郝 平

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 咸陽(yáng) 712000）

一、引言

隨著高校數(shù)年來(lái)的高速發(fā)展，校園內(nèi)用戶數(shù)量的急劇增加，互聯(lián)網(wǎng)帶寬的不斷擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境日趨復(fù)雜，原有的校園網(wǎng)中的骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已不堪重負(fù)，極大地影響了網(wǎng)絡(luò)通信、教學(xué)研發(fā)、對(duì)外交流等學(xué)校日常的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。由于學(xué)校整體信息化的需要而帶來(lái)的流量增長(zhǎng)、業(yè)務(wù)趨于復(fù)雜的壓力使這些高校的骨干網(wǎng)絡(luò)迫切需要優(yōu)化改造。

陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園網(wǎng)鏈路優(yōu)化改造方案通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，明顯提高了網(wǎng)絡(luò)性能，提升了網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)速度，保障了校園網(wǎng)的穩(wěn)定、可靠、高效運(yùn)行，能滿足多方的校園網(wǎng)的需求，充分發(fā)揮校園網(wǎng)的作用，為校園網(wǎng)系統(tǒng)改造與優(yōu)化提供了一種可借鑒的方案。

二、校園網(wǎng)現(xiàn)狀分析

（一）原有校園網(wǎng)絡(luò)

陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院是陜西省教育廳管理的省屬高職院校，2011年被教育部、財(cái)政部確定為“國(guó)家示范性高等職業(yè)院?！保F(xiàn)有全日制高職?？圃谛W(xué)生18000余人，教職工1160余名。校園網(wǎng)始建于2002年，優(yōu)化改造前建成信息點(diǎn)10500個(gè)，采用以太網(wǎng)三層構(gòu)架，主干線路千兆光纖連接，建筑物內(nèi)部通過(guò)超五類雙絞線百兆到桌面，全網(wǎng)身份認(rèn)證管理。網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房1個(gè)，匯聚機(jī)房5個(gè)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備350余臺(tái)，90%左右都采用神州數(shù)碼公司的設(shè)備。原網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

（二）存在的問(wèn)題與分析

剛性需求增加，高帶寬與高消耗之間的矛盾，缺乏有效的流量區(qū)分與QOS技術(shù)手段；缺乏面向用戶個(gè)人的行為管理控制手段；合理的教學(xué)科研類服務(wù)受到嚴(yán)重影響。體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）網(wǎng)絡(luò)出口帶寬不足：由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大，用戶數(shù)、應(yīng)用服務(wù)增加，出口帶寬200M已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)諸塞，訪問(wèn)速度極慢，甚至不能上網(wǎng)。迫切需要擴(kuò)充出口帶寬，并根據(jù)用戶所訪問(wèn)資源進(jìn)行出口策略優(yōu)化。

2）網(wǎng)絡(luò)控制管理落后：出口帶寬大部分被一些非正常流量（如：P2P軟件、網(wǎng)絡(luò)游戲、網(wǎng)絡(luò)病毒等）給占用大量帶寬。通過(guò)增大網(wǎng)絡(luò)帶寬和更換網(wǎng)絡(luò)設(shè)備始終不能根本解決問(wèn)題，還需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行有效控制。

3）網(wǎng)絡(luò)利用率低：校園網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要分布在辦公區(qū)，上班時(shí)間網(wǎng)絡(luò)利用率較高，而在晚上、周末及假期，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量非常低。而教職工家屬區(qū)剛好相反，應(yīng)進(jìn)行合理調(diào)配，充分地利用網(wǎng)絡(luò)資源。

三、鏈路優(yōu)化方案

在校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，受多方因素制約，采用神州數(shù)碼DCFW-1008E防火墻作為出口設(shè)備并實(shí)現(xiàn)NET轉(zhuǎn)換功能。隨著校園網(wǎng)剛性需求增加，現(xiàn)有設(shè)備已經(jīng)處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，核心設(shè)備帶寬和性能急需升級(jí)，并通過(guò)相應(yīng)技術(shù)手段優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，以滿足用戶需求。

（一）增加接入鏈路及帶寬

網(wǎng)絡(luò)接入用戶增多對(duì)帶寬需求加大，不同業(yè)務(wù)需求也需要接入多家ISP。例如需要接入CERNET網(wǎng)絡(luò)，保證學(xué)校順利開展網(wǎng)絡(luò)招生工作，加強(qiáng)與其他兄弟院校的交流，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)需與教育科研網(wǎng)絡(luò)連接。在原有中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通（原網(wǎng)通合并）接入鏈路的基礎(chǔ)上，新接入中國(guó)移動(dòng)與中國(guó)教育網(wǎng)。同時(shí)增加整體接入鏈路的帶寬，中國(guó)電信增加到400M，中國(guó)聯(lián)通增加到300M，接入中國(guó)移動(dòng)300M，接入中國(guó)教育網(wǎng)10M，出口總帶寬達(dá)到1G，滿足對(duì)校園網(wǎng)出口鏈路的需求。

（二）增加核心路由器

原有核心層采用的三層核心交換機(jī)主要承載大量的鏈路數(shù)據(jù)交換，路由功能比較弱。同時(shí)骨干網(wǎng)絡(luò)都是用的千兆連接，無(wú)法滿足大量數(shù)據(jù)處理，沒有接入IPv6技術(shù)的設(shè)備，未來(lái)發(fā)展受到制約。根據(jù)需求在辦公區(qū)和教學(xué)區(qū)增加一臺(tái)高性能路由器SR8802，學(xué)生區(qū)和家屬區(qū)增加的高性能路由器SR8802形成冗余備份。增加路由后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

SR8802屬于高性能核心路由器，符合校園網(wǎng)改造需求，并為校園網(wǎng)今后的升級(jí)與擴(kuò)展提高空間。它具有以下特點(diǎn)：1）支持萬(wàn)兆接口，支持IPv4和IPv6雙棧協(xié)議，為后續(xù)IPv6建設(shè)打好基礎(chǔ)。2）可進(jìn)行層次化QoS（H-QoS），提供精細(xì)化業(yè)務(wù)管理，支持對(duì)“用戶＋每個(gè)用戶的業(yè)務(wù)”進(jìn)行精細(xì)化區(qū)分服務(wù)。3）性能優(yōu)越，SR8802端口均支持64字節(jié)小包線速轉(zhuǎn)發(fā)，業(yè)務(wù)板支持512M報(bào)文緩存，可以緩存200ms突發(fā)流量，均可滿足端口吞吐量10%和80%情況下，丟包率為0。

（三）增加鏈路負(fù)載均衡器

原有出口采用神州數(shù)碼DCFW-1008E NET轉(zhuǎn)發(fā)能力有限，形成網(wǎng)絡(luò)瓶頸，接入鏈路利用率較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)鏈路的智能選擇?；诙喾矫嬖校黾恿顺隹诮尤腈溌泛蛶捄?，為進(jìn)一步解決出口鏈路的有效利用率，增加2臺(tái)深信服AD-8500（以下簡(jiǎn)稱：AD-8500）鏈路負(fù)載均衡設(shè)備。

AD-8500具有萬(wàn)兆光口，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)能力強(qiáng)，同時(shí)支持包括鏈路負(fù)載均衡、全局負(fù)載均衡和服務(wù)器負(fù)載均衡的功能。2臺(tái)AD-8500采用路由模式進(jìn)行部署，讓多條外網(wǎng)鏈路都有效利用，并讓外網(wǎng)用戶選擇最優(yōu)鏈路進(jìn)行訪問(wèn)，實(shí)行雙機(jī)熱備，并經(jīng)由整個(gè)系統(tǒng)全冗余網(wǎng)絡(luò)連接方式部署。保證4個(gè)出口鏈路負(fù)載均衡，有自適應(yīng)能力，解決出口瓶頸問(wèn)題，提高出口鏈路利用率。增加負(fù)載均衡器后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

（四）增加流量控制器

現(xiàn)有校園網(wǎng)應(yīng)用種類繁多，各種形態(tài)的應(yīng)用都在瘋狂的爭(zhēng)奪帶寬。而真正業(yè)務(wù)應(yīng)用只占少量的帶寬，不同的問(wèn)題影響不同的應(yīng)用。面對(duì)諸多方面的問(wèn)題，到現(xiàn)在為止，性價(jià)比最優(yōu)的做法是部署專業(yè)流控設(shè)備。總的來(lái)說(shuō)對(duì)流量進(jìn)行監(jiān)控、分類、分析和策略制定是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)合理化的重要環(huán)節(jié)，保障重要應(yīng)用，限制非關(guān)鍵應(yīng)用是流控設(shè)備的基本原則。

根據(jù)上述分析，需要部署2臺(tái)深信服AC-4000（以下簡(jiǎn)稱：AC-4000）專業(yè)流控設(shè)備。AC-4000支持路由、網(wǎng)橋、旁路三種工作模式，根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，選擇網(wǎng)橋模式進(jìn)行部署，部署在核心路由器SR8802和AD-8500中間，對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)基本沒有改動(dòng)，不需要更改原有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置。可以看作透明的設(shè)備，如果因?yàn)锳C自身的原因而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)可以開啟硬件bypass功能，即可恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)通信。具體部署后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

四、優(yōu)化后的效果

整個(gè)優(yōu)化改造過(guò)程是循序漸進(jìn)的，在校園網(wǎng)正常工作的情況下，采用邊運(yùn)行邊改造的方法。從2011年對(duì)校園網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化改造，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況良好，用戶給予充分肯定。能夠保證網(wǎng)絡(luò)持續(xù)暢通，網(wǎng)絡(luò)帶寬分配合理，每個(gè)用戶的上網(wǎng)速度得到保證，也豐富了教師們的課余生活，用戶接入層的限速效果很好，預(yù)期的目的已達(dá)到。

（一）優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)

依據(jù)校園網(wǎng)絡(luò)鏈路優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)，改造優(yōu)化后，出口鏈路4條，總帶寬達(dá)到千兆。2臺(tái)深信服AD-8500作為出口接入設(shè)備，實(shí)現(xiàn)鏈路負(fù)載均衡并互為冗余設(shè)備。2臺(tái)核心路由器SR8802，1臺(tái)主要負(fù)責(zé)辦公區(qū)和教學(xué)區(qū)網(wǎng)絡(luò)，另1臺(tái)主要負(fù)責(zé)學(xué)生區(qū)和家屬區(qū)網(wǎng)絡(luò)，2臺(tái)核心路由器與2臺(tái)核心交換機(jī)配置OSPF，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路由訪問(wèn)。2臺(tái)核心交換機(jī)DCRS-7515配置VRRP，辦公區(qū)和教學(xué)區(qū)匯聚交換機(jī)和接入交換機(jī)使用雙鏈路連接，改造后的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況良好，測(cè)試結(jié)果和用戶反映的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)情況都有較顯著的提高，新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。

（二）測(cè)試及性能分析

測(cè)試目標(biāo)根據(jù)校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的相關(guān)需求，對(duì)網(wǎng)絡(luò)用戶管理、性能、流量等方面進(jìn)行測(cè)試。在家屬和學(xué)生區(qū)網(wǎng)絡(luò)用戶上網(wǎng)高峰期22:10到22:50時(shí)段，利用網(wǎng)絡(luò)流控AC-4000分別對(duì)P2P、迅雷應(yīng)用、用戶并發(fā)會(huì)話數(shù)、每秒新建會(huì)話數(shù)、用戶5分鐘的速率等方面進(jìn)行采集。部分測(cè)試情況，用戶管理策略如圖6所示，用戶5分鐘的速率狀況如圖7所示，用戶5分鐘收發(fā)速率狀況如圖8所示。

分析：針對(duì)每個(gè)用戶進(jìn)行有效控制，對(duì)上下行帶寬以及速率進(jìn)行有效管理，保障每個(gè)用戶的網(wǎng)絡(luò)使用等相關(guān)服務(wù)，尤其是對(duì)家屬和學(xué)生區(qū)網(wǎng)絡(luò)用戶進(jìn)行控制，每個(gè)用戶分配上下行帶寬2M，保障用戶服務(wù)質(zhì)量。

五、結(jié)語(yǔ)

校園網(wǎng)已經(jīng)是高校發(fā)展必要基礎(chǔ)平臺(tái)，如何充分利用已投入使用的網(wǎng)絡(luò)軟硬件功能，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步優(yōu)化其網(wǎng)絡(luò)性能，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用水平，是各高校校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的工作重點(diǎn)。陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院施行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造后，明顯提高了網(wǎng)絡(luò)性能，提升了網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)速度，充分發(fā)揮校園網(wǎng)的作用，為校園網(wǎng)鏈路優(yōu)化與改造提供了一種可借鑒的方案。

[1]Andrew S.Tanenbaum.潘愛民,譯.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].清華大學(xué)出版社，2004.

[2]（美）David hucaby.CISCO 現(xiàn)場(chǎng)手冊(cè)：路由配置[M].北京：人民郵電出版社，2004.

[3]（美）RiChardA.Deal.Switehing〔J」.CoriolisCertifiCation nsider Press.2001.

[4]王 峰.企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的性能方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化[D].湖北工業(yè)大學(xué)，2011.

[5]袁姍姍.大連計(jì)算機(jī)學(xué)校核心網(wǎng)改造方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].遼寧師范大學(xué)，2011.

[6]gueda Sofia Monteiro TAVARES.大學(xué)校園網(wǎng)架構(gòu)[D].重慶大學(xué)，2011.

[7]宋文文.校園網(wǎng)多出口策略研究與實(shí)現(xiàn)[D].中國(guó)石油大學(xué)，2010.

[8]王宇杰，王斌新.雙棧多鏈路接入網(wǎng)絡(luò)出口流量?jī)?yōu)化的研究[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2012,（9）.

[9]董開勇，李 偉，范 君.高校園區(qū)網(wǎng)負(fù)載均衡架構(gòu)設(shè)計(jì)與研究[J].江蘇通信，2011,（6）.