光網絡技術在校園網絡建設中的應用探討

◆呂晟 王茂臣

光網絡技術在校園網絡建設中的應用探討

◆呂晟 王茂臣

（山東醫學高等專科學校（濟南）圖書信息中心 山東 250002）

近些年，相關部門一直在不斷地推動網絡建設及教育信息化的發展。2018年4月，教育部正式提出了教育信息化2.0行動計劃。隨后，教育信息化“十四五”規劃也陸續提出。2019年9月，工信部提出了“推進全光網絡建設”的理念。在這種大背景下，高校校園網絡承載的應用越來越多，網絡建設需要進入快車道。本文對高校如何建設光網絡做了一些分析和探討。

校園網；光網絡

隨著云計算、物聯網、人工智能等IT技術在教育領域的應用日漸成為“新常態”，高校的校園網絡正處于巨大的變革之中。我們可以看到，許多高校已經建立起了基于虛擬化技術的數據中心。從監控探頭到觸摸屏、電子白板，越來越多的物聯網終端進入校園網絡。受疫情的影響，在線學習、在線授課及在線辦公成為許多高校師生的必然選擇。拿在線學習來說，一些高校，特別是一些有大量實訓內容的職業院校，其很多專業在教學中都引進了VR（虛擬仿真）技術，使得VR技術正在成為常態化應用的新型教學模式。還有就是，許多高校建設了自己的智能校園網，很多瑣碎的行政業務都可以在線上辦理，提高了行政辦事的效率。隨著疫情的發展，校園視頻會議更多地代替了傳統的報告廳或會議室開會。凡此種種，諸多新興IT技術的應用正導致校園網絡架構日趨復雜，校園網絡承受著巨大的流量壓力。

1 高校傳統網絡架構的弊端

許多高校的校園網絡目前是傳統的三層架構的網絡，由核心層、匯聚層、接入層構成。這種三層網絡架構存在如下一些弊端。

（1）需要部署大量網絡設備

一般中心機房需要部署核心交換機，樓層弱電間需要部署匯聚交換機、接入交換機及POE交換機，用戶房間還要部署傻瓜交換機和無線AP。

（2）樓層弱電間管理有一定難度

匯聚及接入設備會占用過多的樓層弱電間。弱電間情況比較復雜：一是有相當一部分弱電間可能原先并不是存放網絡設備的，其內住的人員或存放的物品可能會對網絡運行產生不同程度的干擾；二是有些弱電間往往多部門共管，部門之間協調會占用很多的精力和時間。這些都增大了網絡管理維護的難度。

（3）弱電間內的供電設施無法控制

弱電間內的匯聚及接入交換機正常運行時需要供電，但卻經常遭遇斷電問題。斷電問題五花八門，像電路改造、各種施工、電力負荷過大引起跳閘、弱電間電源墻座插頭被誤拔等等，不一而足。一旦樓層網絡出現故障，需要去現場查看，以排除供電故障還是網絡設備或線路故障。

（4）網絡設備分散放置，導致故障點增多

（5）傳統的雙絞線布線易老化，浪費嚴重，雙絞線也會占用大量的布線空間，存在安全隱患。

2 光網絡的應用探討

主流的光網絡目前一般分為EPON和GPON。EPON兼容目前的以太網技術，可以看作是802.3協議在光接入網上的一種延續。GPON是面向電信運營的接入網，可以傳輸更大的帶寬。從性能指標上來說，GPON要優于EPON。對于帶寬、多業務、和安全性要求較高的高校校園網來說，GPON是更為合適的一種光網絡。

2.1 GPON光網簡介

GPON光網是一種典型的無源光纖網絡，它使用的技術是最新一代寬帶無源光綜合接入技術。它基于波分復用（WDM）技術來實現單光纖的雙向傳輸，實際傳輸距離最大可達到20km[1]。GPON光網由OLT、ODN、ONU三部分組成。其中OLT是光線路終端，一般放置在中心機房。ONU是光網絡單元，是用戶端的設備。ODN是光纖分配網，由光纖和一個或多個光分離器組成，用來連接OLT和ONU。OLT可以看作是一個交換機，它上面提供了面向無源光網絡的光纖接口，可以實現網絡集中接入的功能；OLT也可以看作是一個多業務平臺，它可以針對用戶的不同帶寬要求進行帶寬分配，同時還可以監控網絡系統的運行。ODN中的光分離器比較簡單，它是無源設備，不需要取電，可以放置在全天候的環境中[2]。

2.2 GPON光網組網的實施

GPON光網是天然的大二層網絡，每個接入點單獨連接網絡，易于維護和管理。

某學院在校園網絡建設中，就使用了OLT+ONU的大二層全光網絡架構組網。全網統一接入管理，獨立光纖到房間，融合ONU實現有線無線一體化接入。

具體實施情況是這樣的：中心機房OLT的信號通過單模光纖傳輸至各樓宇機柜內的分光器，分光器再把信號通過光電復合纜傳輸至各房間的ONU，ONU將信號通過網線或wifi傳輸至用戶終端。

2.3 GPON光網組網的優勢

（1）GPON光網網絡結構比傳統以太網方案更簡單。可以看到，GPON光網削減了大量弱電間設備，導致網絡設備只能部署在中心機房和用戶房間兩端，這使得網絡更簡單、更健壯，故障點更少。

（2）能耗低。GPON光網中大量節點為無源設備，減少了對供電設施的依賴，同時也降低了能耗。

（3）GPON光網大大減少了網絡維護的工作量。GPON網絡的設備集中放置于兩端，數量少，故障點也少。

（4）節省了布線空間，特別是提高了橋架空間的利用率。GPON光網使用光纖光纜連接兩端的網絡設備，光纖極細，使得橋架管孔利用率特別高。

（5）GPON屬于典型的無源網絡，這就使得它不受溫度、濕度、灰塵、雷擊、電磁干擾等因素的影響，極大地保障了網絡的穩定性。

2.3 以太網和光網的融合

光網在進入高校的過程中，也可能會產生一些問題。一個就是光網前期投資比較大。雖然光纖和光纖模塊的成本在不斷下降，但是光纖網絡設備卻造價不菲。像局端設備OLT，其上帶8個光分器的背板可能就需要幾十萬。如果再加上OLT設備、光纖以及用戶端的設備，其造價就比較可觀了。還有就是后期維護的成本。傳統網絡中，雙絞線中斷后，可以拿網線鉗重做網絡接頭，或拿打線鉗重新打網絡模塊，網絡即可恢復連接。而光纖中斷以后，需要專門的光纖熔接機來熔接。光網接入校園網以后，以前的部分以太網的網絡設備可能就無法使用了，也會造成一定程度的浪費。如果網絡建設由運營商投資，網絡維護由運營商托管，那么光網是可以考慮的。對于資金不是很充裕，而又想自己組網的高校，光網是需要慎重選擇的。還有就是光網中的分光器對帶寬有限制，帶寬越分越少。

基于以上一些現實問題，現在也有網絡廠商推出了以太網和光網融合的方案。像銳捷公司就推出了極簡以太全光網。這種網絡融合了傳統以太網和傳統光網，架構采用以太網，傳輸介質采用光纖，可充分利用舊有設備。其部署是將接入交換機由傳統以太網的樓層弱電間下沉至聯網房間。這樣就跳開了傳統光網分光器的限制，可以做到萬兆帶寬入室。當發生網絡故障時，可以先查看鏈路及設備，在不更改配置的情況下，通過更換設備，即可完成網絡故障的恢復。而在終端需要擴展或者帶寬需要升級時，也是只需要更換設備，即可完成擴展或升級，無需調整鏈路。

當然，極簡以太全光網可能會面臨以下一些場景。比如，樓宇弱電間網絡設備需要供電，要為網絡設備配置UPS，保障供電穩定。比如，為保證教室區域內的接入交換機不因掉電頻繁掉線，可能會對教室等區域進行電路改造，或者采用光電復合纜；而采用光電復合纜，需要在弱電間增加供電設備，增加了維護難度。

3 光網建設的思考

隨著更多新興的網絡技術不斷普及，各種網絡技術和光網之間也必然會發生各種融合。高校校園網絡作為高校重要的基礎設施，保證其高速、穩定、安全地運行，是高校IT管理部門的共識。IT管理部門需要更多地關注網絡技術的新趨勢，找到更適合自己學校的網絡架構模式，滿足未來智慧校園的發展。

[1]左明慧.基于GPON 的高校校園網扁平化架構設計研究[J].價值工程，2018（35）：251-253.

[2]張殿明，韓冬博.網絡工程項目設計與施工[M].北京：清華大學出版社，2016：88-91.