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部署以及大數據時代的海量數據存儲需求，云存儲無論是對個人還是企業用戶都起到積極的作用。現在高校師生在教學以及科研中都會產生大量非結構化數據，而這些數據都存儲在私人電腦或移動存儲介質中，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，結合高速局域網中的教學應用平臺，在多媒體教學中實現數據安全存儲，從而解決傳統存儲存在的一些弊端。
引言
隨著信息化技術飛快發展，信息化資源越來越豐富，為了適應現代化、信息化、數字化社會發展趨勢，各行各業的數字化信息資源也在迅猛增加。大數據行業崛起，數據存儲應運而生。在高校中，信息化建設給實驗課程教學帶來了諸多便利，信息化技術逐漸融入高校教學中，慢慢替換傳統板書的教學模式。教師們也都在改革教學模式，融入信息化多媒體資源，運用多媒體數據結合教學提高教學質量，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條件基本已經成熟，校園網絡交換機、傳輸媒介、虛擬化技術、存儲技術、安全防護技術等都已經非常成熟。網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，對于數據共享基本能夠實現高速傳輸[2]。
1云存儲的分類
隨著信息化技術的發展及商業化規模的擴張，云存儲已經成為新一代信息化技術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，屬于一種新型的網絡存儲技術，主要通過虛擬化、集群、網絡技術、分布式、壓縮技術、容災技術等功能，將不同類型的存儲設備通過軟件系統組合后協同工作，實現數據有序存儲及訪問。經過近幾年的信息化發展，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，而用戶數據則存儲在由第三方公司開發的虛擬存儲資源池中。所有硬件設備、資源池及軟件系統都部署在互聯網中，用戶可以通過常規的系統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化的行為，現有的公有云存儲產品有Dropbox、百度云、阿里云等[4]。私有云存儲的資源池是企業用戶內部專用或歸企業用戶所有和管理，而用戶數據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中，僅供局域網用戶訪問，安全系數較高，但建設成本也高，需要購買授權及支付系統維護費用。
2私有云存儲的特點及優勢
私有云存儲并不是一個具體的物理存儲設備，而是企業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、冗余技術等，并結合功能軟件系統作為入口的云存儲服務系統。存儲介質可以分布在不同的地點，通過光纖互聯，局域網內實現高速傳輸，存儲介質可以選用SCSI或SAS等價格低廉的硬盤。物理上存儲介質部署于不同的地點，邏輯上是屬于一個統一的存儲系統，可以在管理平臺中實現邏輯虛擬化管理。私有云存儲的核心硬件在于存儲介質，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時都會考慮到數據冗余，防止硬盤故障導致數據丟失，而數據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，從而整體提升數據存儲的效率。數據存儲時，每個數據都被切成許多小塊，分別存放在各個硬盤中，數據塊在整個陣列中存有備份，當陣列中任意一個硬盤發生故障時，數據塊經過重構，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中，數據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中，企業局域網一般使用NAT技術訪問互聯網，而局域網以外的用戶是無法知道局域網拓撲及IP分布情況，另外還有出口防火墻作為局域網屏障，因而私有云存儲系統被網絡攻擊概率更低，相對公有云存儲而言會更安全。在私有云存儲部署完成后，新應用系統開發及部署時，可以提供直接從私有云存儲中劃分資源池作為數據存儲，應用系統服務器采用高速光纖卡接入存儲系統便能高速的讀取數據。
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，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。該層主要向校園網用戶提供身份認證、權限管理、資源分配、存儲狀況監控等。身份認證可以通過LDAP協議對接校園卡數據中心，根據工號或者學號作為數據表主鍵進行校驗。權限管理主要是針對校園網用戶身份進行角色區分，包含教師、學生、管理人員，權限設定必須嚴格根據用戶屬性把控，只有符合權限訪問屬性的用戶才允許訪問指定數據，或者根據用戶個人訪問申請，在管理人員同意后授權開放指定數據的訪問權限。資源分配可以根據用戶角色進行分配。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據，但校園網私有云環境下比較傾向于集中式存儲，因為用戶基數小、數據機房少的特點，部署一套TB級數據存儲設備足夠校園網用戶用于教學。高校私有云存儲主要以教學為主而非商業，更多地考慮建設成本，在實現陣列時，通常考慮采用RAID5級別，既保證磁盤單點故障時用戶數據不受影響，同時也節約了成本投入。
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、統一殺毒系統。出口防火墻主要是抵御校園網以外的用戶非法訪問數據，做到數據與外界隔絕的效果，從而起到被網絡攻擊的防護作用。堡壘機主要是監控和記錄系統管理人員在管理應用系統、存儲系統、數據庫系統等系統時的操作行為，避免系統管理人員誤操作、越權操作及非法操作導致系統奔潰、數據丟失。Web應用防火墻則應該部署在應用系統前端，可以防止校園網用戶攻擊，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用戶數據，而這些數據有可能帶有病毒或木馬，在用戶將數據寫入云存儲設備時，需要對數據進行殺毒。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據安全。
5私有云存儲的教學應用
隨著信息化的發展，數字媒體也蓬勃發展，高校教學中也融合了許多信息技術。在高校中，現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，甚至作業或測驗都是通過信息化系統完成的。在教學過程中涉及許多教師和學生的數據文件，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，在校園網中部署私有云存儲及有關教學應用系統。從目前看，這項信息化技術的教學改革是成功的，也是社會發展趨勢。立足高校人才培養目標，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果文件，可以存放在校園私有云存儲系統的學生目錄下，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量及教學成果。教學延伸階段，主要是由教師在結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輔于教學，部分教學系統在教學過程中會產生許多大量電子資料，可以通過API與私有云存儲系統對接，將系統數據集中存儲到校園私有云存儲中。
6結語
目前信息化技術已經進入5G時代，高校教學中產生的課件、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]
[1]楊盛，祝世東，姜柳，等.基于Seafile的高校私有云存儲平臺的構建[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2015（4）：353-355.
[2]周可，王樺，李春花.云存儲技術及其應用[J].中興通訊技術，2010（4）：24-27.
[3]吳密，云存儲技術在數字圖書館館藏資源安全存儲中的應用研究[J].河南圖書館學刊，2019（9）：83-84，87.
[4]楊岳湘，鄧文平，鄧勁生.基于云存儲的網盤系統架構及關鍵技術研究[J].電信科學，2012（10）：68-72.
作者：陳潤 單位：中山大學新華學院
