室中部署60台PC供学生进行上机操作，为防止学生操作导致的数据丢失和系统损坏，学校不得不在每台PC中安装还原卡，确保每次重启PC时，系统还原到初始状态。还原卡设置繁琐、故障率高、对硬件要求苛刻，为了不陷入PC越用越少的困境，初期还得多采购一批备件，导致初始成本升高。另外，还原卡还容易被学生破解，系统依旧经常损坏，管理员就必须重装系统解决。同时，因教学需要往
10、往需要安装大量教学软件，系统兼容性差、过度臃肿，越来越卡顿，问题频现。这些情况不仅会影响教学质量和教学效率，降低上课体验，也极大的增加了管理员的工作量。该校每年还会对外承接至少两次等级考试。每次考试之前，管理员都要为所有PC重装系统，准备考试需要的环境，考试结束后又要装一次系统，将PC恢复成教学需要的环境，工作量极大。尽管该校针对教学机房做了节能方案，如按时断电、学生下课关机检查、教师巡检等。但机房电力消耗依旧是困扰学校的一大难题，其中，数量众多PC是机房的用电大户。1.3.2 机房类型分析各院校的教学机房建设时间、机房环境、维护条件和资金预算各不相同，前期需要根据实际环境，经过现场勘测、需求
11、交流，打造符合教学要求、既节省成本又能解决问题的云教学机房。H3C拥有服务器、存储、网络、虚拟化等全面的产品线，产品性能业界领先，稳定性久经考验，能根据用户实际需求，按需、弹性的交付最适合用户情况的云学堂方案。1.3.3 云机房建设关键点根据学校实际情况决定实施方案，旧机房改造可继续沿用已有PC，通过安装软件将其改造成云终端，充分利旧、节省成本。新建机房则推荐采用瘦客户机全面代替PC，成本可控、节能环保。1.4 总体架构云学堂解决方案的核心构成是H3C云学堂管理端、教师端和学生端。管理员在管理端上针对不同课程制作课程模板。教师在教师端程序执行简单操作：选中所需课程，点击“上课”，即可在云主机中
12、生成几十个虚拟桌面并推送到学生端；点击“下课”即可终止课程，删除所有虚拟机，回收资源。云主机的操作记录，运行状态等，可通过Web图形化管理界面查看，一目了然。学生的云终端开机后自动和云主机连接，获取虚拟桌面，操作方式与传统PC完全相同。针对不同的使用场景，需要注意以下几点：n 以教室为单位按课程制作镜像顺序：按课表中的课程分别创建虚拟机按课程要求在虚拟机中安装标准化操作系统安装课程需要的教学应用和多媒体教学管理组件将虚拟机转换成模板并按课程命名。如果不同的课程使用相同或类似的教学应用，可以考虑将应用合并在同一个课程模板中，对模板名称加以注释即可，这样可以减少存储空间占用，减少资源浪费。n 应用
13、的兼容性。为避免课程应用出现兼容性问题，在虚拟机中安装应用时要注意环境变量调优和参数配置，保证所有应用使用正常。n 外设的兼容性。考虑到不同课程可能会对外设有详细要求，需要打开云主机中外设重定向功能，将外设连接至云终端，在虚拟机中验证设备可正常识别并安装好设备驱动，测试基本功能没问题，再将虚拟机制作成课程模板。因为安装不同应用的虚拟机对云主机系统资源占用量不同，所以在满足用户需求的前提下，建议按照最大资源占用量制作方案，并选择云学堂主机类型。下文中将分析目前的重要使用场景，并提出推荐和备选的解决方案。1.4.1 教室部署教室部署就是在每个教学机房独立部署一台云主机，其特点是：n 带宽充足，显示
14、效果最佳，不占用校园网络带宽n 问题不出教室，定位容易，影响较小n 管理按实际教室划分，一目了然n 不必改造现有网络架构1.4.2 数据中心部署在数据中心或设备机房中集中部署，通过校园网交付远程桌面，最突出的特点是：n 云主机不用放在教室内，节省空间，避免噪音，减轻空调压力n 数据中心整体环境更好，服务器老化慢，故障率相对较低n 数据中心相对封闭，财产安全，避免被破坏n 单点维护，管理员在数据中心就可以完成所有运维工作n 网络需要相应的作规划对于该场景，由于所有终端使用校园网连接至数据中心，对核心交换机有一定的要求。需要为云学堂环境单独配置局域网环境，并配置专用交换机，连接数据中心的云主机和教
15、学机房中的云终端。虽然数据中心部署看上去略复杂一些，但是综合其他因素考虑，如果学校条件允许，还是建议部署在数据中心，便于管理维护，服务器性能也更容易发挥极致。1.5 方案详述以新建1个64终端的教学机房、云主机在数据中心部署为例。1.5.1 云主机设计云主机采用H3C自主研发的高性能服务器，配备了性能卓越的处理器、高速固态存储、高速内存，搭载业界领先的CAS虚拟化平台和云学堂软件，软硬件全融合，一体化交付。虚拟桌面操作系统采用32位Windows7操作系统，每桌面配置2G内存，可以满足日常教学需求。采用链接克隆技术批量生成虚拟机，生成的差分数据存储在高速固态硬盘中，以此解决IO瓶颈导致的启动风暴问题。每次上课均生成新的虚拟机，保证系统的安全性和稳定性，每次下课时所有虚拟机均会自动删除，学生所做的任何修改都会被丢弃，需要保存的个人数据或作业可以提交到作业空间。作业空间其实就是虚拟桌面自动挂载的共享磁盘，划分成教师空间和学生空间。教师空间对教师和所有学生可见，学生空间仅对学生本人和教师可见。教师可以上传课件和作业到教师空间供学生下载。学生可以将完成的作业提交到作业空间，供教师提取。在课程模板上安装上课所需的教学应用，将制作完成的课程模板存储在云主机的大容量SATA硬盘中，容量可根据用户实际需求配置。1）CAS虚拟化平台设计方案2）资
