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「案例」基于GPON的校园全光网建设和应用

来源:广州市成格信息技术有限公司 网址:54skyhotel.com
------以广东工程职业技术学院为例

编辑:朱靖    廖春燕

(广东工程职业技术学院  广州市成格信息技术有限公司)

 

【摘要】

校园网是一个集教学、科研、学习和生活于一体的园区网,随着校园网互联网接入、视频监控、一卡通、智慧教室、智能水电表等终端在校园网的广泛接入和应用,对传统校园网络建设提出了极大的挑战,原有的建设年代较早、线路老化以及设备性能低,导致无法满足师生的学习和办公的需求,目前都面临校园网络改造的问题。文章分析目前校园网存在的困境,提出了基于GPON的无源光局域网的网络升级改造方案。
 

一、引言

(一)校园网的发展分析

随着校园网络信息化的普及,笔记本电脑、手机的普及无线终端产品使用率越来越高,快速、移动式的使用网络需求日趋迫切。为了推动学校智慧校园的发展,采用在线教育、MOOC、翻转课堂的模式进行教学模式的改革,需要学生随时随地连接到校园网络,在教室使用手持终端设备访问校内的在校教学平台学习、互动。能在校园内便捷地连接互联网已经成为校园用户迫切的渴望,受到严格的地域限制的网络显然已经不能满足这样的需求。

「案例」基于GPON的校园全光网建设和应用


(二)全光网趋势

「案例」基于GPON的校园全光网建设和应用


(三)无源光组成部分


「案例」基于GPON的校园全光网建设和应用

源光无网络 (PON): 由光线路终端(OLT),无源光分配网(ODN),光网络单元(ONU)组成的点到多点信号传输系统,简称PON系统 。
无源光局域网(POL):基于无源光网络(PON)技术局域网组网方式。该组网方式采用无源光通信技术为用户提供融合的数据、语音、视频及其他智能化系统业务。对比传统交换机组网方式,其OLT代替了汇聚交换部分,ONU代替了接入交换部分。

PON技术主流种类:
「案例」基于GPON的校园全光网建设和应用


二、无源光局域网建设的应用实施案例


(一) 广东工程学院改造前网络概况

1、学校建网早期,采用了以三层交换机为主的网络建设方案,即核心—汇聚—接入的三层架构,建网至今存在以下情况:

1) 校园建网至今网络线路已将近10年,机房布线老旧、杂乱且设备老化严重,校园内的核心、汇聚、接入设备的使用年限都已经超过了IT设备正常的使用周期,随着无线网络的建设和无线业务的高速增长,已经无法满足业务承载

2) 早期缺乏安全设计,现网有线网络结构复杂,VLAN划分混乱不合理,横向业务之间缺乏隔离和管控措施,容易造成网络风暴、引发ARP等攻击,存在病毒泛滥等隐患

3) 早期无线网络规化不合理,导致很多区域的无线信号覆盖效果较差,甚至学生宿舍区域没有无线网络,极大地影响了师生学习和生活的无线接入体验

4) 学生宿舍有线网络私接严重,学生自行准备交换机进行端口扩充,造成宿舍网线混乱

2、 校园网早期运维模式以运营商单方运营为主,存在以下情况:

1) 学校本地无学生用户原始数据,对开展智慧校园建设受限颇多

2) 学生宿舍网络与办公教学网络出现两套甚至多个上网账号,容易混淆;

3) 在接入的三层架构上,学生宿舍区域访问外网需要经过二次认证,校内内网802.1x+运营商外网portal认证,易用性和体验性都比较差,管理员的管理也非常繁杂;

 

(二) 无源光网络改造解决方案

校园网升级改造前后网络拓扑改变示意图,下面以学生宿舍区域的改造进行说明
 
「案例」基于GPON的校园全光网建设和应用
 
优化一学生宿舍组网调整
学生宿舍全新改建,采用基于GPON无源光局域网的大二层组网,光纤从中心机房直达宿舍,中间完全无源,替换了所有楼层接入与汇聚交换机。传输路径:BRAS-万兆核心交换机—OLT设备—分光器—ONU终端—终端用户;是以ONU为主体,实现光纤到户。用户终端通过ONU接入网络。对比原网有以下诸多优点:

终端网络:有线无线一体化,目前院校在带宽出口足够的情况下,每个学生带宽可达100M;

校园维护:免去了逐层交换机的故障排查,全光网络采用软件管理网络,故障节点少,故障易排查,所需维护人员数量少 ;

网络安全:PON网络下用户隔离,单个用户故障不会影响到其他用户,保障网络底层的安全,防止ARP欺骗,广播风暴等网络攻击;并且有效阻止学生的私接行为 ;

后期扩容:可平滑升级后期只需要升级两端设备(OLT,ONU)或者调整分光比即可,省去以往逐级升级接入交换机、汇聚交换机的步骤;

建设成本:人力成本、线路成本、能源成本、扩容成本等运维成本都有所降低;

业务承载:以后只需要这 一张已建好的网上建设新业务(如音频,视频等)即可,无需再重新组网。

优化二:认证方式调整
学生宿舍取消802.1x认证,采用portal一次认证通过即可访问外网,并且开通无感知上网,减少重复认证的操作,达到更好的网络体验。

优化三:中心机房调整
新增OLT, VBRAS认证网关,认证计费系统,以及防代理设备
新增VBRAS网关:基于NFV技术的认证网关,通过万兆链路与各相邻设备互联,采用大二层组网,通过QINQ方式进行隔离,将大二层组网的vlan终结在BRAS上,有效地降低了核心交换机的负载;与认证计费系统配合做准入准出控制,并对学生宿舍区域提供DHCP服务,同时支持IPv4和IPv6双栈协议;

新增认证计费系统:实现用户数据本地化管理,提供多种上网套餐选择,支持与学校统一身份平台以及其他业务系统对接,校园身份统一,多套业务学校也只需要管理一个学生账号即可,解决以往多账号混乱的现象;

新增防代理网关:旁挂部署,不增加故障节点(不影响主干链路),支持检测和控制用户使用代理行为,并且能够记录下学生宿舍区域用户的内网访问记录,做到溯源跟踪。
 

三、结语

校园网无源光局域网的组建,其高带宽、低延时,以及快速便捷的认证体系,大大改善了用户的上网体验,学生可以随时随地连接到校园网络,快速的访问校内的教学平台学习,互动。也为推动智慧校园的发展,在线教育的教学改革,打下了良好的基础,足够应对未来5-10年的网络发展。

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