高校教学楼网络改造方案设计与研究

杨朋

（天津师范大学信息化办公室 天津 300087）

1 引言

高校的校园网在教育信息化建设承担着基石的作用，离开校园网的支持所有的信息化服务和建设都将沦为空谈[1]。当前，学校几乎所有的教室都具备数字多媒体功能，在教学过程加入了云存储、云课程，基本实现了智能教学、智慧教学[2]，这便将教学区的有线网和无线网的稳定性和安全性放在了一个极其重要的地位[3]，这就要求学校进一步深度完善网络基础设施建设，改进教学楼的上网环境，以适应新时代的教学模式和教学质量[4]。

2 教学楼网络现状分析

当前，大多数高校都对校园网的有线全覆盖已经运行15年以上，无线网运行也大都超过10年[5]，设备老化问题已日渐凸显，网络交换机、网络物理线路损坏率较高，校园网网速慢、负载大，有线节点损坏率和维修率较高，无线校园网覆盖低、信号弱等，加之Wlan没有进行更加细致合理的划分无疑极大地影响了上网体验[6]。

天津师范大学劝学楼内网络分布涉及到校园网有线网、校园网无线网、教务专网、考试专网、监控专网等各种网络结构，而各类网络往往为不同的部门管理，这无疑造成了布线难、寻线难、标记混乱、线路繁杂、信号相互干扰、维护保养难等一系列的问题，极大地影响了校园网的标准化管理，同时也产成了安全隐患。本文涉及到对天津师范大学劝学楼原有的综合布线系统进行优化和改进，更新一些有线和无线设备进行安装调试与集成优化，并对整楼范围内所有的布线系统进行扩展和更新等，使之从整体上完善劝学楼的网络基础建设，从而更好地保障教务系统、考试系统、教学系统等对网络使用的需要，同时各个部门也可以更好地对本部门的网络以及其他设备进行管理和维护。

3 教学楼总体网络环境

天津师范大学劝学楼内的校园网拓扑图如图1所示。校园网是由学校信息中心的核心层交换机下联到劝学楼汇聚层交换机，在劝学楼汇聚层交换机主要存放在辖区内所有接入层用户网关，对流量进行过滤和监控。将流量过滤至多业务控制系统用和计费认证系统等认证体系中去，通过对师生账号进行甄别，并将将其加入认证计费体系，通过Web Portal界面进行对师生的登录信息进行身份识别，使用时长、区域、方式、流量等各种因子对其进行策略管理和认证计费。

图1 劝学楼网络总体拓扑图

在劝学楼汇聚交换机下，通过进行子网Wlan划分，将其划分为三个Wlan段，分出教务专网段、考试专网段和普通校园网接入段，并对其进行网络隔离，防止不同功能的Wlan段进行相互干扰，同时对每个节点访问的端口号，权限进行配置、管理和控制。

教务专网和考试专网通过光纤配线架直接连到教务专用交换机和考试专用交换机上。它们分别拥有着自己的服务器进行对其教务系统和一些考试系统进行管理，存在独立的线缆，连接到各个教室，保证专网专用。

普通校园网的有线网和无线网接入使用24芯室外单模光纤分别直接上联至各自的有线接入式交换机和无线接入式交换机，并使用网络配线架进行理线，布线依据楼宇原有的桥架进行布线敷设。

4 项目改造实施

针对单个教室，对其节点进行放置方式如下，在教室在正中间放置大功率无线AP，在教室前端靠讲台处放置校园网有线节点TO，教务节点JW，考务节点KS，分别接入到各自的交换机中，如图2所示。

图2 单个教室网络拓扑图

4.1 无线AP放置方案

无线AP连接，依照劝学楼的实际地理空间分布和需求情况，科学挑选位置放置合适数量的无线接入点，针对教室在正中间放置一个无线AP，针对大型会议室放置2-3个无线AP，满足教室按照座位数所能承载最多人数。这样可以为该区域中的移动用户提供更加优质的校园网服务。

无线AP使用基于802.11ac协议的，具备防水防雷功能的高密吸顶式AP。该AP使用更加先进的5GHz频带进行通信，可以提供更快的网络速度、更优质的网络体验和更安全的网络策略，AP直接安装在房间的天花板上，不仅仅可以保证牢固、可靠、美观，同时也能保证无线网络信号。

无线AP部署结束后需要对其各种性能和功能进行测试和调优，包括无线接受信号的功率和强度、单个房间性能，多房间混合终端的并发性能，AP即插即用性，无线网覆盖面积、时延和丢包率、最大接入用户数、同AP下用户隔离测试等内容进行测试。

4.2 有线网节点放置

将每个教室原有的1个节点扩展至2个有线节点，一主一备连接到接入式交换机上，有线节点大都分布在讲台附近，其中一个节点之间连到教室的多媒体电脑上，另一个节点留做备用，以供教师上课时使用便携式设备时使用。同时，在大型报告厅或会议室适当多放置几个有线节点，使得前后区域均可通过较短的双绞线进行连接。

有线节点模块使用6A非屏蔽免打信息模块，采用位差式金线排布和IDC端接方式，外壳采用聚碳酸酯塑料料材，同时后盖设计双电抗技术的防尘罩，降低受损频率和人为破坏。

有线网建构完成后需要对系统吞吐量与接入带宽，用户的上网方式和上下线方式，整网地址资源，AC日志记录功能，无感知系统测试，数据应用进行测试。

4.3 教务和考试节点分配方案

每个教室必须预留出教务和考试节点，由于对信息点需求较少，可直接采用壁挂式机柜将其分类出弱电间，以便更好地管理和保障安全，教务和考试节点分别上联至各自系统的专用交换机进行管理，闲时网络中心会对其端口号进行限制，当出现教务考试或教师资格考试等一系列需要使用的时候，通过网络中心对其端口和权限进行开放，同时关闭校内有线或者无线端口，保证上网环境。

教务处等部门可以通过配置模拟考试环境，通过配置虚拟服务器，对其漏洞扫描、网速监测、时延和丢包率监测等操作对专网的稳定性、安全性和网速进行测试。

4.4 布线方案

劝学楼的网络线路主要包括光纤跳线和双绞线，光纤跳线主要连接汇聚交换机和接入交换机之间以及接入交换机和接入交换机之间的堆叠。而双绞线则是连接网络弱电间连接至各个教室的线路。

进行布线操作时应充分遵循科学设计，优化线路，合理布局的原则，缆线布放时长度、空间必须保持冗余，以便于更好地进行快速维护和信息节点增加；充分考虑到布放缆线的牵引力和所处的区域位置，进行灵活布置，并留有缓冲的余量；光纤与双绞线在同一个管道铺设时应分开布放，可通过增加预设子管，并将光纤放入，使之隔离；使用同一品牌光纤跳线和双绞线，以保证网络布线系统设计、风格、质量一致性。

布线结束后需要对线路衰耗率、性能指标、安装工艺、标签标记情况等进行勘察和管理。

5 结束语

通过对学校劝学楼网络进行深度改造，一方面可以提供一个更加先进、可靠、安全的校园网络环境，另一方面可以打破各部门原来“各自为政”的痼疾，促进为各个部门通力合作，相互配合，方便管理，共同监督的环境，打造出一个良好的校园网环境，并为教育信息化改革打下坚实的基础[7]。同时，还需要积极总结经验，充分考量实际应用需求，继续不断优化和调整更加合理择选组网方式。

基金项目：

校教育基金-基于有线无线一体化的高校校园网认证体系研究与设计（项目编号：52WT1613）。