新型校园网架构设计模式研究与实现

张 波 李 涛 张晓鹏 钟倬荣 黄志宏

摘要：传统校园网都可以归结为三层星型或者网状模式，在校园网用户数量剧增和应用服务日益增多的情况下越来越暴露出缺点和不足，本文立足于解决这些缺点和不足，提出新型锥形校园网架构设计模式，该架构模式具有良好的网络带宽利用率和网络管理性能，极大程度上弥补了传统网络架构模式的缺点和不足。

关键词：校园网；架构；锥形；服务

中图分类号：TP393

文献标识码：A

1概述

校园网的设计目标简而言之是将各种不同应用的信息资源通过高性能的网络设备相互连接起来，形成校园区内部的Intranet系统，对外通过路由设备接入广域网。建设一个以办公自动化、计算机辅助教学、现代计算机校园文化为核心，以现代网络技术为依托、技术先进、扩展性强、覆盖全校主要楼宇的校园主干网络，将学校的各种PC机工作站、终端设备和局域网连接起来，并与有关广域网相连；在网上宣传和获取教育资源；在此基础上建立能满足教学、科研和管理工作需要的软、硬件环境；开发各类信息库和应用系统，为学校各类人员提供充分的网络信息服务；系统总体设计本着总体规划、分布实施的原则。充分体现系统的技术先进性、高度的安全可靠性、良好的开放性、可扩展性，以及建设经济性。

校园网络系统基本可分为校园网络中心、教学子网、办公子网、图书馆子网、宿舍子网及后勤子网等。校园网络中心设计主要包括主干网络的设计、校园网与Internet的互联、远程访问服务等。外部信息资源建设应包括以下几个功能：Internet功能、远程访问功能、电子邮件功能、以多媒体方式介绍学校的功能、讨论和交流功能、信息发布功能。各项功能均可通过相应的网络信息平台实现。

2传统网络架构

校园网的拓扑结构基本上是混合型的。它是由星型、总线型等典型拓扑结构组成，在现代网络结构化布线工程中多采用星型结构，主要用于同一楼层，由各个房间的计算机间用集线器或者交换机连接产生的，它具有施工简单。扩展性高，成本低和可管理性好等优点；而校园网的分层布线主要采用树型结构；每个房间的计算机连接到本层的集线器或交换机，然后每层的集线器或交换机再连接到本楼出口的交换机或路由器。各个楼的交换机或路由器再连接到校园网的通信网中，由此构成了校园网的拓扑结构。当然这其中还有对网络整体结构的设计，如vlan的划分，各不同区域的细划分都需要根据学校情况来定。

校园网络中心以及各分校区均通过光纤接入中国教育科研网，也有的学校通过DDN专线或ADSL接入Internet。对于传统划定的区域如图书馆、宿舍等，都可以通过1000M交换口连入校园网，而各个终端可以采用1000M共享式端口。

目前的校园网大多数是纯三层的交换网络。由于交换机都具有三层功能，汇聚层一般已经可以与接八层归纳为一个层次。各楼层和各楼之间的交换设备都直接上连到核心设备上。

传统校园网架构模式具有明显的缺点，就是在网络用户急剧增长的时候，无法保障网络的正常安全运行，网络用户会感觉上网速度极其缓慢。就算网络用户数量不急剧增加，在用户开多个BT和迅雷等下载服务的时候，网络也会被极大地堵塞，导致广大用户无法正常有效地使用校园网。而为了解决网络带宽的问题，一味升级网络设备，采购性能更高更强的交换机、路由器等网络设备无疑只是头痛医头，脚痛医脚，无法从根本上解决校园网的网络使用性能问题，对校园网健康度的提升也是极其有限的，而且会极大增加学校的财务负担。因此着力于网络技术层面。对校园网架构进行重新设计和部署，是提升校园网综合性能的有效之道。

3新型架构设计

我们这里采用的新型网络架构是锥形架构。设计目的：

(1)快速访问校内资源；

(2)快速访问校外资源；

(3)结构简单清晰；

(4)易于管理。

网络拓扑图形如下：

该网络架构以6台核心三层交换机作为主干网的节点，一台思科路由器作为校园网到教育网和电信网的出口，它同时开通了到IPV4和IPV6的出口，6台核心交换机分别要么放置在相隔距离较远的不同校区。要么部署在学生宿舍密集用户众多的地方，核心交换机之间均通过光纤直接相连。服务器群直接连核心节点交换机，办公区网络和学生宿舍区网络也是直接连核心节点交换机，相互之间可以快速到达。6台核心节点交换机和出口思科路由器在空间架构上形成了一个立体三角锥体，因此我们将此架构命名为锥形架构，在图中也标注了交换机和路由器的型号。

在校内部署锥形架构后，学校内部骨干网升级为10G网络。完全满足校内教学、科研使用；学校任何重要区域到服务器群和出口路由器均为万兆链路，由于圆锥体的空间结构具有无比的优势，学校任何重要区域到服务器群和出口路由器均只有一跳路由，结构简单清晰，极大地提高了网络交换的效率和速率，比起传统网状架构有无比的优势。

此网络架构的独特之处在于在校园网内引入城域网的概念：

(1)多核心、圆锥形骨干网设计；

(2)骨干网启用动态路由协议；

(3)网络层次调整为三层架构；

(4)汇聚、骨干、出口支持IPv6；

(5)出口带宽增加；

(6)网络管理平台更加人性化。

4结束语

随着网络应用在高校中日益成熟，高校的网络已经从技术驱动转变为业务驱动，高校对于应用的实现越来越关注。校园网需要对学校内上万个端点进行管理，这其中存在的监控、管理、认证等各种问题十分复杂，而且学校的建网目标是连接校内的所有应用节点并实现与CERNET网的互联，建立信息资源服务体系，在满足学校信息化需求的同时，向教育单位和社会提供信息资源服务。因而在校园网络建设的主干技术和设备的选择方面适当地超前，以保持现代化教育技术的优势。

锥形校园网架构在我校全面投入使用后，网络运行稳定，达到预期的网络设计要求，师生们对此非常满意，全校网络管理也被纳入一个科学有效的平台上来。