高可靠性校園網規劃與設計研究

摘要：高可靠校園網建設離不開合理的規劃和科學的設計，以筆者所在學校為例，暨新一輪校園網建設之際，研究一種高可靠性校園網規劃與設計方案。先對學校的校園網現狀和需求進行分析，接著根據需求分析結果形成建設目標，根據建設目標形成本次校園網建設內容，根據建設內容對市場符合需求的設備進行選型設計，最后對校園網段進行了規劃。研究結果為后續開展校園網建設提供依據，對學校建設高可靠性校園網具有重要借鑒意義。

關鍵詞：校園網規劃與設計;高可靠校園網;扁平化校園網

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）22-0074-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

在教育信息化時代，校園網已成為學校信息化建設的最重要的基礎設施，經過多年的發展，校園網的用戶規模、設備數量及投入經費都在數量級增長，校園網已成為集成各類應用、數據及服務交付的關鍵支撐條件。在新一代校園網的建設中，校園智能化場景對校園網架構的可靠性、擴展性、靈活性和管理維護性能提出了更高的要求，傳統的通過簡單的增加設備性能、堆疊設備數量，不但浪費了大量的資金投入，且也無法提高校園網的高可靠性，高可靠性校園網必須通過合理規劃，優化設計才能實現，本文以筆者所在學校為例，暨新一輪校園網建設之際，結合學校校園網上一輪的運行維護痛點，規劃與設計一種高可靠性校園網解決方案具有積極意義。

2 需求分析

筆者所在學校是一所公辦高等職業院校，學校占地面積1500畝，總建筑面積27.7萬平方米，學校有全日制大專在校生12070人，教職工731人，經過多年努力，校園網初步具備了連接互聯網的功能，隨著學校新一輪校園網與運營商合作運營之際，經過調研，學校對校園網需求如下：

（1）學校已實現了有線網絡全校覆蓋，千兆核心，百兆到桌面，隨著學校信息化教學方式的開展，移動學習、泛在網絡已成為新的需求。

（2）學校網絡設備已使用10年，設備老化，功能單一，經常由于某一個用戶誤用造成網絡風暴和環路故障，導致全校斷網，校園網非常脆弱，因此，校園網的健壯性、可靠性成為新的需求。

（3）校園網出口只有一條物理千兆光纖通往運營商物理機房，由于市政道路施工等原因，經常發生光纜被挖斷，導致校園網斷網事件，因此，冗余的校園網出口鏈路成為新的需求。

（4）學生宿舍網絡采用PORTAL認證、計量方式，學校無法參與對賬和管理，只能通過學生圈推算網費總額，無法形成直觀的費用單和報表。因此，加強網絡繳費系統建設成為新的需求。

（5）校園網出口只有2G，學生賬號只有2M/S，無法滿足學生進行網絡學習的使用需求。

（6）校園網采用三層架構（核心層、匯聚層、接人層），大樓之間的光纜互通只有4芯光纖到匯聚設備上，教學場所的網絡帶寬受限于匯聚設備的性能和帶寬，無法滿足教學場所開展網絡教學的需求。

3 建設目標

通過需求分析，結合學校建設“山區最好，省內一流，國內領先”的辦學目標，提出新一輪校園網建設目標：建設萬兆校園網，萬兆到核心，千兆到桌面，無線信號覆蓋全校，實現無線網絡與有線網絡雙軌運行，更加有效保障校園網穩定運行。

在運維方面，要建設有線無線一體化運維的集中平臺，實現自動網絡優化，自動網絡巡檢一體化的運維平臺[1]。

在運營方面，需要對接運營商的認證系統，在確保學校對校園網有絕對控制權的前提下幫助運營商實現有線無線一體化融合，減少多次認證弊端，實現學校和運營商之間透明對賬，維護雙方利益[2]。

在體驗方面，根據學校辦公場所，宿舍區域和校園戶外制定不同的覆蓋方式，實現泛在、可控，可靠、穩定的校園網體驗效果。

4 建設內容

根據建設目標，結合學校現有的校園網基礎條件，提出本次校園網建設內容：

（1）新增兩臺核心交換機用于學校有線網絡與無線網絡的核心層互聯，認證、網關上收核心層，扁平化組網，核心交換機具備大表項150K ARP表項，至少能滿足2萬終端（IPV4/IPV6雙棧）的同時并發在線要求，達到1000終端/秒的認證速度，滿足用戶的快速上線要求;核心設備支持虛擬化技術作為核心的冗余備份，簡化網絡拓撲，降低網絡的管理維護成本。

（2）更換全校樓層接人交換機為可網管，可隔離端口型交換機，啟動STP協議和LOOP check（端口防環檢測協議），校園網用戶在認證前通過VLAN隔離，認證后將安全策略綁定在核心設備上，防止未認證終端的ARP欺騙、防止IP地址沖突、防止終端的DHCP掃描攻擊等功能，確保網絡的安全性。

（3）校園網新增一條出口鏈路作為冗余鏈路，兩條鏈路通過運營商的路徑必須不同，最好是南北向貨東西向，兩條鏈路互為熱備，當其中一條鏈路被市政施工挖斷后，自動切換到冗余鏈路上，確保校園網出口高可靠性。

（4）建設基于標準RADIUS協議開發的認證計費管理系統，系統能夠融合現有的網絡身份認證所有方式，包括有線無線802.1X認證、有線無線WEB認證，有線PPPOE認證、無線IP-oE認證等，支持準人、網關、準出一體化和扁平化認證模式，實現網絡費學校與運營商兩邊記賬數據同步，策略同步等功能;系統能夠實現基于用戶組、地理位置、時間、IP段、運營商及流量等元素組合的計費套餐，并可根據用戶所處的環境應用不同的計費策略[3-4]。

（5）按照每個用戶20M的帶寬設計校園網出口帶寬，在核心出口處部署流量控制設備，在高峰期根據用戶使用需求調節流量分配策略，并采用oos技術用來解決網絡延遲和阻塞等問題。

（6）構建扁平化校園網。扁平化校園網只有核心層和接人層，樓宇每一臺接入交換機通過光纖直接與核心層板卡端口對接，同時將用戶認證和網關同時上收到核心交換機接人交換機則只需要配置用戶VLAN和接口類型信息即可。采用扁平化部署后，每個接人交換機的端口都是一個獨立的VLAN.VLAN號、端口、用戶三者一一對應，實現了精準的故障定位，同時由于每個用戶都有一個獨立的VLAN，有效阻止了校園網廣播風暴、ARP欺騙等網絡故障的發生[5-6]。扁平化校園網拓撲如圖1所示。

5 設備選型設計

根據建設內容，要實現其功能，需要對市場上的各個廠商設備進行合理選型，經調研，結合學校實際，形成設備選型清單如表1所示。

6 校園網IP地址規劃

根據學校用戶類型和使用功能，把校園網IP段分為學生宿舍IP地址段，教學IP地址段，辦公IP地址段，物聯網IP地址段，校園網設備管理IP段，服務器IP段和無線網絡IP段，由于在設備選型時要求交換機支持VLAN聚合技術，所以按照學校建筑物規劃VLAN，每棟樓一個supervlan，每臺交換機配置一個sub-VLAN，superVLAN的分配范圍為101-1000，subVLAN分配范圍為1001-2000，后續不夠可以增加，直到交換機支持VLAN數最大值。部分樓宇IP地址規劃如表2所示。

7 結束語

校園網是學校信息化建設的重要支撐條件，高可靠性校園網為信息化應用提供保障，合理規劃校園網、科學設計校園網是建設高可靠性校園網的前提條件，做好校園網規劃與設計要從現狀分析開始，充分調研，結合學校實際得出需求，形成建設目標和建設內容，設備選型要考慮實用性原則，不盲目追求設備先進和功能花俏，只需要從主流廠商中選擇符合功能的設備即可，網絡地址規劃要注意維護的便利性和功能的合理分區，為后續的校園網建設提供依據，為學校開展信息化教學提供支撐保障。

參考文獻：

[1]洪生，陳松，陳誠.高校信息安全規劃與評估研究[J].中國教育信息化，2019（13）：89-92.

[2]左明慧.基于GPON的高校智慧校園網安全策略設計研究[Jl.赤峰學院學報（自然科學版），2018，34（11）：52-54.

[3]王興建，陳平，田小萍，皇甫大鵬.新校區一網通規劃與實踐[C].中國計算機用戶協會網絡應用分會，中國計算機用戶協會網絡應用分會2018年第二十二屆網絡新技術與應用年會論文集.中國計算機用戶協會網絡應用分會：北京聯合大學北京市信息服務工程重點實驗室，2018：81-86.

[4]張海秀.高校校園網規劃與設計[D]。青島：青島科技大學，2018.

[5]范玉普.現代高校校園網設計與規劃[D].昆明：云南大學，2015.

[6]張海秀.高校校園網規劃與設計[D].青島：青島科技大學，2018.

【通聯編輯：梁書】

作者簡介：鐘機靈（1980 -），男，廣東河源人，碩士，河源職業技術學院信息中心高級工程師，研究方向：計算機網絡、數據分析與挖掘。