鹤壁教育IP城域网的设计方案

周新河

中国铁通集团有限公司开封分公司，河南开封 475003

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。

0 引言

教育信息化是加快教育发展的重要途径。在城市的中、小学实施互联网教学，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Internet系统，对外通过路由设备接入广域网，能够使中小学师生都能共享网上教育资源，提高所有中小学的教育教学质量，使全体教师能普遍接受旨在提高实施素质教育水平和能力的继续教育。

鹤壁市现有的中、小学均配有微机室，全部将微机纳入学生的必学课程，并且进行组成局域网，用网络将各个学校联接起来，有助于各个学校建立联系，从网络上进行学习交流，从而带动全市教学质量的提高。实现教育系统内部的网上办公自动化系统，包括个人办公、公共办公、文件管理等功能，同时实现数据自动上报功能，实现内外信息发布和支持远程办公。提高工作效率和管理水平。实现学校与学校、学校和学生家庭、学校与社会之间的双向教学模式，达到全社会终生学习的目标。

1 鹤壁教育城域网的设计方案

1.1 鹤壁教育城域网的拓补结构

鹤壁城域网的建设目标是建立一个高速宽带教育主干网，所有学校接入主干网，主干接点之间的连接可以租用电信现有光纤，学校与主干网的连接在初期可采取多种形式：光纤接入、xDSL及Cable Modem、LMDS、3.5GHZ、无线网桥和WLAN等等，根据前文叙述的光纤接入优点和随着光纤资源的不断丰富，鹤壁教育网中的所有学校都以光纤方式接入。

鹤壁市教育城域网总体架构分3层：核心层、汇聚层、接入层。

1.1.1 核心层建设方案

根据鹤壁教育系统的特点，鹤壁教育IP城域网在教委设置一个核心层节点，其节点地位相当于河南教育公众网鹤壁业务区的PE。根据工程建设的统一管理，并结合网络扁平化建设思路，上述PE设备及配套设备的核心层局域网交换机设备已经安派在骨干网中设置。

鹤壁教育IP城域网核心层共新增如下设备：新增一台爱立信的M20设备及一台核心层局域网交换机，上述核心节点设备实现城域数据网核心层PE功能；M20设备上方向与教育骨干网核心节点及网管、应用、支撑系统进行连接，下行方向通过两台核心层交换机连接城域网，通过城域传输网的通路组织与各汇聚区的汇聚层设备连接。本期工程在核心层新配一台网络接入服务器BRAS设备，该设备通过GE链路采用旁挂方式与核心层交换机互联。

1.1.2 汇聚层建设方案

本设计的重点是在鹤壁进行IP城域网数据汇聚层的建设，根据总体建设方案，及结合当地调查情况，汇聚层节点应结合行政区县分别设置，汇聚层设备（汇聚层路由器、汇聚层交换机）一般可选择条件较好的传输中心节点进行安装。在确定汇聚层节点设置方案时，应结合鹤壁教育系统的实际情况，合理选择设备安放节点位置，并规划预留相应的广域网传输通道。

根据鹤壁实际情况，鹤壁IP城域数据网汇聚节点的设置方案如下：

所属行政区域 地点名称 覆盖区域鹤壁市区 市高中 山城区以北职业技术学院 开发区浚县 浚县一中 浚县淇县 淇县一中 淇县

在汇聚层，针对汇聚的业务类型可采取设置三层交换机或会聚层路由器。三层交换机主要针对以太网类型用户接入，对来自接入层的二层以太网链路进行总结，分担核心层PE设备的处理能力。汇聚层路由器主要针对专线类型的接入，原核心层设备主要作为P设备应用。汇聚节点设置在主城区及郊区县范围的开发区、山城区、浚县、淇县，采用单节点归属方式与核心层直联，汇聚节点不设直达路由，核心节点与骨干节点互联。根据业务预测，鹤壁教育IP城域网宽带数据用户接入本年底约为102MB/S，按照网络结构，所有业务均需通过核心层，综合考虑核心层网络的演化、带宽的需求和投资，取定4个汇聚节点平分带宽，平均每个汇聚节点年底为26MB/S左右，考虑以MSTP作为承载平台，则每个节点分别以两个FE链路与两个核心节点相连；汇聚层面各汇聚路由器采用GE链路与三层交换机连接。考虑到以太网用户的接入，本期工程在该汇聚路由下挂三层以太网交换机，作为汇聚路由器端口扩展之用，今后可考虑将该三层交换机直接作为汇聚层设备通过新增配置链路连接至核心层交换机。

1.1.3 接入层建设方案

接入层由接入点二层交换机+校园网组成，通过百兆光纤电路上联至汇聚层节点，多个接入点共享汇聚层千兆光纤电路与核心层相联。使用15+1（15所学校+教育网）条端到端光纤电路，在电路两端路由交换设备上增加千兆模块。各个学校通过通过百兆光纤电路上联至汇聚层节点核心交换机，接入设备包括校园接入层、汇聚层交换机等。下面结合实际，以淇滨区淇滨中学与淇滨实验中学为例，作出教育网络拓扑示意图。

教育网络拓扑示意图

核心层、汇聚层与接入层主要设备技术概况：

1）核心层设备采用中兴公司UAS5000路由交换机，该设备的主要作用是联接千兆以太网络及建立与汇接层设备联接。

2）ZXE10-UAS5000的硬件功能划分为5个功能模块：线路接口功能、cell/packet处理功能、cell/packet交换功能、通信协议处理功能和系统控制功能。

3）ZXE10-UAS5000的软件按照功能分为7个子系统：协议子系统、承载子系统、网管子系统、系统控制子系统、业务控制子系统、数据库子系统和运行支撑平台。

ZXE10-UAS5000的业务功能：

提供强大的网络管理功能：配置管理、性能管理、故障管理、安全管理和记帐管理。

灵活的网管形式：Telenet远程登录访问、仿真终端通过串口进行管理，也可以开放SNMP Server，接收SNMP网管工作站的管理指令。

提供认证、授权，确保网络运行的安全可靠性。既可以通过ZXE10-UAS5000的本地服务器提供，也可以通过RADIUS服务器提供。认证的依据一般是用户的用户名和口令，但是如果采用3AS计费系统的话，可以在3AS系统上设置用户的认证依据为接入电路。

提供对接入用户的计费功能，计费方式既可以是时长计费也可以是流量计费。接入费用一般是通过接入时长乘以费率或使用流量乘以费率而得到的。

ZXE10-UAS5000V1.2版本提供3种单板：

1）主控板；2）交换板；3）线路板。

线路板包括以下类型：

1）单模/多模千兆以太网接口线路板；

2）单模/多模ATM 155M接口线路板；

3）单模/多模ATM 622M接口线路板；

4）单模/多模百兆以太网光接口线路板；

5）百兆以太网电接口线路板；

6）协议终结板。

ZXE10-UAS5000中的接口线路板（线路板）在系统中与交换板通过交换总线连接，与主控板通过控制总线连接。

在ZXE10-UAS5000系统中，控制总线有主备两套：以主控板CPU为核心的10M以太网和2M的HDLC总线。

在正常情况下，10M以太网为主用，2M的HDLC总线为备用。

-48V电源是从机框的背面引出的，尾纤的接口和以太网双绞线接口是从机框相应单板的正面引出的

ZXR10 T16C MPLS 接入路由交换机是中兴通讯股份有限公司专门为IP城域网的各类用户的综合接入和汇聚而设计的。ZXR10 T16C既能作为ZXR10 T16S等接入以太网交换机的会聚设备，实现流量的汇聚和增殖业务的提供，也可以直接在城域网的边缘接入层接入用户。ZXR10 T16C具有L2/L3/L4线速交换能力；具备QoS、MPLS、NAT、带宽控制、组播等高级性能，是定位于网络边缘层、实现整体网络增值的优选设备。ZXR10 T16C还可以直接用于高端用户的接入。ZXR10 T16C提供32个固定的10/100M-TX自适应接口，并提供两个接口插槽，支持各种传输技术的接口模块，如千兆以太网接口、10/100M以太网电口、100M以太网光口、155M ATM、155M POS、E3/E1等，适用于各种网络结构。

1.1.4 IP地址划分

IP地址规划，考虑到第一期15所学校的用量及将来有可能发展的用量，每个学校给分配16个C的地址。详细分配如下：

学校 子网地址 广播地址 主机地址 掩码位数四完小 10.10.0.0 10.10.15.255 10.10.0.1—15.254 20师范附小 10.10.16.0 10.10.31.255 10.10.16.1--31.254 20市高中 10.10.32.0 10.10.47.255 10.10.32.1—47.254 20十八中 10.10.48.0 10.10.63.255 10.10.48.1—63.255 20四中 10.10.64.0 10.10.79.255 10.10.64.1—79.254 20二中 10.10.80.0 10.10.95.255 10.10.80.1—95.254 20六中 10.10.96.0 10.10.111.255 10.10.96.1—111.254 20一中 10.10.112.0 10.10.127.255 10.10.112.1—127.254 20五中 10.10.128.0 10.10.143.255 10.10.128.1—143.254 20七中 10.10.144.0 10.10.159.255 10.10.144.1—159.254 20教委 10.20.0.0 10.20.15.255 10.20.0.1—15.254 20淇滨中学 10.20.16.0 10.20.31.255 10.20.16.1--31.254 20实验中学 10.20.32.0 10.20.47.255 10.20.32.1—47.254 20淇滨小学 10.20.48.0 10.20.63.255 10.20.48.1—63.255 20桃源小学 10.20.64.0 10.20.79.255 10.20.64.1—79.254 20鹤翔小学 10.20.80.0 10.20.95.255 10.20.80.1—95.254 20互联地址 10.100.0.0 10.100.0.255 设备互联使用

每个学校的16个C类地址，可以根据每个学样的实际情况分配成4个C的办公区、4个C的教学实验区、4个C的居住区、备用4个C。

2 鹤壁教育网解决方案优势分析

第三层交换的城域校园网解决方案，可以构建一个简单、扩展性强并具有一定服务质量保证功能的网络体系。与传统接入方式所采用的路由器相比，采用第三层以太网交换机接入，具有如下优势：

性能高，数据吞吐量大。相同价位的三层交换机的数据吞吐能力约为路由器的10～40倍。接口丰富。以太网交换机可通过扩充插板、堆叠、级联的方式方便升级，而路由器的升级则要复杂得多。以太网交换机接入速率从10M升级至100M、1 000M无需投资或仅需少量投资即可实现，路由器通常需更换昂贵模块实现，甚至需更换路由器。

此外，三层交换机通常还具有优先级设定、带宽管理、拥塞控制、负载均衡等功能，满足用户的各类需求。

鉴于上述原因，接入采用三层以太网交换机方式，考虑网络规模及业务需求，初期接入速率为100M，随着用户数量及业务需求量的增加，将来可平滑升级至1 000M或更高速率。

2.1 教育城域网软件平台解决方案

根据我国国情和对“校校通”内涵的充分理解，鹤壁教育城域网可以采用“校校通”工程城域网软件平台解决方案。根据网络结构，我们可以在市教育局建设一套流媒体服务器，将优秀教师的课件放置在流媒体服务器上，在各个用户终端设置客户端，使得学生可以向服务器请求特定课件数据流的播放，学生可以自行选择学习内容，不受时间地点的限制，并且可以控制开始、暂停、前进和后退等播放过程。

服务器端可以预先发布教学安排，按安排播发教学内容。学生定时被动的听课。教师端用摄像机和麦克风等采集教师的实时授课现场信息，并用windows media encoder直接制作成asf流，用msbd协议送到媒体服务器的广播站上进行实时广播。同时，media server的启动station service服务模块，直接发布asf流；客户端用内嵌的windows media player接受和播放asf流。

2.2 软件平台建设的核心理念

1）高科技大众化——采用先进技术的产品也要务求好用、易用。只有工具的好用、易用才能让学校全体教师全面参与到教育信息化的进程中。

2）重应用谋远景——只有紧密结合教育局和学校教育教学的实际，满足教学和管理的需求，教育软件产品才能有强大的生命力。

3）纳百川归大海——最实用、最好用的素材、课件和教案，始终是教学第一线教师奉献的。基于互联网的应用，通过教师更广泛地参与“整合、共建、共享”，教育教学资源才能得到极大的丰富，“校校通”工程才能落到实处。

4）专业化全面性——先进技术与教育局、学校、师生的实际应用有机结合造就专业的教育软件产品，提供从办公管理到教学应用的工具和成品教学资源的全方位服务。

3 结论

在已建成的城域网区域内各学校使用城域网互联，在城域网数据中心建立中心网站和教学资源库，并与互联网联通。利用"校校通"智能软件系统的强大功能建设、管理网站和教学资源库，实现区域内办公管理、教务管理、课堂教学信息化，以及教学资源的共建共享。