宿舍網(wǎng)多運營商共同接入模式對比分析*

常偉鵬，許建真，袁 泉

（中國藥科大學(xué) 圖書與信息中心，江蘇 南京211198）

一、高校宿舍網(wǎng)的運營模式

作為構(gòu)建于宿舍內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，高校宿舍網(wǎng)在大學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活中占據(jù)重要位置，因此也成為高校信息化建設(shè)的重點關(guān)注區(qū)域。關(guān)于宿舍網(wǎng)的運營和管理，傳統(tǒng)的模式有高校自主建設(shè)運營和運營商獨家投資建設(shè)運營兩種，[1]但高校自主運營存在出口帶寬有限、高峰時段使用體驗不佳等不足，運營商獨家運營存在收費較高、用戶因?qū)拵暇W(wǎng)與手機(jī)綁定而無法自主選擇、無法訪問校內(nèi)資源等不足。

近年來工信部多次發(fā)文規(guī)范運營商在校園內(nèi)的經(jīng)營行為，[2-3]禁止運營商與學(xué)校簽訂排他性協(xié)議、禁止移動通信業(yè)務(wù)與寬帶業(yè)務(wù)綁定等資費方案，運營商在宿舍網(wǎng)中的獨家壟斷運營模式開始被打破，宿舍網(wǎng)多家運營商共同接入的運營模式開始出現(xiàn)。

二、中國藥科大學(xué)宿舍網(wǎng)的運營模式

1.中國藥科大學(xué)宿舍網(wǎng)簡介

當(dāng)前在用的中國藥科大學(xué)宿舍網(wǎng)，基礎(chǔ)設(shè)施由學(xué)校于2014-2015年分步驟建成，而后于2016年完成了與電信、移動、聯(lián)通三家運營商的對接。宿舍網(wǎng)采用扁平化（QinQ）架構(gòu)，該架構(gòu)與運營商主流接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相同，保證了與運營商網(wǎng)絡(luò)的順利對接。采用兩臺園區(qū)網(wǎng)核心交換機(jī)，作為宿舍組團(tuán)匯聚級光纖匯集以及與運營商網(wǎng)絡(luò)對接的核心。核心交換機(jī)通過雙路由萬兆光纖與宿舍組團(tuán)匯聚交換機(jī)相連，匯聚交換機(jī)下連組團(tuán)內(nèi)各樓宇的接入交換機(jī)，QinQ外層標(biāo)簽配置匯聚交換機(jī)的下連接口上。接入交換機(jī)通過千兆光纖與匯聚交換機(jī)相連，接入交換機(jī)接口劃分不同的vlan，作為Qinq的內(nèi)層標(biāo)簽。宿舍網(wǎng)拓?fù)淙鐖D1所示。

宿舍網(wǎng)通過Juniper MX960作為BRAS（Broadband Remote Access Server）設(shè)備與校園網(wǎng)對接。用戶終端接入宿舍網(wǎng)時，首先會獲得MX960下發(fā)的IP地址，完成IPoE認(rèn)證 （DHCP+OPTION擴(kuò)展字段認(rèn)證），同時該Mx960與校園網(wǎng)核心交換機(jī)相連，使通過IPoE認(rèn)證的宿舍網(wǎng)用戶可訪問校園網(wǎng)資源。

在宿舍網(wǎng)中，用戶如需通過運營商網(wǎng)絡(luò)訪問公網(wǎng)資源，可以在 PPPoE（Point to Point Protocol over Ethernet）撥號客戶端設(shè)置相應(yīng)的運營商服務(wù)名稱（Service Name），然后根據(jù)運營商提供的賬號和密碼即可撥入相應(yīng)的運營商網(wǎng)絡(luò)。在該模式下，同一網(wǎng)絡(luò)接口可撥入多家運營商網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)接口與運營商不是一一對應(yīng)的關(guān)系。

圖1 中國藥科大學(xué)宿舍網(wǎng)拓?fù)?/p>

2.技術(shù)架構(gòu)

宿舍網(wǎng)核心交換機(jī)除直連學(xué)校的RADIUS（Remote Authentication Dial In User Service）設(shè)備外，還直連運營商的RADIUS設(shè)備。作為對接的核心設(shè)備，由于宿舍網(wǎng)核心交換機(jī)作為二層設(shè)備與運營商的RADIUS設(shè)備進(jìn)行對接，因此可稱該模式為二層對接模式 （Layer 2 Docking Mode）。在該模式下網(wǎng)絡(luò)終端根據(jù)在運營商處開通寬帶業(yè)務(wù)時的賬號信息和服務(wù)名稱，可通過PPPoE方式撥入相應(yīng)的運營商網(wǎng)絡(luò)，宿舍網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)端口可撥入已對接的任意一家運營商網(wǎng)絡(luò)。

其原理為在用戶進(jìn)行PPPoE撥號連接的PPPoE Discovery階段，用戶端（PPPoE client）廣播發(fā)送的PADI（PPPoE Active Discovery Initiation）報文中包含該賬號所屬的運營商名稱。而運營商寬帶接入服務(wù)器（PPPoE Server）在收到PADI報文后，將其中的服務(wù)名稱與自己的服務(wù)名稱相比較，如果匹配則單播回復(fù)PADO（PPPoE Active Discovery Offer）報文，如果不匹配則丟棄。而后PPPoE client單播發(fā)送PADR （PPPoE Active Discovery Request）報文請求建立會話，PPPoE Server回復(fù)PADS（PPPoE Active Discovery Session-confirmation） 報文，其中包含Session-ID，而后PPPoE會話建立，寬帶撥號連接建立完成[4]。會話建立過程如圖2所示。

圖2 帶ServiceName的多BRAS設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中PPPoE會話建立過程

三、多運營商共同接入的三層對接模式

中國藥科大學(xué)宿舍網(wǎng)與多家運營商對接采用的是二層對接模式，當(dāng)前還有另一種多運營商對接模式，在該模式下，校方的宿舍網(wǎng)RADIUS設(shè)備直接與運營商的RADIUS設(shè)備進(jìn)行對接，而不是通過二層交換機(jī)設(shè)備。用戶接入網(wǎng)絡(luò)時，在通過宿舍網(wǎng)RADIUS認(rèn)證后，后臺還需宿舍網(wǎng)RADIUS設(shè)備向運營商RADIUS設(shè)備進(jìn)行二次認(rèn)證。在對接過程中，宿舍網(wǎng)RADIUS設(shè)備作為三層核心設(shè)備與運營商的RADIUS設(shè)備進(jìn)行對接，因此可稱該模式為三層對接模式（Layer 3 Docking Mode）。

在三層對接模式的認(rèn)證中，用戶采用統(tǒng)一的賬號（如學(xué)號）作為上網(wǎng)賬號，該上網(wǎng)賬號在后臺與運營商所分配的上網(wǎng)賬號進(jìn)行綁定。在認(rèn)證時，用戶首先在統(tǒng)一定制的認(rèn)證頁面輸入上網(wǎng)賬號，并選擇所使用的運營商進(jìn)行認(rèn)證。通過宿舍網(wǎng)RADIUS認(rèn)證后，宿舍網(wǎng)RADIUS設(shè)備將統(tǒng)一上網(wǎng)賬號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)運營商的上網(wǎng)賬號，以轉(zhuǎn)換后的運營商賬號和用戶所選擇的運營商 （服務(wù)名Service Name），代替用戶向運營商RADIUS設(shè)備重新發(fā)起一次PPPoE認(rèn)證，根據(jù)轉(zhuǎn)換后的賬號和服務(wù)名，相應(yīng)的運營商RADIUS設(shè)備做出響應(yīng)并授權(quán)[5]。三層對接模式的拓?fù)淙鐖D3所示。

圖3 三層對接模式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

四、兩種對接模式的對比

作為宿舍網(wǎng)多運營商共同接入的兩種對接模式，二層對接模式和三層對接模式都可以實現(xiàn)“同一張網(wǎng)絡(luò)多家運營商使用、同一個網(wǎng)絡(luò)接口接入多家運營商網(wǎng)絡(luò)”的功能要求，但由于采用的技術(shù)路線不同，兩者在具體使用和管理中還存在一定程度的差異。

首先，從使用便捷性上來講。由于采用了統(tǒng)一認(rèn)證系統(tǒng)和賬號，三層對接模式在認(rèn)證系統(tǒng)的易用性上要占優(yōu)勢，但由于用戶終端的多樣性，定制的統(tǒng)一認(rèn)證系統(tǒng)容易出現(xiàn)操作系統(tǒng)兼容性問題，而該問題一旦出現(xiàn)，往往不易解決。而二層對接模式采用操作系統(tǒng)自帶的PPPoE客戶端，對用戶而言，認(rèn)證的操作復(fù)雜性主要表現(xiàn)為首次登錄時忘記或不知如何配置服務(wù)名，但一旦配置成功，之后便不需要重新配置，使用同樣簡單、便捷。此外三層對接模式需用戶將運營商的上網(wǎng)賬號與統(tǒng)一認(rèn)證賬號進(jìn)行綁定操作，而二層對接模式下由于直接使用運營商的上網(wǎng)賬號，則不存在此操作。

其次，從可管理性上來講。三層對接模式下，用戶認(rèn)證時首先接入校方的宿舍網(wǎng)RADIUS設(shè)備，校方可直接獲取用戶的認(rèn)證情況和網(wǎng)絡(luò)使用情況，對用戶上網(wǎng)行為進(jìn)行管理。二層對接模式下，用戶撥入運營商網(wǎng)絡(luò)后相當(dāng)于運營商的網(wǎng)絡(luò)用戶，校方無法細(xì)粒度管理用戶的上網(wǎng)行為，只能通過與運營商協(xié)商的方式間接管理。

第三，從系統(tǒng)穩(wěn)定性上來講。三層對接模式下，用戶統(tǒng)一通過宿舍網(wǎng)RADIUS的認(rèn)證，需要定制開發(fā)統(tǒng)一的認(rèn)證系統(tǒng)[6]，宿舍網(wǎng)RADIUS在通過用戶的認(rèn)證后，仍需到運營商RADIUS設(shè)備進(jìn)行二次認(rèn)證，此過程雖然用戶感知不到，但認(rèn)證過程較二層對接模式復(fù)雜，且認(rèn)證中出現(xiàn)的問題，排查難度較大；由于三層對接模式在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行過對接，校方與運營商的責(zé)任界限不易劃分，用戶使用過程中出現(xiàn)問題時，容易出現(xiàn)由于責(zé)任主體不明而推諉等現(xiàn)象。

第四，從對接復(fù)雜度上來講。三層對接模式下，宿舍網(wǎng)RADIUS與運營商RADIUS對接較為復(fù)雜，某些型號的BRAS設(shè)備對接需要雙方非常專業(yè)的技術(shù)人員聯(lián)調(diào)才能實現(xiàn)，使用過程中出現(xiàn)的故障處理麻煩。二層對接模式則不存在類似問題，核心交換機(jī)雙機(jī)運行，保證了網(wǎng)絡(luò)核心的可靠性，即便雙機(jī)同時出現(xiàn)無法立即修復(fù)的故障，由于交換機(jī)的配置非常簡單，使用其它型號備機(jī)也可快速恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)。

第五，默認(rèn)DNS服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的指向問題。在三層對接模式下，用戶自動獲取的IP地址統(tǒng)一由校方的DHCP服務(wù)器下發(fā)，其中的DNS服務(wù)器IP地址為統(tǒng)一分配的地址，不因運營商而不同，為了可訪問校內(nèi)資源，該DNS服務(wù)器IP地址必須為校內(nèi)DNS服務(wù)器地址。一般來講，學(xué)校的DNS服務(wù)器緩存和遞歸能力較弱，除了校內(nèi)域名外，其他域名一般默認(rèn)都轉(zhuǎn)發(fā)至某運營商DNS，這樣會造成其他運營商用戶所解析到的地址大部分為非本運營商地址，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)使用質(zhì)量不佳[7]。而在二層對接模式下，用戶通過PPPoE接入運營商網(wǎng)絡(luò)后，會重新獲取運營商分配的IP地址和DNS服務(wù)器地址，從而避免該問題的發(fā)生。

兩種模式的特點對比如表1所示。

總體來講，三層對接模式下的用戶可管理性優(yōu)于二層對接模式，使用便捷性上兩種模式各有優(yōu)勢與不足，但對接復(fù)雜度和系統(tǒng)穩(wěn)定性上，二層對接模式較三層對接模式有較大優(yōu)勢。此外，二層對接模式還不存在默認(rèn)DNS服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的指向問題。

表1 兩種模式的對比