基于EPON與PPPOE混合接入的校園網(wǎng)設計

　　引言

　　校園網(wǎng)是為學(xué)校師生提供教學(xué)、科研和綜合信息服務(wù)的寬帶多媒體網(wǎng)絡(luò )服務(wù)平臺。隨著(zhù)信息技術(shù)的快速發(fā)展，當今的校園網(wǎng)功能已經(jīng)不再局限于只向師生提供網(wǎng)絡(luò )接入服務(wù)，許多弱電工程項目也融入到校園網(wǎng)建設當中。南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園信息化建設主要包括：

　?。?）校園樓宇房間內部提供電話(huà)和計算機網(wǎng)絡(luò )接入業(yè)務(wù)，會(huì )議室與賓館區域增加電視業(yè)務(wù)。

　?。?）公共場(chǎng)所覆蓋校園無(wú)線(xiàn)網(wǎng)。

　?。?）視頻監控校園全覆蓋。

　　基于PON" title="EPON">EPON 技術(shù)的校園網(wǎng)建設與改造方案，通過(guò)PPPOE協(xié)議對上網(wǎng)用戶(hù)進(jìn)行認證與計費，該方案不僅解決了校園信息資源共享中的安全問(wèn)題，而且通過(guò)與中國電信合作共建的方式，實(shí)現電話(huà)、計算機網(wǎng)絡(luò )與電視業(yè)務(wù)的融合。

　　方案設計

　　1.樓宇內部采用綜合化布線(xiàn)方案。

　　在綜合布線(xiàn)系統中，信息插座和管理子系統(即中間配線(xiàn)架)之間的連接實(shí)現是水平子系統的功能，水平干線(xiàn)的設計包括水平子系統的傳輸介質(zhì)與部件集成。選擇水平子系統的線(xiàn)纜，要根據建筑物內具體信息點(diǎn)的類(lèi)型、容量、帶寬和傳輸速率來(lái)確定。從系統的兼容性和信息點(diǎn)的靈活互換性角度出發(fā)，水平子系統考慮采用同一種布線(xiàn)材料。

　　超五類(lèi)雙絞線(xiàn)用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率為1000Mbps的數據傳輸，因為電話(huà)和網(wǎng)絡(luò )接口都執行RJ標準(Registered Jack：注冊插孔，是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì )和電信工業(yè)協(xié)會(huì )確立的一種以太網(wǎng)連接器的接口標準)，設計語(yǔ)音(電話(huà))信息點(diǎn)與數據信息點(diǎn)均采用非屏蔽超五類(lèi)雙絞線(xiàn)，從而方便樓宇內部語(yǔ)音與數據端口功能的靈活切換。

　　2.與中國電信合作共同建設，校園網(wǎng)寬帶接入采用EPON鏈路與PPPOE認證相結合。

　　傳統交換式局域網(wǎng)采用三層模型架構。在校園網(wǎng)改造過(guò)程中，利用原有校園網(wǎng)構建校園業(yè)務(wù)網(wǎng)，主要提供認證計費服務(wù)數據庫、服務(wù)器與存儲、聯(lián)網(wǎng)打印機資源和校園IP視頻監控資源等。

　　EPON接入部分

　　EPON(以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò ))是一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，其典型的拓撲結構為樹(shù)型，它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結構、無(wú)源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。在物理層采用了PON(無(wú)源光網(wǎng)絡(luò ))技術(shù)，在數據鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓撲結構實(shí)現了以太網(wǎng)的接入。因此，它綜合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：低成本、高帶寬、擴展性強、靈活快速的服務(wù)重組、與現有以太網(wǎng)的兼容性和方便的管理等特性，是目前以太網(wǎng)最佳的組網(wǎng)方式。

　　圖為 EPON鏈路與PPPOE認證拓撲結構

　　上圖是設計的校園網(wǎng)新的拓撲結構圖，其中，EPON鏈路主要由OLT(光線(xiàn)路終端)、POS(無(wú)源分光器)和ONU(光網(wǎng)絡(luò )單元)和組成。

　　OLT放在中心機房，是EPON整個(gè)鏈路的控制中心，OLT一方面承載各種業(yè)務(wù)的信號在局端進(jìn)行匯聚，按照一定的信號格式送入接入網(wǎng)，以便向終端用戶(hù)傳輸，另一方面將來(lái)自終端用戶(hù)的信號按業(yè)務(wù)類(lèi)型分別送入各種業(yè)務(wù)網(wǎng)中。POS(無(wú)源光纖分支器)，是一個(gè)連接OLT 和ONU 的無(wú)源設備，它的功能是分發(fā)下行數據和集中上行數據。

　　POS的部署相當靈活，由于是無(wú)源操作，幾乎可以適應于所有環(huán)境，一般一個(gè)POS 的分線(xiàn)率為8 和16，并可以進(jìn)行多級連接。

　　ONU(光網(wǎng)絡(luò )單元)位于遠端接入側，EPON中的ONU采用以太網(wǎng)協(xié)議，在通信過(guò)程中不需要進(jìn)行協(xié)議轉換，實(shí)現ONU對用戶(hù)數據的透明傳送，保障從OLT 到ONU 之間高速的數據轉發(fā)。校園網(wǎng)采用EPON網(wǎng)絡(luò )結構的優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）在原有交換式三層結構網(wǎng)絡(luò )基礎上易于升級改造。在南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生宿舍原先沒(méi)有布置局域網(wǎng)的情況下，設計直接建設EPON網(wǎng)絡(luò )；在辦公、教學(xué)等原先已經(jīng)按照三層結構布置局域網(wǎng)的情況下，原有接入層交換機可以繼續使用。

　?。?）相對成本低，維護簡(jiǎn)單，容易擴展，易于升級。從OLT端到ONU端之間僅有光纖、POS等光無(wú)源器件，無(wú)需租用機房、無(wú)需配備電源、無(wú)需有源設備維護人員，可有效節省建設和運營(yíng)維護成本。采用單纖波分復用技術(shù)(下行1490nm，上行1310nm)，僅需一根主干光纖和一個(gè)OLT。

　?。?）能夠提供比較高的帶寬。EPON目前可以提供上下行對稱(chēng)的1.25Gb/s帶寬，并且隨著(zhù)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展可以升級到10Gb/s。

　?。?）服務(wù)范圍大。EPON作為一種點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )，以一種扇形的結構節省有限的光纜資源，能夠服務(wù)大量用戶(hù)。

　　PPPOE接入部分

　　PPPOE(基于以太網(wǎng)的點(diǎn)到點(diǎn)連接協(xié)議)，可以使以太網(wǎng)主機通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的橋接設備連接到一個(gè)遠端的接入集中器上。

　　通過(guò)PPPOE協(xié)議，遠端接入設備能夠實(shí)現對每個(gè)接入用戶(hù)的控制和計費。PPPOE由BRAS(寬帶接入服務(wù)器)配合Radius(遠程用戶(hù)撥號認證系統)服務(wù)器實(shí)現對用戶(hù)的認證、計費。

　　使用PPPOE協(xié)議，BRAS 設備必須位于用戶(hù)子網(wǎng)中或同一個(gè)VLAN(虛擬局域網(wǎng))中，以確保二層廣播能夠正確使用，在圖2中BRAS作為Radius Client位于OLT與核心路由設備之間，到用戶(hù)之間是純二層鏈路。Radius服務(wù)器位于校園業(yè)務(wù)網(wǎng)中，設計校園每個(gè)用戶(hù)有一個(gè)上網(wǎng)用戶(hù)名，用戶(hù)名后面可以跟不同域名，同一個(gè)用戶(hù)名加上不同域名構成賬號(用戶(hù)名@域名)進(jìn)行認證，認證通過(guò)后根據域名采用虛擬路由技術(shù)進(jìn)行不同的網(wǎng)絡(luò )路由。

　　采用PPPOE認證，由于網(wǎng)絡(luò )接入設備只有在認證通過(guò)以后才能上網(wǎng)，AP(無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn))未經(jīng)認證與無(wú)線(xiàn)控制器之間數據不能交互，設計在認證計費系統中設置，將所有AP設備設置為“直通”即免登錄的聯(lián)網(wǎng)方式。采用PPPOE方式認證的優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）有效控制網(wǎng)絡(luò )廣播風(fēng)暴：PPPOE上網(wǎng)方式由于采用二層認證，所有鏈路設備都工作在二層，故不存在網(wǎng)絡(luò )第三層廣播風(fēng)暴的問(wèn)題。

　?。?）有效防止ARP攻擊行為。ARP攻擊一直是高校傳統局域網(wǎng)的安全威脅，通過(guò)采用PPPOE認證上網(wǎng)模式，在用戶(hù)認證過(guò)程中上網(wǎng)主機獲取BRAS 服務(wù)器(網(wǎng)關(guān))MAC 地址不再使用ARP 協(xié)議，而是通過(guò)在認證發(fā)現階段的PADI報文和PADO報文的交換獲得MAC地址(物理地址)，從而杜絕ARP攻擊行為的發(fā)生。

　?。?）防止IP地址沖突。PPPOE 接入方采用動(dòng)態(tài)分配IP 地址，不存在用戶(hù)自行更改IP 地址而產(chǎn)生地址沖突的問(wèn)題。

　?。?）支持QOS(服務(wù)質(zhì)量)，方便管理。采用PPPOE 接入方式支持QOS業(yè)務(wù)，對不同的上網(wǎng)用戶(hù)進(jìn)行不同的流量控制和計費策略，能夠實(shí)現基于時(shí)間或流量的上網(wǎng)計費以及基于帳號的用戶(hù)管理。

　?。?）有效地阻止病毒蔓延和網(wǎng)絡(luò )盜號的安全威脅。PPPOE協(xié)議是把PPP(點(diǎn)對點(diǎn))協(xié)議移植到以太網(wǎng)上應用的一種協(xié)議，用戶(hù)之間在邏輯上互不相通，這種點(diǎn)對點(diǎn)通信可有效防范網(wǎng)上病毒、木馬和蠕蟲(chóng)感染其它用戶(hù)的機器。此外，網(wǎng)絡(luò )監聽(tīng)軟件通常是利用以太網(wǎng)的廣播特性或ARP協(xié)議來(lái)實(shí)現監聽(tīng)，而采用PPPOE認證接入方式，網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)間通信是點(diǎn)對點(diǎn)通信，不適合監聽(tīng)軟件的工作環(huán)境。

　　IPTV(交互式網(wǎng)絡(luò )電視)是一種集合寬帶有線(xiàn)電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通訊等多種技術(shù)于一體，面向家庭用戶(hù)提供的包括數字電視在內的多種交互式服務(wù)，用戶(hù)在家中應用IP機頂盒加普通電視機就可以享受到IPTV所提供的電視業(yè)務(wù)。與傳統的數字機頂盒相比，IP機頂盒實(shí)現了視頻、語(yǔ)音、數據三者的融合，即三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)。

　　在會(huì )議室、賓館等區域，一個(gè)房間內部至少有三個(gè)RJ-45端口，一個(gè)端口接電話(huà)，連接PSTN(公共交換電話(huà)網(wǎng))；一個(gè)端口用于用戶(hù)電腦連接，通過(guò)上網(wǎng)賬號用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)Internet或者校園業(yè)務(wù)網(wǎng)；還有一個(gè)端口連接機頂盒，機頂盒與電視機相連，用戶(hù)使用中國電信分配的賬號(用戶(hù)名@ITV)直接收看電視節目，IPTV的認證計費服務(wù)由中國電信管理。

　　IP監控系統設計

　　IP監控是以IP網(wǎng)絡(luò )攝像機及其編碼器為硬件核心設備，視頻信號從前端便被編碼壓縮，并以網(wǎng)絡(luò )為傳輸載體，基于TCP/IP協(xié)議，采用流媒體技術(shù)實(shí)現視頻數據在網(wǎng)絡(luò )上傳輸，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )及軟件來(lái)實(shí)現對整個(gè)監控系統的調用、存儲和控制等功能。IP監控系統具有前端一體化、傳輸網(wǎng)絡(luò )化、處理數字化、管理智能化及系統集成化的特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足大容量、大跨度的應用需求。

　　原有的校園網(wǎng)經(jīng)過(guò)改造后，運用原有二層和三層交換設備組建的交換式局域網(wǎng)供IP監控系統使用。設計將IP攝像機連接接入層交換機，視頻存儲設備直接連接核心交換，保障IP攝像機數據能夠快速、實(shí)時(shí)地傳輸到存儲設備上。

　　校園網(wǎng)安防管理人員通過(guò)EPON鏈路使用user@njcit類(lèi)型的上網(wǎng)賬號登陸，訪(fǎng)問(wèn)校園業(yè)務(wù)網(wǎng)的視頻監控資源：可以直接根據IP視頻攝像機的IP地址訪(fǎng)問(wèn)指定攝像機的實(shí)時(shí)監控視頻；也可以遠程連接視頻存儲服務(wù)器查看之前的視頻內容。

　　結論

　　基于EPON與PPPOE技術(shù)的校園網(wǎng)改造項目方案設計與實(shí)施，保留了原有校園網(wǎng)主干設備與信息資源，解決了傳統交換式局域網(wǎng)存在的網(wǎng)絡(luò )安全威脅，在保障校園網(wǎng)安全的同時(shí)，實(shí)現了信息資源共享。

　　通過(guò)與中國電信共同建設的模式，不僅減少了網(wǎng)絡(luò )建設與改造的開(kāi)支，而且實(shí)現了電話(huà)、計算機網(wǎng)絡(luò )與電視業(yè)務(wù)的融合。