校园网网络提速方案分析与研究

刘国强

[摘           要]  校园网信息化建设逐渐成为目前提高教学效率的有效手段，在不断完善的校园信息化建设中，网络速度逐渐成为信息化普及的瓶颈，如何利用技术手段提高校园网现有速度，成为现在的热点内容，重点研究利用现有网络环境，通过软件优化方法和策略设置方法提高网络运行效率，提高校园网速率，从而达到校园网使用效率最大化。主要利用了策略路由、端口绑定、多重负载等技术，将现有学校网络进行优化，提高校园网数据周转速度，最终提高教师办公效率，更好地为学校发展服务。

[关    键   词]  策略路由;端口绑定;多重负载技术;信息化校园

[中图分类号]  TN915.08               [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2019）36-0116-02

我校在2009年开始由于规模扩大，学校要求利用现有网络设备环境对校园网进行优化，从而实现校园网整体提速，提高学校的工作效率，更好地为学校建设服务。期间，本人参与了其中的设计与开发，承担了网络优化项目中的部分工作，在此，本人将在工作中的心得和大家分享，对技术方面的问题进行深入的探讨。以下是我校的网络拓扑图。

在网络工程二期改造前，校园网分成三个层次，包括网络核心层、网络汇聚层和网络接入层。下面我对校园网中存在的问题进行分析。

在接入层中，该层主要连接终端设备，校园中的终端设备数量庞大，型号复杂，非常难以管理，尤其是当某台电脑感染病毒后，很容易通过网络传染到其他终端设备，导致校园网瘫痪，同时，大多数终端设备属于私人使用，很难对其网络行为做出判断，所以非常难以管理。对此我对接入层进行了重新规划、设计。为了不影响工作，客户端电脑统一采用DHCP动态分配IP地址策略，在中心机房设置统一的DHCP服务器，同时开启各层的DHCP中继服务，使各个网段的IP地址都能通过该服务器统一管理。另外，将各个部门划分为多个vlan，通过汇聚层的三層交换机实现数据的转发，这样可以有效保护网络的稳定性，同时防止病毒在网络中的传播。同时，划定特定的DMZ区域，将校园网中的FTP服务器、WEB服务器、流媒体服务器等重要服务放在该区域，一方面，便于系统管理员管理，另一方面，实现服务器与客户端相互分离，有效保护服务器的稳定性。在防火墙上开通相关NAT服务，将部分服务器的部分服务端口向外网公布，实现公网用户访问内网相关服务，该措施主要是为了满足部分教师出差在外时，也能够及时访问校园网中的相关服务，实现异地办公。通过如上的设置，基本实现了终端设备中服务器与个人电脑的分离，同时考虑到移动办公用户对校园网的使用。对不同的个人电脑进行分类管理，通过vlan的划分实现部门的逻辑分离，大大提高整个校园网的稳定性。

在汇聚层，该层由各种可管理交换机组成，在该层中，主要是通过访问控制列表实现对校园网中的网络数据进行监控。例如，在DMZ区域中，有专门供财务室使用的服务器，该服务只允许校长室、人事处和财务处的主机电脑可以访问，所以在DMZ区域的防火墙中，通过标准访问控制列表，对访问数据包的源IP地址进行监控，只允许校长室、人事处和财务室网段的主机可以访问，其他区域的主机进行屏蔽，这样，就达到了数据包的屏蔽，防止非法数据访问财务服务器。同时，考虑到有部分终端设备在上班时间可能有看电影、P2P下载等行为，不仅占用了大量的网速，同时给正常办公的终端带来严重影响，所以利用在该层设备中的流量整形技术，对终端设备进行限速，规定每台电脑的网络使用速率不超过100KB/S。同时，通过policy-map技术，对数据包中的部分数据进行判断，设置优先级，对需要实时性的数据包设置高优先级，比如，对邮件数据包设置高优先级。这样可以提高网络的利用率。整体上，在汇聚层，数据包在该层实现了流量整形、访问策略控制等工作，有效对校园网中的数据进行进一步优化，同时将网络管理集中在汇聚层，也方便了网络管理员。

在核心层，该层是校园网的核心层，实现数据包的终极转发，该层能否稳定工作，直接影响到整个校园网的工作效率，因此，在该层中，不做过多的访问控制设置，因为这样会影响数据包的转发速度，在该层设备的改造上，主要通过硬件改造和软件改造两种方法进行。首先，为了提高网速，将原有的UTP网线改造成光纤接口，速度从原有的1GB/s上升到10GB/s。将接口模式改为全双工模式，实现双向通讯。通过硬件改造，核心层设备的数据包周转速率明显提高。在软件改造上，利用多重负载技术，将核心层的两台三层交换机通过2根光钎线并联，利用多重负载，这样数据包可以同时在两条并行线上传输，通过多重负载技术，可以实现核心层数据包数据转发容量翻倍。核心层的速度提高后，网络整体环境得到了很大的改善。

通过对三层网络设备的改造，校园网的整体性能得到提高，但是在校园网中还有一些老的网络无法改造，如早期的教学楼，尤其是老校区的教学楼采用木质结构建筑，没有使用网络线路，采用早期的电脑交换线路连接，所以无法实现网络的整体接入。对老校区的改造，在保证不改变原有线路的同时，购入数台帧中继交换机和支持帧中继功能的路由器，利用原有的电话线网络，改造为帧中继交换网络，这样内网接入速度可以达到45MB/S，基本上能够完成用户日常使用网络的需要。帧中继网络，采用点对多点的接入方式，通过帧中继交换机进行数据包转发。另外，通过该交换机接入路由器（网关），通过该网关接入校园网。

由于网络数量众多，原有的静态路由已经无法满足复杂网络的需要了，虽然在理论上通过静态路由的重设置能够实现网络互联，但是工作量非常大，而且在网络环境发生改变时，很难进行维护，于是采用动态路由技术，在RIP和OSPF的选择中，优先采用OSPF技术，因为RIP在网络规模上只支持15跳，虽然暂时可以满足当前网络规模，但是要考虑到扩展性，所以全校的网络环境优先采用OSPF动态路由协议，该协议支持动态路由更新，支持路径优先选择，能够很好地支持校园网的实施，实施后，网络状态稳定，各个网段连接正常。

在核心层上端，接入防火墙设备用于连接广域网，本次校园网改造用两个防火墙连接广域网，分别从电信和联通两家互联网运营商接入互联网，其中电信线路作为主线路，作为校园网日常使用互联网的主接入口，而联通线路则用作备份线路，用于保证在断网的情况下，用户的工作不受影响。这里需要通过策略路由和热主机备份功能实现。在防火墙上，为了节省公网IP资源，采用了动态NAT负载技术，实现校园网的所有用户能够同时访问公网，本案例中，学校申请了5个公网IP地址，通过这5个地址完成校园网用户的共享上网。

到这里，校园网的前期改造计划已经基本完成，在众多的设计中，主要从三个方面考虑，进行了网络改造，首先是速度方面，校园网的改造要保证网络速度有质的提高，这里主要通过核心层的改造来完成，通过硬件设备的替换和网络负载的实施，有效提高网络对数据包的转发能力，减少终端延迟。另外，对网络中对实时性要求很高的数据进行网络策略的设置，提高相关数据包的优先级。其次考虑网络安全，网络安全是通过汇聚层的设置完成的，这里包含了vlan的划分，减少广播数据包对网络的影响，防止监听，通过对访问列表的设置，对相关数据包进行屏蔽，减少非法数据包对服务器的访问，同时，在该层设置DMZ区域，将服务器集中在该区域进行统一管理，同时在该区域添加网管主机，利用网管主机对数据包进行全程监控，这里是通过端口镜像技术实现的。最后，考虑网络的稳定性，利用热主机备份技术，申请两条公网线路，一条走电信线路，出口带宽1GB，由于宁波市校园网是电信线路，所以该线路作为主线路，另外申请一条联通线路，出口带宽40MB，作为备用线路，利用热主机备份技术，正常情况下所有数据包在访问外网时走电信线路，在电信线路遇到故障临时关闭时，采用联通备份线路，由于采用热主机备份技术，采用的是虚拟网关，所以在校园网发生线路切换时，用户根本感觉不到任何影响，数据包会只能选择相关线路向外传送数据包，这样，整个校园网的稳定性大大提高了。

校园网通过如上的改造，在稳定性、安全性、高速性上都得到了加强，整个网络的数据吞吐能力得到提高。另外，DMZ区域的出现，实现了服务器和终端設备的分别管理，管理员在DMZ区域只要通过简单的网管主机软件，就可以对校园网访问服务器的数据进行全程监控。流量整形技术的出现，可以实现终端设备限速访问互联网，对终端用户也进行了一定的约束，防止网络带宽被恶意占用。

参考文献：

[1][美]瓦尚（Vachon，B.），[美]格拉齐亚尼（Grazi-ani，R.）.思科网络技术学院教程CCNA Exploration：接入WAN[M].思科系统公司，译.北京：人民邮电出版社，2009.

[2][美]唐纳修.Network Warrior：思科网络工程师必备手册（影印版）[M].南京：东南大学出版社，2011-10.

◎编辑 马燕萍