醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)升級改造實踐

解放軍第252醫(yī)院 信息科，河北 保定 071000

引言

我院是一所大型三甲醫(yī)院，局域網(wǎng)始建于1997年，當(dāng)時為百兆主干網(wǎng)絡(luò)。2008年醫(yī)院外科大樓建成時，升級改造為千兆主干網(wǎng)絡(luò)。隨著醫(yī)院信息化建設(shè)的不斷深入，各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括HIS、LIS、PACS、CIS等相繼上線，為醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)施加了日益增長的業(yè)務(wù)負(fù)荷，也對網(wǎng)絡(luò)的可靠性與安全性提出了更高要求。另一方面，隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的老化，網(wǎng)絡(luò)終端大量增加，網(wǎng)絡(luò)性能嚴(yán)重下降，已無法滿足現(xiàn)有業(yè)務(wù)應(yīng)用的要求，急需進(jìn)行改造升級。

1 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

1.1 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析

醫(yī)院內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的主要問題包括以下幾點：① 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在醫(yī)院信息化發(fā)展過程中缺乏整體規(guī)劃，整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)較不合理；② 網(wǎng)絡(luò)帶寬較低，多為百兆到桌面甚至是十兆到桌面；③ 局域網(wǎng)中各種交換機(jī)如cisco、華為、3com等品牌混雜，帶寬百兆千兆不等，性能各異，配置管理困難；④ 由于未進(jìn)行虛擬網(wǎng)（Virtual Local Area Network，VLAN）劃分，基于局域網(wǎng)CSMA/CD技術(shù)的原理，網(wǎng)絡(luò)中存在大量廣播包，易造成廣播風(fēng)暴，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞[1]。

1.2 改造要求

結(jié)合醫(yī)院信息化建設(shè)的總體要求，改造局域網(wǎng)以達(dá)到如下目的。

（1） 滿足高速、高性能的需求。隨著信息技術(shù)發(fā)展，圖片、視頻等多媒體傳輸大大增加，對網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了更高的要求。為此，按照“主干萬兆，千兆到桌面”的設(shè)計原則，建設(shè)提高醫(yī)院主干網(wǎng)的負(fù)載能力和穩(wěn)定性[2]。

（2）達(dá)到安全性、可靠性的需求。醫(yī)療行業(yè)信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性，關(guān)系到醫(yī)療業(yè)務(wù)的正常開展及醫(yī)療安全，而作為信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺的醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的可靠、穩(wěn)定是最為基本的需求。為此，需建設(shè)合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，消除網(wǎng)絡(luò)廣播，并考慮網(wǎng)絡(luò)的冗余備份建設(shè)[3-4]。

（3）解決易于維護(hù)管理的需求。醫(yī)院的IT人員編制少，但卻要保證醫(yī)院信息網(wǎng)絡(luò)上千個結(jié)點的7×24 h正常運(yùn)行，因此網(wǎng)絡(luò)的易維護(hù)性非常重要。

2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

2.2 采用三層架構(gòu)

鑒于醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)結(jié)點多，分布范圍廣，整體網(wǎng)絡(luò)采用三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。所謂三層架構(gòu)是指核心層、匯聚層、接入層的網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)化設(shè)計有利于發(fā)揮各種交換機(jī)性能，并確保系統(tǒng)的擴(kuò)充能力。核心交換機(jī)采用2臺形成熱備，并與匯聚層交換機(jī)布設(shè)冗余鏈接，以提高網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)能力[5]。由于原有中心機(jī)房布設(shè)到匯聚層的均為12芯光纖，建設(shè)冗余鏈路不必重新布設(shè)，降低了改造難度。但考慮到網(wǎng)絡(luò)升級為千兆到桌面，需要將原來布設(shè)接入層到用戶計算機(jī)的五類線全部更換，替換為六類線。按我院樓宇分布及現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)布線情況，規(guī)范網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 醫(yī)院主干網(wǎng)絡(luò)示意圖

2.2 進(jìn)行VLAN劃分

VLAN是對連接到第二層交換機(jī)端口的網(wǎng)絡(luò)用戶的邏輯分段，不受網(wǎng)絡(luò)用戶的物理位置限制而根據(jù)用戶需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分段。局域網(wǎng)設(shè)置VLAN后，可將廣播域限定在一個VLAN內(nèi)部，從而降低整個網(wǎng)絡(luò)中廣播包數(shù)量，顯著改善網(wǎng)絡(luò)性能[6-8]。

本次改造中，主要按照醫(yī)院樓宇分布、樓層分布，結(jié)合部門、業(yè)務(wù)進(jìn)行VLAN劃分。由于每個VLAN可提供<255個IP地址，因此根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)量來設(shè)置VLAN（表1）。

表1 VLAN劃分及對應(yīng)的網(wǎng)段

2.3 設(shè)備選型

全面下線醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)的不可配置交換機(jī)，采用可管理交換機(jī)，以增加對醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)的全方位、靈活管理。品牌選擇方面，出于軍隊醫(yī)院安全要求，采用國產(chǎn)華為交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)帶寬方面，為滿足醫(yī)院信息化發(fā)展要求，將原有網(wǎng)絡(luò)由百兆網(wǎng)升級為千兆網(wǎng)，全部采用千兆及千兆以上交換機(jī)，以實現(xiàn)千兆到桌面要求[9]。交換機(jī)型號選擇，按核心層、匯聚層、接入層的三層層級要求選擇交換機(jī)，以充分發(fā)揮設(shè)備性能。其中原核心交換機(jī)為cisoc 4506，已使用多年，本次改造更換為華為S12700，并采購2臺形成熱備，在一臺故障的情況下可由另一臺迅速接管[10]，具體情況如表2。

表2 硬件設(shè)備選型

3 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)配置

3.1 核心層交換機(jī)配置

按照前期設(shè)計要求，在核心交換機(jī)進(jìn)行總體的VLAN劃分及端口配置[11]：

3.2 匯聚層交換機(jī)配置

配置主要包括兩個部分，一是與核心交換機(jī)的連接配置，二是與接入層交換機(jī)的連接配置，連接類型均為trunk通道模式[12]。以門診樓會聚交換機(jī)為例：

3.3 接入層交換機(jī)配置

配置也包括兩個部分，一是與匯聚層交換機(jī)的連接配置，二是與終端用戶連接的端口配置，連接類型前者為trunk模式，后者為access模式。以門診樓1層交換機(jī)配置為例：

4 實施及效果

4.1 改造實施步驟

鑒于醫(yī)院工作時段對網(wǎng)絡(luò)的要求，網(wǎng)絡(luò)施工必須在夜間加班完成，因此延長了工時，并加大了工作難度。為確保安全切換，降低網(wǎng)絡(luò)升級風(fēng)險，并能確保工作量適度，升級改造分為3個階段。

（1）改造不符合要求網(wǎng)絡(luò)鏈路，包括主干網(wǎng)光纖布設(shè)和接入層到桌面的6類線布設(shè)。由于布線工程尤其是到桌面的網(wǎng)絡(luò)布線工作量較大，本階段實際用時2個月。

（2）第2階段，采購的新交換機(jī)上架，替換舊設(shè)備。為確保切換過程的平滑，新設(shè)備仍按照舊設(shè)備進(jìn)行配置，并確保打開交換機(jī)的telnet服務(wù)；本階段工作重點是新設(shè)備上架和機(jī)柜線路整理，用時4周。

（3）按照前期規(guī)劃，遠(yuǎn)程對各樓宇交換機(jī)進(jìn)行配置，以實現(xiàn)新的VLAN劃分。由于配置交換機(jī)的同時需要對終端IP地址進(jìn)行修改，人力投入較多，用時2周。

4.2 問題及解決

在升級改造中出現(xiàn)了一些問題，主要包括以下幾點。

（1）設(shè)備上架的工作量估計不足，設(shè)備安裝雖然簡單，但多年來線路不斷增加，機(jī)柜內(nèi)線路情況混亂，整理難度較大。我們通過幾次安裝總結(jié)的經(jīng)驗，掌握了工作量，合理安排了工作進(jìn)度。

（2） 部門工作特殊要求沒有考慮全面。通常更換設(shè)備時，直接將舊設(shè)備拆下，到新設(shè)備安裝好連接好跳線至少需要1 h。但部分夜間值班科室需要接待急診患者，斷網(wǎng)時間必須盡可能減短。為確?？剖覒?yīng)用不間斷，我們臨時為重點部門從附近網(wǎng)絡(luò)結(jié)點引出一條專線，設(shè)備更換完畢再切換回來，滿足了科室的要求。

（3）網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)數(shù)量眾多，需要配置其名稱、IP地址后再上架，這時容易將交換機(jī)與其所在物理位置混淆。我們先行打印了固定資產(chǎn)標(biāo)簽并粘貼在交換機(jī)上，再按照標(biāo)簽所示物理位置進(jìn)行配置和安裝，確保了設(shè)備、配置、物理位置的一一對應(yīng)。

（4）服務(wù)器地址改變后，涉及終端的數(shù)據(jù)庫服務(wù)配置的更改，需要將服務(wù)目標(biāo)地址改為新的IP地址，如逐臺計算機(jī)進(jìn)行更改工作量巨大。為此我們利用醫(yī)院現(xiàn)有的內(nèi)網(wǎng)安全管理軟件，將更新過的配置文件對全院終端進(jìn)行了下發(fā)，大大提高了工作效率。

4.3 改造效果

醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)升級改造完成后，網(wǎng)絡(luò)性能得到明顯提升，主要表現(xiàn)在三個方面：① 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的性能得到充分發(fā)揮，網(wǎng)速得到明顯提高，通過網(wǎng)絡(luò)測速通常采用的大文件測試方法，桌面網(wǎng)絡(luò)傳輸速率為80～100 Mb/s，符合千兆網(wǎng)絡(luò)速度指標(biāo)要求（理論峰值128 Mb/s）[13]；② 通過VLAN隔離了廣播，網(wǎng)絡(luò)中的廣播風(fēng)暴得到有效控制，即使某個匯聚層交換機(jī)中出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障引起廣播風(fēng)暴，核心交換機(jī)也能將故障造成的網(wǎng)絡(luò)擁塞限制于問題匯聚層交換機(jī)所在范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)的可靠性得到保障，經(jīng)初步統(tǒng)計，網(wǎng)絡(luò)故障報修數(shù)量由原來的50～60次/月，降低到目前的10～15次/月，維修工作量大幅減少；③ 采用同型號國產(chǎn)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理工作量相對降低，配合交換機(jī)管理軟件，網(wǎng)絡(luò)管理更加靈活、高效。

5 結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)升級改造半年以來，整體運(yùn)行穩(wěn)定，各類網(wǎng)絡(luò)故障明顯減少。根據(jù)下一步醫(yī)院發(fā)展情況及網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)要求，計劃一方面將兩臺核心交換機(jī)作虛擬化配置，從而在邏輯上形成一臺核心設(shè)備。這樣不僅可簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少生成樹開銷，而且可進(jìn)一步提高核心設(shè)備性能[14]。另一方面，在現(xiàn)有局域網(wǎng)平臺的基礎(chǔ)上，升級醫(yī)院無線網(wǎng)絡(luò)。通過建設(shè)以為“瘦AP”為架構(gòu)的、以IEEE802.11n為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的高速無線網(wǎng)絡(luò)，以滿足無線輸液、無線護(hù)理等系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求[15-16]。