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        大型校園園區(qū)網(wǎng)的部署架構(gòu)

        2013-10-08 03:04:32葛蘇慧劉偉張德民
        中國(guó)科技信息 2013年20期
        關(guān)鍵詞:虛擬化部署架構(gòu)

        葛蘇慧 劉偉 張德民

        青島工學(xué)院信息工程系,山東 青島 266300

        1 概述

        各種網(wǎng)絡(luò)前沿技術(shù)日新月異,作為IT業(yè)務(wù)重要組件之一的園區(qū)網(wǎng)是校園信息化建設(shè)的重要基石。作為改善用戶體驗(yàn)的承載層,園區(qū)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也在不斷演進(jìn),同時(shí)為了滿足隨需接入、海量結(jié)點(diǎn)、業(yè)務(wù)隔離等多種需求,以及物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等建設(shè)熱點(diǎn)的需要,校園園區(qū)網(wǎng)的發(fā)展需要達(dá)到更高的要求。本文結(jié)合園區(qū)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),采用隔離技術(shù),架構(gòu)了大型校園園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)模型。

        2 大型校園園區(qū)網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        大型校園園區(qū)網(wǎng)業(yè)務(wù)類型清晰,隨著技術(shù)的不斷變革,亟須建立一個(gè)使用前沿技術(shù)、擴(kuò)展能力強(qiáng),并且能最大限度地覆蓋所有功能區(qū)域的核心網(wǎng)絡(luò),將大型校園園區(qū)網(wǎng)內(nèi)的客戶端和終端設(shè)備相連,并向外連接廣域網(wǎng),最終形成邏輯合理、內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)之間交互通信的校園園區(qū)網(wǎng)系統(tǒng),同時(shí)基于硬件架構(gòu)開發(fā)各種系統(tǒng)應(yīng)用和共享信息庫,從而建立滿足辦公業(yè)務(wù)、監(jiān)控系統(tǒng)和管理需要的軟硬件環(huán)境,為校園內(nèi)教師、學(xué)生及管理服務(wù)人員提供統(tǒng)一的平臺(tái)環(huán)境、充分的網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)。校園園區(qū)網(wǎng)的架構(gòu)需要滿足以下需求:

        該校園園區(qū)網(wǎng)分為辦公區(qū)、教學(xué)區(qū)、宿舍區(qū)、圖書館、會(huì)議廳等,各區(qū)域之間需要進(jìn)行業(yè)務(wù)隔離;管理信息系統(tǒng)要監(jiān)控教學(xué)樓、圖書館電子閱覽室、辦公樓走廊、宿舍樓走廊、會(huì)議廳等;圖書館和教學(xué)區(qū)需要一定的無線設(shè)備,來滿足學(xué)生隨時(shí)隨地上網(wǎng)的需求。關(guān)于可靠性及擴(kuò)展性,需要重點(diǎn)考慮以下方面:

        大型校園園區(qū)網(wǎng)通常擁有幾萬人的師生規(guī)模,對(duì)應(yīng)著幾萬個(gè)信息點(diǎn),一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通常幾百臺(tái)設(shè)備,管理、維護(hù)難度大;關(guān)于可靠性方面,全網(wǎng)冗余部署,很容易造成網(wǎng)絡(luò)環(huán)路,所以需要部署VRRP+MSTP來避免廣播風(fēng)暴[1];安全的無線網(wǎng)絡(luò)需求相對(duì)較多,尤其是在園區(qū)的出口,安全性是需要重點(diǎn)考慮的因素;校園內(nèi)多個(gè)部門既有共享又有獨(dú)立的業(yè)務(wù)需求,如果某些部門之間有業(yè)務(wù)交互的要求,可以把這些部門的服務(wù)器單獨(dú)部署,并在相對(duì)應(yīng)部門的VPN中向外發(fā)布此段網(wǎng)絡(luò)的路由,從而實(shí)現(xiàn)部門之間相互訪問的目的;各部門將需要共享的資源放在共享服務(wù)器上,組成一個(gè)共享域,各個(gè)縱向系統(tǒng)可以主動(dòng)訪問共享域的資源,但共享域不能訪問縱向系統(tǒng),這樣可以保證縱向系統(tǒng)的安全隔離;并且實(shí)現(xiàn)了不同系統(tǒng)對(duì)安全性、QoS、各類資源分類管理的目的,保證了系統(tǒng)之間業(yè)務(wù)的相對(duì)獨(dú)立性;關(guān)于禁止訪問的問題,各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的通信需要提供不同的訪問方法,同時(shí)保障訪問的安全性。

        2.1 縱向隔離

        伴隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,在園區(qū)網(wǎng)中出現(xiàn)了很多廣泛使用的技術(shù),如虛擬局域網(wǎng)VLAN、訪問控制列表ACL、生成樹協(xié)議STP、多生成樹協(xié)議MSTP、虛擬路由器冗余協(xié)議VRRP、多協(xié)議標(biāo)簽交換MPLS VPN、智能彈性架構(gòu)IRF2等

        [2]。但對(duì)于建有多個(gè)分校、規(guī)模較大的校園園區(qū)網(wǎng),無論業(yè)務(wù)系統(tǒng)集中還是分布部署,都可能存在跨VPN的業(yè)務(wù)互訪和資源共享,所以更適合使用MPLS L3 VPN技術(shù)。這種三層的MPLS VPN技術(shù),主要通過VPN實(shí)例所對(duì)應(yīng)接口的綁定關(guān)系和路由選擇方法,完成VPN通道之間的通信,通過路由控制策略的導(dǎo)入及導(dǎo)出方式,來完成VPN虛擬通道之間的靈活互訪,同時(shí)提供可靠性檢驗(yàn)、多鏈路負(fù)載均衡等技術(shù),因此擁有靈活控制的優(yōu)勢(shì),對(duì)于大型校園園區(qū)網(wǎng)的總校和分校,網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較大、終端數(shù)量較多的業(yè)務(wù)特點(diǎn),可以提供很便捷的服務(wù)。大型校園園區(qū)網(wǎng)縱向隔離拓?fù)淙鐖D1所示。

        圖1 大型校園園區(qū)網(wǎng)縱向隔離拓?fù)鋱D

        采用MPLS VPN進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的縱向分割,保證了辦公、監(jiān)控和教學(xué)業(yè)務(wù)的邏輯隔離。在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù),通過縱向分割的方法,隔離不同的部門,但屬于同一系統(tǒng)內(nèi)的資源可以直接訪問。使用共享的VPN技術(shù),從而滿足辦公和監(jiān)控業(yè)務(wù)系統(tǒng)的互訪,并且整體設(shè)計(jì)了無線網(wǎng)絡(luò)及其安全,通過管理平臺(tái)統(tǒng)一管理。通過部署MPLS VPN,實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的縱向隔離,不僅達(dá)到了現(xiàn)在業(yè)務(wù)隔離和共享訪問的目的,提供了穩(wěn)定的邏輯架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)方案,也滿足了今后業(yè)務(wù)繼續(xù)發(fā)展的要求,對(duì)大型校園園區(qū)網(wǎng)的信息化建設(shè)而言,可以提供很好的技術(shù)支撐。

        2.2 橫向整合

        在大型校園園區(qū)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)中,可以分別在匯聚層與核心層,使用IRF2技術(shù)進(jìn)行橫向整合,通過設(shè)備的橫向整合,消除了網(wǎng)絡(luò)環(huán)路,避免了VRRP+MSTP協(xié)議的部署,同時(shí)降低了網(wǎng)絡(luò)中的路由數(shù)量,并提高了網(wǎng)絡(luò)收斂速度[3]。橫向整合架構(gòu)圖如圖2所示,將多臺(tái)物理的設(shè)備虛擬化為一臺(tái)邏輯設(shè)備,構(gòu)成一個(gè)邏輯的管理及轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)接入層設(shè)計(jì)擴(kuò)展性一般具有較高的難度,伴隨新技術(shù)的不斷演進(jìn),以及大型校園園區(qū)網(wǎng)對(duì)信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施快速發(fā)展的需求,在大規(guī)模模塊化網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性方面,傳統(tǒng)的核心層已經(jīng)能夠得到很好的支撐,但在接入層常常會(huì)面臨難以滿足擴(kuò)展性要求的問題,因?yàn)榻尤雽泳W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,通常是二層接入方式,因此設(shè)備與端口的擴(kuò)展會(huì)使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步復(fù)雜化,這就需要一種新的架構(gòu)模式來解決這些問題。

        圖2 端到端的校園園區(qū)網(wǎng)橫向整合IRF2架構(gòu)

        根據(jù)當(dāng)前用戶接入數(shù)量逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì),IRF2技術(shù)相應(yīng)的解決策略是:通過擴(kuò)展IRF2整個(gè)系統(tǒng)接入層的端口數(shù)量,來達(dá)到增加成員的目的。擴(kuò)展之后的系統(tǒng)不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的其它部分,達(dá)到了平滑擴(kuò)展的目的;然而對(duì)于有更高上行帶寬要求的服務(wù),可以使用擴(kuò)展IRF2系統(tǒng)中上行聚合鏈路中成員的數(shù)量,達(dá)到平滑升級(jí)帶寬的需要[4]。在接入層復(fù)雜的環(huán)境中實(shí)行IRF2整合,將9個(gè)或者更多的物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)邏輯化為單一設(shè)備,可以消除接入層環(huán)路,并滿足綁定鏈路的高帶寬和可靠性級(jí)聯(lián)。通過這樣的虛擬化技術(shù),就可以形成一個(gè)簡(jiǎn)潔的網(wǎng)狀校園園區(qū)網(wǎng)架構(gòu),網(wǎng)絡(luò)層通過已經(jīng)綁定的單邏輯鏈路相連,從而消除了環(huán)路。接入層不需設(shè)計(jì)致使網(wǎng)絡(luò)變復(fù)雜的生成樹協(xié)議,同時(shí)已經(jīng)邏輯化為一個(gè)單一結(jié)點(diǎn)的客戶端,更不需要在其網(wǎng)關(guān)上使用VRRP協(xié)議。

        為了滿足園區(qū)網(wǎng)樹型、無環(huán)、輻射的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并且減少運(yùn)維管理的費(fèi)用,端到端方式的IRF2部署成功解決了這些問題。網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流宏觀走向與簡(jiǎn)化后的拓?fù)浠疽恢?,?shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)中的路由清晰明確。通過增加IRF2結(jié)點(diǎn)設(shè)備的方法,完成自身的擴(kuò)展,不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)全局的邏輯結(jié)構(gòu),也不會(huì)改變上下各層之間服務(wù)協(xié)議的交互,因此這種方法體現(xiàn)了更加優(yōu)化的宏觀架構(gòu)[5]。綜上所述,將承載上層應(yīng)用的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行橫向整合、屏蔽二層擴(kuò)展之后,大型校園園區(qū)網(wǎng)的部署更加簡(jiǎn)化,維護(hù)費(fèi)用降低,但并不影響網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓?fù)浜吐酚汕闆r,可擴(kuò)展性也大大改善。

        2.3 整體部署

        通過IRF2的橫向整合和VPN的縱向隔離技術(shù),可以充分滿足大型校園園區(qū)網(wǎng)內(nèi)資源交換的目的,實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)組播業(yè)務(wù)、虛擬通道、無線網(wǎng)絡(luò)、語音視頻等各類服務(wù),形成了對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控、跨部門協(xié)作,甚至可控物聯(lián)等業(yè)務(wù)進(jìn)行良好支撐的園區(qū)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。經(jīng)過橫向虛擬化及縱向虛擬化技術(shù)整合后,大型虛擬校園園區(qū)網(wǎng)的整體架構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖3所示,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過MPLS VPN或MCE多跳技術(shù)進(jìn)行路徑虛擬化,從而達(dá)到對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源隔離的目的,通過部署橫向虛擬化及縱向虛擬化技術(shù),完成整體的虛擬園區(qū)網(wǎng)架構(gòu)。

        圖3 虛擬園區(qū)網(wǎng)整體部署

        各種鏈路資源及設(shè)備在物理層實(shí)現(xiàn)整合,安全服務(wù)資源及路徑在邏輯層面實(shí)現(xiàn)了全面整合。這樣通過橫向虛擬化技術(shù)提升網(wǎng)絡(luò)的可管理性、可靠性;通過縱向虛擬化技術(shù)提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性、運(yùn)行性。終端接入設(shè)備的訪問權(quán)限得到控制、隔離了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸,使資源能夠按需分配,網(wǎng)絡(luò)管理和策略部署得到集中,因此減少了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理的時(shí)間,為校內(nèi)教師辦公、各級(jí)服務(wù)人員的管理提供了最可靠的保障。通過進(jìn)一步整合及資源虛擬化,下一代園區(qū)網(wǎng)將通過虛擬化方法最大限度地將日臻完善的技術(shù)屏蔽在底層,把整個(gè)園區(qū)網(wǎng)整合為一個(gè)矩陣,簡(jiǎn)化邏輯,使網(wǎng)絡(luò)資源、安全服務(wù)都可動(dòng)態(tài)劃分并邏輯隔離,通過這種方式提供更加強(qiáng)勁的業(yè)務(wù)承載能力,以不斷滿足校園園區(qū)網(wǎng)穩(wěn)健發(fā)展的需求。

        3 結(jié)束語

        下一代園區(qū)網(wǎng)具有覆蓋范圍廣,承載業(yè)務(wù)強(qiáng),接入終端和用戶種類繁多,類型豐富等特點(diǎn),因此需要承載關(guān)鍵業(yè)務(wù)的校園園區(qū)網(wǎng)絡(luò)不斷適應(yīng)這些新的變化,更好的滿足業(yè)務(wù)的繼續(xù)發(fā)展。向著更大、更快、更智能的方向邁進(jìn)是校園園區(qū)網(wǎng)下一步的發(fā)展趨勢(shì)。通過不斷的技術(shù)完善,作為業(yè)務(wù)發(fā)展基石的下一代園區(qū)網(wǎng)絡(luò),必將會(huì)更好地滿足業(yè)務(wù)日益擴(kuò)展的需要。

        [1]杭州華三通信技術(shù)有限公司.新一代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)理論與實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011年10月.

        [2]朱志威. 企業(yè)園區(qū)網(wǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)[D]. 山東:山東大學(xué)畢業(yè)論文,2010.6.

        [3](美)Diane Teare Catherine Paquet 編, 吳劍章, 余曉, 呂紅艷譯. 園區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社,2011,2.

        [4]高榕.中小型企業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 軟件導(dǎo)刊,2010,8.

        [5]彭亮.小型園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)解析[J]. 基礎(chǔ)信息化,2012.9.

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