基于家庭宽带的私有云搭建技术实践（原创）

如今的信息时代，我们的生产生活基本上都离不开“云”，市场上各类基于云技术的产品百花齐放，当我们习惯于把所有数据都放在“云”上，你会不会有一种感觉，似乎这些数据都放在别人那里，并没有真正在自己手中。作为从事IT行业的“攻城狮”或“程序猿”，是不是很希望有一套能自己完全可控的云平台，无论硬件资源和软件资源都可由自己随意掌控和调配，没错，这就是大家耳熟能详的“私有云”！如果你也有这样的想法，不妨跟着我，试着一步步打造属于自己的私有云。

【第一阶段】

以上是我们想要实现的一个小目标，不过在此之前，需要满足一些基础条件和必要的准备工作，主要包括以下几个关键步骤：

一、需求分析

首先，明确私有云平台的建设目标，如数据存储、文件共享、影音播放等。根据需求选择合适的硬件和软件，确保平台能够满足个人和家庭不同情况的实际需求。比如就我而言，我需要满足可靠的个人数据存储，方便的文件传输，能快速部署应用的系统环境，以及方便的系统管理等等。当然这些需求不一定能一次性满足，但在架构设计之初需要考虑必要的扩展性。当我们确定了需求之后，就可以进入前期准备阶段。

二、硬件准备

1. 路由器：我们要选择支持DDNS和端口转发的路由器，以便实现外网访问。这里我选择的是开源的Openwrt系统，这是一个高度可定制的路由器系统，有很多设备可以进行刷机使用。

2. NAS设备：购买或自行组装NAS设备，用于存储数据和运行服务。NAS设备应具备足够的存储空间和良好的性能，以满足后期应用搭建的需求。实际上我使用了数台设备，包括群晖、X86服务器等。

3. 宽带接入：和所有的IT项目建设一样，首先要有可靠的网络环境，作为基于家庭宽带的技术方案，当然就利用现有的家庭宽带资源。目前大多数家里都有500M—1000M不等的宽带网络，如果有公网IP地址是最好的，如果没有也是有办法的，这里先不展开讲，确保家庭宽带接入稳定，带宽足够，以支持私有云平台的正常运行。

三、软件配置

1. 操作系统：在NAS设备上安装合适的操作系统，如Linux或Windows Server，以及其它NAS系统等。我的NAS设备使用了群晖的系统，该系统性能稳定，操作和配置非常容易，后期管理和维护压力会小很多。

2. 虚拟化软件：根据需要安装虚拟化软件，如VMware或Hyper-V等，以便在NAS或服务器设备上运行多个虚拟机。

3. 服务软件：安装所需的服务软件，如文件共享服务、数据库服务、影音播放服务等。

四、网络配置

1. 申请公网IP：前面提到如果能联系宽带运营商申请到公网IP是最好的，外网可以直接访问到家里的资源，否则只能利用内网穿透技术实现外网访问，会有一些速度和功能上的限制。

2. 配置DDNS：这一步比较重要，由于我们的家庭宽带是动态地址，IP地址经常会改变，所以需要去注册一个域名，通常在阿里云，腾讯云等服务商处可以方便的注册，价格也很便宜。注册好以后在路由器上配置DDNS服务，将公网IP与域名绑定，以便通过域名访问到家里的服务器。

3. 端口转发：在路由器上设置端口转发规则，将外部访问请求转发到内网设备的相应端口，如NAS的网盘端口、下载端口、虚拟机的远程桌面端口等，从而实现访问同一个域名下的不同服务。

五、安全设置

1. 防火墙配置：在路由器和NAS设备上配置防火墙规则，允许需要的访问请求，限制不必要的外部访问。

2. 数据保护：对存储在NAS设备上的数据进行加密处理，确保数据安全。这一步基本上在成熟的NAS系统中都有完善的设定，在此不去赘述。

3. 定期备份：在任何的IT系统中，这个步骤贯穿设计、建设和维护的全流程。我们搭建云平台的目的就是为了数据自主可控，如果不能做到数据的万无一失，那就很大程度失去了自建系统的意义，那还不如直接使用公有云。因此必须制定合理的备份方案，定期备份重要数据，以防数据丢失或损坏。这在后期维护过程中也是最主要的工作之一，后面会专门讲到。

六、测试与优化

1. 功能测试：当我们利用软硬件资源搭建好了应用，需要对私有云平台进行功能测试，确保各项服务正常运行。比如在外网是否能顺利访问，客户端是否能正常连接到服务端等等。

2. 性能测试：对私有云平台进行性能测试，比如下载速度是否正常，连接响应速度如何，评估其性能和稳定性。

3. 优化调整：根据测试结果对硬件和软件进行优化调整，以提高整套系统的性能和稳定性。

通过以上步骤，可以成功搭建一个基于家庭宽带的“私有云”平台。我们可以在家里的服务器上部署各类应用，比如网盘，手机上的照片可以随时自动发送到家里的存储设备，在使用上就跟手机自带的功能相差无几，唯一的区别就是数据是放在自己家里而不是别人那里；还可以部署一个私人影音库，在手机上就能在线播放家里的视频；或者是建一个网站，做一个自己博客，总之有了这个平台，你可以尽情发挥，功能仅受限于你的想象和能力。

事实上，如果项目仅仅建设到这里还算不上真正的私有云，充其量就是一组家庭服务器资源，但已经初步具备了云平台的功能特性，离我想要的云平台还差一步，所以我还要继续建设。

【第二阶段】

接下来，我们从架构上评估一下，现在搭建的这套系统全都在一个地方，也就是自己家里，属于一个节点，如果家里停电或断网，就意味着整套系统无法访问，达不到“云”的标准，所以我们还需要不同的节点。对了，我父母家里也有宽带网络，何不利用起来？按照前面的方案，在父母家再建一套相同的系统，软硬件配置大致相同，如此一来，我们的私有云就有了2个节点，现在需要做的是把这2个节点连接起来，形成一个整体，发挥出双节点的作用。这里需要用到异地组网技术。所谓异地组网，就是把两个不同地方的网络通过相应的网络协议连接起来，从逻辑上组成一个网络，让两地的设备就好像在同一个内网，可以方便的相互访问，这个技术方案比较多，根据我的实际情况，经过对比，我选用了Wireguard协议，最终实现了我家网络和异地网络的互联互通。既然两边的网络和系统结构差不多，为了实现高可用，最好的办法就是做双活，这是在数据中心建设过程中常用的思路，我的这个小型私有云同样可以采用。双活的好处在于，两个节点互为备份，当一个节点失效时，另外一个节点可以迅速接管服务，做到热备份。这样一来，我们向真正的私有云是不是又更进了一步？如果按照这个思路，当我们有3个数据节点的时候，岂不是可以实现两地三中心的完美方案？没错，在岳父母家里再建一套，最终我真的实现了基于家庭宽带的小型数据中心两地三中心的架构！1号节点作为主数据中心，2号节点作为同城数据中心，3号节点作为异地灾备中心，按照架构设计，我的大部分应用都在1号和2号节点上运行，它们之间的数据保持实时同步，完全可以满足我的各类IT需求，在双活和热备加持下，网络可用性和系统稳定性也大大提升。同时，1号节点和2号节点会定期把重要数据自动传输到3号节点进行备份，当1号和2号节点发生重大故障的时候可以从3号节点恢复关键数据。

我的项目建设到这里，才呈现出了一个完整的私有云平台的雏形。可以说在这个私有云平台上，我的个人数据真正实现了自主可控，万无一失。无论从整体架构上以及功能实现上都已经具有相当的可用性。在这套系统中，可以快速部署应用并上线运行，目前上线的功能有：个人博客、网盘、云笔记、流媒体点播、在线音乐、下载以及VDI云桌面和用于大数据模型测试的AI助手等。后台还有完善的备份机制，确保整个平台平稳运行。

但是我要面临的另一个问题是，随着节点的增加，网络设备和服务器数量大大增加，当运维规模达到四个网络节点十几台网络设备和服务器的时候，管理和维护工作量也相应增加，为了更好地管理和使用这套私有云平台，我建了一个网站（该网站建在1号和2号节点并实现负载均衡），把各项功能进行分类并做成统一入口，而不必去记忆各种地址和端口号。同时更多地利用自动化脚本来实现日常运维工作，毕竟这套系统从架构设计、建设实施、运维管理只有我一个人。从最开始尝试搭建服务器开始，陆陆续续扩充完善这套系统大约用了近5年时间，目前运行正常，给我的工作学习带来的很大的帮助。

【总结及心得】

通过合理的架构设计并选择相应的技术路径，经过实践验证，使用家庭宽带等非商用基础设施也完全可以实现云平台的搭建，从个人的运行情况来看，在不断优化调整之后可实现长期稳定运行。

几年前一开始想要建私有云平台，我的知识储备其实是不够的，在这个项目过程中不断学习和摸索，其中包括网络技术、服务器管理、数据中心架构、网站设计、数据库迁移、运维测试演练以及PHP脚本等多方面的知识，对于学习IT知识形成了较大的驱动力。在实施过程中每一步都涉及到很多技术细节，当你通过查阅资料，请教同行，不断尝试最终实现功能的时候，成就感满满，能够切实体会到学习的乐趣和技术的魅力。

【郑重提示】该项目主要目的是基于现有家庭软硬件资源的技术实践，不具备实际运营条件，否则面临一定的法律风险。仅用于学习和交流。