文檔名稱文檔密級DATE\@"yyyy-MM-dd"2015-08-26H3C機密，未經許可不得擴散第頁H3C云學堂技術方案方案概述隨著信息技術飛速發展，從國家主管部門到一線的教師都深深的意識到，必須對教育事業進行信息化改造，才能持續滿足不斷變化的教學需求。而教育方式的信息化改造，又是其中最基礎、最重要的部分。目前，傳統的教學方式已不能充分滿足當前教學發展的要求，教學過程中的一系列問題都嚴重影響了教學質量和進度，如何利用先進的信息技術和現代教育思想，為教育創新提供信息化的教學環境，是擺在教育工作者面前的一個嶄新且富有挑戰的課題。H3C基于最前沿的云計算技術，結合廣大院校的實際困境，有針對性的設計出了新一代計算機教室建設方案——H3C云學堂。每間教室只需配備一臺云學堂主機，便可獲得最多70臺性能卓越的虛擬機，這些虛擬機通過網絡交付給云終端，學生便可體驗生動的云學堂環境。云學堂將云計算技術和教育場景緊密結合，可以按照課程提供豐富多彩的教學模板，實現教學集中化，管理智能化，維護簡單化，將教學帶入云時代。產品背景近年來，云計算因其資源按需交付、數據可靠、安全合規、成本可控、高利用率、高可用、統一管理等特性，在各行各業被越來越廣泛的使用。

然而云計算在教育行業卻鮮有落地，究其原因，主要在于部署困難、管理門檻高、用戶體驗較差以及初始投資較高。建設目標H3C對國內上萬所普教、職教、高教等各類院校開展了深入的實地調研，針對傳統教學方式中存在的問題，結合云計算的特性，推出了云學堂解決方案。本方案的總體目標是使用最前沿的云計算技術打造云教學機房。通過在教室部署高性能云學堂主機（UIS-Class）和云學堂終端，用虛擬桌面替代傳統PC，交付學生上課需要的教學桌面，并通過云學堂管理平臺對云主機進行管理，使用云學堂多媒體教學軟件豐富的教學功能高效的完成教學，從而提高教學質量和教學體驗，降低運維難度，在達到信息化目標的同時，節能環保，打造綠色的云校園。具體建設內容包括：在教室或數據中心機房部署云學堂主機，安裝CAS虛擬化平臺和云學堂管理平臺；

用瘦客戶機替換傳統PC或直接PC利舊，將其改造成云終端（安裝云學堂學生端）；教師機上安裝云學堂教師端和專為虛擬化環境優化的云學堂多媒體教學軟件；設計思路

H3C通過實地調研，對各類院校的教學方式和教學習慣作了深入的研究，并結合教學機房建設的新需求和教育局要求的師機、生機比例達標部署建議，總結出了最適合教學場景的云學堂解決方案。方案在兼顧教學的各類需求的同時，致力于改善課堂體驗，提升教學質量，降低運維難度，降低TCO。云學堂可以根據教學需求靈活的提供多種課程模板，支持極速啟動和實時切換課程；集成的多媒體教學軟件在提供豐富教學功能的同時，能有效維護課堂紀律，保證學生專心聽課，提升教學質量。云學堂方案將云計算技術和教學場景緊密結合，實現交付簡單化、教學智能化、運維集中化，體現出“全融合、重體驗、易維護、高效率”的核心價值，將教學機房帶入云時代。方案優勢交付簡單：軟硬件全融合，一體化交付，安裝后只需進行少量簡單配置即可使用，無需測試調優。操作方便：管理員、教師、學生有各自的操作界面。管理員可以通過Web瀏覽器隨時隨地登錄管理平臺進行監控和運維工作；教師可以選擇課程、一鍵開關機、一鍵上下課并使用多媒體教學軟件的豐富功能；學生開機即獲得超越PC體驗的云桌面，操作與傳統PC無差別。

設備利舊：推薦使用瘦客戶機代替傳統

PC，瘦客戶機價格低、能耗低、占空間少、生命周期長。當然，也可以通過安裝云學堂學生端程序將現有

PC

改造成云終端，從而降低前期成本。業務連續：所有數據都保存在云端，計算也都在云端進行，終端或網絡發生故障時，虛擬機仍然正常運行在云主機上，待故障恢復后，自動重連到虛擬機，桌面依然保持故障前的狀態。當服務器或教室出口網絡發生故障時，教師可以控制學生終端切換到本地系統，繼續上課，并且教學軟件的主要功能仍然可以使用。可保證上課決不中斷，避免教學事故。數據安全：H3C自主研發的哈雷桌面傳輸協議只傳輸桌面圖像變化，不傳輸關鍵數據，看得見、帶不走，從根本上降低了安全風險。H3C的CAS虛擬化平臺針對存儲作了深度優化，即使部分存儲故障，數據也決不丟失。系統穩定：無需借助還原卡，每次下課或手動還原時，虛擬桌面都會恢復到初始狀態，管理員不再需要定期還原或更新操作系統，學生每次獲取到的都是全新的桌面，從本質上提升了業務連續性和系統穩定性，無視病毒的威脅，基本可以保證系統零故障。維護便捷：課程模板化，不需要再反復重裝終端系統、安裝軟件，維護難度和復雜度降至最低。對課程的修改只需要在模板上操作一次，學生就可以獲得最新的教學桌面。工作量從N減少到1，以前要花費幾十個小時，現在只需要10~20分鐘。平臺強大：云學堂使用CAS作為虛擬化平臺。CAS是業界領先的虛擬化平臺，功能豐富，性能卓越，成熟穩定，可保證同等資源下提供更優質的體驗。統一管理：所有桌面的管理和配置工作都在云端進行，管理員可以隨時隨地對所有桌面進行統一配置和管理,例如系統升級、應用安裝等,避免終端分散造成的管理困難，降低管理成本。功能豐富：不僅提供豐富的管理功能，還借助多媒體教學軟件，向用戶交付豐富的教學功能，例如屏幕廣播、在線考試、電子白板等，極大的提高了教學質量和教學效率。綜上所述，H3C云學堂具有“全融合、重體驗、易維護、高效率”的特點，讓師生在現代化的云學堂環境中，獲得卓越的教學體驗。功能介紹管理端介紹如圖所示的是云學堂管理端。管理端擁有美觀、友好的界面，用最簡化的操作涵蓋最豐富的管理功能。管理員可以通過Web隨時隨地登錄管理平臺，進行云主機資源監控、課程模板管理與制作、賬號管理、虛擬機管理、云終端管理等工作。教師端介紹如圖所示的是云學堂教師端。任課教師可以使用教師賬號登錄教師端。H3C對實際教學場景和操作習慣進行了細致的分析，有針對性的設計了簡潔、易操作的界面和功能。上課時，教師先通過遠程開機開啟所有學生終端，在課程列表選擇需要的課程，點擊“上課”按鈕，最多70臺虛擬機會在2分鐘內啟動完畢，并交付給學生。上課過程中，教師可以點擊“啟動教學軟件”按鈕打開多媒體教學軟件，使用豐富的教學功能。下課時，教師點擊“下課”按鈕，所有資源會被云主機回收，然后通過遠程關機關閉所有學生終端。同時，教師還能通過“更多”菜單喚出更豐富細致的管理功能，例如：單點還原學生系統，控制學生是否可以連接Internet、是否可以使用USB設備、是否可以使用音頻設備、是否可以進入終端本地系統、是否可以使用虛擬應用功能等。學生端介紹如圖所示的是云學堂學生端。教師端開始上課前，學生可以自由選擇課程列表里的課程進行學習。當教師開始上課后，學生端會自動切換到教師選擇的課程。當學生端系統發生故障時，學生可以發起請求，由任課教師控制學生端系統還原成初始狀態，只需十幾秒，發起請求的學生就可以獲得全新的教學桌面，繼續上課，并且不會影響其他學生。學生端網絡斷開重連或系統重啟后，都會自動連入教學桌面，無法逃脫，保證同步教學。學生端可以使用虛擬應用的功能，借助CAS虛擬化平臺的混合計算功能，將計算壓力從云主機分擔到負載相對較輕的學生終端，從而實現對CPU消耗較大的重載應用的支持。多媒體教學軟件介紹如圖所示的是多媒體教學軟件，提供了豐富的教學功能，涵蓋功能包括：屏幕廣播、屏幕錄播、屏幕轉播、屏幕監看、網際影院、網絡過濾、分組教學、網絡畫板、電子舉手、電子點名、遠程控制、學生演示、聯機討論、試卷導入、在線考試、電子搶答、文件管理、文件分發、電子教鞭、電子表決、黑屏肅靜、語音廣播、語音對講。功能上基本可以覆蓋95%以上的教學場景，且針對虛擬化環境做了大量細致的優化，性能相比同類軟件大幅領先。用戶場景分析傳統教學機房的困境通過對多所院校實際場景的調研，我們總結出一系列傳統教學機房面臨的問題。隨著辦學規模的不斷擴大，學生數量持續增加，教學資源逐漸緊張，因此各院校都在不斷增加計算機的購置和教學機房的部署。目前很多教學工作都在機房進行，而教學機房也是學生課余時間上網查資料、完成作業的主要場所，所以機房的管理和響應速度，將直接決定教學工作能否順利開展。但教學機房的管理難度大、軟硬件更新快、維護復雜、系統穩定性差，給教學機房的管理者帶來了挑戰。以某中學為例，該校在每間計算機教室中部署50臺PC供學生進行上機操作，為防止學生操作導致的數據丟失和系統損壞，學校不得不在每臺PC中安裝還原卡，確保每次重啟PC時，系統還原到初始狀態。還原卡設置繁瑣、故障率高、對硬件要求苛刻，為了不陷入PC越用越少的困境，初期還得多采購一批備件，導致初始成本升高。另外，還原卡還容易被學生破解，系統依舊經常損壞，管理員就必須重裝系統解決。同時，因教學需要往往需要安裝大量教學軟件，系統兼容性差、過度臃腫，令系統反應越來越慢，問題頻現。這些情況不僅會影響教學質量和教學效率，降低上課體驗，也極大的增加了管理員的工作量。該校每年還會對外承接至少兩次等級考試。每次考試之前，管理員都要為所有PC重裝系統，準備考試需要的環境，考試結束后又要裝一次系統，將PC恢復成教學需要的環境，工作量極大。

盡管該校針對教學機房做了節能方案，如按時斷電、學生下課關機檢查、教師巡檢等。但機房電力消耗依舊是困擾學校的一大難題，其中，數量眾多PC是機房的用電大戶。機房類型分析各院校的教學機房建設時間、機房環境、維護條件和資金預算各不相同，前期需要根據實際環境，經過現場勘測、需求交流，打造符合教學要求、既節省成本又能解決問題的云教學機房。H3C擁有服務器、存儲、網絡、虛擬化等全面的產品線，產品性能業界領先，穩定性久經考驗，能根據用戶實際需求，按需、彈性的交付最適合用戶情況的云學堂方案。云機房建設關鍵點根據學校實際情況決定實施方案，舊機房改造可繼續沿用已有PC，通過安裝軟件將其改造成云終端，充分利舊、節省成本。新建機房則推薦采用瘦客戶機全面代替PC，成本可控、節能環保。用戶需求分析核心需求教學機房的建設往往需要達成以下目標：保障教學連續性和數據安全性：教學系統穩健性要得到進一步加強，在學生上機操作時對課件進行處理的時候，數據、系統的安全性會受到來個人自誤操作及外部網絡的各種威脅，為了防止人為或病毒的攻擊，解決方案需要提供一套安全保護措施，充分保證操作系統和數據應用系統的安全，同時要實現在多教室同時授課情況下，對數據和系統的安全性和可靠性的保障措施，災難應對及恢復策略。減少對現有環境的修改：在建設新機房的同時盡可能減少對學校現有網絡環境和電路作修改。最好可以沿用原有舊機房直接改造，或者在新建機房時不需要部署強電，直接從普通教室升級而來即可。

保證教學應用系統及外圍設備的兼容性

：保證系統在3-5年時間內兼容現有教學應用系統，并能夠隨時支持新的教學場景切換。要實現最高效的教學應用系統的集中管理、充分考慮合理的運維費用和較小的運維服務難度，最大限度地降低綜合的維護成本。兼顧到不同時期的各項軟件應用及硬件設備，利用較小的代價改造這些系統。

兼顧到與已有的各種教學管理系統和身份認證系統的兼容性。

兼顧不同終端設備，包括PC，云終端等。兼顧多種外接設備，如USB設備，并口設備，串口設備等。設計要求需求特點總結隨著信息化校園的建設和云計算的升溫，基于云計算的應用交付逐步成為教育行業發展的必然趨勢。學校期望的，是可以在預算不變的前提下加快信息化建設步伐，現有教學系統和應用可以平穩過渡到桌面云上，教師和學生在教學上有更優的體驗，而管理員也不需要為系統的安全和數據保護而分心，能將更多的精力投入到業務創新中。方案設計原則根據上述的需求分析和部署環境的實際特點，使用H3C云學堂解決方案整體規劃與打造云機房，需要本著以下原則進行：統一規劃、逐步建設實施原則機房在統一規劃的前提下，根據學校的實際需求，進行逐步實施，充分考慮各種因素。

集成性原則通過統一集成的規劃，實現基于云桌面訪問的系統接入規范，從而逐步實現對全校教學系統用戶接入的全面融合。安全性原則根據桌面訪問的不同安全等級要求，和網絡訪問的安全規范，制定系統的安全性規范，完善信息安全策略和信息安全標準，滿足數據安全和訪問安全的要求，提供可靠的系統安全管理模式。可擴展性原則系統的設計要考慮到學校未來發展的需要，架構應滿足橫向和縱向擴展的需求，在架構簡明的基礎上，降低各功能模塊和組件的耦合度，并充分考慮到兼容性，實現快速高效的擴展方案。適應性原則系統需充分考慮到已有的IT資源投入，適配網絡、系統和應用架構，避免在構建過程中的大范圍系統改造，降低系統復雜度和建設成本。總體架構云學堂解決方案的核心構成是H3C云學堂管理端、教師端和學生端。管理員在管理端上針對不同課程制作課程模板。教師在教師端程序執行簡單操作：選中所需課程，點擊“上課”，即可在云主機中生成幾十個虛擬桌面并推送到學生端；點擊“下課”即可終止課程，刪除所有虛擬機，回收資源。云主機的操作記錄，運行狀態等，可通過Web圖形化管理界面查看，一目了然。學生的云終端開機后自動和云主機連接，獲取虛擬桌面，操作方式與傳統PC完全相同。針對不同的使用場景，需要注意以下幾點：以教室為單位按課程制作鏡像順序：按課表中的課程分別創建虛擬機→按課程要求在虛擬機中安裝標準化操作系統→安裝課程需要的教學應用和多媒體教學軟件→將虛擬機轉換成模板并按課程命名。如果不同的課程使用相同或類似的教學應用，可以考慮將應用合并在同一個課程模板中，對模板名稱加以注釋即可，這樣可以減少存儲空間占用，減少資源浪費。應用的兼容性。為避免課程應用出現兼容性問題，在虛擬機中安裝應用時要注意環境變量調優和參數配置，保證所有應用使用正常。外設的兼容性。考慮到不同課程可能會對外設有詳細要求，需要打開云主機中外設重定向功能，將外設連接至云終端，在虛擬機中驗證設備可正常識別并安裝好設備驅動，測試基本功能沒問題，再將虛擬機制作成課程模板。因為安裝不同應用的虛擬機對云主機系統資源占用量不同，所以在滿足用戶需求的前提下，建議按照最大資源占用量制作方案，并選擇云學堂主機類型。下文中將分析目前的重要使用場景，并提出推薦和備選的解決方案。教室部署教室部署就是在每個教學機房獨立部署一臺云主機，其特點是：帶寬充足，顯示效果最佳，不占用校園網絡帶寬問題不出教室，定位容易，影響較小管理按實際教室劃分，一目了然不必改造現有網絡架構數據中心部署在數據中心或設備機房中集中部署，通過校園網交付遠程桌面，最突出的特點是：

云主機不用放在教室內，節省空間，避免噪音，減輕空調壓力數據中心整體環境更好，服務器老化慢，故障率相對較低數據中心相對封閉，財產安全，避免被破壞單點維護，管理員在數據中心就可以完成所有運維工作網絡需要相應的作規劃對于該場景，由于所有終端使用校園網連接至數據中心，對核心交換機有一定的要求。需要為云學堂環境單獨配置局域網環境，并配置專用交換機，連接數據中心的云主機和教學機房中的云終端。雖然數據中心部署看上去略復雜一些，但是綜合其他因素考慮，如果學校條件允許，還是建議部署在數據中心，便于管理維護，服務器性能也更容易發揮極致。方案詳述

以新建一個50人的教學機房、云主機在數據中心部署為例，方案設計如下圖：云主機設計云主機采用H3C自主研發的高性能服務器，配備了性能卓越的處理器、高速固態存儲、高速內存，搭載業界領先的CAS虛擬化平臺和云學堂軟件，軟硬件全融合，一體化交付。按常用的教學課程需求計算資源，每臺云主機最大可同時交付70個高性能虛擬桌面。虛擬桌面操作系統采用32位Windows7操作系統，每桌面配置2G內存，可以滿足日常教學需求。采用鏈接克隆技術批量生成虛擬機，生成的差分數據存儲在高速固態硬盤中，以此解決IO瓶頸導致的啟動風暴問題。每次上課均生成新的虛擬機，保證系統的安全性和穩定性，每次下課時所有虛擬機均會自動刪除，學生所做的任何修改都會被丟棄，需要保存的個人數據或作業可以提交到作業空間。作業空間其實就是虛擬桌面自動掛載的共享磁盤，劃分成教師空間和學生空間。教師空間對教師和所有學生可見，學生空間僅對學生本人和教師可見。教師可以上傳課件和作業到教師空間供學生下載。學生可以將完成的作業提交到作業空間，供教師提取。在課程模板上安裝上課所需的教學應用，將制作完成的課程模板存儲在云主機的大容量SATA硬盤中，容量可根據用戶實際需求配置。網絡拓撲設計

根據前述的需求分析、設計原則，以及總體架構的要求，網絡拓撲圖如下所示：云主機和學生機之間采用H3C自主研發的哈雷桌面傳輸協議，每個終端只需要極少的帶寬即可流暢工作，因此只需要在接入交換機上分配1個GE口作為教室網絡出口即可滿足網絡需求。桌面傳輸協議設計H3C云學堂采用自主研發的哈雷桌面傳輸協議，高傳輸效率、低帶寬占用，提供更佳的性能和更好的體驗。該協議除包含多條虛擬控制通道，可以單獨控制，提供了最大的控制自由度。主要優勢功能包括：數據加密傳輸加速2D圖形渲染圖形智能壓縮，根據網絡帶寬自動調節畫質視頻重定向，允許播放高清視頻外設重定向，允許使用更多的外接設備計算重定向，允許使用終端的計算能力運行重載應用，分擔云主機的計算壓力Internet控制，允許控制學生能否連接Internet本地系統控制，允許控制學生能否登入終端本地，服務器故障時還能繼續上課安全設計H3C云學堂解決方案隔離了學生對本地系統的直接訪問，通過虛擬化技術，將所有數據都存放在云端，大大提高了系統整體的安全性。賬號分級管理，按角色分權。考慮到部分教師IT水平有限，只有管理員可以登錄管理平臺進行虛擬機級的操作，這樣可以避免教師誤操作對系統產生負面影響。教師通過賬號+MAC地址綁定的認證方式登錄教師端。用戶訪問虛擬桌面時，采用業界領先的哈雷桌面傳輸協議交互。該協議僅傳輸桌面圖像變化和鼠標移動、鍵盤輸入等少量信息，并且會自動對傳輸內容加密。業務數據在云端不落地，避免數據泄露的可能性。提供集中的、精細化的策略控制用戶的授權訪問，針對用戶、網絡位置、終端環境、應用、云主機等屬性決定是否允許用戶訪問。云終端設計推薦使用瘦客戶機代替傳統PC。瘦客戶機外觀精致，體型小巧、連線簡潔，可保證機房環境干凈整潔；接口豐富，可滿足教學過程中一切外設需求；配置高性能X86處理器、高速內存和高速固態硬盤，提升操作體驗；能耗極低，綠色環保；具有硬件成本低、能耗低、用途廣、生命周期長等特點。也支持對現有PC進行利舊，只需安裝云學堂學生端軟件即可。因為計算都在云端進行，所以對終端的處理能力要求并不高，即使是已經使用了四五年的舊PC也可以勝任。安裝云學堂學生端軟件之后，終端啟動后會自動連接到虛擬桌面，除非教師控制，否則本地系統對學生不可見。方案也允許用戶將外設連接到云終端上，無需另裝驅動，即可像在傳統PC上一樣使用這些外接設備，例如標準USB設備、串并口設備等。該功能可以讓學生與傳統方式無差異的使用任何USB存儲設備。如果學校對該功能有顧慮，也可以關閉外設重定向。模板管理設計方案提供了標準化的課程模板，管理員可以根據在此標準模板上安裝教學需要的軟件，制作個性化的課程模板。任何修改只需要在模板上進行，學生就可以獲得最新的教學桌面。通過此功能的靈活使用，區域間傳遞優質的教學資源成為可能，極大的平衡了地區間的資源差異，提升區域整體教學水平。設備選型

根據本項目的設計要求，推薦的設備選型如下：產品型號UIS-Class云主機CPU2路XEONE5-2650V3內存160G存儲2*480GSSD+2*1TSATA網口缺省4個GE口，可擴展10G光口產品型號K390N云終端CPUIntel賽揚1037U雙核1.8GHz內存2G存儲16G高速固態硬盤網口1*GE口顯卡IntelHD集成顯卡端口1*HDMI、1*VGA、4*USB、1*麥克風、1*揚聲器/耳機設備配置清單

根據該項目整體方案的設計，本項目中所涉及到的相關產品如下表：序號設備類型產品型號數量說明1云主機UIS-Class1單臺最多支持70個桌面2云終端K390N503教師機標準PC14顯示器標準50與終端數相同5鼠標鍵盤標準50與終端數相同6云學堂軟件H3CloudClass1每教室一套7多媒體教學軟件1每教室一套云學堂方案特點和優勢交付簡單：軟硬件全融合，一體化交付，安裝后只需進行少量簡單配置即可使