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1、第20卷 第1期2003年 2月贵州大学学报(自然科学版)Journal of Guizhou University(NaturalSciences )Vol.20 No.1Feb. 2003文章编号 1000 - 5269 (2003) 01 - 0077 - 06贵阳市教育城域网主干网设计方案杨世平,刘真祥,付光轩,高鸿峰,孙 念(贵州大学计算机网络中心,贵州 贵阳 550025)摘 要 本文主要讨论贵阳市教育城域网的主干网络设计,主要涉及网络的拓朴结构、 光纤网络设计 、 路由设计 、 设备参考选型和将来网络扩展等方面的问题。关键词 教育城域网; 光纤网络 ; 主干网络中图分类号TP31
2、618 文献标识码A0引 言随着宽带城域网建设的兴起,面向教育领域的教育城域网建设也引起了人们的关注。如何利用有限的资金 ,建设好西部省会城市的教育城域网,使其可以在解决本地区教育信息化问题中发挥积极作用,是我们规划和设计的重点考虑。贵阳市教育城域网,是以现代网络技术为依托,以各种信息设施为支持,以教育资源和软件为基础,以实现信息化教育和管理为目的,为贵阳市和贵州省教育行业提供应用服务的信息化环境的措施之一。贵阳市是一个地形较为复杂的中小规模城市,它是贵州省的政治、 经济 、 文化 、 教育中心,全省共有大专院校 25 所 ,其中地处贵阳市的有13 所 (本科院校7 所 ,专科 6所) ,本科
3、院校的70 %集中在贵阳市。另外 ,贵阳市还有几十所中学和中等专业学校、 成人高校 。贵州是一个经济欠发达的省份,教育比较落后。随着高等教育的发展和高校的大规模扩招,各校的教学资源都十分紧张。建立贵阳教育城域网是实现地处贵阳市的高校之间资源共享(教学资源、 教师资源 、图书资源等 ) 的基础 ,是贫困省扩大高等教育规模的重要措施之一。因此 ,建立贵阳市以高校为主的城域网已经迫在眉睫。建设贵阳市教育城域网,不但对贵州省的教育发展有重要意义,而且将对贵州省的信息建设 、 乃至国民经济建设都将有着重要意义。贵阳教育城域网的第一期工程主要是实现贵阳市内的各高等院校和教育部门的高速互联、 同时也联入位于
4、遵义市和都匀市的三所本科院校,实现信息共享、Internet访问以及承载视频、 音频等多媒体应用。1设计目标和原则贵阳市教育城域网的建设目标是:采用光纤和先进的网络技术,建设教育系统统一的宽带网络平台,提供多种接入和多种业务服务,提供统一的网络管理。在一个平台上实现多种应用和校园网的多种接入形式 ,为校际之间实现课程互选以及远程教学提供支持服务。贵阳市教育城域网的建设将充分利用现有的网络基础设施,建设一个稳定的、 可靠的 、 可管理的宽带教育城域网,分期实现贵阳市内大、 中 、 小学及教育机构的互联;逐步建立大容量的教学资源库,为大 、 中、小学教育教学提供丰富的信息服务;建立教育系统门户网站
5、,向社会发布各种如招生、 考试 、 学生就业等方面的教育信息;为各种教育应用系统,包括视频会议、 远程教学,VOD ,IP 电话业务,数字图书馆,互联网的各种服务等,提供高性能、 高带宽 、 稳定可靠的网络传输环境。贵阳市教育城域网设计遵循下列原则:开放性结构,标准化原则;收稿日期:2002 - 12 - 16项目来源:教育部基金资助课题(200326)。作者简介:杨世平(1955 - ) ,男,副教授。 研究方向:网络工程。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共
6、 6 页 - - - - - - - - - 高性能 ;运行稳定 ,可靠性高 ;可升级 ,和可扩展性 ;安全性 ;安装 ,操作 ,维护简单 ;智能化网络管理;业务分类和定义优先级别;智能化的拥塞控制功能;统一规划 、 统一建设 、 统一运行管理。2教育城域网拓扑结构设计贵阳市教育城域网整体采用环形与星形相结合的拓朴结构,层次结构分为核心层、 汇聚层和接入层,本次教育城域网的设计由核心/ 汇聚层和接入层两层组成,将核心层和汇聚层合为一层,在现阶段网络规模不大的情况下可节省投资。211 主干节点选择贵阳市教育城域网核心网络的主干节点选择,是根据实际需求,管理方便有效以及分级管理,兼顾地理位置的原则
7、,在主干网上设置三个核心节点,即位于贵阳市花溪区的教育科研网贵州省网中心(贵州大学北校区)、 贵阳市城东北中心(贵州师范大学校区)、 西南中心(贵州工业大学罗汉营校区)3 个主干核心节点构成 。212 主干网拓扑结构设计在贵阳市教育城域网的主干网络拓朴结构设计中,要充分考虑3 个主干节点的物理分布和现有光纤资源的因素,确定采用混合型(环型主干加星型接入) 结构 ,主干网的带宽设计为2. 5Gbps,第一期接入城域网的市内7 所本科院校采用全千兆接入,并配置接入层10/ 100M 交换机,为其他市内专科院校和中小学等教育部门提供10/ 100M 的接入端口 。贵阳市教育城域网核心网络节点之间采用
8、双环结构,设计要求核心网络稳定可靠,当某个核心节点或节点之间的连接中断时,网络能自动隔离故障点并继续工作。核心网络应能很好地提供服务质量保证,并具有空间复用和容错功能。核心网络设计支持语音、 视频应用 。市内各学校的校园网和其它教育单位的局城网作为接入网络节点按地理分布就近接到核心网络的三个节点或汇接节点。连接带宽可根据学校规模,采用 1Gbps带宽或 100Mbps 与核心网络节点或汇接节点连接 。各接入学校可根据实际连入距离选择交换机上合适的光纤接入模块。拓朴结构如图1 所示 。遵义医学院、 遵义师范学院、 黔南民族师范学院租用电信部门光纤信道接入省中心节点(贵州大学北校区 ) 。3光纤网
9、络设计贵阳市教育城域网的基础是城域光纤网络,光纤网络的设计和选择是否合理将直接影响到教育城域网的正常运行。因此 ,我们要求光纤网络的路由要合理,尽可能采用地埋光纤,光纤资源要可靠,可维护 。根据贵州省的实际情况,贵阳市教育城域网第一期接入的学校和单位有:贵州大学 、 贵州工业大学、 贵州师范大学 、 贵阳医学院 、 贵阳中医学院、 贵州财经学院、 贵州民族学院、 遵义医学院、 遵义师范学院、 黔南民族师范学院 、 省教育厅 。其余的学校和单位第二期或第三期接入。贵阳市教育城域网以贵州大学北校区、 贵州工业大学罗汉营校区和贵州师范大学为3个中心节点,形成一个双环主干,再以 3 个中心节点为中心连
10、接其他周边院校或其他学校。由于经费限制,第一期项目的光纤工程主要铺设到国家资金支持的项目院校主校区和省教育厅。光纤连接见图2。城域网光纤网络的建设有租用光纤、自建光纤网络的方式。租用光纤的特点是建设迅速,初期投入低 ,长期运营成本较高。自建光纤网络的特点是初期投入较大,建设周期长,由于涉及到市政建设方面的问题 ,工期不能保证,长期运营成本低,应用较为灵活。?87?贵州大学学报(自然科学版)第20卷名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - -
11、- - - - 图1贵阳市教育城域网拓扑示意图2贵阳市教育城域网光纤示意图市内各院校之间直线距离86 公里 ,实际可行路由有150 公里以上,如果采用自建的方法,预计投资600 万元以上 ,且工期不能保证。因此市教育城域网光纤网络采用长期租用贵州电信裸光纤资源来实现。根据贵州电信光纤路由计算,贵阳教育城域网主干网光纤长度为86. 5 公里 ,项目院校接入的光纤长度为 80 公里 ,共计光纤长度166. 5 公里 。4路由设计基于开放性和标准化考虑,贵阳市教育城域网内部路由可以选择三种方案:静态路由 、 路由信息协议( RIP) 、 开放式最短路优先协议(OSPF) 。静态路由策略对路由设备性能
12、要求最低,但是静态路由是由网络管理员静态手工配置的路由,它的静态属性必然使它不能用于大型复杂的或经常变化的网络。网络管理员无法跟踪网络的快速的、 大量的变化 ,因此管理和维护非常困难,不适合贵阳市教育城域网的规模。但是静态路由在许多地方仍然是必要的 ,使用静态路由可以改善网络的性能,节省带宽 。因此在各城域网接入点对于接入学校的网络采用静态?97?第1期 杨世平等:贵阳市教育城域网主干网设计方案名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - -
13、 - - - 路由 ( Static route) 策略 ,減少路由选择问题和路由选择数据流的过载,且配置简单,易于维护 。市教育城域网与CERN ET 的连接设计为一条GE链路 ,在第一期工程中也采用静态路由进行配置。RIP 是一种距离向量协议,简单易用,RIP 协议被设计用于使用同种技术的中小型网络,适合于大多数校园网和数据速率变化不很大的网络。但是 RIP 不适合较为复杂的大规模网络的互联。OSPF 是专门为互联网设计的一种自治系统内部的路由协议,基于链路状态的最短路优先算法计算路由 ,可以支持多种链路度量,如跳数 、 带宽 、 时延等 。OSPF 收敛时间短,在数据包控制和环路管理上有
14、卓越的性能,通过分区实现网络的汇聚功能。OSPF 代表了路由协议领域多年的研究和实践的最高水平,适合大型内部路由域。因此 ,贵阳市教育城域网主干网内部采用OSPF 路由协议 ,支持可变长子网掩码和地址汇聚。5设备选型市教育城域网主干网络设计为2. 5Gbps的带宽,项目学校为1000Mbps以太网接入,要保证3个主干节点速率达到2. 5Gbps,各接入节点与主干节点的上联接入达到1000Mbps ,城域网每个主干节点的路由交换设备的背板速率应大于60Gbps,还需配置2 块支持 2. 5Gbps速率的接口板,并配置 1000M 以太网接口板,以连接需1000M接入的高校校园网,另配置10M/
15、100M自适应接入交换机,支持只需100M接入的学校和黔南民族师范学院、 遵义医学院 、 遵义师范学院等的10M 远程接入 。511 核心节点网络接入第一期工程直接与贵州大学北校区节点核心设备千兆相连的学校包括:贵州大学校园网、 贵州民族学院校园网 。接入学校与主干节点之间的带宽为1000M ,要求校园网提供与主干节点兼容的长距离千兆以太网络接口 。另配 10/ 100M 接入交换机,以便接入其他院校和网管工作站以及黔南民族师范学院、 遵义医学院 、 遵义师范学院等的10M 远程接入 。第一期工程直接与贵州工业大学罗汉营校区节点核心设备千兆相连的学校包括:贵州工业大学校园网 ,教育厅 。接入学
16、校与主干节点之间的带宽为1000M 。另配一台10/ 100M 接入交换机,以便接入其他院校 。第一期工程直接与贵州师范大学节点核心设备千兆相连的学校包括:贵阳医学院 、 贵阳中医学院和贵州财经学院,三个节点均为1000M 接入 。另配一台10/ 100M 接入交换机,以便接入其他院校。512 核心节点设备选型核心 / 汇聚设备要具有2. 5G接口 ,连接距离大于10 公里 ,模块端口无阻塞。其中 3 个节点核心设备的性能要求如下:可通过各种技术与网络主干接入,如以太网 (100M ,1000M) ,A TM ,POS 等 ;能够对不同的用户,不同的应用提供足够的服务质量保证(QoS) ;大幅
17、度提高接入网的带宽,显著改善响应时间。网络能快速有效地传送IP 数据包 ;支持冗余的电源;设备采用的技术体制应符合国际统一的工业技术标准IEEE 802. 3Z、 802. 1Q 、 802. 1P 等 。主干网络核心路由器设备参考选择为华为GSR级 NE80 ,100M 接入交换机设备参考型号为华为S3026。N E80 作为 GSR,具有良好的性能,完全能够适应城域教育网主干层节点高速转发IP 包 的需求 。N E80 提供 128G的交换容量 、 高接口密度 (16 个 2. 5GPOS或 64 个 GE) 、 报文转发率为96MPPS。采用分布式硬件转发机制,在每个接口板上使用专用的网
18、络处理器,提高硬件转发速度,提供各种接口的MPL S/IP 线速转发 ,并且可以提供网络处理器的底层硬件级编程,通过升级网络处理器的软件来增加新功能,适应日益增长的网络业务的需求。N E80 可以提供网络应用的所有路由协议(OSPF、 BGP、 ISIS、 RIP 等) ,支持各种 QOS 机制 ,支持 MPL S 流量工程 、 支持 MPL S VPN ,支持组播业务等,支持和其他厂家设备互通性(接口互通 、 协议互通 、 业务互通 ) 。513 与上级网络的连接贵州大学北校区节点是中国教育和科研网贵州省网络中心,负责贵州教育和科研网和贵阳市教育城域网的建设 、 运行 、 管理和维护,因此选
19、择该节点作为贵阳市教育城域网与CENN ET 连接点以及IN TER2?08?贵州大学学报(自然科学版)第20卷名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - N ET 出口 。贵州大学北校区核心节点的核心路由器作为城域网的出口路由器,完成路由功能和线速NA T 转换功能 ,通过光缆直接接入CERN ET 贵州大学北校区节点核心路由器。514 接入学校接口设备建议根据学校规模的不同和校园网络管理需求的不同,接入城域网的学校接口设
20、备可以为出口路由器、 防火墙 、 校园网核心交换机等。接入速率可选择10M 、 100M 或 1000M 接入 。建议各学校为校园网管理的便利配置校园网出口路由器,防火墙可根据性能和安全性需求的平衡来选取 。对于核心交换机路由功能较完善的学校,也可直接接入校园网核心交换机的接口。根据学校接入距离的不同,接口模块的支持传输距离要相配,必要时可引入长距离光纤收发器。6网络发展规划贵阳市教育城域网的设计要充分考虑到网络将来的发展和扩充,扩充可能会对网络系统提出三方面的要求 :大量的中小学和教育部门连入,导致网络信息汇聚点的增加,这将意味着主干网络的节点数也要相应增加 ,这要求现在的网络设计能够很平滑
21、地升级到更多网络节点时的网络结构。目前的 RPR 主干网络技术支持平滑的主干节点加入。随着网络规模的扩大,主干设备或是汇聚点的主干设备背板处理能力可以有充分的扩展余地。目前选择设备的背板处理能力128G,可适应近5 年内的主干网性能要求。网络的主干带宽能够有充分的可扩展余地。可以支持面向10G 网络 ,扩展 DWDM 全光网络核心的模式提供更高的核心网络带宽。611 接入节点数量扩展方案在贵阳市教育城域网需要进一步扩展接入院校数量时,原有的网络结构不能满足大规模校园接入的需求 ,扩展方案为增加汇接层设备华为S8016共 3 台 ,成为核心层、 汇接层独立的网络结构,提供更丰富的接口类型 、 更
22、多的数量接口。见扩展拓朴图3。图3贵阳市教育城域网扩展拓扑示意图一612 主干网络扩展方案在主干网带宽需要扩展的时候,可配置全新的DWDM 全光网络核心设备,可根据需要灵活增加主干网带宽线路,平滑地升级,也可为网络结构完善提供新的选择。本扩展方案的传输层设备支持多业务DWDM ,单根光纤可承载32 个波 ,总容量达到640Gb/s,可充分利用紧缺的城域网光纤资源,可灵活接入多种业务和多种速率信号,并提供完善的光层保护机制。主干网络扩展拓朴结构见图4。?18?第1期 杨世平等:贵阳市教育城域网主干网设计方案名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -
23、- - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 图4贵阳市教育高速城域网扩展拓扑示意图二7结束语以上贵阳市教育城域网的方案设计,包含了主干网拓朴结构、 光纤网络 、 技术路线和参考设备选型等方面 。教育城域网还涉及到很多方面的问题,譬如网络的安全策略、 网络的管理、 网络的应用等多方面的技术问题,这些问题将在今后的文章中加以讨论。贵阳市教育城域网的建设是一个逐步推进的过程,随着其不断发展和完善,将会对我市和我省的教育信息化起到重要的推动作用。从网络技术层面来看,本方案的设计要保证技术上的成熟和先进;从网络运行层面来看
24、,贵阳市教育城域网将根据CERN ET 实际管理体制和经验,建立一套切实可行的网络管理方案,使贵阳市教育城域网为贵州省的教育事业发挥积极作用。参考文献 1 CERN ET国家网络中心 1 西部教育城域网总体设计方案M 120021The Backbone Design of Guiyang EducationalMetropolitanArea NetworkYAN G Shi2ping , L IU Zhen 2xiang , FU Guan 2gxuan , G AO Hong2feng , SUN Nian( The Computer NetworkCenter , Guizhou Un
25、iversity , Guiyang 550025 China)Abstract This paper mainly discussesthe backbone design of Guiyang educational metropolitan areanetwork , including network topology , fiber network , route design, network devicesand network ex2pansion, etc.Key words educational metropolitan area network ;fiber network ;backbone network?28?贵州大学学报(自然科学版)第20卷名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -