主頁（http://www.130131.com）：基于云計算架構(gòu)的智慧政務(wù)平臺設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：通過對政務(wù)云平臺總體架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜腿轂?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(jìn)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(jìn)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(hù)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(dá)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(yuǎn)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(jìn)性, 又要遵循簡化、共享、標(biāo)準(zhǔn)、動態(tài)的原則進(jìn)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(rèn)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。

　　基礎(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(jìn)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?fù)涔芾�、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(jìn)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(jìn)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(xì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

　　在進(jìn)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(jìn)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。

　　互聯(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(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換, 同時進(jìn)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(jìn)一步對云平臺組網(wǎng)進(jìn)行詳細(xì)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(xì)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(kuò)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(fù)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(xì)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(hù)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(jìn)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(fù)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(fù)載均衡設(shè)備能夠?qū)τ脩舻脑L問進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)) =0、RTO (Recovery Time Objective, 恢復(fù)時間目標(biāo)) ≈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(jìn)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。

作者：中國電信上海分公司 趙彥杰 鄭鴻飛