基于EPON與PPPOE混合接入的校園網(wǎng)設計

　　引言

　　校園網(wǎng)是為學校師生提供教學、科研和綜合信息服務的寬帶多媒體網(wǎng)絡服務平臺。隨著信息技術的快速發(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)絡接入服務，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)技術學院校園信息化建設主要包括：

　?。?）校園樓宇房間內(nèi)部提供電話和計算機網(wǎng)絡接入業(yè)務，會議室與賓館區(qū)域增加電視業(yè)務。

　?。?）公共場所覆蓋校園無線網(wǎng)。

　?。?）視頻監(jiān)控校園全覆蓋。

　　基于PON" title="EPON">EPON 技術的校園網(wǎng)建設與改造方案，通過PPPOE協(xié)議對上網(wǎng)用戶進行認證與計費，該方案不僅解決了校園信息資源共享中的安全問題，而且通過與中國電信合作共建的方式，實現(xiàn)電話、計算機網(wǎng)絡與電視業(yè)務的融合。

　　方案設計

　　1.樓宇內(nèi)部采用綜合化布線方案。

　　在綜合布線系統(tǒng)中，信息插座和管理子系統(tǒng)(即中間配線架)之間的連接實現(xiàn)是水平子系統(tǒng)的功能，水平干線的設計包括水平子系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)與部件集成。選擇水平子系統(tǒng)的線纜，要根據(jù)建筑物內(nèi)具體信息點的類型、容量、帶寬和傳輸速率來確定。從系統(tǒng)的兼容性和信息點的靈活互換性角度出發(fā)，水平子系統(tǒng)考慮采用同一種布線材料。

　　超五類雙絞線用于語音傳輸和最高傳輸速率為1000Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，因為電話和網(wǎng)絡接口都執(zhí)行RJ標準(Registered Jack：注冊插孔，是美國電子工業(yè)協(xié)會和電信工業(yè)協(xié)會確立的一種以太網(wǎng)連接器的接口標準)，設計語音(電話)信息點與數(shù)據(jù)信息點均采用非屏蔽超五類雙絞線，從而方便樓宇內(nèi)部語音與數(shù)據(jù)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(jié)合。

　　傳統(tǒng)交換式局域網(wǎng)采用三層模型架構(gòu)。在校園網(wǎng)改造過程中，利用原有校園網(wǎng)構(gòu)建校園業(yè)務網(wǎng)，主要提供認證計費服務數(shù)據(jù)庫、服務器與存儲、聯(lián)網(wǎng)打印機資源和校園IP視頻監(jiān)控資源等。

　　EPON接入部分

　　EPON(以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡)是一種新型的光纖接入網(wǎng)技術，其典型的拓撲結(jié)構(gòu)為樹型，它采用點到多點結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務。在物理層采用了PON(無源光網(wǎng)絡)技術，在數(shù)據(jù)鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此，它綜合了PON技術和以太網(wǎng)技術的優(yōu)點：低成本、高帶寬、擴展性強、靈活快速的服務重組、與現(xiàn)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(jié)構(gòu)

　　上圖是設計的校園網(wǎng)新的拓撲結(jié)構(gòu)圖，其中，EPON鏈路主要由OLT(光線路終端)、POS(無源分光器)和ONU(光網(wǎng)絡單元)和組成。

　　OLT放在中心機房，是EPON整個鏈路的控制中心，OLT一方面承載各種業(yè)務的信號在局端進行匯聚，按照一定的信號格式送入接入網(wǎng)，以便向終端用戶傳輸，另一方面將來自終端用戶的信號按業(yè)務類型分別送入各種業(yè)務網(wǎng)中。POS(無源光纖分支器)，是一個連接OLT 和ONU 的無源設備，它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)和集中上行數(shù)據(jù)。

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

　　ONU(光網(wǎng)絡單元)位于遠端接入側(cè)，EPON中的ONU采用以太網(wǎng)協(xié)議，在通信過程中不需要進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)ONU對用戶數(shù)據(jù)的透明傳送，保障從OLT 到ONU 之間高速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。校園網(wǎng)采用EPON網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：

　　（1）在原有交換式三層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡基礎上易于升級改造。在南京信息職業(yè)技術學院學生宿舍原先沒有布置局域網(wǎng)的情況下，設計直接建設EPON網(wǎng)絡；在辦公、教學等原先已經(jīng)按照三層結(jié)構(gòu)布置局域網(wǎng)的情況下，原有接入層交換機可以繼續(xù)使用。

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

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

　　（4）服務范圍大。EPON作為一種點到多點網(wǎng)絡，以一種扇形的結(jié)構(gòu)節(jié)省有限的光纜資源，能夠服務大量用戶。

　　PPPOE接入部分

　　PPPOE(基于以太網(wǎng)的點到點連接協(xié)議)，可以使以太網(wǎng)主機通過一個簡單的橋接設備連接到一個遠端的接入集中器上。

　　通過PPPOE協(xié)議，遠端接入設備能夠?qū)崿F(xiàn)對每個接入用戶的控制和計費。PPPOE由BRAS(寬帶接入服務器)配合Radius(遠程用戶撥號認證系統(tǒng))服務器實現(xiàn)對用戶的認證、計費。

　　使用PPPOE協(xié)議，BRAS 設備必須位于用戶子網(wǎng)中或同一個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，到用戶之間是純二層鏈路。Radius服務器位于校園業(yè)務網(wǎng)中，設計校園每個用戶有一個上網(wǎng)用戶名，用戶名后面可以跟不同域名，同一個用戶名加上不同域名構(gòu)成賬號(用戶名@域名)進行認證，認證通過后根據(jù)域名采用虛擬路由技術進行不同的網(wǎng)絡路由。

　　采用PPPOE認證，由于網(wǎng)絡接入設備只有在認證通過以后才能上網(wǎng)，AP(無線接入點)未經(jīng)認證與無線控制器之間數(shù)據(jù)不能交互，設計在認證計費系統(tǒng)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：

　?。?）有效控制網(wǎng)絡廣播風暴：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)絡第三層廣播風暴的問題。

　　（2）有效防止ARP攻擊行為。ARP攻擊一直是高校傳統(tǒng)局域網(wǎng)的安全威脅，通過采用PPPOE認證上網(wǎng)模式，在用戶認證過程中上網(wǎng)主機獲取BRAS 服務器(網(wǎng)關)MAC 地址不再使用ARP 協(xié)議，而是通過在認證發(fā)現(xiàn)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 接入方采用動態(tài)分配IP 地址，不存在用戶自行更改IP 地址而產(chǎn)生地址沖突的問題。

　　（4）支持QOS(服務質(zhì)量)，方便管理。采用PPPOE 接入方式支持QOS業(yè)務，對不同的上網(wǎng)用戶進行不同的流量控制和計費策略，能夠?qū)崿F(xiàn)基于時間或流量的上網(wǎng)計費以及基于帳號的用戶管理。

　?。?）有效地阻止病毒蔓延和網(wǎng)絡盜號的安全威脅。PPPOE協(xié)議是把PPP(點對點)協(xié)議移植到以太網(wǎng)上應用的一種協(xié)議，用戶之間在邏輯上互不相通，這種點對點通信可有效防范網(wǎng)上病毒、木馬和蠕蟲感染其它用戶的機器。此外，網(wǎng)絡監(jiān)聽軟件通常是利用以太網(wǎng)的廣播特性或ARP協(xié)議來實現(xiàn)監(jiān)聽，而采用PPPOE認證接入方式，網(wǎng)絡用戶間通信是點對點通信，不適合監(jiān)聽軟件的工作環(huán)境。

　　IPTV(交互式網(wǎng)絡電視)是一種集合寬帶有線電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通訊等多種技術于一體，面向家庭用戶提供的包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式服務，用戶在家中應用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。與傳統(tǒng)的數(shù)字機頂盒相比，IP機頂盒實現(xiàn)了視頻、語音、數(shù)據(jù)三者的融合，即三網(wǎng)融合業(yè)務。

　　在會議室、賓館等區(qū)域，一個房間內(nèi)部至少有三個RJ-45端口，一個端口接電話，連接PSTN(公共交換電話網(wǎng))；一個端口用于用戶電腦連接，通過上網(wǎng)賬號用戶可以訪問Internet或者校園業(yè)務網(wǎng)；還有一個端口連接機頂盒，機頂盒與電視機相連，用戶使用中國電信分配的賬號(用戶名@ITV)直接收看電視節(jié)目，IPTV的認證計費服務由中國電信管理。

　　IP監(jiān)控系統(tǒng)設計

　　IP監(jiān)控是以IP網(wǎng)絡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)絡為傳輸載體，基于TCP/IP協(xié)議，采用流媒體技術實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡上傳輸，并通過網(wǎng)絡及軟件來實現(xiàn)對整個監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)用、存儲和控制等功能。IP監(jiān)控系統(tǒng)具有前端一體化、傳輸網(wǎng)絡化、處理數(shù)字化、管理智能化及系統(tǒng)集成化的特點，能夠滿足大容量、大跨度的應用需求。

　　原有的校園網(wǎng)經(jīng)過改造后，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(jiān)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)能夠快速、實時地傳輸?shù)酱鎯υO備上。

　　校園網(wǎng)安防管理人員通過EPON鏈路使用user@njcit類型的上網(wǎng)賬號登陸，訪問校園業(yè)務網(wǎng)的視頻監(jiān)控資源：可以直接根據(jù)IP視頻攝像機的IP地址訪問指定攝像機的實時監(jiān)控視頻；也可以遠程連接視頻存儲服務器查看之前的視頻內(nèi)容。

　　結(jié)論

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

　　通過與中國電信共同建設的模式，不僅減少了網(wǎng)絡建設與改造的開支，而且實現(xiàn)了電話、計算機網(wǎng)絡與電視業(yè)務的融合。