文/李金方 饒德勝 汪鴻偉

校園網(wǎng)機房扁平化

文/李金方 饒德勝 汪鴻偉

針對校園網(wǎng)區(qū)域匯聚層存在的一些問題，本文提出一個校園網(wǎng)的交換設(shè)備機房扁平化的方法。該方法就是在校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時，或者在網(wǎng)絡(luò)升級更新時，將中心匯聚設(shè)備機房升級改造成ISC（Internet Switch Center)即互聯(lián)網(wǎng)交換中心，免除網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備存放的區(qū)域核心匯聚機房的建設(shè)，將原有的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域核心匯聚設(shè)備集中安置在ISC機房里。達(dá)到了使網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備的工作環(huán)境得到可靠的保障和監(jiān)控又使得設(shè)備的災(zāi)備性，靜態(tài)負(fù)載平衡能力得到極大地增強，同時還顯著的節(jié)約了建設(shè)投資的效果。

隨著高校校園網(wǎng)十幾年的建設(shè)，校園網(wǎng)絡(luò)也從高速發(fā)展期步入穩(wěn)健成長期。保障網(wǎng)絡(luò)運行和增強服務(wù)成為當(dāng)前的工作重點，而如何滿足師生日益增強的信息化需求，為教學(xué)和科研提供多元化的服務(wù)，為學(xué)校發(fā)展提供有用的決策支持，讓校園網(wǎng)用戶充分享受信息化成果，則是我們的工作目標(biāo)。由于受到建設(shè)資金的影響，早期校園網(wǎng)絡(luò)的物理傳輸介質(zhì)通常采用多模光纖（最大傳輸距離550米）。由于這種因素的影響導(dǎo)致校園網(wǎng)的交換設(shè)備放置的物理位置比較分散，校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常為四層結(jié)構(gòu)：出口核心匯聚、區(qū)域匯聚、樓道匯聚與寬帶接入，見圖1。

而根據(jù)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備所承擔(dān)的作用，交換設(shè)備放置的物理位置通常劃分為中心匯聚機房、區(qū)域核心匯聚機房、樓道匯聚與寬帶接入機房三類。這種網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模式在校園網(wǎng)建設(shè)發(fā)展中發(fā)揮了巨大的作用，同時也存在一些問題，特別是區(qū)域核心匯聚層的網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備的工作環(huán)境不能得到可靠的保障，網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備的災(zāi)備性存在瑕疵（當(dāng)核心設(shè)備發(fā)生物理故障時，網(wǎng)絡(luò)運行不能及時恢復(fù)），網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備失卻靜態(tài)負(fù)載平衡能力（當(dāng)該區(qū)域新增若干棟學(xué)生宿舍時，原區(qū)域核心匯聚設(shè)備處理能力不足時，只能更換吞吐能力更強的匯聚設(shè)備或另增網(wǎng)絡(luò)核心匯聚設(shè)備）。針對上述問題文章提出一個校園網(wǎng)的交換設(shè)備機房扁平化的方法。該方法就是在校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時，或者在網(wǎng)絡(luò)升級更新時，將中心匯聚設(shè)備機房升級改造成ISC（Internet Switch Center)即互聯(lián)網(wǎng)交換中心，免除網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備存放的區(qū)域核心匯聚機房的建設(shè)，將原有的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域核心匯聚設(shè)備集中安置在ISC機房里。同時將樓道匯聚交換機上聯(lián)到區(qū)域核心匯聚交換機的傳輸光纖全部更新為單模光纖，原中心機房與原區(qū)域核心匯聚機房或新的匯聚點之間鋪設(shè)足夠多芯數(shù)的單模光纖，使得原核心機房或新的匯聚點建成為網(wǎng)絡(luò)傳輸信道的無源匯聚點，這樣在校園網(wǎng)物理區(qū)域里只有兩類放置交換設(shè)備的機房——ISC機房和樓道匯聚與寬帶接入機房。使網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備的工作環(huán)境得到可靠的保障和監(jiān)控又使得設(shè)備的災(zāi)備性，靜態(tài)負(fù)載平衡能力得到極大地增強，同時還顯著地節(jié)約了建設(shè)投資的效果。

圖1 傳統(tǒng)四層網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模式拓?fù)鋱D

校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)備機房的幾種形式

受傳統(tǒng)的校園網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)形式的影響，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常為四級結(jié)構(gòu)，交換設(shè)備機房涉及出口和核心設(shè)備中心機房、區(qū)域匯聚機房和樓道匯聚與接入設(shè)備機房三種類性。

樓道匯聚與接入設(shè)備機房

在校園里每個樓宇內(nèi)的接入信息點都比較多（約350-800個），通常需要配置24口接入交換機12臺至40臺，同時還需配置1-2臺匯聚交換機。由于這類交換機涉及的用戶數(shù)量較少并且均在樓內(nèi)，因此交換機所需的電源可以直接使用市電。而這類機房通常相對封閉，機房建筑結(jié)構(gòu)的保溫性也較好，由此導(dǎo)致機房的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備累積發(fā)熱量非常大，保持機房的工作溫度相對穩(wěn)定是保障網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運行的關(guān)鍵因素。因此必須考慮通風(fēng)降溫措施。另外這類機房平時均是無人值守的。

區(qū)域匯聚設(shè)備機房

區(qū)域匯聚設(shè)備一般承擔(dān)著10~20幢樓宇的網(wǎng)絡(luò)上聯(lián)的匯聚和信息交換工作。由于它在網(wǎng)絡(luò)中所處的位置，其重要性和影響面比接入設(shè)備大得多，因此交換設(shè)備的工作可靠性顯得相當(dāng)?shù)闹匾?，而設(shè)備的工作環(huán)境也是設(shè)備可靠性運行的關(guān)鍵因素之一。不僅要保持設(shè)備工作的機房溫度相對穩(wěn)定，還要保證匯聚設(shè)備工作的電力穩(wěn)定可靠，必須安裝UPS（不間斷電源）以免局部停電導(dǎo)致該區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中斷。其次和接入設(shè)備機房一樣，區(qū)域匯聚設(shè)備機房平時也是無人值守的。

出口和核心設(shè)備中心機房

出口和核心設(shè)備是校園網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)之間相連的樞紐，其重要性已得到共識。其可靠性和安全性是校園網(wǎng)里最高的。保障設(shè)備工作環(huán)境的機房里的輔助設(shè)施，無論是UPS，還是機房溫度都需要得到重點的關(guān)注。各方面的條件均優(yōu)于區(qū)域匯聚設(shè)備機房，并且機房平時均安排專人值守監(jiān)控。

從校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)備機房的幾種形式分析，對區(qū)域匯聚設(shè)備機房和出口和核心設(shè)備中心機房的物理要求比較相近，差別就在于無人值守還是有人值守。顯然有人值守的中心機房展示出明顯的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢引導(dǎo)我們在校園網(wǎng)的建設(shè)上一個創(chuàng)新的舉措——廢除區(qū)域匯聚層結(jié)構(gòu)，以ISC代之。物理上省略了區(qū)域匯聚設(shè)備機房的建設(shè)，只需對中心機房進(jìn)行改造形成ISC機房，達(dá)到將分散在各處的區(qū)域匯聚設(shè)備集中安置在ISC機房的目的。使得校園網(wǎng)內(nèi)只有ISC機房和樓道匯聚與接入設(shè)備機房這兩類機房。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)機房扁平化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

網(wǎng)絡(luò)光纖改造方案實施路線

將分散在各處的區(qū)域匯聚設(shè)備集中安置在ISC機房里是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)機房扁平化、虛擬化的一個首要步驟，而另一個關(guān)鍵步驟是對校園網(wǎng)主干光纖傳輸信道的改造。如何改造光纖傳輸信道達(dá)到既能保證網(wǎng)絡(luò)運行的安全可靠，還要盡量降低光纖改造項目的經(jīng)費投資。以下幾種方案可以參考：

1. 保留原區(qū)域匯聚設(shè)備機房，將其作為網(wǎng)絡(luò)區(qū)域匯聚的無源匯聚點。將各個樓宇接入設(shè)備機房上聯(lián)到原區(qū)域匯聚設(shè)備機房的多模光纖改造成單模光纖，再新敷設(shè)若干根從ISC機房到區(qū)域匯聚機房的單模光纖（光纖芯數(shù)應(yīng)大于各個樓宇到區(qū)域匯聚機房的單模光纖敷設(shè)的芯數(shù)總和，并且留有一些余量），對于校區(qū)部分樓宇距離原中心機房小于500M的原光纖線路可以視情況不必改造。在區(qū)域匯聚點用光纖跳線按照網(wǎng)絡(luò)需要將各個樓宇接入設(shè)備的光纖上聯(lián)到ISC機房的核心設(shè)備上，使得光纖信道物理聯(lián)通。該方案實施起來比較方便，投資也少。

2. 由于原先放置在區(qū)域匯聚設(shè)備機房里的核心交換機已經(jīng)集中放置在ISC機房，因此光纖匯聚點就不需要電源供給了（即無源匯聚點）。因此可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)新的布局在地下弱電管道井近旁設(shè)置室外無源匯聚點，這樣可以使得網(wǎng)絡(luò)線路更清晰、分布更合理。

3. 直接從各個樓宇接入設(shè)備機房敷設(shè)單模光纖上聯(lián)到ISC機房，兩端再用光纖跳線連接到交換機上，使得光纖信道物理直聯(lián)。該方案可以使得網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃燥@著提高，線路故障的排除更快捷高效。

上述方案既可獨立使用，也可視環(huán)境和具體情況混合采用。

機房扁平化的效果分析

校園網(wǎng)的交換設(shè)備機房經(jīng)過扁平化改造后，呈現(xiàn)的特點如下：

1. 對網(wǎng)絡(luò)核心交換設(shè)備靜態(tài)負(fù)載平衡能力的控制更靈活方便，使得網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)載能力得到了有效的增強。通過核心交換設(shè)備的集中和負(fù)載平衡的調(diào)節(jié)，某校原網(wǎng)絡(luò)核心匯聚需要6臺交換設(shè)備的工作，現(xiàn)在只需由4臺核心交換設(shè)備即可承擔(dān)，而富余的2臺核心交換設(shè)備即可用作冗余設(shè)備，也可用作備份設(shè)備。

2. 網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備的災(zāi)備性得到了顯著地改善；現(xiàn)在的校園網(wǎng)里，當(dāng)4臺核心交換設(shè)備中的任意一臺設(shè)備發(fā)生物理故障時，可以及時地使用備份設(shè)備替換，極大地縮短了網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)的時間。網(wǎng)絡(luò)的可靠性得到明顯地增強，資源的利用率得到提升。

3. 現(xiàn)在盡管網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的監(jiān)控管理在自動化、智能化方面程度越來越高，但是絕對不能替代人工干預(yù)的作用，隨著核心設(shè)備的集中，增強了網(wǎng)絡(luò)人工管理的方便性，提升了網(wǎng)絡(luò)管理的效率，降低了網(wǎng)絡(luò)管理的工作量，進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性。

4. 通過機房扁平化方案的改造建設(shè)，某校區(qū)將原有的6個核心匯聚設(shè)備機房縮減為一個ISC機房，退出5間房間減少占用面積近80平方米，同時還免除了5臺UPS設(shè)備和5套機房溫控設(shè)備。不僅極大地降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本和運維成本，還顯著地減少能源消耗。又因為ISC機房的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較高，使得核心設(shè)備的工作環(huán)境得到可靠的保障，網(wǎng)絡(luò)的可靠性進(jìn)一步得到提高。

5. 為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)準(zhǔn)備（由于在樓道匯聚與接入機房里的光纖已經(jīng)直連ISC機房，則接入?yún)R聚交換機具備了繞過核心匯聚設(shè)備直接連到出口核心匯聚設(shè)備上的條件）。又由于核心匯聚設(shè)備的大集中使得網(wǎng)絡(luò)虛擬化的工作得以實現(xiàn)，為最終面向信息技術(shù)服務(wù)的云計算階段過渡作出準(zhǔn)備。

先前校園網(wǎng)里區(qū)域交換機和各單位的各種應(yīng)用服務(wù)器分散在校區(qū)的各個物理區(qū)域,給管理工作和使用帶來許多麻煩，是高校信息化發(fā)展的瓶頸，通過ISC交換中心和IDC數(shù)據(jù)中心機房的建設(shè)，逐步達(dá)到信息化基礎(chǔ)設(shè)施物理上集中管理，各種資源統(tǒng)一分配，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，同時也為使用BRAS（寬帶接入認(rèn)證系統(tǒng)）打下基礎(chǔ)。

（作者單位為河海大學(xué)信息中心）