智慧校园多业务统一承载网络设计

郭力培 王明超

摘要：基于高校智慧校园中各类信息化业务在网络中的承载需求，提出多业务统一承载的高校网络建设方案，在接入侧通过无源光纤网络（PON）设备接入各类业务终端，核心侧通过大容量交换机完成各业务数据的高速转发，同时在网络中部署虚拟局域网（VLAN）、服务质量（QoS）等技术实现各类业务差异化的服务质量保障，最终在一张光纤网络中实现对校园信息化业务的统一接入和承载。

关键词：智慧校园；PON；QoS

中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1008-1739（2019）14-69-3

0引言

随着高校数字化校园、智慧校园[1]建设的不断推进，高校信息化业务应用不断丰富，如高速宽带上网、WLAN无线覆盖、校园一卡通、视频监控、学生考勤、多媒体教室、门禁系统、各种教学系统和财务管理系统等，都是高校内常见的信息化应用。不同类型的业务各具特点，对校园网的承载要求也存在一定差异[2]。目前各高校一般通过多个独立的校园局域网络实现对学校内各类业务的承载，一方面网络建设成本较高，存在重复建设的情况，另一方面校园网结构复杂，网络维护的难度较高[3]。

本文提出的多业务统一承载网络设计方案，首先分析多种校园信息化业务应用对校园网络的承载需求，采用在网络接入层采用PON[4]设备实现多种业务的统一接入，核心层采用高速3层交换设备实现数据高速转发，并且应用VLAN[5]，QoS[6]等技术实现网络对不同业务的隔离和质量保障等方式，实现通过一张光纤网络承载多种校园信息化业务的目标。

1组网架构分析

针智慧校园多业务承载网络设计，采用层次化的网络架构，分为核心转发层、端口汇聚层和业务接入层，同时采用设备集群、虚拟化、冗余链路等技术，使校园网络成为结构清晰、性能强大、安全可靠、可扩展能力强的多业务融合承载网络，并针对各种不同业务的应用特点，有针对性地提供相应的业务承载。

智慧校园多业务统一承载网络的网络架构如图1所示，整体分为核心转发层、端口汇聚层和业务接入层。

（1）核心转发层

核心层主要负责业务处理、对外互联等，该层部署2台万兆核心交换机，负责网络核心的高速数据转发，同时核心层联通私有云平台、网络管理以及出口防火墙等设备，保障用户业务数据与业务平台、互联网、电话网的互通；2台核心交换机支持集群功能，正常情况下都参与数据转发，一旦其中任何一台发生故障时，另一台可以自动、无缝地进行工作接管，具备设备级容灾能力。

（2）端口汇聚层

主要负责网络端口汇聚，将接入侧的业务数据传输至网络的核心转发层，完成业务数据的高速转发。主要部署OLT設备；单台OLT设备具备双主控板，下连ONU采用2块不同的业务板卡，提供板卡级容灾能力，同时OLT设备支持双机热备功能，可提供设备级容灾能力。

（3）业务接入层

根据学校业务接入实际情况，选取不同类型的ONU设备，支持教学楼、宿舍楼、食堂、大门、开水房、室外广场和校内道路等校内不同区域、不同类型业务终端的网络接入。

2业务承载方案

在多业务统一承载网络中实现对智慧校园的各类信息化业务承载，承载方案如下。

①宽带上网：通过ONU的GE接口实现宽带业务接入，通过核心交换机进入认证计费服务器进行业务认证，经出口防火墙NAT后，实现用户对互联网的访问。

②多媒体教室、校园一卡通、门禁、考勤等信息化业务：通过教室内ONU的多个GE接口实现各类业务终端的网络接入，经核心交换机与私有云平台内的各业务服务器互通，实现校园内的多媒体教学、校园一卡通、门禁、考勤等功能。

③WLAN：通过ONU的POE接口实现AP终端的网络接入和供电，经核心交换机与AC设备的互通进行业务认证，实现用户WLAN业务接入。

④视频监控：通过ONU的POE接口实现视频监控终端的网络接入和供电，经核心交换机与私有云平台内的视频监控存储和服务器互通，实现对监控视频的存储和调用。

⑤固定电话：通过ONU的POTS接口实现电话业务接入，通过出口防火墙与运营商软交换网络对接，实现校园电话业务。

大多高校的校园网由业务接入层至核心转发层均是由2层网络设备组成的，如果将所有业务流量承载在一个2层广播域内，业务安全性校差，网络易发生故障。因此，需采用VLAN技术对2层广播域进行隔离，也可根据VLAN ID对各类业务进行区分和识别。需根据学校的业务类型、接入设备数量、接入位置等信息，对网络内的VLAN进行整体规划，保障每种业务的2层广播域控制在一定范围内，避免终端过多引起广播风暴。由ONU设备根据由其下行端口接入的终端类型、接入位置等进行VLAN划分。网络中不同业务系统之间如有相互访问的需求，可通过核心交换机进行2层路由来实现不同VLAN的互访。

3业务质量保障方案

对智慧校园的各类信息化业务，按其对网络带宽、时延、抖动等相关指标需求的程度进行分类，可分为以下几类。

①大颗粒实时业务：数据传输量大，网络带宽要求高，对网络的时延、丢包率等指标较敏感，如视频监控、多媒体教学等业务。

②小颗粒高可靠性业务：对网络带宽要求不高，但对网络可靠性要求较高，如校园一卡通、考勤、门禁、固定电话等业务。

③其他非保障业务：对网络带宽和时延、抖动等指标要求较低，如宽带上网等。

根据以上各种业务对网络相关指标的要求以及网络测试经验，可给出各种业务QoS指标要求，如表2所示。

为了满足校园内各类信息化业务的QoS指标要求，需根据各类业务的不同特性，在网络中部署相应的QoS技术，实现对各类业务的差异化保障，一旦网络发生拥塞，可保证重要业务用户体验不受影响，各类业务的QoS优先级标识，如表3所示。

在校园网内对业务流进行端到端的QoS保障，要求流量流经路径上的所有网络设备均需部署QoS，从接入层开始直到核心层。在流量流经的整个路径上所有设备均为2层设备，QoS标记为802.1P标记。业务流量由接入层进入网络，由ONU设备根据接入终端的业务类型打上相应的802.1P值，经汇聚层OLT设备和核心层核心交换机，根据数据包的802.1P标记进行队列调度，实现基于QoS等级的包转发，保证不同类型業务在网络中差异化服务质量。另外，可在网络中通过ONU和OLT根据业务接入类型进行带宽限速，以避免业务突发流量过大造成网络拥塞。

4结束语

本方案在接入侧采用PON架构，OLT作为汇聚网元放置在核心机房，核心机房至用户端中间采用无源分光器，无需供电、安装简单、稳定性高、不易出现故障。后续所有业务终端均通过部署在用户侧的ONU设备接入校园网，实现业务统一接入。同时在网络中部署QoS技术，实现不同类型业务的差异化服务质量保障，实现所有业务的统一承载，避免了网络设备的重复建设，同时可有效降低网络维护的难度。

参考文献

[1]李有增，周全，钊剑.关于高校智慧校园建设的若干思考[J].中国电化教育，2018（1）：112-117.

[2]张晟. IP网络QoS模型研究及其实现[D].北京：北京邮电大学，2005.

[3]张四海，林初建.高校多业务融合承载网研究与构建[J].中国教育网络，2017（12）：51-53.

[4]左锋.PON技术在高校校园网中的应用研究[J].信息技术与信息化，2017（Z1）：120-121.

[5]刘黎明.VLAN技术在校园网中的应用[J].数字通信世界， 2015（6）：92-93.

[6]于宝郡.IP城域网QoS部署策略[J].电信快报，2015（7）： 41-44.