重構與優化：數字化校園網絡設計路徑

摘要：數字化校園的網絡設計需要對網絡拓樸結構的重新建構、網絡系統的三層結構的優化以及IP地址的設計和合理分配，解決用戶的帶寬、安全、管理計費和靈活擴展等問題。

關鍵詞：數字化校園；網絡設計；IP地址規劃

中圖分類號：TP393.18 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 14-0044-02

數字化校園是指一個網絡化、數字化、智能化有機結合的新型教育、學習和研究的校園平臺。它是師生獲取豐富資源的渠道，是師生交互的樞紐、在教學和管理中起著極其重要的作用。由于數字化校園建設是一項龐大的系統工程，本文擬以南京郵電大學（三牌樓校區）數字化校園建設為例，談談校園網的優化設計。

一、現實與發展：校園網的不足與訴求

目前，校園網已存在嚴重不足，表現為網絡出口帶寬不足，網絡諸塞、訪問速度慢；管理、計費方式單一，智能化管理滯后；網絡規劃不合理，不安全因素增多；網絡設備陳舊，制約網絡性能的發揮等。

現代化的數字化校園對網絡要求較高，中心層必須具有萬兆級帶寬和處理性能；設備、業務、鏈路的可靠性設計；智能識別應用事件、調度網絡資源的QOS需求；阻擊病毒和黑客的攻擊的安全保障等。

二、重構與優化：數字化校園的架構設計

校園網優化設計方案將從學校的實際應用出發，結合現代信息技術的發展，遵循實用、科學、合理、靈活和安全的設計原則。校園網的架構主要是硬件系統架構，它包括綜合布線系統架構、基礎網絡架構和數據中心架構等，綜合布線系統采用模塊化的結構，按照每個模塊的不同作用，將工作區子系統、水平子系統、垂直子系統、管理子系統、設備間子系統和園區子系統等的架構和優化，實現六個子系統的統一和協調；數據中心架構即實現服務器系統的虛擬化和存儲系統的智能化等，本文側重于基礎網絡的架構。

（一）重構網絡拓撲結構

采用分層來設計網絡拓撲結構，主要用于局域網設計，即將復雜的網絡設計分成幾個層次，每個層次著重于某些特定的功能，這樣就能夠使一個復雜的大問題變成許多簡單的小問題。中心層提供整個網絡的核心任務，它負責中心多層路由、交換能力，中轉層主要實現內部網和外部網的訪問控制，減輕了中心層路由交換機的負載，同時保證了設備的統一性，為將來網絡維護和管理提供了極大的便利；接入層向用戶提供桌面，連接和本地的交換能力；中心層通過校園樓宇的光纖連接，可采用多條千兆鏈路捆綁技術，提供高速的主干通道。這樣設計具有節省成本、易于理解、易于擴展、易于排錯等優點。

重構后的網絡拓撲圖如圖1-1所示。

（二）優化網絡系統結構

校園網絡系統從結構上分為中心層、中轉層和接入層。中心層的功能主要是實現骨干網絡之間的優化傳輸，它一直被認為是所有流量的最終承受者和匯聚者，所以對中心層的設計以及網絡設備的要求十分嚴格。中心層設備將占投資的主要部分。中轉層的功能主要是連接接入層節點和中心層中心，中轉層設計為連接本地的邏輯中心，仍需要較高的性能和比較豐富的功能。接入層的設計上主張使用性能價格比高的設備。接入層是最終用戶(教師、學生)與網絡的接口，應該具備即插即用特性以及易于維護的特點，在接入層面，通過定義相應的訪問策略，實現訪問控制，內外隔離。

1.中心層網絡設計

中心層是網絡的高速交換主干，對整個網絡的連通起到至關重要的作用。中心層主要負責以下的工作，提供交換區塊間的連接、提供到其他區塊如服務器區塊的訪問、盡可能快地交換數據幀或數據包等。它應該具有如下幾個特性：可靠性、高效性、冗余性、容錯性、可管理性、適應性、低延時性等。在中心層中，應該采用高帶寬的千兆以上交換機。

2.中轉層網絡設計

中轉層是網絡接入層和中心層的“中介”，就是在工作站接入中心層前先做匯聚，以減輕中心層設備的負荷，資源和服務先分散在節點上，避免了性能瓶頸，增強了擴展性。中轉層具有實施策略、安全、虛擬局域網（VLAN）之間的路由、源地址或目的地址過濾等多種功能。在中轉層中，應該采用支持三層交換技術和VLAN的交換機，以達到網絡隔離和分段的目的。

3.接入層網絡設計

接入層為用戶提供了接入網絡的能力，接入層通過堆疊方式連接到分布層中，然后再通過分布層連接到網絡的主干。應注意要適度超前，分期實施，簡化設計，安全隔離。在校園網絡中，接入層交換機包括將本地的信息點連接至骨干網絡，同時因為采用了堆疊的技術，可以使分布層和接入層合而為一，不僅簡化了網絡結構，同時也節省了網絡投資。

（三）規劃IP地址

IP地址編址設計和分配利用時，遵循自治、有序、可持續性和可聚合等原則。此次方案的設計中，采用“公私結合、動靜結合”的原則，由于學校由多個子網組成，IP地址采用由32位二進制數碼組成，8位為一組，分為4組，中間用\".\"隔開。每個子網中，路由器到交換機各端口起到網關的作用，為了讓網關IP地址有規律，路由器到以太網端口IP地址的主機標識都取\"1\"。

此次方案的設計中采用“公私”結合和“動靜”結合，“公私”結合即根據所分配的公網IP地址和內部私網IP地址相結合，地址可分為兩大塊，一塊是公網IP地址，作為和國際互聯網互連的地址，主要供網絡中心和圖書館、實驗室專用；一塊是“私網”即校園網的普通用戶，使用內部地址，如：192.168.xxx.xxx，采用代理上網的方式；由于網絡用戶較多，IP地址數量有限采用“動靜”結合，靜態IP地址分配給一些公共的、常用的用戶使用，動態IP由于所有用戶在同一時間上網的可能性不大，誰需要上網采取自動獲取的方式獲得IP地址，這就需要中心交換機支持靜態或動態的IP地址分配，并支持動態IP地址分配方式下DHCP-Relay功能。

三、測試與分析：數字化校園的優點突顯

（一）經測試，優化方案實施后與原有校園網絡數據對比如表2

（二）該設計的優點

解決了用戶存在的帶寬、安全、管理計費、靈活擴展等問題，有效地減輕了流量負荷，使設備時刻保持穩定和高效，保持了網絡穩定、通暢和安全，也有利于未來網絡的擴充和升級。

參考文獻：

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