高校信息化視閾下的校園網絡建設

劉曉婷， 陳 慶

（上海交通大學a.校園管理辦公室；b.教育學院，上海 200240）

0 引言

近年來，信息技術快速發展并被廣泛應用于社會生產，是提高國家發展質量與綜合實力的重要手段。1997 年我國已出臺《國家信息化“九五”規劃和2010年遠景目標（綱要）》，對全國信息化建設做出了精密布局［1］。教育作為國家發展的固有組成部分，其信息化建設程度直接影響著人才培養質量，因此需要重點加以關注。

為了更好地推動教育領域的信息化建設，國務院與教育部分別印發《中國教育現代化2035》以及《教育信息化2.0 行動計劃》，強調以教育信息化帶動教育現代化發展。2022 年教育的工作重點之一就是要加快推進教育的數字化轉型和智能升級，推進新型教育基礎設施建設。關于如何實現教育信息化建設，教育部等六部門發布的《關于推進教育新型基礎設施建設構建高質量教育支撐體系的指導意見》（以下簡稱《教育新基建》）指出要升級校園網絡，實現校園局域網升級，保障校內資源與應用的高速訪問。國務院在2023年2 月印發的《數字中國建設整體布局規劃》中也強調，數字中國建設按照“2522”①“2522”框架是指：數字基礎設施和數據資源體系“兩大基礎”，數字技術與經濟、政治、文化、社會、生態文明建設“五位一體”，數字技術創新體系和數字安全屏障“兩大能力”以及數字化發展國內國際“兩個環境”。的整體框架進行布局，其中的關鍵內容之一就是要夯實數字基礎設施。

高校的信息化對教育整體信息化的發展有著重要影響，其建設成效將直接影響新時代高校在人才培養、科學研究、社會服務和文化傳承方面的創新發展［2］。國家在宏觀層面對教育信息化建設的指導表明，在推進高校信息化建設的過程中必須對教育新基建的基座——校園網絡加以關注。作為信息化建設的基礎，校園網絡建設不僅保障著每個校園管理環節的有效開展，也直接影響著全校師生各類網絡應用的使用體驗，因此，校園網絡建設是推動高校信息化發展的必要前提。

1 校園網絡——高等教育信息化的重要基石

整體看來，《教育新基建》的本意在于構建一種全新的高質量支撐體系。這一支撐體系由6 個具體維度組成②6 個維度分別是：信息網絡、平臺體系、數字資源、智慧校園、創新應用與可信安全，其中第一個關鍵維度就是信息網絡平臺的搭建。信息網絡新基建主要是在已有互聯網的基礎上建設教育專網并且升級校園網絡，最終實現提升校園網絡質量，提供便捷、綠色網絡服務的目的［3］。為了真正實現這一目標，必須要在開展校園網絡升級之前明確校園網絡建設面臨的現實問題與建設過程中應當遵循的基本原則。

1.1 高校網絡建設中存在的問題

新興技術的迅速發展對高校的信息化基礎設施提出越來越高要求，包括利用5G、千兆無線局域網等方式實現校園無線網絡全覆蓋。校園網絡建設需要考慮到使用的暢通性與效率。前者是為了更好地連接校園管理工作中的不同部門，讓部門之間的溝通與信息的傳輸更加便利與及時，從而及時調整工作內容，避免信息溝通不暢所導致的資源浪費；后者則是為高校校園管理效率的提升提供重要支撐。在信息化時代，大數據是優化管理模式、改善管理內容的重要參照，優質的校園網絡是大數據采集、分類與處理的前提。

然而結合當前校園計算機網絡建設的實踐可以發現，大多數高校校園網絡建設存在著以下不足：

（1）校園網絡建設重心偏移。完備的校園網絡是一個集網絡基礎層、基本服務層、應用支撐系統層、信息服務系統層與虛擬大學層于一體的多層次構造。無論是前期基礎的網絡硬件設施的配備，還是后期建設虛擬大學層以打破校園的空間界限，校園網絡在提升高校信息化程度中始終發揮著重要作用。當前，我國不少高校將大量的資源與精力用于硬件設施的更新換代，但是在運行新設備時卻沒有關注軟件設施的水平，因而難以最大化地發揮校園網絡服務于校園管理、科研教學的本質性作用。除此之外，校園網絡的設計與布局也有待完善，一個最典型的例子就是IP地址的分配，目前不少高校存在著網絡擁擠與網絡堵塞問題，其根源就在于IP地址沒有按需分配，從而影響了校園網絡功能的發揮，阻礙了校園信息化建設的進程。

（2）專業技術人員的缺失。高質量的校園網絡建設離不開硬件設施、專業人員與綜合管理，任何一個環節的缺失都會影響校園網絡功能的發揮。①龐大的校園網絡維護離不開專業人員的支持，綜觀我國高校的校園網絡建設，專項負責這一方面工作的人員數量不足，校園網絡系統的操作依然較為復雜，現有的專業技術在面對校園網絡問題時有著較大難點。②大學校園網不僅僅需要一線技術人員的支持，更離不開細致、周到的管理，除了設備運行、維護的基本參數之外，管理人員還需要考慮到無線電鏈路層面的安全管理，如果管理者對無線電頻段的鏈路品質的狀態不可知，將直接導致無法第一時間判斷用戶的無線接入是否出現問題［4］。

（3）安全防范水平有待提高。當前校園網絡安全最值得關注的是網絡攻擊（Cyber Attack）與個人信息保護。在信息技術發展史上，網絡病毒與網絡攻擊事件層出不窮，隨著技術飛速發展，網絡攻擊能實現對現實工業的關鍵基礎設施進行打擊從而造成物理性毀傷。無論是木馬病毒、蠕蟲病毒還是層出不窮的網絡勒索軟件，都對互聯網絡安全造成了嚴重威脅。數年前，攻擊者利用美國網絡攻擊武器庫中的“永恒之藍”程序造成了全球性的勒索病毒攻擊事件，該病毒正是通過Windows網絡共享協議進行攻擊并進行了大范圍傳播。可見，網絡在帶來便利的同時也存在著較高安全隱患，大部分傳統網絡僅僅配備了一些簡單的安全措施來防御對外界攻擊，但事實證明面對著日益紛雜的網絡攻擊，簡單的防護措施已經是難以勝任。

教育部在2022 年工作要點中提到，要強化關鍵信息基礎設施保障，提升個人信息保護水平，可見，當前校園網絡建設兼顧安全和穩定，不僅是為了能夠擁有高水準的防范措施以抵抗外部網絡攻擊，同時也是為了保障校內人員的權益。近年來，由于網絡安全審計系統的漏洞以及網絡安全追蹤技術的不完善，非法用戶對校園網絡的訪問愈發頻繁導致校內師生的關鍵信息泄露，對其生活與學習造成極大的負面影響。

1.2 校園網絡建設的基本原則

為落實高校校園信息化建設，加快我國高等教育信息化進程，高校需要在反思當前校園網絡設計與規劃普遍問題的基礎上進一步完善校園網絡建設實踐，具體而言可在優化過程中遵循以下3 個基本原則。

（1）實用性與經濟性原則。如何讓高校的低投資得到高回報，是高校校園網絡建設實踐中需要考慮的主要問題。由于多數高校投資校園網絡建設的經費有限，學校管理層在考慮校園網絡建設時應該以實用性為先，不能以“只買貴的，不買對的”為原則，而是要在充分做好校園規劃調研的基礎上對多家廠商產品的兼容性、穩定性進行篩選，既要考慮到當前使用的便利，也要計劃好未來的維護與檢修。更為關鍵的是，硬件設施效能提高的目的在于更好地為軟件服務，不能為了升級而升級，而是要以發揮校園網絡連接校內、校外的作用，促進資源傳輸與共享為最終目的。

（2）可擴充性原則。高校設計的校園網絡必須具有足夠升級擴展空間。隨著信息技術不斷發展和更新、學校規模不斷擴大，未來會有更多新的網絡用戶和網絡應用入駐其中。舊有網絡設備的性能會逐漸降低，因此對網絡設備的選擇不僅要以滿足當前需要為訴求，還要盡可能為未來的擴建留下空間，在校園網原有的基礎上進行升級優化。據此，高校在校園網絡建設時對備選的網絡設備各方面進行調查、選擇，確保網絡設備的高質量，選擇的網絡設備應該能提供多種類的接口、技術，滿足高校未來升級擴展網絡的需求［5］。

（3）可管理性原則。校園網絡系統必須具備良好的可管理性。可管理性包含兩方面的內容：①要求提升網絡系統的自動化水平，可通過智能化手段對網絡系統進行管理和監控，對網絡的故障隔離、故障報警、故障診斷、過濾設置、設備狀態等各種情況并發出警報進行提醒，最終做到不設人工管理，完全實現自動化管理［6］。②能夠提升校園網絡的安全效能，能快速更新學校校園網絡的防御手段，保證學校網絡能夠有效地穩定運行，比如在網絡設備上設置包過濾控制作用，用以保證網絡正常運行，防止黑客侵入和信息泄漏，提高網絡系統的穩定性和可靠性［7-8］。

2 實踐解析——校園網絡建設與實踐

我校是國內較早進行智能化校園和信息化建設的高校，其計算中心是我國高校中建立最早、規模較大的計算中心。多年來，學校高度重視校園網絡發展，充分發揮校園網絡基礎設施的基座效用助力校園科研、教學與后勤管理，并且取得了較好成效。據此，結合我校校園網絡建設實踐，介紹并探討校園網絡如何更好地提高校園服務效率從而助力校園信息化建設。

2.1 校園計算機網絡系統設計概要

合理的校園網絡設計與構建應當充分考慮到學校的實際需求：

（1）適用性更強的Web服務器，讓用戶可以合法地瀏覽并下載學校的相關資源；

（2）運轉速度更快的FTP服務器服務于教學，讓學校師生可以通過FTP 服務器自由而快速實現學習資料的上傳與下載；

（3）服務范圍更廣的DNS服務器，提升網速讓校內成員更好地訪問互聯網。基于以上3 點需求，進行校園網信息點及層次化模型的設計［9-11］。

據統計，學校校園網信息點約為3600 個，通過命名不同的建筑樓來進行分布，信息點的數量按照樓棟規模、使用人數等需求來決定，其中包含備用信息點［12］。信息點主要分布在實驗樓、教師、學生宿舍樓、行政辦公樓、教學樓、機房等區域。學校的信息點分布情況以及各棟樓距離網絡中心的距離（見表1）。

表1 上海交通大學信息點分析

到目前為止，我校已經形成了較為穩定而完善的校園網絡體系。就子網劃分而言，根據學校不同的應用樓層來解決IP地址的劃分問題，網絡設計中劃分了實驗樓、教師宿舍樓、學生宿舍樓、行政辦公樓、教學樓、機房等多個子網。當前IP地址的分配結果除了考慮到空間要素，學校也充分確保了校園網絡的可持續發展，因此，現有IP 地址的分配既是對當前的網絡需求做出的回應，也為未來校園網絡以及業務的擴張留下了空間。

2.2 校園計算機網絡拓撲結構圖

在校園網絡的設計中，網絡拓撲結構圖是使用的是3 層結構拓撲圖，即核心層、匯聚層和接入層［13］。具體的層次結構如圖1 所示。

圖1 上海交通大學校園計算機網絡拓撲結構圖

在網絡拓撲中核心層交換機是網絡中的中心區域，它的選擇非常重要，需要同時兼顧未來網絡新的信息點出現、網絡的管理、擴展等問題［14］。目前學校網絡信息點數量較多，約為3600 個，所以在校園網絡的設計中，核心層交換機類型采用智能多層模塊化交換機，提供每秒數億個數據包處理能力的網絡核心，并提供多種服務和擁有可擴展的性能和端口密度，提供高額的投資回報。智能多層模塊化交換機同時還具備其他多種優點，包括：能夠為接口提供大緩沖器、擁有優秀的流量管理以及能夠提供多模光纖或者單模光纖等。

匯聚層的作用主要是把接入層和核心層連接起來，承上啟下［14］。為了滿足學校的多媒體教學，匯聚層中所使用的交換機類型是企業級3 層交換機，能夠滿足學校未來擴展網絡和應用的需求。它還能夠支持IP電話，無線和視頻等多種全新應用，提高學校工作人員的工作效率。同樣，企業級3 層交換機還滿足了學校的多種需求，包括：用戶可以設置訪問控制列表、IP路由、所有的端口都能夠保障15.4WPoE 供電能力以及不需要為每臺能夠使用PoE 的設備提供額外的電源，從而達到節省成本的目的。

接入層是最常用的交換機，它的作用是允許終端用戶對網絡的訪問［14］。在校園網的設計中，采用的接入層交換機可提供桌面快速以太網和千兆以太網連接，實現高級局域網服務的固定配置獨立式智能2 層以太網設備，以保證對網絡中的數據流進行分類和優先級排序，避免網絡堵塞。除此之外，學校采用的接入層交換機還具備以下功能：①容易使用，可以通過瀏覽器簡單化最開始的配置過程；②人性化的管理，具有加快故障排除過程、降低成本、簡化電話安裝的優點等；③可用性和可擴展性，能夠加強網絡的穩定性和可靠性，增強容錯性能并延長網絡正常運行時間，能夠避免生成樹環路等問題。

在3 個層次中，核心層是重點關注對象，一方面，它極大影響著網絡交換速度，因此在設計的過程中需要盡可能地保障其高速包轉發率；另一方面，國內大多數高校目前采用了Internet 和CERNET 雙出口，但是兩者出口的速率往往會有所差別，因此核心層設備需要支持多種不同模塊的插槽并提供多種不同的網絡模塊，支持到流媒體所需的網絡的組播協議和網絡的多播協議的處理能力，它還需要具備線速的數據轉發和數據交換功能。最后，整體網絡的災難備份和設備冗余也必須納入核心層設備配置的考慮范疇［15］。

除了核心層、匯聚層和接入層3 層結構以外，學校十分注重防火墻的建設與維護。防火墻的存在能夠保護學校網絡上的內部信息被外部未授權用戶獲取，同時防止受到非法用戶的攻擊，是學校網絡安全的第一道安全防線［16］。在校園網設計中，選擇使用的防火墻型號是企業級主流防火墻，能提供運營商級別的處理能力。信息技術快速發展給人們帶來了方便，同時也帶來了安全風險，關鍵信息更容易泄漏，而我校防火墻具有很好安全保護性，比其他類型防火墻性能更高，具有更強的擴展性。學校防火墻同時還具有多種優秀的性能，包括：能夠提供VPN服務，遠程用戶能夠節約成本安全地訪問學校網、具有高可靠性和靈活性，在故障情況下可以運行第2 個防火墻的綁定程序和可以自由選擇電源選件以及防止來自外部的網絡攻擊。

使用層次化模型益處較多。①層次化模型有利于節省資金。學校使用該層次化模型之后，路由器的配置變得簡單許多，網絡的穩定性得到了保證，各個層次各行其道，互不干擾。因此整個網絡雖然體量龐大，但其內在運行并不復雜，能夠使層次化模型網絡中每一層次的效率得到保障時，最大程度減少對系統資源的浪費。②使用層次化模型便于網絡工作人員管理。層次化模型設計的網絡結構可降低學校的管理成本，減少了人力資源的需求，已有的工作人員只需要在3個層次中，各自開展管理，即能夠在極大程度隔離層次化模型中的故障。③該模型方便排除錯誤。該層次化模型因為自身拓撲結構，使故障分布于不同的子網，其設計加快了發現錯誤過程，校管理人員能夠快速確定出現故障范圍，從而進行故障隔離，節省了工作人員的時間，同時能夠防止各種潛在問題的發生，例如廣播風暴，路由器環路等。④層次化模型還具備容易擴展優勢。在網絡層次設計中，網絡中的改變能夠限制在很小的一個范圍內，這樣對網絡的整體影響小，改變比較容易，未來在單個層次中升級成本也比較低。

2.3 教學資源和信息化管理系統的優化

高校校園信息化的最終目的在于支撐高校日常工作開展，其中最直接對教學資源的快速共享，通過完善網絡基礎設施、提升校園網絡性能，高校教學資源共享和信息化管理系統的運行獲得了重要支撐。聯合國教科文組織曾經召開全球會議商討：在如今這樣一個非線性的時代，如何更好地讓知識快速傳播，讓學習效率得以提升。信息科技已經成為教育發展的核心驅動力，疫情期間，學生學習空間的重構、授課模式的創新、教師角色的變化、考評標準的調整在很大程度上都與信息科技相伴而生，無論是理論的探討還是實踐的開展，科技與教育的聯系越來越緊密。為了實現信息科技對教育的促進作用，必須對校園計算機網絡進行優化，及時更新網絡基礎設備，為信息科技在高校教育教學中發揮最大的作用提供全方位保障。

2.4 校園網絡對后勤管理系統的優化

除了教學管理之外，校園網絡性能的提升也極大便利了校園后勤管理。我校從21 世紀初就開始進行高校后勤社會化改革，在組織結構進行完善外，更是與時俱進，通過智能管理技術的引入提升管理質量。多年來，在學校投入資金改造后勤基礎服務設施的同時，自籌資金更新完善了后勤公共服務設施，極大改善了服務設施條件，滿足了學校跨越式發展的后勤服務需要［17］。“十四五”期間，提出要打造高質量高校后勤管理服務，持續建設精致化校園，信息技術的大量應用為這一目標的實現創造了條件。智能科技進一步推動了綠色校園建設，清潔能源的利用、各類生活資源的管理與動態調整為后勤管理工作提供了巨大便利，既提升了管理效率，也減少了管理人員的工作負擔。

2.5 校園網絡建設成效

經過多年的探索與實踐，我校校園網絡建設成效顯著。在硬件設施方面，學校目前擁有各類交換機3000 余臺，核心設備（22 臺T 比特級路由器）還有匯聚層以上設備全方位支持IPv6 能力。籍萬兆以太網技術與MPLS VPN 技術，打造出與5G 深度融合的校園網絡平臺，為了滿足全校用戶的需求，校園網絡寬帶也得到了擴容與升級。目前，互聯網協議帶寬55 Gb／s，其中純IPv6 互聯網帶寬20 Gb／s，同時擁有多個萬兆線路與上海教育城域網高速互聯［18］。先進的校園網絡建設不僅提高了校內人員的網感體驗，更是為提升學校信息化程度提供了巨大動力。

在完備的校園網絡的基礎上，線上一門式辦事服務平臺的搭建、院系管理系統的建設以及學校大數據分析應用的研發陸續推進，各類數據的融合共享，信息技術深度滲透于教育教學與校園日常管理工作，真正實現了“信息輔助決策、信息賦能創新”，校園信息化程度也因此穩居國內高校前列。

此外，為了應對各界高度關注的校園網絡安全問題，學校及時制定了周全的網絡安全保障策略，加強應用系統安全防護能力，建立服務于學校和CERNET各高校的安全漏洞掃描、跟蹤和告警系統。針對以往國內網絡安全審計系統漏洞以及網絡安全追蹤技術不完善等問題，自主構建的基于大數據分析平臺應用日志審計系統，應用于網絡與信息系統的安全漏洞的審計、跟蹤，對各類網絡安全事件做出快速響應，在網絡安全防護方面取得了良好成效。

3 校園網絡促進高校信息化的回顧

通常我國高校的信息化建設經歷4 個階段，包括基礎設施建設、信息系統和網站建設、平臺整合以及最后的數字化轉型階段。盡管每個高校面臨的發展階段并不相同，但是基礎設施建設階段是后續3 個階段發展的基石，其原因在于校園網絡支撐著校園信息化建設。為了讓信息化校園最大程度發揮對高校日常工作的支撐作用，必須注重校園網絡的建設，不斷優化校園網絡，讓先進的信息技術與現代化的管理模式相結合，從而對高校校園的各項資源進行合理化的配置，共同推動高校可持續發展。在優化與完善校園網絡的過程中，應從學校實際出發，不盲目追求新技術、新設備，應當因地制宜進行硬件設備配置來保證系統建設的實用性與科學性，使之真正成為校園教學管理與行政管理的有效加速器。

3.1 注重成效導向性

校園網絡的完善是智能科技與校園管理結合的前提，但無論是網絡建設還是智能科技在高校校園管理中應用，都必須要堅持成效導向性，不能僅單純追求技術一流，更要注重將技術對校園網絡的優化與學校管理的實際需求的相聯系，注重技術在實際運用中的有效性。一個信息化的校園管理系統在建設過程中所涉及領域非常廣泛，信息處理量非常龐大，如果不能有針對性地提高校園網絡建設的成效性，就無法發揮信息化技術對于現代校園管理的具體作用，無法實現工作目標以及提高工作效率。

3.2 對技術與管理統籌兼顧

以校園網絡建設為基礎的高校校園信息化建設并不是一個個孤立發展階段的簡單拼接，要求管理者在規劃校園信息化建設布局時做好全局考慮與藍圖繪制，既要注重技術的引進，利用先進技術提升信息化基礎設施質量，優化校園網絡，同時也具備全局的校園管理理念，讓校園網絡作為校園信息化建設的關鍵串聯起每個關鍵環節。目前正是高校“十四五”規劃承上啟下的變革時期，新的管理技術和設備已經到位，但是管理觀念還未完全轉變。很多問題的處理，學校管理者還未適應信息交流的方式，在數據共享方面無法實現互聯互通，因此，在基于信息科技的高校校園管理工作中，提高應用技術的同時還要加強各類參與者利用校園網絡的技能培訓，使之熟悉“技術-校園網絡優化-校園管理信息化”的發展鏈條，適應新的工作模式。

3.3 重視部門間的合作

校園網絡的優化與完善是高校網絡信息相關部門的職責，但實踐表明，校園網絡遍及全校，連接校內所有師生，要充分發揮校園網絡資源共享的功能，對校園網絡有需求的部門（包括二級院系等）都應該主動加入校園網絡優化乃至信息化建設的全過程，其原因就在于：一個完整的智能化校園管理系統，需要學校各個部門的通力協作，才能實現信息的實時溝通以及共享。升級校園網絡，優化以信息科技為基礎的管理方式，最大的特點就是打破各個部門間的壁壘，以實現資源共享，對各部門進行重新分工，從而實現工作效率的大幅提高。為了提高校園建設信息化程度，學校各個部門最需要做的就是精準提出需求并及時了解網絡技術的使用方法，需求端與供給端準確結合，從而讓校園網絡優化有的放矢，加快校園信息化進程。

4 結語

推動高校信息化是實現我國高等教育現代化的必要環節，而提升高校信息基礎設施質量，保障校園網絡建設又是提升高校信息化發展的重要前提。實踐表明，以校園網絡為基座的信息技術是校園管理現代化的重要推動力，它不僅是優化高校師生學習與生活方式的加速器，更是為校園管理路徑的創新提供了可能。文章重點關注校園網絡建設與校園信息化發展之間的邏輯關系，并在此基礎之上通過案例分析法對經典案例實踐進行深入剖析，為高校如何建設校園網絡以推動校園信息化提供借鑒。