鶴壁教育IP城域網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案

周新河

中國(guó)鐵通集團(tuán)有限公司開封分公司，河南開封 475003

建設(shè)一個(gè)以辦公自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)校園文化為核心，以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托、技術(shù)先進(jìn)、擴(kuò)展性強(qiáng)、覆蓋全校主要樓宇的校園主干網(wǎng)絡(luò)，將學(xué)校的各種PC機(jī)工作站、終端設(shè)備和局域網(wǎng)連接起來(lái)，并與有關(guān)廣域網(wǎng)相連；在網(wǎng)上宣傳和獲取教育資源；在此基礎(chǔ)上建立能滿足教學(xué)、科研和管理工作需要的軟、硬件環(huán)境；開發(fā)各類信息庫(kù)和應(yīng)用系統(tǒng)，為學(xué)校各類人員提供充分的網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)；系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本著總體規(guī)劃、分布實(shí)施的原則，充分體現(xiàn)系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性、高度的安全可靠性、良好的開放性、可擴(kuò)展性，以及建設(shè)經(jīng)濟(jì)性。

0 引言

教育信息化是加快教育發(fā)展的重要途徑。在城市的中、小學(xué)實(shí)施互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)，將各種不同應(yīng)用的信息資源通過(guò)高性能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相互連接起來(lái)，形成校園區(qū)內(nèi)部的Internet系統(tǒng)，對(duì)外通過(guò)路由設(shè)備接入廣域網(wǎng)，能夠使中小學(xué)師生都能共享網(wǎng)上教育資源，提高所有中小學(xué)的教育教學(xué)質(zhì)量，使全體教師能普遍接受旨在提高實(shí)施素質(zhì)教育水平和能力的繼續(xù)教育。

鶴壁市現(xiàn)有的中、小學(xué)均配有微機(jī)室，全部將微機(jī)納入學(xué)生的必學(xué)課程，并且進(jìn)行組成局域網(wǎng)，用網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)學(xué)校聯(lián)接起來(lái)，有助于各個(gè)學(xué)校建立聯(lián)系，從網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行學(xué)習(xí)交流，從而帶動(dòng)全市教學(xué)質(zhì)量的提高。實(shí)現(xiàn)教育系統(tǒng)內(nèi)部的網(wǎng)上辦公自動(dòng)化系統(tǒng)，包括個(gè)人辦公、公共辦公、文件管理等功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)上報(bào)功能，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外信息發(fā)布和支持遠(yuǎn)程辦公。提高工作效率和管理水平。實(shí)現(xiàn)學(xué)校與學(xué)校、學(xué)校和學(xué)生家庭、學(xué)校與社會(huì)之間的雙向教學(xué)模式，達(dá)到全社會(huì)終生學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

1 鶴壁教育城域網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案

1.1 鶴壁教育城域網(wǎng)的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)

鶴壁城域網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)是建立一個(gè)高速寬帶教育主干網(wǎng)，所有學(xué)校接入主干網(wǎng)，主干接點(diǎn)之間的連接可以租用電信現(xiàn)有光纖，學(xué)校與主干網(wǎng)的連接在初期可采取多種形式：光纖接入、xDSL及Cable Modem、LMDS、3.5GHZ、無(wú)線網(wǎng)橋和WLAN等等，根據(jù)前文敘述的光纖接入優(yōu)點(diǎn)和隨著光纖資源的不斷豐富，鶴壁教育網(wǎng)中的所有學(xué)校都以光纖方式接入。

鶴壁市教育城域網(wǎng)總體架構(gòu)分3層：核心層、匯聚層、接入層。

1.1.1 核心層建設(shè)方案

根據(jù)鶴壁教育系統(tǒng)的特點(diǎn)，鶴壁教育IP城域網(wǎng)在教委設(shè)置一個(gè)核心層節(jié)點(diǎn)，其節(jié)點(diǎn)地位相當(dāng)于河南教育公眾網(wǎng)鶴壁業(yè)務(wù)區(qū)的PE。根據(jù)工程建設(shè)的統(tǒng)一管理，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)扁平化建設(shè)思路，上述PE設(shè)備及配套設(shè)備的核心層局域網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備已經(jīng)安派在骨干網(wǎng)中設(shè)置。

鶴壁教育IP城域網(wǎng)核心層共新增如下設(shè)備：新增一臺(tái)愛立信的M20設(shè)備及一臺(tái)核心層局域網(wǎng)交換機(jī)，上述核心節(jié)點(diǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)城域數(shù)據(jù)網(wǎng)核心層PE功能；M20設(shè)備上方向與教育骨干網(wǎng)核心節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)管、應(yīng)用、支撐系統(tǒng)進(jìn)行連接，下行方向通過(guò)兩臺(tái)核心層交換機(jī)連接城域網(wǎng)，通過(guò)城域傳輸網(wǎng)的通路組織與各匯聚區(qū)的匯聚層設(shè)備連接。本期工程在核心層新配一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器BRAS設(shè)備，該設(shè)備通過(guò)GE鏈路采用旁掛方式與核心層交換機(jī)互聯(lián)。

1.1.2 匯聚層建設(shè)方案

本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是在鶴壁進(jìn)行IP城域網(wǎng)數(shù)據(jù)匯聚層的建設(shè)，根據(jù)總體建設(shè)方案，及結(jié)合當(dāng)?shù)卣{(diào)查情況，匯聚層節(jié)點(diǎn)應(yīng)結(jié)合行政區(qū)縣分別設(shè)置，匯聚層設(shè)備（匯聚層路由器、匯聚層交換機(jī)）一般可選擇條件較好的傳輸中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安裝。在確定匯聚層節(jié)點(diǎn)設(shè)置方案時(shí)，應(yīng)結(jié)合鶴壁教育系統(tǒng)的實(shí)際情況，合理選擇設(shè)備安放節(jié)點(diǎn)位置，并規(guī)劃預(yù)留相應(yīng)的廣域網(wǎng)傳輸通道。

根據(jù)鶴壁實(shí)際情況，鶴壁IP城域數(shù)據(jù)網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的設(shè)置方案如下：

所屬行政區(qū)域 地點(diǎn)名稱 覆蓋區(qū)域鶴壁市區(qū) 市高中 山城區(qū)以北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 開發(fā)區(qū)浚縣 ?？h一中 ?？h淇縣 淇縣一中 淇縣

在匯聚層，針對(duì)匯聚的業(yè)務(wù)類型可采取設(shè)置三層交換機(jī)或會(huì)聚層路由器。三層交換機(jī)主要針對(duì)以太網(wǎng)類型用戶接入，對(duì)來(lái)自接入層的二層以太網(wǎng)鏈路進(jìn)行總結(jié)，分擔(dān)核心層PE設(shè)備的處理能力。匯聚層路由器主要針對(duì)專線類型的接入，原核心層設(shè)備主要作為P設(shè)備應(yīng)用。匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)置在主城區(qū)及郊區(qū)縣范圍的開發(fā)區(qū)、山城區(qū)、?？h、淇縣，采用單節(jié)點(diǎn)歸屬方式與核心層直聯(lián)，匯聚節(jié)點(diǎn)不設(shè)直達(dá)路由，核心節(jié)點(diǎn)與骨干節(jié)點(diǎn)互聯(lián)。根據(jù)業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)，鶴壁教育IP城域網(wǎng)寬帶數(shù)據(jù)用戶接入本年底約為102MB/S，按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所有業(yè)務(wù)均需通過(guò)核心層，綜合考慮核心層網(wǎng)絡(luò)的演化、帶寬的需求和投資，取定4個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)平分帶寬，平均每個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)年底為26MB/S左右，考慮以MSTP作為承載平臺(tái)，則每個(gè)節(jié)點(diǎn)分別以兩個(gè)FE鏈路與兩個(gè)核心節(jié)點(diǎn)相連；匯聚層面各匯聚路由器采用GE鏈路與三層交換機(jī)連接。考慮到以太網(wǎng)用戶的接入，本期工程在該匯聚路由下掛三層以太網(wǎng)交換機(jī)，作為匯聚路由器端口擴(kuò)展之用，今后可考慮將該三層交換機(jī)直接作為匯聚層設(shè)備通過(guò)新增配置鏈路連接至核心層交換機(jī)。

1.1.3 接入層建設(shè)方案

接入層由接入點(diǎn)二層交換機(jī)+校園網(wǎng)組成，通過(guò)百兆光纖電路上聯(lián)至匯聚層節(jié)點(diǎn)，多個(gè)接入點(diǎn)共享匯聚層千兆光纖電路與核心層相聯(lián)。使用15+1（15所學(xué)校+教育網(wǎng)）條端到端光纖電路，在電路兩端路由交換設(shè)備上增加千兆模塊。各個(gè)學(xué)校通過(guò)通過(guò)百兆光纖電路上聯(lián)至匯聚層節(jié)點(diǎn)核心交換機(jī)，接入設(shè)備包括校園接入層、匯聚層交換機(jī)等。下面結(jié)合實(shí)際，以淇濱區(qū)淇濱中學(xué)與淇濱實(shí)驗(yàn)中學(xué)為例，作出教育網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D。

教育網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D

核心層、匯聚層與接入層主要設(shè)備技術(shù)概況：

1）核心層設(shè)備采用中興公司UAS5000路由交換機(jī)，該設(shè)備的主要作用是聯(lián)接千兆以太網(wǎng)絡(luò)及建立與匯接層設(shè)備聯(lián)接。

2）ZXE10-UAS5000的硬件功能劃分為5個(gè)功能模塊：線路接口功能、cell/packet處理功能、cell/packet交換功能、通信協(xié)議處理功能和系統(tǒng)控制功能。

3）ZXE10-UAS5000的軟件按照功能分為7個(gè)子系統(tǒng)：協(xié)議子系統(tǒng)、承載子系統(tǒng)、網(wǎng)管子系統(tǒng)、系統(tǒng)控制子系統(tǒng)、業(yè)務(wù)控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)和運(yùn)行支撐平臺(tái)。

ZXE10-UAS5000的業(yè)務(wù)功能：

提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理功能：配置管理、性能管理、故障管理、安全管理和記帳管理。

靈活的網(wǎng)管形式：Telenet遠(yuǎn)程登錄訪問(wèn)、仿真終端通過(guò)串口進(jìn)行管理，也可以開放SNMP Server，接收SNMP網(wǎng)管工作站的管理指令。

提供認(rèn)證、授權(quán)，確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全可靠性。既可以通過(guò)ZXE10-UAS5000的本地服務(wù)器提供，也可以通過(guò)RADIUS服務(wù)器提供。認(rèn)證的依據(jù)一般是用戶的用戶名和口令，但是如果采用3AS計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的話，可以在3AS系統(tǒng)上設(shè)置用戶的認(rèn)證依據(jù)為接入電路。

提供對(duì)接入用戶的計(jì)費(fèi)功能，計(jì)費(fèi)方式既可以是時(shí)長(zhǎng)計(jì)費(fèi)也可以是流量計(jì)費(fèi)。接入費(fèi)用一般是通過(guò)接入時(shí)長(zhǎng)乘以費(fèi)率或使用流量乘以費(fèi)率而得到的。

ZXE10-UAS5000V1.2版本提供3種單板：

1）主控板；2）交換板；3）線路板。

線路板包括以下類型：

1）單模/多模千兆以太網(wǎng)接口線路板；

2）單模/多模ATM 155M接口線路板；

3）單模/多模ATM 622M接口線路板；

4）單模/多模百兆以太網(wǎng)光接口線路板；

5）百兆以太網(wǎng)電接口線路板；

6）協(xié)議終結(jié)板。

ZXE10-UAS5000中的接口線路板（線路板）在系統(tǒng)中與交換板通過(guò)交換總線連接，與主控板通過(guò)控制總線連接。

在ZXE10-UAS5000系統(tǒng)中，控制總線有主備兩套：以主控板CPU為核心的10M以太網(wǎng)和2M的HDLC總線。

在正常情況下，10M以太網(wǎng)為主用，2M的HDLC總線為備用。

-48V電源是從機(jī)框的背面引出的，尾纖的接口和以太網(wǎng)雙絞線接口是從機(jī)框相應(yīng)單板的正面引出的

ZXR10 T16C MPLS 接入路由交換機(jī)是中興通訊股份有限公司專門為IP城域網(wǎng)的各類用戶的綜合接入和匯聚而設(shè)計(jì)的。ZXR10 T16C既能作為ZXR10 T16S等接入以太網(wǎng)交換機(jī)的會(huì)聚設(shè)備，實(shí)現(xiàn)流量的匯聚和增殖業(yè)務(wù)的提供，也可以直接在城域網(wǎng)的邊緣接入層接入用戶。ZXR10 T16C具有L2/L3/L4線速交換能力；具備QoS、MPLS、NAT、帶寬控制、組播等高級(jí)性能，是定位于網(wǎng)絡(luò)邊緣層、實(shí)現(xiàn)整體網(wǎng)絡(luò)增值的優(yōu)選設(shè)備。ZXR10 T16C還可以直接用于高端用戶的接入。ZXR10 T16C提供32個(gè)固定的10/100M-TX自適應(yīng)接口，并提供兩個(gè)接口插槽，支持各種傳輸技術(shù)的接口模塊，如千兆以太網(wǎng)接口、10/100M以太網(wǎng)電口、100M以太網(wǎng)光口、155M ATM、155M POS、E3/E1等，適用于各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1.1.4 IP地址劃分

IP地址規(guī)劃，考慮到第一期15所學(xué)校的用量及將來(lái)有可能發(fā)展的用量，每個(gè)學(xué)校給分配16個(gè)C的地址。詳細(xì)分配如下：

學(xué)校 子網(wǎng)地址 廣播地址 主機(jī)地址 掩碼位數(shù)四完小 10.10.0.0 10.10.15.255 10.10.0.1—15.254 20師范附小 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淇濱中學(xué) 10.20.16.0 10.20.31.255 10.20.16.1--31.254 20實(shí)驗(yàn)中學(xué) 10.20.32.0 10.20.47.255 10.20.32.1—47.254 20淇濱小學(xué) 10.20.48.0 10.20.63.255 10.20.48.1—63.255 20桃源小學(xué) 10.20.64.0 10.20.79.255 10.20.64.1—79.254 20鶴翔小學(xué) 10.20.80.0 10.20.95.255 10.20.80.1—95.254 20互聯(lián)地址 10.100.0.0 10.100.0.255 設(shè)備互聯(lián)使用

每個(gè)學(xué)校的16個(gè)C類地址，可以根據(jù)每個(gè)學(xué)樣的實(shí)際情況分配成4個(gè)C的辦公區(qū)、4個(gè)C的教學(xué)實(shí)驗(yàn)區(qū)、4個(gè)C的居住區(qū)、備用4個(gè)C。

2 鶴壁教育網(wǎng)解決方案優(yōu)勢(shì)分析

第三層交換的城域校園網(wǎng)解決方案，可以構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng)并具有一定服務(wù)質(zhì)量保證功能的網(wǎng)絡(luò)體系。與傳統(tǒng)接入方式所采用的路由器相比，采用第三層以太網(wǎng)交換機(jī)接入，具有如下優(yōu)勢(shì)：

性能高，數(shù)據(jù)吞吐量大。相同價(jià)位的三層交換機(jī)的數(shù)據(jù)吞吐能力約為路由器的10～40倍。接口豐富。以太網(wǎng)交換機(jī)可通過(guò)擴(kuò)充插板、堆疊、級(jí)聯(lián)的方式方便升級(jí)，而路由器的升級(jí)則要復(fù)雜得多。以太網(wǎng)交換機(jī)接入速率從10M升級(jí)至100M、1 000M無(wú)需投資或僅需少量投資即可實(shí)現(xiàn)，路由器通常需更換昂貴模塊實(shí)現(xiàn)，甚至需更換路由器。

此外，三層交換機(jī)通常還具有優(yōu)先級(jí)設(shè)定、帶寬管理、擁塞控制、負(fù)載均衡等功能，滿足用戶的各類需求。

鑒于上述原因，接入采用三層以太網(wǎng)交換機(jī)方式，考慮網(wǎng)絡(luò)規(guī)模及業(yè)務(wù)需求，初期接入速率為100M，隨著用戶數(shù)量及業(yè)務(wù)需求量的增加，將來(lái)可平滑升級(jí)至1 000M或更高速率。

2.1 教育城域網(wǎng)軟件平臺(tái)解決方案

根據(jù)我國(guó)國(guó)情和對(duì)“校校通”內(nèi)涵的充分理解，鶴壁教育城域網(wǎng)可以采用“校校通”工程城域網(wǎng)軟件平臺(tái)解決方案。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，我們可以在市教育局建設(shè)一套流媒體服務(wù)器，將優(yōu)秀教師的課件放置在流媒體服務(wù)器上，在各個(gè)用戶終端設(shè)置客戶端，使得學(xué)生可以向服務(wù)器請(qǐng)求特定課件數(shù)據(jù)流的播放，學(xué)生可以自行選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，不受時(shí)間地點(diǎn)的限制，并且可以控制開始、暫停、前進(jìn)和后退等播放過(guò)程。

服務(wù)器端可以預(yù)先發(fā)布教學(xué)安排，按安排播發(fā)教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生定時(shí)被動(dòng)的聽課。教師端用攝像機(jī)和麥克風(fēng)等采集教師的實(shí)時(shí)授課現(xiàn)場(chǎng)信息，并用windows media encoder直接制作成asf流，用msbd協(xié)議送到媒體服務(wù)器的廣播站上進(jìn)行實(shí)時(shí)廣播。同時(shí)，media server的啟動(dòng)station service服務(wù)模塊，直接發(fā)布asf流；客戶端用內(nèi)嵌的windows media player接受和播放asf流。

2.2 軟件平臺(tái)建設(shè)的核心理念

1）高科技大眾化——采用先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)品也要?jiǎng)?wù)求好用、易用。只有工具的好用、易用才能讓學(xué)校全體教師全面參與到教育信息化的進(jìn)程中。

2）重應(yīng)用謀遠(yuǎn)景——只有緊密結(jié)合教育局和學(xué)校教育教學(xué)的實(shí)際，滿足教學(xué)和管理的需求，教育軟件產(chǎn)品才能有強(qiáng)大的生命力。

3）納百川歸大海——最實(shí)用、最好用的素材、課件和教案，始終是教學(xué)第一線教師奉獻(xiàn)的?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的應(yīng)用，通過(guò)教師更廣泛地參與“整合、共建、共享”，教育教學(xué)資源才能得到極大的豐富，“校校通”工程才能落到實(shí)處。

4）專業(yè)化全面性——先進(jìn)技術(shù)與教育局、學(xué)校、師生的實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合造就專業(yè)的教育軟件產(chǎn)品，提供從辦公管理到教學(xué)應(yīng)用的工具和成品教學(xué)資源的全方位服務(wù)。

3 結(jié)論

在已建成的城域網(wǎng)區(qū)域內(nèi)各學(xué)校使用城域網(wǎng)互聯(lián)，在城域網(wǎng)數(shù)據(jù)中心建立中心網(wǎng)站和教學(xué)資源庫(kù)，并與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)通。利用"校校通"智能軟件系統(tǒng)的強(qiáng)大功能建設(shè)、管理網(wǎng)站和教學(xué)資源庫(kù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)辦公管理、教務(wù)管理、課堂教學(xué)信息化，以及教學(xué)資源的共建共享。