基于GPON的校園全光網(wǎng)建設(shè)和應(yīng)用

朱靖 廖春燕

【摘要】校園網(wǎng)是一個集教學(xué)、科研、學(xué)習(xí)和生活于一體的園區(qū)網(wǎng)，隨著校園網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)接入、視頻監(jiān)控、一卡通、智慧教室、智能水電表等終端在校園網(wǎng)的廣泛接入和應(yīng)用，對傳統(tǒng)校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提出了極大的挑戰(zhàn)，原有的建設(shè)年代較早、線路老化以及設(shè)備性能低，導(dǎo)致無法滿足師生的學(xué)習(xí)和辦公的需求，目前都面臨校園網(wǎng)絡(luò)改造的問題。文章分析目前校園網(wǎng)存在的困境，提出了基于GPON的無源光局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)升級改造方案。

一、引言

（一）校園網(wǎng)的發(fā)展分析

隨著校園網(wǎng)絡(luò)信息化的普及，筆記本電腦、手機(jī)的普及無線終端產(chǎn)品使用率越來越高，快速、移動式的使用網(wǎng)絡(luò)需求日趨迫切。為了推動學(xué)校智慧校園的發(fā)展，采用在線教育、MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂的模式進(jìn)行教學(xué)模式的改革，需要學(xué)生隨時隨地連接到校園網(wǎng)絡(luò)，在教室使用手持終端設(shè)備訪問校內(nèi)的在校教學(xué)平臺學(xué)習(xí)、互動。能在校園內(nèi)便捷地連接互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為校園用戶迫切的渴望，受到嚴(yán)格的地域限制的網(wǎng)絡(luò)顯然已經(jīng)不能滿足這樣的需求。

（二）全光網(wǎng)趨勢

（三）無源光組成部分

無源光網(wǎng)絡(luò) （PON）： 由光線路終端（OLT），無源光分配網(wǎng)（ODN），光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）組成的點(diǎn)到多點(diǎn)信號傳輸系統(tǒng)，簡稱PON系統(tǒng) 。

無源光局域網(wǎng)（POL）：基于無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)局域網(wǎng)組網(wǎng)方式。該組網(wǎng)方式采用無源光通信技術(shù)為用戶提供融合的數(shù)據(jù)、語音、視頻及其他智能化系統(tǒng)業(yè)務(wù)。對比傳統(tǒng)交換機(jī)組網(wǎng)方式，其OLT代替了匯聚交換部分，ONU代替了接入交換部分。

PON技術(shù)主流種類：

二、無源光局域網(wǎng)建設(shè)的應(yīng)用實(shí)施案例

（一）廣東工程學(xué)院改造前網(wǎng)絡(luò)概況

1、學(xué)校建網(wǎng)早期，采用了以三層交換機(jī)為主的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，即核心—匯聚—接入的三層架構(gòu)，建網(wǎng)至今存在以下情況：

校園建網(wǎng)至今網(wǎng)絡(luò)線路已將近10年，機(jī)房布線老舊、雜亂且設(shè)備老化嚴(yán)重，校園內(nèi)的核心、匯聚、接入設(shè)備的使用年限都已經(jīng)超過了IT設(shè)備正常的使用周期，隨著無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和無線業(yè)務(wù)的高速增長，已經(jīng)無法滿足業(yè)務(wù)承載

早期缺乏安全設(shè)計，現(xiàn)網(wǎng)有線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，VLAN劃分混亂不合理，橫向業(yè)務(wù)之間缺乏隔離和管控措施，容易造成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、引發(fā)ARP等攻擊，存在病毒泛濫等隱患

早期無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)化不合理，導(dǎo)致很多區(qū)域的無線信號覆蓋效果較差，甚至學(xué)生宿舍區(qū)域沒有無線網(wǎng)絡(luò)，極大地影響了師生學(xué)習(xí)和生活的無線接入體驗(yàn)

學(xué)生宿舍有線網(wǎng)絡(luò)私接嚴(yán)重，學(xué)生自行準(zhǔn)備交換機(jī)進(jìn)行端口擴(kuò)充，造成宿舍網(wǎng)線混亂

校園網(wǎng)早期運(yùn)維模式以運(yùn)營商單方運(yùn)營為主，存在以下情況：

學(xué)校本地?zé)o學(xué)生用戶原始數(shù)據(jù)，對開展智慧校園建設(shè)受限頗多

學(xué)生宿舍網(wǎng)絡(luò)與辦公教學(xué)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)兩套甚至多個上網(wǎng)賬號，容易混淆;

在接入的三層架構(gòu)上，學(xué)生宿舍區(qū)域訪問外網(wǎng)需要經(jīng)過二次認(rèn)證，校內(nèi)內(nèi)網(wǎng)802.1x+運(yùn)營商外網(wǎng)portal認(rèn)證，易用性和體驗(yàn)性都比較差，管理員的管理也非常繁雜;

（二）無源光網(wǎng)絡(luò)改造解決方案

校園網(wǎng)升級改造前后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兪疽鈭D，下面以學(xué)生宿舍區(qū)域的改造進(jìn)行說明

優(yōu)化一：學(xué)生宿舍組網(wǎng)調(diào)整

學(xué)生宿舍全新改建，采用基于GPON無源光局域網(wǎng)的大二層組網(wǎng)，光纖從中心機(jī)房直達(dá)宿舍，中間完全無源，替換了所有樓層接入與匯聚交換機(jī)。傳輸路徑：BRAS-萬兆核心交換機(jī)—OLT設(shè)備—分光器—ONU終端—終端用戶;是以O(shè)NU為主體，實(shí)現(xiàn)光纖到戶。用戶終端通過ONU接入網(wǎng)絡(luò)。對比原網(wǎng)有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：

終端網(wǎng)絡(luò)：有線無線一體化，目前院校在帶寬出口足夠的情況下，每個學(xué)生帶寬可達(dá)100M;

校園維護(hù)：免去了逐層交換機(jī)的故障排查，全光網(wǎng)絡(luò)采用軟件管理網(wǎng)絡(luò)，故障節(jié)點(diǎn)少，故障易排查，所需維護(hù)人員數(shù)量少 ;

網(wǎng)絡(luò)安全：PON網(wǎng)絡(luò)下用戶隔離，單個用戶故障不會影響到其他用戶，保障網(wǎng)絡(luò)底層的安全，防止ARP欺騙，廣播風(fēng)暴等網(wǎng)絡(luò)攻擊;并且有效阻止學(xué)生的私接行為 ;

后期擴(kuò)容：可平滑升級，后期只需要升級兩端設(shè)備（OLT，ONU）或者調(diào)整分光比即可，省去以往逐級升級接入交換機(jī)、匯聚交換機(jī)的步驟;

建設(shè)成本：人力成本、線路成本、能源成本、擴(kuò)容成本等運(yùn)維成本都有所降低;

業(yè)務(wù)承載：以后只需要這 一張已建好的網(wǎng)上建設(shè)新業(yè)務(wù)（如音頻，視頻等）即可，無需再重新組網(wǎng)。

優(yōu)化二：認(rèn)證方式調(diào)整

學(xué)生宿舍取消802.1x認(rèn)證，采用portal一次認(rèn)證通過即可訪問外網(wǎng)，并且開通無感知上網(wǎng)，減少重復(fù)認(rèn)證的操作，達(dá)到更好的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

優(yōu)化三：中心機(jī)房調(diào)整

新增OLT， VBRAS認(rèn)證網(wǎng)關(guān)，認(rèn)證計費(fèi)系統(tǒng)，以及防代理設(shè)備

新增VBRAS網(wǎng)關(guān)：基于NFV技術(shù)的認(rèn)證網(wǎng)關(guān)，通過萬兆鏈路與各相鄰設(shè)備互聯(lián)，采用大二層組網(wǎng)，通過QINQ方式進(jìn)行隔離，將大二層組網(wǎng)的vlan終結(jié)在BRAS上，有效地降低了核心交換機(jī)的負(fù)載;與認(rèn)證計費(fèi)系統(tǒng)配合做準(zhǔn)入準(zhǔn)出控制，并對學(xué)生宿舍區(qū)域提供DHCP服務(wù)，同時支持IPv4和IPv6雙棧協(xié)議;

新增認(rèn)證計費(fèi)系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)本地化管理，提供多種上網(wǎng)套餐選擇，支持與學(xué)校統(tǒng)一身份平臺以及其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)對接，校園身份統(tǒng)一，多套業(yè)務(wù)學(xué)校也只需要管理一個學(xué)生賬號即可，解決以往多賬號混亂的現(xiàn)象;

新增防代理網(wǎng)關(guān)：旁掛部署，不增加故障節(jié)點(diǎn)（不影響主干鏈路），支持檢測和控制用戶使用代理行為，并且能夠記錄下學(xué)生宿舍區(qū)域用戶的內(nèi)網(wǎng)訪問記錄，做到溯源跟蹤。

三、結(jié)語

校園網(wǎng)無源光局域網(wǎng)的組建，其高帶寬、低延時，以及快速便捷的認(rèn)證體系，大大改善了用戶的上網(wǎng)體驗(yàn)，學(xué)生可以隨時隨地連接到校園網(wǎng)絡(luò)，快速地訪問校內(nèi)的教學(xué)平臺學(xué)習(xí)，互動。也為推動智慧校園的發(fā)展，在線教育的教學(xué)改革，打下了良好的基礎(chǔ)，足夠應(yīng)對未來5-10年的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。