高校多媒體教學中私有云存儲的應用
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摘要：隨著云計算廣泛的商業(yè)部署以及大數(shù)據(jù)時代的海量數(shù)據(jù)存儲需求，云存儲無論是對個人還是企業(yè)用戶都起到積極的作用?，F(xiàn)在高校師生在教學以及科研中都會產(chǎn)生大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)都存儲在私人電腦或移動存儲介質(zhì)中，存在丟失、泄露、感染病毒等風險。文章提出高校搭建私有云存儲，結(jié)合高速局域網(wǎng)中的教學應用平臺，在多媒體教學中實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全存儲，從而解決傳統(tǒng)存儲存在的一些弊端。
引言
隨著信息化技術(shù)飛快發(fā)展，信息化資源越來越豐富，為了適應現(xiàn)代化、信息化、數(shù)字化社會發(fā)展趨勢，各行各業(yè)的數(shù)字化信息資源也在迅猛增加。大數(shù)據(jù)行業(yè)崛起，數(shù)據(jù)存儲應運而生。在高校中，信息化建設給實驗課程教學帶來了諸多便利，信息化技術(shù)逐漸融入高校教學中，慢慢替換傳統(tǒng)板書的教學模式。教師們也都在改革教學模式，融入信息化多媒體資源，運用多媒體數(shù)據(jù)結(jié)合教學提高教學質(zhì)量，同時改變了教學方法，讓學生能夠更便捷地獲取教學資源[1]。高校建設私有云存儲的技術(shù)條件基本已經(jīng)成熟，校園網(wǎng)絡交換機、傳輸媒介、虛擬化技術(shù)、存儲技術(shù)、安全防護技術(shù)等都已經(jīng)非常成熟。網(wǎng)絡交換機基本是百兆以上，甚至達到了千兆、萬兆的傳輸速率，對于數(shù)據(jù)共享基本能夠?qū)崿F(xiàn)高速傳輸[2]。
1云存儲的分類
隨著信息化技術(shù)的發(fā)展及商業(yè)化規(guī)模的擴張，云存儲已經(jīng)成為新一代信息化技術(shù)變革的重要組成元素，也是一種新的用戶體驗。云存儲是從云計算概念中延伸出來的一個新名詞，屬于一種新型的網(wǎng)絡存儲技術(shù)，主要通過虛擬化、集群、網(wǎng)絡技術(shù)、分布式、壓縮技術(shù)、容災技術(shù)等功能，將不同類型的存儲設備通過軟件系統(tǒng)組合后協(xié)同工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)有序存儲及訪問。經(jīng)過近幾年的信息化發(fā)展，目前常用的云存儲大體分為公有云存儲和私有云存儲兩種，下面分別介紹這兩種云存儲[3]。公有云存儲的硬件設備和虛擬資源池歸第三方公司所有并管理，而用戶數(shù)據(jù)則存儲在由第三方公司開發(fā)的虛擬存儲資源池中。所有硬件設備、資源池及軟件系統(tǒng)都部署在互聯(lián)網(wǎng)中，用戶可以通過常規(guī)的系統(tǒng)連接方式訪問公有云存儲上的資源。一般公有云存儲是一種存儲服務商業(yè)化的行為，現(xiàn)有的公有云存儲產(chǎn)品有Dropbox、百度云、阿里云等[4]。私有云存儲的資源池是企業(yè)用戶內(nèi)部專用或歸企業(yè)用戶所有和管理，而用戶數(shù)據(jù)則存儲在一個私有的存儲資源池中。一般私有云存儲的硬件設備、資源池及軟件都部署在局域網(wǎng)中，僅供局域網(wǎng)用戶訪問，安全系數(shù)較高，但建設成本也高，需要購買授權(quán)及支付系統(tǒng)維護費用。
2私有云存儲的特點及優(yōu)勢
私有云存儲并不是一個具體的物理存儲設備，而是企業(yè)用戶使用多個物理存儲設備通過虛擬化的方式輔于壓縮技術(shù)、冗余技術(shù)等，并結(jié)合功能軟件系統(tǒng)作為入口的云存儲服務系統(tǒng)。存儲介質(zhì)可以分布在不同的地點，通過光纖互聯(lián)，局域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)高速傳輸，存儲介質(zhì)可以選用SCSI或SAS等價格低廉的硬盤。物理上存儲介質(zhì)部署于不同的地點，邏輯上是屬于一個統(tǒng)一的存儲系統(tǒng)，可以在管理平臺中實現(xiàn)邏輯虛擬化管理。私有云存儲的核心硬件在于存儲介質(zhì)，目前主流的存儲多采用價格低廉的機械硬盤。通常在搭建私有云存儲系統(tǒng)時都會考慮到數(shù)據(jù)冗余，防止硬盤故障導致數(shù)據(jù)丟失，而數(shù)據(jù)冗余的方法可以采用磁盤陣列或服務器集群。磁盤陣列是集中存儲，具有獨立冗余能力的陣列存儲，陣列組中由許多單個硬盤組成一個容量巨大的磁盤組，并設置RAID級別，從而整體提升數(shù)據(jù)存儲的效率。數(shù)據(jù)存儲時，每個數(shù)據(jù)都被切成許多小塊，分別存放在各個硬盤中，數(shù)據(jù)塊在整個陣列中存有備份，當陣列中任意一個硬盤發(fā)生故障時，數(shù)據(jù)塊經(jīng)過重構(gòu)，仍然可以提供讀取服務（見圖1）。私有云存儲一般是部署在單位局域網(wǎng)中，數(shù)據(jù)傳輸速率不受運營商帶寬限制，所以傳輸帶寬成本較低，僅需提供高速網(wǎng)絡交換機及光纜就能獲得較高的傳輸帶寬。由于硬件設備部署于局域網(wǎng)中，企業(yè)局域網(wǎng)一般使用NAT技術(shù)訪問互聯(lián)網(wǎng)，而局域網(wǎng)以外的用戶是無法知道局域網(wǎng)拓撲及IP分布情況，另外還有出口防火墻作為局域網(wǎng)屏障，因而私有云存儲系統(tǒng)被網(wǎng)絡攻擊概率更低，相對公有云存儲而言會更安全。在私有云存儲部署完成后，新應用系統(tǒng)開發(fā)及部署時，可以提供直接從私有云存儲中劃分資源池作為數(shù)據(jù)存儲，應用系統(tǒng)服務器采用高速光纖卡接入存儲系統(tǒng)便能高速的讀取數(shù)據(jù)。
3私有云存儲建設框架
高校私有云存儲采用客戶端/服務端架構(gòu)，主要由訪問層、應用接口層、存儲層組成。訪問層。該層作為用戶訪問入口，主要為用戶提供登錄頁面。應用接口層。該層主要向校園網(wǎng)用戶提供身份認證、權(quán)限管理、資源分配、存儲狀況監(jiān)控等。身份認證可以通過LDAP協(xié)議對接校園卡數(shù)據(jù)中心，根據(jù)工號或者學號作為數(shù)據(jù)表主鍵進行校驗。權(quán)限管理主要是針對校園網(wǎng)用戶身份進行角色區(qū)分，包含教師、學生、管理人員，權(quán)限設定必須嚴格根據(jù)用戶屬性把控，只有符合權(quán)限訪問屬性的用戶才允許訪問指定數(shù)據(jù)，或者根據(jù)用戶個人訪問申請，在管理人員同意后授權(quán)開放指定數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限。資源分配可以根據(jù)用戶角色進行分配。存儲層。該層是云存儲中最核心的部分。存儲的硬件設備可以采用光纖通道連接，也可以采用IP協(xié)議方式。公有云存儲設備一般采用分布式的方法，不同地域均有其硬件存儲設備用于存放數(shù)據(jù)，但校園網(wǎng)私有云環(huán)境下比較傾向于集中式存儲，因為用戶基數(shù)小、數(shù)據(jù)機房少的特點，部署一套TB級數(shù)據(jù)存儲設備足夠校園網(wǎng)用戶用于教學。高校私有云存儲主要以教學為主而非商業(yè)，更多地考慮建設成本，在實現(xiàn)陣列時，通常考慮采用RAID5級別，既保證磁盤單點故障時用戶數(shù)據(jù)不受影響，同時也節(jié)約了成本投入。
4私有云存儲安全防護手段
高校中的安全設備一般有出口防火墻、堡壘機、Web應用防火墻、統(tǒng)一殺毒系統(tǒng)。出口防火墻主要是抵御校園網(wǎng)以外的用戶非法訪問數(shù)據(jù)，做到數(shù)據(jù)與外界隔絕的效果，從而起到被網(wǎng)絡攻擊的防護作用。堡壘機主要是監(jiān)控和記錄系統(tǒng)管理人員在管理應用系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等系統(tǒng)時的操作行為，避免系統(tǒng)管理人員誤操作、越權(quán)操作及非法操作導致系統(tǒng)奔潰、數(shù)據(jù)丟失。Web應用防火墻則應該部署在應用系統(tǒng)前端，可以防止校園網(wǎng)用戶攻擊，其防護重點僅僅是在Web應用。在存儲設備中存放了許多校園網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)有可能帶有病毒或木馬，在用戶將數(shù)據(jù)寫入云存儲設備時，需要對數(shù)據(jù)進行殺毒。如果高校部署的是多服務器集群的虛擬化方式，可以采用無或輕方式保障數(shù)據(jù)安全。
5私有云存儲的教學應用
隨著信息化的發(fā)展，數(shù)字媒體也蓬勃發(fā)展，高校教學中也融合了許多信息技術(shù)。在高校中，現(xiàn)代教師授課基本都使用多媒體設備，同時配有多媒體教學方案，PPT課件、實驗資料、視頻資料等，甚至作業(yè)或測驗都是通過信息化系統(tǒng)完成的。在教學過程中涉及許多教師和學生的數(shù)據(jù)文件，考慮到這些文件的讀取、共享、安全、可擴容性等，許多高校逐步改革，在校園網(wǎng)中部署私有云存儲及有關教學應用系統(tǒng)。從目前看，這項信息化技術(shù)的教學改革是成功的，也是社會發(fā)展趨勢。立足高校人才培養(yǎng)目標，將教學劃分為教學計劃、教學過程、教學反饋、教學延伸4個階段。教學計劃階段主要以教師為主體，規(guī)劃課程，編寫教學方案、大綱、課程要求、課程目的，生成教學過程中需要用到的電子文件并存儲于平臺中該課程目錄下。教學過程中，教師和學生都是主體，教師引導學生從私有云存儲中獲取教學電子材料，對于實驗及考試的結(jié)果文件，可以存放在校園私有云存儲系統(tǒng)的學生目錄下，每個學生的專用存儲空間相對隔離，不能共享。教學反饋的主體是學生，主要讓學生能夠在課后及時反饋教學質(zhì)量及教學成果。教學延伸階段，主要是由教師在結(jié)課后分享課程相關擴展知識點的電子資料，包含講義、課件、習題、名師教學視頻等。高校中，許多課程都有自建的課程應用系統(tǒng)輔于教學，部分教學系統(tǒng)在教學過程中會產(chǎn)生許多大量電子資料，可以通過API與私有云存儲系統(tǒng)對接，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中存儲到校園私有云存儲中。
6結(jié)語
目前信息化技術(shù)已經(jīng)進入5G時代，高校教學中產(chǎn)生的課件、視頻等電子資料越來越多，許多師生還在用移動存儲設備作為載體對電子資料進行轉(zhuǎn)移，存在故障率高、容易感染病毒、存儲空間有限以及隨身攜帶不方便等問題。校園網(wǎng)私有云存儲作為師生高速、大容量、安全的存儲設備已成為高校信息化建設發(fā)展的趨勢。私有云存儲在高校課程教學改革及科研中能夠起著不可估量的作用。
[參考文獻]
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作者：陳潤 單位：中山大學新華學院
