李 存，王保義

（華北電力大學，河北 保定 071000）

隨著網絡技術應用的快速發(fā)展，校園網建設成為各高校樹立品牌、宣傳形象、比拼實力的重要窗口，同時也成為高校提高教學、科研、管理效率的重要工具。幾乎100%的高校都建有自己的校園網絡，但隨著近幾年視頻點播、在線課堂、課件交流、數(shù)字校園漫游等大流量校園網應用的不斷出現(xiàn)，校園網面臨著適應這些新功能需求的升級改造。

1 校園網現(xiàn)狀與需求分析

合理的需求分析是設計和實現(xiàn)校園網工程的重要前提。目前幾乎所有的高校校園網建設都屬于升級改造工程，因此，明確校園網的功能需求，對現(xiàn)有校園網存在的問題進行分析并確定網絡升級改造的目標就顯得尤為重要。

1.1 明確校園網的功能需求

功能需求的新增和變化是現(xiàn)有校園網出現(xiàn)問題的原因，也是校園網升級改造的建設目的。筆者根據(jù)調研總結出河北軟件職業(yè)技術學院校園網的典型功能需求，主要包括：

（1）展示、宣傳需求，如校園風光展示、校園名師風采展示、數(shù)字校園漫游等；

（2）教學、科研活動需求，如教學資源庫、科技期刊庫、網絡課堂、在線考試、課程錄像點播等；

（3）日常管理需求，如通知、新聞系統(tǒng)、文件傳輸、公文審批與查閱、成績管理、學籍管理、視頻會議、監(jiān)控系統(tǒng)等；

（4）溝通交流需求，如電子郵件、聊天工具等；

（5）服務、休閑需求，如信息查詢、通訊錄、文件下載、休閑游戲、個人博客等。

1.2 原有校園網存在的問題分析

在明確校園網功能需求的基礎上，結合網絡規(guī)模（使用人數(shù)、使用頻率、信息流量等），查找原有校園網存在的問題。河北軟件職業(yè)技術學院原有校園網存在的主要問題有：

（1）存在大量網絡沖突、速度慢

原來的校園網中采用了相當數(shù)量的集線器（HUB），它根據(jù)共享型的帶有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問技術（CSMA/CD）工作，而CSMA/CD會產生沖突，造成網絡性能下降。再加上用戶規(guī)模的大量增加，對網絡性能造成了較大影響。

（2）安全性能差

由于僅在網絡出口設置了防火墻，沒有綜合考慮校園的安全方案，造成校園系統(tǒng)安全性能較差，病毒、蠕蟲發(fā)作頻繁，同時也無法控制對校園網內部的非法訪問。

（3）不易管理

由于對IP地址分配缺乏規(guī)劃，允許用戶隨意接入，隨著用戶的增多，經常會出現(xiàn)IP地址沖突或盜用。同時子網劃分的不合理使網絡設備配置復雜并容易形成網絡風暴，還使部分設備負擔過重，時有宕機，增加了運行維護的工作量。

（4）網絡帶寬不足

隨著視頻會議、音視頻點播、多媒體在線教學、在線影視等大流量網絡應用的普及和用戶數(shù)量的快速增長，原有的校園網顯得帶寬不足，不能滿足即時、流暢的傳輸要求。

1.3 校園網升級改造目標

校園網升級改造目標的確定是功能需求分析的重要內容。筆者根據(jù)功能需求及對原有校園網存在問題的分析，確定河北軟件職業(yè)技術學院校園網升級改造目標為：

（1）擴大網絡帶寬，提高網絡性能

擴大網絡帶寬，由原來的100M骨干，10M到桌面，升級到1 000M骨干、100M到桌面的網絡帶寬，同時利用QoS技術，以保證對各種服務、應用提供優(yōu)質的傳輸服務。用全交換型的1 000M以太網，通過1 000M光纖延伸到了教學樓、實驗樓、行政辦公區(qū)和家屬樓，通過100M交換機接入到桌面，實現(xiàn)全校快速聯(lián)網。

（2）進行地址規(guī)劃，提升網絡安全

升級改造后校園網需要改進原有的IP分配方案，采用地址翻譯（NAT）隱藏內部主機，使用DHCP動態(tài)分配IP地址，減少管理難度并增加安全性。設置網絡接入限制，防止不明用戶接入校園網，同時為外網與內網設置不同的訪問權限。改造后采用防火墻保護校園網不受外界網絡的入侵，對學校內部重點子網也設置防火墻進行保護，同時在每個校園網終端布置瑞星防病毒系統(tǒng)，抑制泛濫的計算機病毒。

（3）提升校園網的可靠性和穩(wěn)定性

要選用優(yōu)質設備與先進的組網技術，選定合理的網絡拓撲與可靠的線纜系統(tǒng)，保證足夠高的平均無故障時間MTBF。同時要提高網絡可維護性，在拓撲設計、設備配置等方面充分考慮故障隔離、應急備份等措施，大幅度降低平均修復時間MTTR。

（4）實現(xiàn)網絡實時全覆蓋

升級后的網絡要改變原有的有線網絡的單一形式，合理布置無線網絡作為輔助，方便師生隨時隨地享受校園網接入服務。

（5）改造升級線纜系統(tǒng)

要對現(xiàn)有的線纜系統(tǒng)進行升級改造，建設為數(shù)據(jù)、視頻、語音等多種弱電信號提供信息傳輸通道的綜合布線系統(tǒng)，并為以后的應用或升級作好儲備。布線采用光纖到樓層、超5類UTP到用戶工作區(qū)的分層布置，嚴格按照國家標準施工，使校園網穩(wěn)定、可靠且易于管理。

（6）完善應用系統(tǒng)

要增加新的應用系統(tǒng)以滿足用戶需要，完善辦公系統(tǒng)、學生管理系統(tǒng)等，提高工作效率和管理水平，實現(xiàn)無紙化辦公；同時提升教務系統(tǒng)功能，更好地為廣大師生服務；完善網絡課堂與考務系統(tǒng)，構建完備的立體化教學資源。

2 校園網設計與組建

2.1 校園網組網設計

組建校園網的關鍵問題之一是組網技術的選用。在滿足功能需求的同時，要考慮選用技術的先進性和成熟性。目前可選擇的組網技術有：ATM、FDDI、Ethernet、WLAN 等。

ATM（Asynchronous Transfer Mode）指異步傳輸模式，是基于TDM（時分交換）和分組交換的技術，以光纖作為傳輸介質，將數(shù)據(jù)、音頻和視頻數(shù)據(jù)轉換成53字節(jié)的固長信元，支持VLAN，可實現(xiàn)廣域網和局域網的無縫連接。但其相對價格較高，管理復雜且維護費用高，與以太網結構和協(xié)議不能很好地兼容。

FDDI（Fiber Distributed Data Interface ）指光纖分布數(shù)據(jù)接口，是目前成熟的組網技術中速率較高的一種，采用單環(huán)或雙環(huán)拓撲結構，主要優(yōu)勢在于冗余性、容錯性好，內置網絡管理，能支持長達2km的光纜傳輸。但FDDI比較昂貴、技術難度相對較高，且使用環(huán)境受限，從以太網升級面臨許多移植問題。

Ethernet即常說的以太網，包括傳統(tǒng)以太網、快速以太網、千兆以太網等一系列組網技術，分別支持 10M、100M、1000M的傳輸速率。IEEE802.3系列標準給出了以太網的技術標準。它保持了自高向低的完全兼容，采用標準接口，易于升級，可有效保護投資，并且管理維護方便，是局域網組建時最常用的組網技術。交換式以太網是在不改變傳統(tǒng)用戶的軟硬件配置的情況下，用以太網交換機取代傳統(tǒng)的集線器（HUB），使網絡性能明顯改善的一種技術。虛擬局域網VLAN（Virtual LAN）是另一常用的改善網絡性能的技術，它能將網絡劃分為多個廣播域，對網絡訪問進行限制并有效控制廣播風暴，提高節(jié)點間的實際通信速率，同時可使網絡的拓撲結構變得靈活，可對不在同一物理網絡中的節(jié)點進行統(tǒng)一管理。

WLAN（wireless local area network）指無線局域網技術，它脫離線纜束縛，使用電磁波實現(xiàn)網絡信號傳輸，可大大降低網絡敷設難度，提高網絡架設速度與覆蓋范圍。其組成一般包括無線接入點AP與無線接入終端（裝有無線網卡的PC或筆記本），連接速度一般從幾兆至幾十兆，最新的802.11n技術最高可達300M。

由于河北軟件職業(yè)技術學院原有校園網采用的是快速以太網技術，考慮兼容性及投資保護，決定升級改造工程主要選用基于第三層交換的千兆以太網組網技術。骨干網絡采用1 000M以太網，使用光纖連接到樓層，末端網絡采用快速以太網，提供100M到桌面的連接，原有的交換機、網卡等設備都能繼續(xù)使用，改造工程對具體用戶不造成直接影響。將所有在用的HUB統(tǒng)一換成交換機，配以合理的VLAN劃分與IP地址分配方案，實現(xiàn)可管理的交換網絡，大大提高網絡性能。同時，在升級改造工程中，選用WLAN作為輔助網絡，實現(xiàn)校園網絡信號全覆蓋。

2.2 校園網組建

2.2.1 拓撲結構確定

校園網一般采用分層設計，多數(shù)可劃分為三層：核心層、匯聚層和接入層。在校園網改造工程中，網絡中心核心交換機充當核心層，各建筑物交換機及路由器充當匯聚層，各樓層交換機充當接層。整個網絡拓撲結構如圖1所示（無線網絡部分表示到無線接入點AP）。

圖1 河北軟件職業(yè)技術學院校園網網絡拓撲結構圖

2.2.2 主要組網設備選型

本升級改造工程核心層選用可模塊化銳捷RG-S6810萬兆路由交換機，RG-6800的交換、路由、ACL、QoS等功能由硬件實現(xiàn)。銳捷RG-S6810提供10個擴展槽，8個業(yè)務接口擴展槽，512Gbps背板帶寬，286Mpps二/三層包轉發(fā)率，支持192個千兆光纖端口、16個萬兆端口，采用存儲-轉發(fā)的交換方式，支持VLAN，管理引擎控制模塊冗余、電源模塊冗余，可為用戶提供高速無阻塞的數(shù)據(jù)交換，以后還可根據(jù)需求變化靈活配置，構建可擴展的網絡。

在匯聚層采用部門級交換機H3C S3026E，12.8Gbps背板帶寬，6.55Mpps二/三層包轉發(fā)率，含6MB SDRAM、8MB flash的內存，ARM 125MHz的處理器，支持MAC、VLAN功能、網管功能、堆疊功能、全雙工、半雙工，采用存儲-轉發(fā)的交換方式，2個模塊化插槽，采用固定的端口結構。

防火墻選用NetScreen-204，它集成防火墻、虛擬專用網（VPN）和流量管理等功能，具有硬件加速的IPSec加密演算性能（包括在3DES加密的應用下），低延時，可以無縫地部署到任何網絡。NetScreen-204采用實時檢測技術，可以防止入侵者和拒絕服務（denial-of-service）的攻擊，提供網絡地址翻譯（NAT）、端口地址翻譯（PAT），含三倍DES數(shù)字證書認證的虛擬專用網（VPN），允許進行實時監(jiān)視、分析和分配等網絡流量管理功能的配置與管理，采用ASIC的安全機制，提高設備的可靠性和安全性。

無線網絡接入設備選用D-Link DWL 3200AP。它兼容802.11b/g標準，在同其它標準802.11g設備配合工作時，可以提供最大54Mbps的連接速率。DWL-3200AP利用Super G技術，提供108Mbps連接速率，以滿足更高帶寬的需求；還支持 802.3af PoE（Power over Ethernet）規(guī)范，可直接從以太網取電，省卻了電源布線所帶來的額外成本。

2.3 應用系統(tǒng)的設計與集成

應用系統(tǒng)是校園網發(fā)揮作用的人機界面，人性化的應用系統(tǒng)設計與集成是校園網滿足功能需求的重要標志。在河北軟件職業(yè)技術學院校園網工程中，我們設置了內、外網區(qū)分的WEB站點，外網站點主要滿足展示宣傳功能需求（見圖2），內網站點主要服務于日常管理與服務休閑功能（見圖3），兩個站點都提供教學與科研服務功能。各種專用應用系統(tǒng)也通過這兩個WEB站點進行集成，但由于篇幅關系，在此不作詳述。

圖2 外網WEB站點

圖3 內網WEB站點

3 結論

高校校園網的設計與實現(xiàn)是一個復雜的系統(tǒng)工程，在實施時應從分析其現(xiàn)狀和存在問題入手，重點把握校園網功能需求的新變化，科學地進行需求分析，合理地進行拓撲結構設計，選擇適用的網絡設備與組網技術，同時要注重應用系統(tǒng)的開發(fā)與集成。河北軟件職業(yè)技術學院校園網升級改造工程按此方法取得了不錯的效果。

［1］張海榮.校園建網方案研究［J］.軟件導刊，2007，6（03）.

［2］Adam Grzech，Pawe? Swi?tek.Parallel Processing of Connection Streams in Nodes of Packet-Switched Computer Communication Systems.Cybernetics and Syste［J］.2008（02）.

［3］張杰.試論校園網絡組建方案［J］.科技信息（學術研究），2008，19（29）.