教育校園網(wǎng)建設(shè)探究

文/汕頭市金平區(qū)教師發(fā)展中心 呂 越

為深入貫徹《教育部辦公廳關(guān)于印發(fā)教育行業(yè)信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)定級(jí)工作指南(試行)》(教技廳函〔2014〕74 號(hào))、《廣東省教育行業(yè)信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)工作方案》(粵教信息函〔2015〕12 號(hào))和《關(guān)于做好推進(jìn)教育現(xiàn)代化實(shí)施方案和年度工作計(jì)劃報(bào)備工作的通知》(粵府教督函〔2017〕2 號(hào))等文件的工作要求，各學(xué)校規(guī)范落實(shí)信息網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)管理建設(shè)，切實(shí)提高學(xué)校網(wǎng)絡(luò)與信息安全防護(hù)與管控能力，保障和促進(jìn)學(xué)校教育信息化建設(shè)。筆者希望能與同行探討并期望相關(guān)工作能進(jìn)一步深入開展和取得更好的效果。

一、 上層設(shè)計(jì)，規(guī)范部署

汕頭市金平區(qū)根據(jù)國家、省文件關(guān)于教育系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)建設(shè)工作要求，通過“金平區(qū)教育信息化工作領(lǐng)導(dǎo)小組”(筆者為領(lǐng)導(dǎo)小組成員)專家經(jīng)驗(yàn)研判，做好前期需求收集，如根據(jù)報(bào)送校園網(wǎng)需求前期建設(shè)方案，客觀需求分析，需求驗(yàn)證，創(chuàng)建工作方案分解結(jié)構(gòu)，把工作分解為可估算、可管理、可控制的活動(dòng)，結(jié)合我區(qū)位于汕頭市中心城區(qū)，區(qū)內(nèi)中小學(xué)校園分布不均衡，早期建設(shè)校舍面積較小，教學(xué)樓缺少整體規(guī)劃布局等，溝通并滿足各學(xué)校的實(shí)際需求，編制區(qū)屬校園網(wǎng)建設(shè)的藍(lán)圖，擬發(fā)汕頭市金平區(qū)教育局《關(guān)于教育云校端安全接入中心、校園網(wǎng)建設(shè)要求的通知》文件。文件要求建設(shè)學(xué)校校園網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通到每一間教室、功能室及辦公室，實(shí)現(xiàn)人人通、班班通、校校通，達(dá)到學(xué)校信息化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)要求，并且落實(shí)信息安全保護(hù)措施，100%覆蓋學(xué)校各個(gè)信息點(diǎn)，構(gòu)建區(qū)域性的網(wǎng)絡(luò)信息安全體系，滿足現(xiàn)階段我區(qū)學(xué)校教育教學(xué)活動(dòng)需求，整體過程實(shí)施嚴(yán)格監(jiān)控。區(qū)教育局監(jiān)控校園網(wǎng)建設(shè)范圍，實(shí)行負(fù)責(zé)部門審批制度，實(shí)施質(zhì)量監(jiān)控，讓各校園網(wǎng)滿足既定的合格標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)控制整體成本，讓費(fèi)用在可控的范圍，實(shí)現(xiàn)金平區(qū)教育長期穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。

二、整體規(guī)劃，有效實(shí)施

在金平區(qū)教育信息化工作領(lǐng)導(dǎo)小組的指導(dǎo)下，金平區(qū)學(xué)校整體采用PON無源光纖網(wǎng)絡(luò)來部署校園網(wǎng)。(見圖1)PON是一種典型的無源光纖網(wǎng)絡(luò)，中文名：無源光纖網(wǎng)絡(luò)，簡稱：PON， 英文名：Passive Optical Network，是指(光配線網(wǎng)中)不含有任何電子器件及電子電源，光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)全部由光分路器(Splitter)等無源器件組成，不需要貴重的有源電子設(shè)備。一個(gè)無源光纖網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)安裝于中心控制站的光線路終端 (OLT)，以及一批配套的安裝于用戶場(chǎng)所的光網(wǎng)絡(luò)單元(ONUs)。PON是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，避免了外部設(shè)備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設(shè)備的故障率，提高了系統(tǒng)可靠性，同時(shí)節(jié)省了維護(hù)成本，是各行業(yè)可優(yōu)先選擇的技術(shù)方案。同有源系統(tǒng)比較，PON具有節(jié)省光纜資源、帶寬資源共享，節(jié)省機(jī)房投資，設(shè)備安全性高，建網(wǎng)速度快，綜合建網(wǎng)成本低等優(yōu)點(diǎn)。全區(qū)110所中小學(xué)，除5所前期已建設(shè)校園網(wǎng)的學(xué)校外，各校采用點(diǎn)到多點(diǎn)(P2MP)結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng)絡(luò)， PON系統(tǒng)由中心端的光線路終端(OLT)、光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)和用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)組成，由一點(diǎn)OLT到多點(diǎn)ONU，OLT 和 ONU 設(shè)備間使用單芯光纜和無源分光器(POS)組件連接，不需要任何有源設(shè)備中繼，實(shí)現(xiàn)我區(qū)100多所學(xué)校校園網(wǎng)建設(shè)，保障校園網(wǎng)的應(yīng)用質(zhì)量，同時(shí)又控制整體實(shí)施成本。

圖1 校園PON無源光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

三、 差異建設(shè)，穩(wěn)步推進(jìn)

筆者根據(jù)我區(qū)學(xué)校具體情況，在實(shí)施校園網(wǎng)建設(shè)的過程中，制定了兩種網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式：

表1 學(xué)校本(分)校區(qū)信息點(diǎn)布設(shè)表

(1)兩個(gè)城鄉(xiāng)結(jié)合部的鮀浦教學(xué)片和岐山教學(xué)片，所屬校園面積大，教學(xué)樓分散，學(xué)校經(jīng)費(fèi)有限，筆者通過需求分析，針對(duì)校園面積大、教學(xué)樓樓距長的情況，同時(shí)，結(jié)合PON無源光纖網(wǎng)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)趨于成熟，標(biāo)準(zhǔn)框架已基本完成，PON 無源光纖網(wǎng)絡(luò)方案作為我區(qū)優(yōu)先選擇的技術(shù)方案，可有效解決應(yīng)用性、先進(jìn)性、可拓展性、成本可控性及長距離傳輸?shù)南到y(tǒng)安全可靠性等，根據(jù)各校情況，我區(qū)校園網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃采用PON全光纖校園網(wǎng)和以太網(wǎng)組網(wǎng)相結(jié)合的模式，充分利用其優(yōu)點(diǎn)：①PON 系統(tǒng)可以提供1Gbit/s的上下行帶寬，上、下行的傳輸可用同一光纖和無源光器件(雙工)或者用分開的光纖和無源光器件(單工)實(shí)現(xiàn)；滿足未來相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)學(xué)校乃至市、區(qū)級(jí)活動(dòng)的應(yīng)用需求；②PON系統(tǒng)采用傳輸復(fù)用技術(shù)，支持學(xué)校所有終端共享一個(gè)接入網(wǎng)(包括物理層和協(xié)議層)，每個(gè)學(xué)校終端可以獨(dú)占的系統(tǒng)分配的帶寬，減少了分散的接入網(wǎng)的數(shù)量；③無源光器件因使用無源光技術(shù)，具有高使用壽命，系統(tǒng)故障率低，后期線路維護(hù)成本大為減少；④PON系統(tǒng)點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)本身決定了網(wǎng)絡(luò)的可升級(jí)性比較強(qiáng)，隨時(shí)更換升級(jí)終端設(shè)備，就可使網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到 10Gbit/s的更高速率或提供更多的接入端口；⑤PON 系統(tǒng)不采用昂貴的 ATM 設(shè)備和 SONET 設(shè)備，大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)備成本低，易于升級(jí)；⑥能與以太網(wǎng)相兼容，利用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口設(shè)備，接入PON 系統(tǒng)，節(jié)省系統(tǒng)集成成本。PON 全光纖校園網(wǎng)和以太網(wǎng)組網(wǎng)相結(jié)合的模式合理有效解決兩個(gè)教學(xué)片的問題。

(2)中心城區(qū)部分中小學(xué)校整合撤并，我區(qū)有10所中小學(xué)有分校區(qū)，分校區(qū)帶來了學(xué)校的整體組織管理、資源整合優(yōu)化、協(xié)同教研教學(xué)、無紙化辦公等問題，筆者認(rèn)為PON 全光纖校園網(wǎng)可解決本區(qū)域?qū)W校本校區(qū)和分校區(qū)管理、辦公、應(yīng)用等協(xié)同工作需求。在原單校區(qū)建設(shè)校園網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過教育專線，利用PON無源光纖網(wǎng)絡(luò)融合了PON和以太數(shù)據(jù)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，形成了許多獨(dú)有的優(yōu)勢(shì),PON無源光纖網(wǎng)絡(luò)采用復(fù)用技術(shù)，支持更多的用戶，每個(gè)用戶可以享受到更大的帶寬。PON無源光纖網(wǎng)絡(luò)不僅能綜合現(xiàn)有的有線電視、數(shù)據(jù)和語音業(yè)務(wù)，還能兼容未來業(yè)務(wù)如數(shù)字電視、VoIP、電視會(huì)議和VOD等等，實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)接入，建立分校區(qū)的虛擬專網(wǎng)。光纖直接鋪設(shè)到各個(gè)教室、功能室及辦公室，光纖采用千兆單模光纖。教學(xué)樓設(shè)置管理間，管理間和管理中心通過單模光纖連接，每個(gè)管理間部署1臺(tái)分光器，通過分光器將光信號(hào)分別傳輸?shù)浇淌?、功能室及辦公室，在教室、功能室及辦公室配置 ONU，ONU 通過雙絞線纜連接電腦、教學(xué)設(shè)備、監(jiān)控?cái)z像頭等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)主干相對(duì)穩(wěn)定，終端的松耦合可擴(kuò)展。有條件的校區(qū)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)信息中心，并且配備網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)柜，在機(jī)柜部署一臺(tái)OLT作為核心交換機(jī)，OLT通過區(qū)教育云校端安全接入中心和教育專網(wǎng)的500M線路以及校安監(jiān)控的線路對(duì)接。

綜上所述，在本區(qū)域教育系統(tǒng)校園網(wǎng)建設(shè)的過程中，PON無源光纖網(wǎng)絡(luò)這種技術(shù)發(fā)揮功效的主要介質(zhì)便是無源光的各種元件，同時(shí)光纖也發(fā)揮了重要作用，所以就成本而言，這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的花費(fèi)較少，不僅如此，此種技術(shù)還有另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，可防止來自外部環(huán)境的各類干擾，像電磁、雷電等等，因此在安全性方面，此種技術(shù)和有源技術(shù)相比具有一定的優(yōu)越性。PON全光纖校園網(wǎng)建設(shè)符合本區(qū)域?qū)W校長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，有機(jī)將基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、教學(xué)應(yīng)用建設(shè)和行政管理統(tǒng)籌規(guī)劃，考慮學(xué)校的辦學(xué)資金流動(dòng)性,借助“金平區(qū)教育信息化工作領(lǐng)導(dǎo)小組”專家經(jīng)驗(yàn)研判，統(tǒng)籌規(guī)劃，建設(shè)單校區(qū)、多校區(qū)，不同辦學(xué)規(guī)模學(xué)校校園網(wǎng)的建設(shè)方案；分步實(shí)施，PON全光纖校園網(wǎng)不僅能滿足現(xiàn)有的教育教學(xué)，還能兼容升級(jí)改造需求，學(xué)校在不同階段配備升級(jí)視頻直播系統(tǒng)、視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)等等，目前學(xué)校網(wǎng)絡(luò)安全、交通安全、防溺水及心理教育等主題培訓(xùn)都是通過校園網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全區(qū)、全校師生來學(xué)習(xí)，同時(shí)，能合理分配內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)資源，如可用來解決無線接入技術(shù)中基站上行數(shù)據(jù)匯集到核心網(wǎng)的問題，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻會(huì)議應(yīng)用等，實(shí)現(xiàn)綜合功能接入，大大降低后期建設(shè)和運(yùn)維成本。金平區(qū)教育局已建成區(qū)級(jí)教育云中心，并且部署了萬兆防火墻、數(shù)據(jù)庫審計(jì)、漏掃等安全防護(hù)設(shè)備，學(xué)校校園網(wǎng)接入?yún)^(qū)級(jí)教育云中心管理平臺(tái)，利用區(qū)教育云中心的核心安全檢測(cè)，有效檢測(cè)到來自互聯(lián)網(wǎng)、教育專網(wǎng)以及各學(xué)校內(nèi)部接入的各種安全隱患或安全威脅事件，實(shí)現(xiàn)區(qū)教育云中心與所屬學(xué)校兩級(jí)邊界的安全聯(lián)動(dòng)。PON全光纖校園網(wǎng)的建設(shè)，逐步實(shí)現(xiàn)區(qū)域教育信息化配備的均衡發(fā)展，推進(jìn)本區(qū)域教育現(xiàn)代化建設(shè)。