三層網絡架構背景下接入層交換機選型分析——以廈門同安職校計算機實訓室建設為例

王承曄，林宗朝

（廈門市同安職業技術學校，福建 廈門 361000）

1 引言

近年來，信息網絡技術快速發展，與此同時，互聯網思維模式也發生了巨大變化，“互聯網+”的應運而生便是互聯網思維進一步實踐的成果。“互聯網+”代表了一種新的社會形態，應用于各個傳統行業，對于教育行業的學校而言也不例外，從高校乃至小學、幼兒園都在積極嘗試將互聯網技術與教學管理相融合，都在積極建設“智慧校園”。

然而，在建設“智慧校園”的過程中，無論購買的硬件設備配置多高，應用軟件功能多強大，如果學校的網絡架構不清晰、網絡規劃不完整，這些配置高、功能強大的軟硬件根本發揮不出原有的效能，換句話說，在整個校園“跑”不起來。傳輸網絡為固定電話、手機、數據、大客戶等提供網元間的信息交互，將一端信息傳送到另一端[1]。從這個角度來分析，那么一所學校的網絡架構就相當于一條公路。眾所周知，我國的公路分為幾個等級，比如，國道、省道、縣道、鄉道、村道，每個公路路面所采用的技術標準和原材料都不相同。同樣，網絡也是有層次架構之分，每個層次所使用的設備類型和發揮的功能也不盡相同。

2 網絡三層架構

2.1 網絡三層架構的概念

在日常生活中，網絡無處不在，無處不用，但是對于我們普通人來說，對網絡的理解知之甚少，對于網絡技術人員來說，如何對網絡進行有效的管理和運維便是要優先考慮的因素。無論是大規模的廣域網，還是小規模的城域網或是局域網，網絡技術人員在前期規劃設計時都是按照層次結構模型設計網絡整體的架構。層次結構模型可以把復雜的網絡按照使用設備的不同和功能需求的不同分為幾個層次，每個層次各司其職，以確保數據流在網絡中快速而準確地傳輸到目的終端。網絡層次結構模型的拓撲結構如圖1所示，自上而下依次為核心層、匯聚層和接入層。

圖1 三層網絡拓撲結構

2.2 網絡分層管理的必要性

越來越多的企事業單位認識到,除了依靠網絡設備本身和網絡架構的可靠性外,網絡管理也是一個關鍵環節[2]。在廣域網和局域網中運用三層網絡架構的設計思路與管理理念，再配合使用第三方的網絡管理軟件，可以使整個網絡的安全性、防護性以及運維便捷性大大提高。

廈門同安職校已于2021年8月份完成了校園網絡核心層和匯聚層的改造工作，主要是更換核心層原有交換機，使用兩臺華三S7506E 交換機實現雙機熱備和負載均衡，即正常情況下，兩臺核心交換機均處于開機狀態，配置完全相同。當其中某一臺交換機發生故障而無法正常工作時，另外一臺交換機可以立即切換并接管它的工作。對于匯聚層的設備沒有任何影響，也無須做任何更改，對于學校信息中心的網絡管理員和接入層的用戶終端來說，這個自動切換的過程是“透明”的，無須人工干預，也感受不到核心交換機故障而導致的網絡中斷，極大提高了校園網絡在應對突發故障的自動容錯能力，保障了網絡平穩運行。

除此之外，本次改造還更換了匯聚層原有部分交換機，優化了匯聚層交換機的安裝位置，至少保證一棟樓有一臺匯聚交換機，在學校需要開啟新的網段時，可以根據需求劃分新的VLAN，通過調整匯聚層和接入層交換機端口的VLAN 來實現，從而具備良好的業務擴展性，可以較好地滿足學校在今后一段時間內對網絡發展的需求，并最大限度地提高校園局域網的整體運行性能和網絡安全性。

綜上所述，網絡分層管理的必要性具有以下優點：

①網絡分層管理可以使網絡結構更加清晰，便于網絡技術人員對復雜網絡的理解及網絡故障排查。

②網絡分層管理可以極大地提高網絡的拓展性，在規劃和維護網絡時更加合理，便于后期運維和管理。

③網絡分層管理可以增強網絡的穩定性和安全性，針對每一層的設備和功能進行相應安全策略的配置。

由此可見，三層網絡架構中各層次之間在功能上分工明確，彼此獨立。倘若網絡結構發生變化或出現網絡故障，只需對相應的層進行改變或針對某一層進行故障分析及排錯，而對整個網絡架構的影響范圍被降至最低，網絡穩定性大大增強，可以使網絡性能大大提高，分布更加合理，提升網絡的拓展能力[3]。

3 常用交換機的分類

目前交換機的生產廠商和品牌眾多，按照交換機的功能特點和應用范圍，可以將交換機分成不同的種類。本文主要從交換機是否可被管理這個角度來劃分，可以將交換機分成可網管交換機和傻瓜交換機。

3.1 可網管交換機

可網管交換機是指具有獨立的操作系統，網絡技術人員可以對其進行配置與管理，因此，也被稱為智能交換機。可網管交換機在其正面或背面有一個網絡管理配置接口（Console接口），目前主流的可網管交換機配置接口一般采用RJ-45 類型端口。可網管交換機具有網絡運行狀態監控、數據流量分析的特點，其設備成本相對較高。在做網絡規劃設計時，一般在大中型網絡架構中的核心層和匯聚層使用可網管交換機，而接入層則應視實際網絡環境和業務需求而定。

3.2 傻瓜交換機

傻瓜交換機，顧名思義就是即插即用，即網絡技術人員對其不能按需進行相應配置與管理的交換機。一般應用在局域網的接入層且對網絡安全性要求不是很高的低端網絡中，相比可網管交換機，傻瓜交換機價格較為便宜。因此，傻瓜交換機被廣泛應用于如學生機房、網吧等場所，以便提供大量的接入層網絡接口。

4 接入層交換機的選型

交換機的種類較多，在網絡改造選用時沒有統一的選取標準，可能會受到項目經費、局域網規模、網絡類型以及主要用途等因素而影響決策人的判斷與選擇。本文以廈門同安職校2021年10月建設兩間計算機實訓室過程中在配置網絡時所遇到的問題為例，對目前學校接入層網絡架構進行詳細分析，提出接入層網絡選擇可網管交換機是非常必要的。

4.1 目前學校接入層網絡架構分析

2021年8月，廈門同安職校完成了校園網絡核心層和匯聚層的設備更換及網絡優化，但接入層尚未進行徹底整改。從三層網絡拓撲結構圖不難看出，網絡拓撲圖如同金字塔一樣，從上至下，越往下面的層次，受眾面就越大，也就是說接入層才是真正面向學校教學樓、實訓樓、行政辦公樓、體育館、圖書館、宿舍樓的每一臺終端。然而，從目前學校的網絡運行狀況來看，接入層網絡主要存在以下兩個問題：

（1）接入層交換機的物理分布不符合綜合布線系統的標準。在現代化的智能建筑中需要通過計算機網絡綜合布線的方式來實現良好的網絡通信功能[4]。在弱電施工中，技術人員一般要遵循綜合布線系統的標準，該系統由六個子系統組成，其中，垂直干線子系統一般部署在樓宇的每層弱電間，而水平布線子系統通常處于同一樓層，其主要作用是負責將管理子系統配線架的電纜從垂直干線子系統延伸至工作區的用戶信息面板。而廈門同安職校1、2號教學樓并非每個樓層都有一臺層間交換機，再加上所使用的網線是5類線，容易造成網絡信號傳輸的不穩定以及傳輸距離較遠導致信號失真。

（2）接入層交換機的品牌型號不統一，利舊使用的交換機在功能上無法滿足學校新的網絡需求。廈門同安職校本次校園網絡改造，對于接入層只是簡單新增了9臺可網管交換機，其余接入層交換機利舊繼續使用，現狀是接入層交換機品牌型號不統一，雖然從技術標準來說可以實現網絡通信，但是不同的廠商設備難以在同一個網管平臺管理，在同一樓層如果需要有新的網絡需求，即新增網段時，傻瓜式的交換機則難以滿足需求，同時也會增加了網絡運維人員的工作量，降低網絡故障排查的效率。

4.2 接入層選擇可網管交換機的必要性

作為流量與主設備相連接的鏈接點，接入層不僅需要為用戶提供穩定的網絡，更需要保障各個接入層用戶的用戶安全[5]。接入層交換機如果仍然選擇傻瓜式的交換機，就只能保證基本的網絡通信，難以提供網絡安全。更為重要的是，學校會隨著專業設置、教學需求的變化相應地調整或新增教學場地，此時就需要重新調整接入層的網絡。

廈門同安職校在2號教學樓5樓新增兩間計算機實訓室（機房12和機房13），按照學校網絡規劃，需要啟用預留的10.0.242.0/24（Vlan 42）和10.0.243.0/24（Vlan 43）兩個網段。對于新增兩間實訓室的網絡配置，按照綜合布線標準及常規操作，只需要在2#教學樓5 樓的接入層交換機接口模式下輸入如圖2 所示命令：

圖2 交換機配置命令

將此交換機第11 口和第12 口分別劃分到VLAN 42和VLAN 43，然后將兩間實訓室的交換機進線在水平方向上連到2#教學樓5 樓接入層交換機的第11 口和第12口即可。

然而在實際操作中發現，2#教學樓5 樓的接入交換機是傻瓜式的，不支持VLAN 的劃分與調整，且該交換機已經上連到1#教學樓6#匯聚層交換機，網段只能為10.0.230.0/24，最終,只能違背綜合布線系統的標準，將這兩間實訓室的交換機跨樓層從2#教學樓5樓連接到1#教學樓6樓匯聚層交換機，并將相應的接口劃分到VLAN 42和VLAN 43，以確保兩間實訓室網絡能夠正常通信。此連接方式雖然可以實現網絡通信，但是存在以下兩個問題：

（1）浪費匯聚層交換機接口資源。三層網絡體系結構自上而下，網絡設備的特點是功能逐漸減少，接口數量逐漸增多，如果直接將實訓室內的PC 終端直連匯聚層，就會造成多功能設備的接口浪費。

（2）從長遠考慮不利于學校長期網絡需求的拓展。隨著社會的發展，對職業學校來說，開設的專業也會發生變化，教學設備的智能化也在不斷提升，因此對于學校的基礎網絡架構要求也越來越多，但如果從一開始就不按照規范實施，只是解決一時之困，日積月累，終究會出現大的問題需要解決。

綜上所述，如果學校2#教學樓5樓的接入交換機帶有網管功能，可以避免以上問題的出現。

5 結束語

校園網絡在前期規劃建設過程中的確難以做到一勞永逸，因為需求在不斷增加，網絡技術也在不斷提升，但是，在前期規劃建設時要有高瞻遠矚的眼光。國家在建設農村鄉鎮公路中提出要求——打通農村鄉鎮公路的“最后一公里”，所以我們在進行網絡規劃時也要最大限度地滿足最底層(接入層)的需求，讓數據資源能夠在校園網絡架構之上順暢運行，不斷提高學校信息化水平，智慧校園的建設方能提上日程并逐步實施。