楊超

（寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

0 引言

校園基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為承載高校智慧校園建設(shè)的基石作用不言而喻，現(xiàn)代信息技術(shù)在校園網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用離不開基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)下，高職院校作為培養(yǎng)新一代技術(shù)及技能應(yīng)用型人才的基地，需要各種高新技術(shù)、智能教學(xué)、實(shí)訓(xùn)及科研平臺(tái)的輔助，為了能更好地承載以上采用高新技術(shù)的信息化系統(tǒng)及平臺(tái)，只有通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行不斷改造和優(yōu)化，才能使其滿足上述系統(tǒng)及平臺(tái)的建設(shè)需求以及未來(lái)發(fā)展的需要。

1 校園基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析

1.1 校園基礎(chǔ)鏈路概況

寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園網(wǎng)基礎(chǔ)鏈路于2010年建設(shè)并投入使用，至今已使用12年左右，自2018年以后就陸續(xù)出現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)故障，問(wèn)題主要集中在諸如線路老化損傷、管道塌方、園區(qū)綠化施工挖斷光纜等原因上。同時(shí)隨著學(xué)院各類智慧校園和信息化建設(shè)項(xiàng)目的陸續(xù)上馬，如智慧大屏、實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)系統(tǒng)建設(shè)、一網(wǎng)通辦、OA 升級(jí)、智慧門禁等項(xiàng)目的實(shí)施，使得原有樓宇綜合布線、交換設(shè)備、鏈路容量已達(dá)飽和狀態(tài)，無(wú)法繼續(xù)滿足上述相關(guān)建設(shè)項(xiàng)目的需求，急須進(jìn)行改造和優(yōu)化，為此學(xué)院立項(xiàng)了基礎(chǔ)鏈路改造項(xiàng)目，對(duì)學(xué)院各樓宇間的光纜管道、豎井及光纜鋪設(shè)的重新設(shè)計(jì)和規(guī)劃，此項(xiàng)目首要解決的問(wèn)題就是樓宇光纜飽和問(wèn)題以及原有基礎(chǔ)鏈路老化、損壞和鋪設(shè)不規(guī)范的問(wèn)題，對(duì)于光纜飽和問(wèn)題，在原有8芯光纜的基礎(chǔ)上再新增48 芯，同時(shí)補(bǔ)增了4 個(gè)光纜匯聚分機(jī)房，分布在學(xué)院的東南西北四個(gè)方向上，匯聚分機(jī)房之間也通過(guò)48芯光纜連通，形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，即便某一匯聚點(diǎn)出現(xiàn)故障也可以借助環(huán)鏈路進(jìn)行修復(fù)，彌補(bǔ)了學(xué)院原有基礎(chǔ)鏈路系統(tǒng)無(wú)備份鏈路的問(wèn)題。對(duì)于鏈路老化、損壞和鋪設(shè)不規(guī)范的問(wèn)題，此次改造將從光纜預(yù)埋深度、光纜保護(hù)措施、長(zhǎng)光纜中間無(wú)檢修豎井等方面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)并逐一解決。除此之外，本次基礎(chǔ)鏈路改造項(xiàng)目還將分布在各樓宇的原有設(shè)備間進(jìn)行了重新規(guī)劃改造，對(duì)新設(shè)備間進(jìn)行了同步室內(nèi)裝修、綜合布線遷移和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更新，為校園有線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供必要的基礎(chǔ)物理環(huán)境條件，同時(shí)也解決了原有設(shè)備間選址不規(guī)范、部分無(wú)法安裝立式機(jī)柜以及強(qiáng)弱電分離等老大難問(wèn)題。

1.2 校園有線網(wǎng)絡(luò)概況

寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園網(wǎng)絡(luò)整體采用星型三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行部署建設(shè)[2]，外網(wǎng)分別接入了電信、移動(dòng)、教育科研網(wǎng)三家運(yùn)營(yíng)商，有線網(wǎng)絡(luò)主體業(yè)務(wù)可分為樓宇網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)、校園綜合應(yīng)用服務(wù)（含辦公、教學(xué)、資源、虛擬化、智能存儲(chǔ)服務(wù)等）、運(yùn)維及安全服務(wù)（日志審計(jì)、堡壘機(jī)、入侵檢測(cè)、行為審計(jì)等）3大板塊，如現(xiàn)有校園網(wǎng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

全網(wǎng)采用了神州數(shù)碼系列的交換設(shè)備，其中核心網(wǎng)交換機(jī)采用2 臺(tái)神州數(shù)碼的S9816 交換機(jī)，一主一備并行，校園出口分別接入了電信、移動(dòng)、教育科研網(wǎng)，出口處部署了1 臺(tái)神州數(shù)碼的1800E 防火墻作為出口網(wǎng)關(guān)，提供校園網(wǎng)的安全防護(hù)功能，防火墻后端部署了流控設(shè)備，進(jìn)行流量?jī)?yōu)化，核心網(wǎng)主要設(shè)備兩兩相連提供鏈路冗余，匯聚層按照各樓宇功能劃分了三大區(qū)域，分別為實(shí)訓(xùn)樓區(qū)域、行政樓區(qū)域、實(shí)訓(xùn)基地區(qū)域，區(qū)域匯聚交換機(jī)采用神州數(shù)碼S6808E交換機(jī)，各區(qū)域的樓宇匯聚交換機(jī)使用神州數(shù)碼5950 系列交換機(jī)，接入交換機(jī)使用神州數(shù)碼4500 系列交換機(jī)部署。

1.3 有線網(wǎng)絡(luò)中存在的問(wèn)題

1）現(xiàn)有校園出口網(wǎng)關(guān)使用單臺(tái)防火墻部署，無(wú)網(wǎng)關(guān)冗余設(shè)計(jì)，無(wú)負(fù)載均衡功能，并且設(shè)備性能也是按照單鏈路1G 帶寬設(shè)計(jì)的，隨著學(xué)院出口總帶寬的不斷提升，目前使用單墻作為校園網(wǎng)出口的部署結(jié)構(gòu)已經(jīng)落后，運(yùn)營(yíng)商單鏈路帶寬突破1G 時(shí)將無(wú)法滿足接入需求。

2）交換設(shè)備資源利用率低，其中核心網(wǎng)與部分樓宇交換設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中存在資源浪費(fèi)的情況，校園網(wǎng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段對(duì)于每棟樓宇中的實(shí)際業(yè)務(wù)類型和用戶量是無(wú)法做到準(zhǔn)確計(jì)算的，例如在教學(xué)實(shí)訓(xùn)樓，隨著教學(xué)業(yè)務(wù)的發(fā)展，機(jī)房數(shù)量逐漸增多，網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)也隨之增大，校園網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)所部署的交換設(shè)備就可能出現(xiàn)無(wú)法滿足用戶需求的情況，而對(duì)于校內(nèi)體育場(chǎng)館來(lái)說(shuō)，其辦公和教學(xué)用網(wǎng)的需求量小，但在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)仍然部署了和其他樓宇同樣的交換設(shè)備，存在設(shè)備資源浪費(fèi)的情況。

3）現(xiàn)有核心網(wǎng)到匯聚、匯聚到接入層設(shè)備互連鏈路均為單鏈路，且?guī)挒榍д祝褵o(wú)法適應(yīng)各樓宇日益增長(zhǎng)的帶寬需求并且已成為樓宇帶寬性能的瓶頸。此外，樓宇內(nèi)的智能設(shè)備如校園智能監(jiān)控、智慧廣播終端所接入的網(wǎng)絡(luò)未進(jìn)行獨(dú)立的局域網(wǎng)設(shè)計(jì)，在局部會(huì)與校園網(wǎng)直連，那么在此范圍內(nèi)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)就會(huì)直接影響校園、監(jiān)控、廣播等三網(wǎng)的正常使用，并且在網(wǎng)絡(luò)高峰期時(shí)還會(huì)發(fā)生相互干擾，造成帶寬不穩(wěn)定等現(xiàn)象。同時(shí)各實(shí)訓(xùn)教學(xué)樓中的智慧教室、智慧機(jī)房所使用的交換設(shè)備與樓宇匯聚、接入設(shè)備之間的級(jí)聯(lián)方式也是五花八門，串并接隨意，沒有全局考慮，嚴(yán)重影響交換機(jī)性能的發(fā)揮，以上問(wèn)題在校園網(wǎng)中均是真實(shí)存在的。

4）目前，校園網(wǎng)地址規(guī)劃在設(shè)計(jì)階段因未考慮到學(xué)院后期智慧校園及信息化建設(shè)發(fā)展的需要，而只是滿足辦公、教學(xué)等基礎(chǔ)用網(wǎng)需求，存在規(guī)劃設(shè)計(jì)不足的問(wèn)題，并且校園網(wǎng)在規(guī)劃建設(shè)階段也沒有制定相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，這就導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理人員后期在進(jìn)行地址擴(kuò)展時(shí)的隨意性增強(qiáng)。目前，校園網(wǎng)中已出現(xiàn)終端地址、路由交換互連地址、各類應(yīng)用服務(wù)等業(yè)務(wù)地址分類混亂，網(wǎng)絡(luò)地址段劃分不清，不連續(xù)的問(wèn)題，同時(shí)還伴隨因新增地址段與舊地址段沖突導(dǎo)致的斷網(wǎng)問(wèn)題，以上問(wèn)題為校園網(wǎng)的運(yùn)維和管理埋下了隱患，不但造成了管理上的困難，還影響到后期各類信息化業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。

2 校園網(wǎng)改造和優(yōu)化目標(biāo)

2.1 改造目標(biāo)

1）設(shè)計(jì)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰、安全穩(wěn)定且擴(kuò)展能強(qiáng)，能滿足學(xué)院未來(lái)5 到8 年智慧校園及信息化建設(shè)需求的校園網(wǎng)。

2）引入一體化綜合網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，提高校園網(wǎng)整體運(yùn)維管理效能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的快速分析，網(wǎng)絡(luò)故障的準(zhǔn)確定位和校園網(wǎng)中在線用戶的精細(xì)化管理。

3）全面提升接入層、匯聚層、核心層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力，更換支持萬(wàn)兆接入且性能更高的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以滿足樓宇間不斷增長(zhǎng)的高速數(shù)據(jù)傳輸需求。

2.2 優(yōu)化目標(biāo)

1）提高現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源利用率，增強(qiáng)樓宇網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力，優(yōu)化樓宇帶寬性能。

2）解決網(wǎng)絡(luò)地址段、虛擬局域網(wǎng)分類混亂，劃分不清的問(wèn)題，提升地址資源管理效能。

3）優(yōu)化樓宇網(wǎng)絡(luò)接入結(jié)構(gòu)，提升數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力。

3 校園網(wǎng)改造設(shè)計(jì)和優(yōu)化思路

3.1 校園網(wǎng)改造方案

根據(jù)對(duì)學(xué)院基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在問(wèn)題的分析和對(duì)網(wǎng)絡(luò)改造和優(yōu)化目標(biāo)提出的要求，重新設(shè)計(jì)寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

3.1.1 校園網(wǎng)絡(luò)出口改造

原有校園網(wǎng)中采用單防火墻部署的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)落伍，不僅難以適應(yīng)校園網(wǎng)出口帶寬不斷增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，且在線路冗余和安全性方面也無(wú)法達(dá)到現(xiàn)如今智慧校園建設(shè)和發(fā)展的需求。經(jīng)過(guò)改造后，采用2臺(tái)H3C SecPath L5000 負(fù)載均衡器和2臺(tái)H3C SecPath F5040 防火墻部署成具備鏈路冗余，全鏈路負(fù)載均衡的高安全、高可靠性的校園網(wǎng)出口結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)了原校園網(wǎng)出口在鏈路冗余、負(fù)載、安全性方面的不足[3]。

3.1.2 核心層改造

校園核心網(wǎng)不再按照區(qū)域劃分，采用2 臺(tái)H3C7506E核心交換機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)，2臺(tái)核心交換機(jī)采用虛擬化堆疊的方式進(jìn)行組織，不再是一主一備方式組網(wǎng)，2臺(tái)設(shè)備同時(shí)承擔(dān)數(shù)據(jù)流量的轉(zhuǎn)發(fā)工作，并且當(dāng)一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)仍可保持正常，保證校園網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定不中斷，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)全局流量的均衡負(fù)載。

3.1.3 匯聚層改造

匯聚層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了調(diào)整，首先樓宇匯聚交換機(jī)全部采用H3C S5560X 交換機(jī)進(jìn)行部署，該交換機(jī)支持萬(wàn)兆上聯(lián)，極大地提升樓宇間帶寬性能，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上取消了原有的三臺(tái)區(qū)域核心交換設(shè)備，由更高性能的樓宇匯聚交換機(jī)承擔(dān)起匯總和轉(zhuǎn)發(fā)樓宇用戶網(wǎng)絡(luò)流量的任務(wù)，減少了數(shù)據(jù)在核心網(wǎng)的三層轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)，提升轉(zhuǎn)發(fā)效率的同時(shí)簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3.1.4 接入層改造

樓宇接入層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備全部采用H3C S5130S 交換機(jī)進(jìn)行部署，該交換機(jī)配備48電口和4個(gè)SFP千兆光口，與原有24 端口和48 端口交換機(jī)混合部署的場(chǎng)景進(jìn)行比較，不但可以節(jié)省部署設(shè)備數(shù)量，還可以同時(shí)滿足辦公、教學(xué)場(chǎng)景下大量單節(jié)點(diǎn)終端和少量機(jī)房的聯(lián)網(wǎng)需求，并且設(shè)備更換后還可將退換下來(lái)的舊交換設(shè)備用來(lái)為樓宇監(jiān)控和廣播構(gòu)建獨(dú)立局域網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而達(dá)到多網(wǎng)獨(dú)立，互不干擾的目的[4]。

3.2 有線網(wǎng)優(yōu)化思路

3.2.1 接入層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

樓宇網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)優(yōu)化需要結(jié)合當(dāng)前樓宇用戶量來(lái)進(jìn)行分析，用戶總數(shù)可借助綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和認(rèn)證系統(tǒng)采集并統(tǒng)計(jì)，同時(shí)還可以根據(jù)當(dāng)前樓宇的VLAN 分配數(shù)量來(lái)進(jìn)行分析，通常VLAN 的分配都是按照私有C類地址段進(jìn)行劃分的，如果樓宇用戶總數(shù)使用1 到3 個(gè)VLAN 就可以完全承載，那么當(dāng)前樓宇就可以將中間的匯聚層交換設(shè)備移除，將當(dāng)前樓宇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從原來(lái)的接入到匯聚，匯聚再到核心的三層結(jié)構(gòu)變?yōu)榻尤朐O(shè)備鏈路直達(dá)核心，原有接入層設(shè)備的VLAN 網(wǎng)關(guān)部署在匯聚層，接入層到核心層之間屬于三層IP 網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)以上改造后，接入層到核心層鏈路將轉(zhuǎn)換為二層網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)關(guān)直接部署在核心交換機(jī)上，這就使得接入層用戶數(shù)據(jù)可直達(dá)核心，然后向廣域網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)，減少了中間匯聚層的三層轉(zhuǎn)發(fā)在局部提升了帶寬響應(yīng)。

接下來(lái)是考慮接入設(shè)備物理連接方式，現(xiàn)有接入層交換機(jī)通常都會(huì)配備4個(gè)光纖模塊接口，在移除匯聚層設(shè)備后接入層交換機(jī)與核心的連接有兩種方式：第一種就是使用1臺(tái)接入交換設(shè)備負(fù)責(zé)和核心連接，其他接入交換機(jī)以并聯(lián)方式連接到與核心直連的接入交換機(jī)上，這種方式只適用于總共部署4臺(tái)接入交換設(shè)備就能滿足樓宇用網(wǎng)需求的場(chǎng)景；第二種就是各接入交換機(jī)分別直連核心，前提就是核心交換設(shè)備在確保端口數(shù)量足夠且樓宇光纜芯數(shù)充足的情況下可以使用該方式，筆者更加傾向第一種連接方式，使用配備支持萬(wàn)兆上聯(lián)的接入交換機(jī)作為與核心的直連設(shè)備，確保轉(zhuǎn)發(fā)性能，在能夠滿足樓宇整體用網(wǎng)需求的前提下還能節(jié)省設(shè)備資源。

3.2.2 鏈路帶寬優(yōu)化

應(yīng)用交換設(shè)備的端口聚合功能，可以成倍提高交換機(jī)鏈路帶寬容量，且不受使用場(chǎng)景限制。以寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園網(wǎng)為例，在接入層應(yīng)用場(chǎng)景，各接入交換機(jī)在與樓宇匯聚設(shè)備級(jí)聯(lián)時(shí)可以使用雙電口聚合連接，提高帶寬響應(yīng)；在匯聚層應(yīng)用場(chǎng)景，可通過(guò)雙光口與核心網(wǎng)聚合連接，適用于無(wú)萬(wàn)兆上行支持的交換設(shè)備；在核心層應(yīng)用場(chǎng)景，可以將部署校園綜合應(yīng)用服務(wù)的前端交換機(jī)和核心設(shè)備之間聚合多條萬(wàn)兆鏈路，來(lái)滿足綜合應(yīng)用服務(wù)各系統(tǒng)對(duì)超高帶寬接入的需求。

3.2.3 地址段優(yōu)化

地址段優(yōu)化必定是在合理分類的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，校園網(wǎng)在建設(shè)之初，網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃不可能做到面面俱到，只有隨著校園網(wǎng)的不斷擴(kuò)展進(jìn)行不斷調(diào)整和優(yōu)化，以滿足使用需求。以寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，筆者按照IP 地址的固有分類將校園網(wǎng)中的所有網(wǎng)絡(luò)地址劃分為三大類，分別是終端地址類、交換互連地址類和備用地址類。其中，終端地址類使用以10開頭的私有地址段進(jìn)行分配，該私有地址段屬于A類私有地址網(wǎng)段，主機(jī)位較多，可根據(jù)不同區(qū)域、樓宇、樓層、業(yè)務(wù)進(jìn)行進(jìn)一步劃分，靈活應(yīng)用，滿足終端地址使用需求，并且通過(guò)統(tǒng)一規(guī)劃的地址表可以做到快速定位和巡查。交換互連地址段使用以172.16 開頭的私有地址段進(jìn)行分配，該地址段屬于B 類私有地址段，子網(wǎng)位和主機(jī)位各占一半，可用在各三層交換網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備接口地址上，以滿足交換互連地址配置需求，這樣一來(lái)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地址類別就可以快速區(qū)分終端地址和互連地址。備用地址則是使用192.168開頭的私有地址段分配，該地址段是C 類私有地址段，在校園網(wǎng)中用來(lái)調(diào)試設(shè)備或接入臨時(shí)業(yè)務(wù)，使用完成后在清除掉，方便運(yùn)維人員進(jìn)行統(tǒng)一分配和管理。通過(guò)以上對(duì)地址段的分類優(yōu)化，在結(jié)合現(xiàn)有校園網(wǎng)中已使用和分配的地址進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，逐一優(yōu)化，并借助接入交換機(jī)提供的DHCP 功能，可快速進(jìn)行優(yōu)化部署，而終端是無(wú)感知的，最終達(dá)到校園網(wǎng)地址優(yōu)化的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園基礎(chǔ)鏈路和有線網(wǎng)絡(luò)中存在的一些問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)和分析，依托學(xué)院鏈路改造項(xiàng)目，結(jié)合智慧校園建設(shè)需求設(shè)計(jì)了改造方案，明確了改造和優(yōu)化目標(biāo)，提出了有線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化思路。通過(guò)此次的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)改造優(yōu)化不僅可以進(jìn)一步提升校園整體網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性和可擴(kuò)展性，還為學(xué)院校園網(wǎng)適應(yīng)下一階段的信息化發(fā)展和智慧校園建設(shè)夯實(shí)了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)[5]。