光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用探討

◆呂晟 王茂臣

光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用探討

◆呂晟 王茂臣

（山東醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校（濟南）圖書信息中心 山東 250002）

近些年，相關(guān)部門一直在不斷地推動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及教育信息化的發(fā)展。2018年4月，教育部正式提出了教育信息化2.0行動計劃。隨后，教育信息化“十四五”規(guī)劃也陸續(xù)提出。2019年9月，工信部提出了“推進全光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)”的理念。在這種大背景下，高校校園網(wǎng)絡(luò)承載的應(yīng)用越來越多，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要進入快車道。本文對高校如何建設(shè)光網(wǎng)絡(luò)做了一些分析和探討。

校園網(wǎng)；光網(wǎng)絡(luò)

隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等IT技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用日漸成為“新常態(tài)”，高校的校園網(wǎng)絡(luò)正處于巨大的變革之中。我們可以看到，許多高校已經(jīng)建立起了基于虛擬化技術(shù)的數(shù)據(jù)中心。從監(jiān)控探頭到觸摸屏、電子白板，越來越多的物聯(lián)網(wǎng)終端進入校園網(wǎng)絡(luò)。受疫情的影響，在線學(xué)習(xí)、在線授課及在線辦公成為許多高校師生的必然選擇。拿在線學(xué)習(xí)來說，一些高校，特別是一些有大量實訓(xùn)內(nèi)容的職業(yè)院校，其很多專業(yè)在教學(xué)中都引進了VR（虛擬仿真）技術(shù)，使得VR技術(shù)正在成為常態(tài)化應(yīng)用的新型教學(xué)模式。還有就是，許多高校建設(shè)了自己的智能校園網(wǎng)，很多瑣碎的行政業(yè)務(wù)都可以在線上辦理，提高了行政辦事的效率。隨著疫情的發(fā)展，校園視頻會議更多地代替了傳統(tǒng)的報告廳或會議室開會。凡此種種，諸多新興IT技術(shù)的應(yīng)用正導(dǎo)致校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)日趨復(fù)雜，校園網(wǎng)絡(luò)承受著巨大的流量壓力。

1 高校傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的弊端

許多高校的校園網(wǎng)絡(luò)目前是傳統(tǒng)的三層架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，由核心層、匯聚層、接入層構(gòu)成。這種三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在如下一些弊端。

（1）需要部署大量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

一般中心機房需要部署核心交換機，樓層弱電間需要部署匯聚交換機、接入交換機及POE交換機，用戶房間還要部署傻瓜交換機和無線AP。

（2）樓層弱電間管理有一定難度

匯聚及接入設(shè)備會占用過多的樓層弱電間。弱電間情況比較復(fù)雜：一是有相當(dāng)一部分弱電間可能原先并不是存放網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的，其內(nèi)住的人員或存放的物品可能會對網(wǎng)絡(luò)運行產(chǎn)生不同程度的干擾；二是有些弱電間往往多部門共管，部門之間協(xié)調(diào)會占用很多的精力和時間。這些都增大了網(wǎng)絡(luò)管理維護的難度。

（3）弱電間內(nèi)的供電設(shè)施無法控制

弱電間內(nèi)的匯聚及接入交換機正常運行時需要供電，但卻經(jīng)常遭遇斷電問題。斷電問題五花八門，像電路改造、各種施工、電力負荷過大引起跳閘、弱電間電源墻座插頭被誤拔等等，不一而足。一旦樓層網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，需要去現(xiàn)場查看，以排除供電故障還是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或線路故障。

（4）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分散放置，導(dǎo)致故障點增多

（5）傳統(tǒng)的雙絞線布線易老化，浪費嚴(yán)重，雙絞線也會占用大量的布線空間，存在安全隱患。

2 光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用探討

主流的光網(wǎng)絡(luò)目前一般分為EPON和GPON。EPON兼容目前的以太網(wǎng)技術(shù)，可以看作是802.3協(xié)議在光接入網(wǎng)上的一種延續(xù)。GPON是面向電信運營的接入網(wǎng)，可以傳輸更大的帶寬。從性能指標(biāo)上來說，GPON要優(yōu)于EPON。對于帶寬、多業(yè)務(wù)、和安全性要求較高的高校校園網(wǎng)來說，GPON是更為合適的一種光網(wǎng)絡(luò)。

2.1 GPON光網(wǎng)簡介

GPON光網(wǎng)是一種典型的無源光纖網(wǎng)絡(luò)，它使用的技術(shù)是最新一代寬帶無源光綜合接入技術(shù)。它基于波分復(fù)用（WDM）技術(shù)來實現(xiàn)單光纖的雙向傳輸，實際傳輸距離最大可達到20km[1]。GPON光網(wǎng)由OLT、ODN、ONU三部分組成。其中OLT是光線路終端，一般放置在中心機房。ONU是光網(wǎng)絡(luò)單元，是用戶端的設(shè)備。ODN是光纖分配網(wǎng)，由光纖和一個或多個光分離器組成，用來連接OLT和ONU。OLT可以看作是一個交換機，它上面提供了面向無源光網(wǎng)絡(luò)的光纖接口，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集中接入的功能；OLT也可以看作是一個多業(yè)務(wù)平臺，它可以針對用戶的不同帶寬要求進行帶寬分配，同時還可以監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行。ODN中的光分離器比較簡單，它是無源設(shè)備，不需要取電，可以放置在全天候的環(huán)境中[2]。

2.2 GPON光網(wǎng)組網(wǎng)的實施

GPON光網(wǎng)是天然的大二層網(wǎng)絡(luò)，每個接入點單獨連接網(wǎng)絡(luò)，易于維護和管理。

某學(xué)院在校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，就使用了OLT+ONU的大二層全光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)組網(wǎng)。全網(wǎng)統(tǒng)一接入管理，獨立光纖到房間，融合ONU實現(xiàn)有線無線一體化接入。

具體實施情況是這樣的：中心機房OLT的信號通過單模光纖傳輸至各樓宇機柜內(nèi)的分光器，分光器再把信號通過光電復(fù)合纜傳輸至各房間的ONU，ONU將信號通過網(wǎng)線或wifi傳輸至用戶終端。

2.3 GPON光網(wǎng)組網(wǎng)的優(yōu)勢

（1）GPON光網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)以太網(wǎng)方案更簡單。可以看到，GPON光網(wǎng)削減了大量弱電間設(shè)備，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只能部署在中心機房和用戶房間兩端，這使得網(wǎng)絡(luò)更簡單、更健壯，故障點更少。

（2）能耗低。GPON光網(wǎng)中大量節(jié)點為無源設(shè)備，減少了對供電設(shè)施的依賴，同時也降低了能耗。

（3）GPON光網(wǎng)大大減少了網(wǎng)絡(luò)維護的工作量。GPON網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備集中放置于兩端，數(shù)量少，故障點也少。

（4）節(jié)省了布線空間，特別是提高了橋架空間的利用率。GPON光網(wǎng)使用光纖光纜連接兩端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，光纖極細，使得橋架管孔利用率特別高。

（5）GPON屬于典型的無源網(wǎng)絡(luò)，這就使得它不受溫度、濕度、灰塵、雷擊、電磁干擾等因素的影響，極大地保障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

2.3 以太網(wǎng)和光網(wǎng)的融合

光網(wǎng)在進入高校的過程中，也可能會產(chǎn)生一些問題。一個就是光網(wǎng)前期投資比較大。雖然光纖和光纖模塊的成本在不斷下降，但是光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備卻造價不菲。像局端設(shè)備OLT，其上帶8個光分器的背板可能就需要幾十萬。如果再加上OLT設(shè)備、光纖以及用戶端的設(shè)備，其造價就比較可觀了。還有就是后期維護的成本。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，雙絞線中斷后，可以拿網(wǎng)線鉗重做網(wǎng)絡(luò)接頭，或拿打線鉗重新打網(wǎng)絡(luò)模塊，網(wǎng)絡(luò)即可恢復(fù)連接。而光纖中斷以后，需要專門的光纖熔接機來熔接。光網(wǎng)接入校園網(wǎng)以后，以前的部分以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可能就無法使用了，也會造成一定程度的浪費。如果網(wǎng)絡(luò)建設(shè)由運營商投資，網(wǎng)絡(luò)維護由運營商托管，那么光網(wǎng)是可以考慮的。對于資金不是很充裕，而又想自己組網(wǎng)的高校，光網(wǎng)是需要慎重選擇的。還有就是光網(wǎng)中的分光器對帶寬有限制，帶寬越分越少。

基于以上一些現(xiàn)實問題，現(xiàn)在也有網(wǎng)絡(luò)廠商推出了以太網(wǎng)和光網(wǎng)融合的方案。像銳捷公司就推出了極簡以太全光網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)融合了傳統(tǒng)以太網(wǎng)和傳統(tǒng)光網(wǎng)，架構(gòu)采用以太網(wǎng)，傳輸介質(zhì)采用光纖，可充分利用舊有設(shè)備。其部署是將接入交換機由傳統(tǒng)以太網(wǎng)的樓層弱電間下沉至聯(lián)網(wǎng)房間。這樣就跳開了傳統(tǒng)光網(wǎng)分光器的限制，可以做到萬兆帶寬入室。當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障時，可以先查看鏈路及設(shè)備，在不更改配置的情況下，通過更換設(shè)備，即可完成網(wǎng)絡(luò)故障的恢復(fù)。而在終端需要擴展或者帶寬需要升級時，也是只需要更換設(shè)備，即可完成擴展或升級，無需調(diào)整鏈路。

當(dāng)然，極簡以太全光網(wǎng)可能會面臨以下一些場景。比如，樓宇弱電間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要供電，要為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置UPS，保障供電穩(wěn)定。比如，為保證教室區(qū)域內(nèi)的接入交換機不因掉電頻繁掉線，可能會對教室等區(qū)域進行電路改造，或者采用光電復(fù)合纜；而采用光電復(fù)合纜，需要在弱電間增加供電設(shè)備，增加了維護難度。

3 光網(wǎng)建設(shè)的思考

隨著更多新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷普及，各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和光網(wǎng)之間也必然會發(fā)生各種融合。高校校園網(wǎng)絡(luò)作為高校重要的基礎(chǔ)設(shè)施，保證其高速、穩(wěn)定、安全地運行，是高校IT管理部門的共識。IT管理部門需要更多地關(guān)注網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新趨勢，找到更適合自己學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式，滿足未來智慧校園的發(fā)展。

[1]左明慧.基于GPON 的高校校園網(wǎng)扁平化架構(gòu)設(shè)計研究[J].價值工程，2018（35）：251-253.

[2]張殿明，韓冬博.網(wǎng)絡(luò)工程項目設(shè)計與施工[M].北京：清華大學(xué)出版社，2016：88-91.