光网络技术在校园网络建设中的应用探讨

2021-03-07吕晟王茂臣

网络安全技术与应用 2021年10期

◆吕晟王茂臣

光网络技术在校园网络建设中的应用探讨

◆吕晟王茂臣

（山东医学高等专科学校（济南）图书信息中心山东 250002）

近些年，相关部门一直在不断地推动网络建设及教育信息化的发展。2018年4月，教育部正式提出了教育信息化2.0行动计划。随后，教育信息化“十四五”规划也陆续提出。2019年9月，工信部提出了“推进全光网络建设”的理念。在这种大背景下，高校校园网络承载的应用越来越多，网络建设需要进入快车道。本文对高校如何建设光网络做了一些分析和探讨。

校园网；光网络

随着云计算、物联网、人工智能等IT技术在教育领域的应用日渐成为“新常态”，高校的校园网络正处于巨大的变革之中。我们可以看到，许多高校已经建立起了基于虚拟化技术的数据中心。从监控探头到触摸屏、电子白板，越来越多的物联网终端进入校园网络。受疫情的影响，在线学习、在线授课及在线办公成为许多高校师生的必然选择。拿在线学习来说，一些高校，特别是一些有大量实训内容的职业院校，其很多专业在教学中都引进了VR（虚拟仿真）技术，使得VR技术正在成为常态化应用的新型教学模式。还有就是，许多高校建设了自己的智能校园网，很多琐碎的行政业务都可以在线上办理，提高了行政办事的效率。随着疫情的发展，校园视频会议更多地代替了传统的报告厅或会议室开会。凡此种种，诸多新兴IT技术的应用正导致校园网络架构日趋复杂，校园网络承受着巨大的流量压力。

1 高校传统网络架构的弊端

许多高校的校园网络目前是传统的三层架构的网络，由核心层、汇聚层、接入层构成。这种三层网络架构存在如下一些弊端。

（1）需要部署大量网络设备

一般中心机房需要部署核心交换机，楼层弱电间需要部署汇聚交换机、接入交换机及POE交换机，用户房间还要部署傻瓜交换机和无线AP。

（2）楼层弱电间管理有一定难度

汇聚及接入设备会占用过多的楼层弱电间。弱电间情况比较复杂：一是有相当一部分弱电间可能原先并不是存放网络设备的，其内住的人员或存放的物品可能会对网络运行产生不同程度的干扰；二是有些弱电间往往多部门共管，部门之间协调会占用很多的精力和时间。这些都增大了网络管理维护的难度。

（3）弱电间内的供电设施无法控制

弱电间内的汇聚及接入交换机正常运行时需要供电，但却经常遭遇断电问题。断电问题五花八门，像电路改造、各种施工、电力负荷过大引起跳闸、弱电间电源墙座插头被误拔等等，不一而足。一旦楼层网络出现故障，需要去现场查看，以排除供电故障还是网络设备或线路故障。

（4）网络设备分散放置，导致故障点增多

（5）传统的双绞线布线易老化，浪费严重，双绞线也会占用大量的布线空间，存在安全隐患。

2 光网络的应用探讨

主流的光网络目前一般分为EPON和GPON。EPON兼容目前的以太网技术，可以看作是802.3协议在光接入网上的一种延续。GPON是面向电信运营的接入网，可以传输更大的带宽。从性能指标上来说，GPON要优于EPON。对于带宽、多业务、和安全性要求较高的高校校园网来说，GPON是更为合适的一种光网络。

2.1 GPON光网简介

GPON光网是一种典型的无源光纤网络，它使用的技术是最新一代宽带无源光综合接入技术。它基于波分复用（WDM）技术来实现单光纤的双向传输，实际传输距离最大可达到20km[1]。GPON光网由OLT、ODN、ONU三部分组成。其中OLT是光线路终端，一般放置在中心机房。ONU是光网络单元，是用户端的设备。ODN是光纤分配网，由光纤和一个或多个光分离器组成，用来连接OLT和ONU。OLT可以看作是一个交换机，它上面提供了面向无源光网络的光纤接口，可以实现网络集中接入的功能；OLT也可以看作是一个多业务平台，它可以针对用户的不同带宽要求进行带宽分配，同时还可以监控网络系统的运行。ODN中的光分离器比较简单，它是无源设备，不需要取电，可以放置在全天候的环境中[2]。

2.2 GPON光网组网的实施

GPON光网是天然的大二层网络，每个接入点单独连接网络，易于维护和管理。

某学院在校园网络建设中，就使用了OLT+ONU的大二层全光网络架构组网。全网统一接入管理，独立光纤到房间，融合ONU实现有线无线一体化接入。

具体实施情况是这样的：中心机房OLT的信号通过单模光纤传输至各楼宇机柜内的分光器，分光器再把信号通过光电复合缆传输至各房间的ONU，ONU将信号通过网线或wifi传输至用户终端。

2.3 GPON光网组网的优势

（1）GPON光网网络结构比传统以太网方案更简单。可以看到，GPON光网削减了大量弱电间设备，导致网络设备只能部署在中心机房和用户房间两端，这使得网络更简单、更健壮，故障点更少。

（2）能耗低。GPON光网中大量节点为无源设备，减少了对供电设施的依赖，同时也降低了能耗。

（3）GPON光网大大减少了网络维护的工作量。GPON网络的设备集中放置于两端，数量少，故障点也少。

（4）节省了布线空间，特别是提高了桥架空间的利用率。GPON光网使用光纤光缆连接两端的网络设备，光纤极细，使得桥架管孔利用率特别高。

（5）GPON属于典型的无源网络，这就使得它不受温度、湿度、灰尘、雷击、电磁干扰等因素的影响，极大地保障了网络的稳定性。

2.3 以太网和光网的融合

光网在进入高校的过程中，也可能会产生一些问题。一个就是光网前期投资比较大。虽然光纤和光纤模块的成本在不断下降，但是光纤网络设备却造价不菲。像局端设备OLT，其上带8个光分器的背板可能就需要几十万。如果再加上OLT设备、光纤以及用户端的设备，其造价就比较可观了。还有就是后期维护的成本。传统网络中，双绞线中断后，可以拿网线钳重做网络接头，或拿打线钳重新打网络模块，网络即可恢复连接。而光纤中断以后，需要专门的光纤熔接机来熔接。光网接入校园网以后，以前的部分以太网的网络设备可能就无法使用了，也会造成一定程度的浪费。如果网络建设由运营商投资，网络维护由运营商托管，那么光网是可以考虑的。对于资金不是很充裕，而又想自己组网的高校，光网是需要慎重选择的。还有就是光网中的分光器对带宽有限制，带宽越分越少。

基于以上一些现实问题，现在也有网络厂商推出了以太网和光网融合的方案。像锐捷公司就推出了极简以太全光网。这种网络融合了传统以太网和传统光网，架构采用以太网，传输介质采用光纤，可充分利用旧有设备。其部署是将接入交换机由传统以太网的楼层弱电间下沉至联网房间。这样就跳开了传统光网分光器的限制，可以做到万兆带宽入室。当发生网络故障时，可以先查看链路及设备，在不更改配置的情况下，通过更换设备，即可完成网络故障的恢复。而在终端需要扩展或者带宽需要升级时，也是只需要更换设备，即可完成扩展或升级，无需调整链路。

当然，极简以太全光网可能会面临以下一些场景。比如，楼宇弱电间网络设备需要供电，要为网络设备配置UPS，保障供电稳定。比如，为保证教室区域内的接入交换机不因掉电频繁掉线，可能会对教室等区域进行电路改造，或者采用光电复合缆；而采用光电复合缆，需要在弱电间增加供电设备，增加了维护难度。