“互聯網+教育”環境下高中學校現代化校園網建設研究

張玉波（山東省青島第二中學分校，山東 青島266071）

“互聯網+教育”環境下高中學校現代化校園網建設研究

張玉波
（山東省青島第二中學分校，山東 青島266071）

“互聯網+教育”已經是大勢所趨，學校校園網為了適應“互聯網+教育”的需要必須進行升級改造。文章通過分析學校對現代化校園網的需求及學校現有網絡的一般現狀，提出學校建設現代化校園網的網絡拓撲結構、網絡設備選型、綜合布線設計、網絡地址規劃、后端服務支持設備等方案，為搭建一個能夠很好支持“互聯網+教育”的現代化校園網絡提供可實際參考的建設方案。

校園網；互聯網+；互聯網+教育；教育信息化

在我國，網絡之于教育，最早可追溯到1994年的中國教育科研網示范工程，經過20多年教育信息化的高速發展，我國教育教學面貌發生巨大變化。信息技術在教育教學中已由簡單應用走向與教育教學深度融合，教育要素已經發生深刻甚至是根本性的改變。大部分學校已經建成千兆主干百兆桌面的校園網絡，實現了校園辦公、教務管理、宣傳、選課等教學輔助的數字化和網絡化，現在看來，這種網絡服務僅是教育的輔助手段，并沒有改變教育本身的東西，是傳統的教育信息化。2012年3月教育部印發的《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》中明確指出，以教育信息化帶動教育現代化，破解制約我國教育發展的難題，促進教育的創新與變革，是加快從教育大國向教育強國邁進的重大戰略抉擇。教育信息化應充分發揮現代信息技術優勢，注重信息技術與教育的全面深度融合。

“互聯網+”這一理念從2012年提出來到現在一直被外界廣泛關注。當“互聯網+”遇到教育的時候，互聯網對教育的變革作用也體現得很明顯。“互聯網＋教育”就是通過“互聯網＋”的思想和模式，利用新IT的手段，如云平臺、云計算、大數據、物聯網、移動互聯等技術手段與教育深度融合，從教學方式、學習方式上實現教育模式的徹底變革。要實現這樣的目標，就要從根本上重構和升級現有的校園網絡，從硬件和軟件上與“互聯網＋教育”的需求相適應。

一、普通高中對現代化校園網的需求

現代化的校園網，就是能滿足“互聯網+教育”需要的網絡。鑒于高中學校的特點，對現代化校園網的需求既不等同于大學的需求，也有別于小學和初中的需要。因此，在有限的經費下，以頗具前瞻性的設計規劃搭建校園網的框架，在經費投入方面量入為出的原則，依據高中對“互聯網＋教育”的實際需求量身定做現代化校園網就顯得相當重要，經過對學校管理部門、各學科部分教師和學生的走訪調研，最后將現代化校園網的基本需求歸納總結為四條。

1.實現學校高效管理的變革需要

對普高學校管理的需要，這主要體現在四個部門，即行政辦公、教務、學生處和總務后勤。尤其以前三者為重。各部門對現代化校園網的需求如表1所示。

表1　四部門對“互聯網＋教育”的功能需求描述

從以上各部門的需求可以看出，有的在傳統教育信息化條件下就可以實現（如網站宣傳、辦公、人事等系統），有的是需要移動網絡的支持才能完成 （如移動教學、電子校徽、個性化學習等）。這些對校園網的需求在傳統教育信息化條件下將越來越無法滿足。這些隨著互聯網發展、時代的進步而提出的更高端的需求，對網絡的帶寬、信息點分布密度、接入方式和管理模式都提出了新的要求。

2.實現教師與學生“全天候無障礙”交流的需要

傳統的教育信息化下，沒有改變教師與學生的交流方式，教師與學生除了在課堂上能夠“零距離”交流（大多數時間還是單向的），其他時間基本上是“不可見”的，更談不上互動交流和個性化指導了。在“互聯網＋教育”的條件下，就要拆掉這堵看不見的墻，突破課堂上的時空限制，實現課內外的生生之間、師生之間全天候按需互動交流。

3.實現教師專業自主發展的需要

2015年3月5日，李克強總理在十二屆全國人大三次會議上提出“互聯網+”的國家發展戰略。7月4日，國務院正式頒布的《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》，明確指出，“互聯網+教育”的重點行動是探索新型教育服務供給方式，推動教育服務模式的變革。著力構建網絡化、數字化、個性化、終身化的教育體系。“互聯網+教育”，意味著把互聯網的創新成果與教育教學深度融合，提高教育的質量和效益，使教學更加個性化、教育更加均衡化、管理更加精細化、決策更加科學化。這一切，實質就是當下教師專業發展的方向和目標。具體到學校課堂教學，“互聯網+教育”可幫助教師樹立先進的教學理念，改變課堂的教學手段和方法，大大提升教學素養，使傳統的教學組織形式發生革命性的變化，這些都將促進教學活動更具有互聯網時代的“個性化、移動化、社會化、數據化”的特點。

4.實現學生個性化學習的需要

傳統的教育信息化，僅是在教師授課手段上的體現，對學生個性化學習的需求無法解決。比如，不同層次的學生課外拓展學習的需求，上課沒聽懂想在課下多次自學等。“互聯網＋教育”環境下，將能很好地解決這些問題，使學生真正確立自己的學習主體地位。

實際上，以上學校對教育信息化的需求，與我們國家“十三五”教育信息化的任務是完全契合的。即基本建成“人人皆學，處處能學，時時可學”的與國家教育信息化發展目標相適應的教育信息化體系；全面深化三通兩平臺，加快推動信息技術與教育的融合創新等。要實現這樣的目標，沒有現代化的校園網是不行的。

二、普通高中校園網的現狀

以筆者所在地區35所局屬學校為例，經初步調研，截止到2015年底，校園網基本上以千兆主干百兆到桌面為主，能滿足一般的辦公和教學需求，大多數普高學校還沒有系統的建起移動網絡 （校園Wifi），無法滿足“互聯網+教育”的要求。具體表現為四個方面。

1.綜合布線過時老化且數量不足

網絡綜合布線主要指樓間光纜和樓內網線 （雙絞線），約有6成學校仍然在用超5類雙絞線和千兆多膜光纖，有的學校由于原有信息點數量不足，近兩年在原來基礎上增加了部分5類或6類線路。僅有4成學校完成了綜合布線升級，樓間采用萬兆及以上光纜，樓內采用6類千兆雙絞線。

2.網絡設備品牌不一、層次不等

這主要指防火墻、核心交換機和接入層交換機、服務器、上網行為管理設備等，交換機品牌以華三、華為和銳捷為主，約7成學校的網絡主干是千兆。客觀的問題是交換機品牌規格不一，給實現高效的網絡和有效的網絡安全管理帶來障礙。

3.網絡建設缺乏系統化設計和管理

由于工作的需要，約7成學校存在“作坊式”管理和私搭亂建Wifi熱點的現象，地址規劃不科學，不同需求的用戶擠在一張“大網”中，地址沖突和網絡病毒引發的斷網故障頻發，缺少移動網絡安全管理設備和認證系統的支持。這樣導致整個校園網效率低下，安全無保障。

4.學校教學應用平臺缺乏

超過7成學校，沒有系統的基于校園網絡（含移動無線網絡）的支撐各學科日常教學的軟件平臺。綜合辦公、師生評教等系統也是良莠不齊。學校的網絡更像是一個大網吧，主要提供互聯網上網服務，沒有自己的基于“互聯網+教育”思維支持下的資源服務平臺。

三、支撐“互聯網+教育”的現代化校園網的規劃設計

學校要建設一個符合“互聯網+教育”的現代化的教育信息網絡，實際上就是在原有網絡的基礎上，開展無線網絡（移動網絡）的建設，為師生提供高效、安全、方便的網絡接入服務，為實現網絡教學與學習、在線服務、教育資源共享等各種應用的開展提供服務。為此，必須對原有網絡進行升級改造、更新換代，將無線網絡與有線網絡徹底融合，共同運行，協同管理。同時，在網絡建設時還應遵循一定的原則，即先進性、經濟性、可管理性、易用性、安全性、可持續性的原則。為達到此目標，必須用系統化的思想從四個方面進行網絡規劃設計。

1.規劃確定網絡拓撲結構

網絡拓撲結構是指用傳輸媒體互連各種設備的物理布局，它的作用是為了更直觀明了地看清楚網絡中各個節點之間的鏈接，還有接口之間的鏈接，方便配置和排除錯誤。它也將影響網絡設備的選型、數量、布線方式、升級方法和網絡管理等。因此，應根據有線網絡結構、無線網絡工作模式和實際需求情況，來確定校園網整體拓撲結構框架。如圖1所示，這是融合了有線和無線兩種網絡的具有代表性的現代校園網的拓撲結構圖。

圖1　現代化校園網拓撲結構示意

該網絡拓撲結構，其主干為10G（萬兆）傳輸，各樓區千兆到桌面。核心交換機采用萬兆光模塊與各樓分控間交換機級聯，各樓取消匯聚層交換機，所有交換機與核心交換機萬兆直連，以減少轉發節點，提升主干網傳輸效率。為簡化網絡復雜度和滿足未來POE設備的供電需要，各樓分控間交換機全部采用POE交換機，帶萬兆上行口一個，24或48個千兆電口。無線部分采用Fit AP（瘦AP）直接轉發式組網，支持IEEE 802.11 a/b/g/n/ ac無線協議。教學區采用電子書包專用AP，由無線AC（控制器）統一管理融入有線網，后端配備智能網管和網絡認證系統，實現校園內無感知漫游的功能，該部署方式可以繼承有線網絡的全部安全策略，實現有線和無線網絡的完全融合。DMZ區為各式服務器區域，為校園網提供后端服務。上網行為管理設備提供出口日志記錄（網監部門要求不少于3個月的存儲記錄）和帶寬管理等功能。根據用戶群體不同，可以劃分多個不同的VLAN，如學生 VLAN、教師 VLAN、教室 VLAN、訪客VLAN等，按實際需求而定，這樣，既可縮小網絡的廣播域，又可根據不同VLAN配置不同入網方式和上網權限，實現按需用網的目的。

2.網絡設備選型

根據學校建筑結構圖和用戶群體的需要，確定各個建筑分控設備間交換機的數量、AP的布置位置和點數，接下來最重要的就是網絡設備品牌的選擇和確定主要設備的技術指標。

（1）品牌選擇

目前國內的大品牌廠商，如華為、華三和銳捷等廠商的設備已經很成熟且產品線很全，為了可靠實現有線和無線網絡的安全認證、實名入網，交換機、AP、AC控制器、智能網管和認證系統必須采用同一品牌。因為智能網管和認證系統僅對同品牌產品才能發揮出全部管理功能。

（2）主要設備技術指標

網絡拓撲確定了，所需的設備也基本確定，下一步就要確定所選設備的主要技術指標。表2所示，是建設一套現代化校園網絡所需主要設備的技術指標，供參考。

3.綜合布線選擇和要求

據統計，接近70％與網絡相關問題源自于劣質的布線系統，及沒有前瞻性規劃導致信息點不夠用或網絡規模不便擴充。因此，遵循一系列原則規劃綜合布線是必要的。

（1）質量是最重要的，應選用最佳材質的線纜及布線部件。綜合布線是基礎，一旦線路出問題，其他應用就不必談了。因此要采用結構化布線系統設計，網絡布線要符合國際和國家標準，樓間光纜采用不少于24芯單膜光纖，主干帶寬達到10Gbps以上。建筑內布線采用六類雙絞線，規格為23/24AWG，環保指標要求阻燃、低煙無鹵。六類雙絞線采用568B搭線標準，相應的面板、模塊、跳線等也必須達到六類線通信要求。線纜、信息模塊、配線架和端點等要標注統一、規范、清晰，易管理、維護。技術管理文檔應該完整、規范、詳實。

（2）網絡規模絕不能越變越小，也不能越變越簡單。所安裝的布線數量絕不能僅滿足當前需要，按當前需要規模的1.5～2倍的量布線是必要的，那些多余的信息點在網絡快速發展擴張的將來終會派上用場。

（3）設計時要考慮到更高速的技術而不應只局限于目前正在使用的技術。

（4）不要在安裝費用上過于吝嗇。須知質量良好的部件及線纜更需要正確嚴謹的安裝，粗糙的安裝工藝將后患無窮。綜合布線系統質保要求不少于15年。

表2　現代化校園網建設的主要設備技術指標

4.網絡地址規劃和管理

校園網網絡地址的劃分與分配這項工作，對用戶而言是透明的、不可見的也是不關心的。用戶關心的是穩定可靠的接入和使用網絡。但是，這項工作對管理者而言，卻是至關重要的。有了好的設備，沒有好的地址規劃和配置，這個網絡一樣會出各種稀奇古怪的問題。

校園網地址規劃，要從有線網絡和無線網絡兩方面考慮。有線網絡，根據用戶群的不同，要劃分不同的基于端口的VLAN（虛擬子網），如教師VLAN、職員VLAN、教室VLAN、計算機教室VLAN、校園監控VLAN（可選）、服務器VLAN（也可以將服務器劃在DMZ區）等，無線網絡，如教師VLAN、職員VLAN、教室VLAN、學生VLAN、訪客VLAN等。每個VLAN的地址范圍一定要有富裕，特別是無線VLAN，按實際需求1倍的量配置地址并不夸張，不同VLAN的用戶在整個校園網內要可以互通互訪且互不干擾，在網絡出口位置還可以根據不同的VLAN設置不同的互聯網訪問權限。實際規劃時，建議采用B類地址中的172段私有地址作為校園網內的地址使用，其優點是地址段比較大，規劃彈性和自由度比較大。每個網段的客戶端可以采用DHCP動態地址分配，DHCP服務器可以用核心交換機兼職，也可以用一臺專用的DHCP SERVER。無線網絡的每個VLAN地址段要和相應的SSID綁定。允許訪問互聯網的電腦或移動終端一定要進行MAC地址認證，實名上網。這也是國家網絡安全部門的硬性要求。

四、校園網后端服務支持設備的選擇

校園網如果只能提供互聯網的訪問服務，這樣的校園網是沒有靈魂的。因此，一個校園網必須有自己的后端服務支持設備，用于學校網站、行政辦公系統、教學服務支持系統、學生個性學習系統等能滿足現在和未來需要的安裝平臺。這就需要服務器、虛擬化軟件和存儲設備。

1．服務器的選擇

從品牌上來講，合資品牌，如IBM、DELL、HP，國產品牌，如浪潮、聯想、華為和中科曙光都可以滿足校園網的需要。從性能上來講，一般企業級機架式的服務器就足夠使用，CPU要2～4顆，能支持虛擬化；內存不少于256G；具有兩個以上千兆電口，不少于一個萬兆光口；考慮到要配合存儲使用，服務器的硬盤可以進行相應的選配。

2.服務器虛擬化軟件選擇

物理服務器之所以要虛擬化，有幾個好處：

（1）一臺物理服務器可以虛擬出多臺獨立服務器，可以降低成本，提高設備利用率；

（2）便于操作系統的備份和遷移；

（3）可以方便地實現雙機熱備功能。

目前市面上服務器虛擬化軟件有多款，最成熟的還是 “VMware vSphere ESXI 5.5以上版本”，它具有穩定可靠的特點，能滿足當下幾乎所有操作系統對運行環境的要求，且功能全面，操作相對簡單。

3.存儲設備的選擇

存儲設備是用于儲存信息的設備，信息數字化后再用電、磁或光學等方式的媒體加以存儲。這里講的存儲，特指為校園網中服務器提供存儲信息的設備，一般有三種方式。

（1）直連式存儲（DAS）

這是一種直接與主機系統相連接的存儲設備。如果對存儲容量要求不太高，這是一種很經濟的選擇。

（2）網絡存儲設備（NAS）

NAS是一種采用直接與網絡介質相連的特殊設備實現數據存儲的機制。由于這些設備都分配有IP地址，所以客戶機通過充當數據網關的服務器可以對其進行存取訪問，甚至在某些情況下，不需要任何中間介質客戶機也可以直接訪問這些設備。這種方式比直連式存儲略貴，并且易于安裝和部署，但會受到網絡環境的影響降低存儲性能。

（3）存儲網絡（SAN）

SAN是指存儲設備相互連接且與一臺服務器或一個服務器群相連的網絡，因此又叫SAN存儲。其中的服務器用作SAN的接入點。這種方式的成本要高一些，部署安裝相對簡單，可擴展性比較強，存儲過程使用SAN專用網絡，效率較高。

顯然，要建設現代化的校園網絡，選擇SAN存儲是比較明智的選擇。象IBM、DELL、EMC2、華為、浪潮、中科曙光等都有比較成熟的產品線和相應的解決方案。

隨著信息時代的快速發展，知識的更新換代在加快。如何更高效更便捷地學習和掌握新知識，是“互聯網+教育”時代所要面對解決的問題。利用現代化的信息裝備，充分發揮互聯網的優越性是提高教學質量的重要手段，也是提高學校教育管理水平與工作效率的重要手段。以“互聯網+教育”為抓手，重構學校的校園網絡，為信息技術與教育的深度融合鋪平道路，必將徹底改變學校教育中教與學的方式和方法，也必將解決我國教育發展的難題，促使我國早日成為教育強國。

［1］蔣國唯，王建軍.淺談網絡教育“四化”實現［J］.中國教育信息化，2015，22（11）.

［2］教育部.教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）.教技［2012］5號，2012（3）.

［3］陳琳，李冰冰等.中國教育信息化20大慶之年新發展［J］.中國電化教育，2016，2（2）.

［4］鄧寧.校園無線網絡建設方案實例探討［J］.中國教育技術裝備，2016，20（10）.

［5］（美）David Groth Jim McBee.網絡布線從入門到精通［M］.北京：電子工業出版社，2005.

［6］郭桂真.新IT開啟“互聯網+教育”新模式［J］.中國教育信息化，2015，22（11）.

（編輯：楊馥紅）

TP393.1

B

1673-8454（2016）17-0057-05