摘要：随着无线终端的普及，校园内随处可见的低头一族，智能手机、便携式笔记本电脑、平板电脑各种移动设备层出不穷等，已有有线校园网已不能满足移动互联网发展的需求，无线网络的需求呼声越来越大。本文讨论了笔者所在某高校校园无线网络项目的规划与设计，作为校内网络信息中心网络运维组的一名工程师，我有幸参与了整个校园无线网络的规划、设计，并全程跟踪了整体工程建设和试运营。 本次无线网络的建设，是在原有校园有线网的基础上，增加无线控制器、POE交换机、无线AP及相应的管理系统（网管平台、认证平台等）实现校园（除学生公寓区之外）无线网络的全面覆盖。充分利用了现有校园网的设备、传输资源，节省了一部分投资，并充分考虑当前和未来3年内无线技术和规模的发展，进行部分改造升级，例如提高出口带宽、升级核心万兆模块等，具有良好的可扩展性。 无线网络克服了有线的局限性，扩充了校园网络的接入能力，提高了网络利用率。其先进的移动性，漫游功能以及接近有线网络体验的传输速度、无感知认证等给师生们带来极好的用户体验。该项目的建成，也为创建智慧校园各种丰富的应用和基于位置的大数据统计、科研工作打下良好的网络平台基础。 正文 校园现有网络现状，无线网需求紧迫目前全日制在校师生24000余人，据不完全统计，人均移动终端达2台，甚至更多。网络接入点的可移动性成为亟待解决的问题。原校园图书馆区域和部分学生宿舍公共走道区域建设有电信、移动两家运营商的无线WIFI，该无线WIFI存在计费矛盾、运营商维护不及时、覆盖不完善等问题，学生怨声载道。校园自建无线网络迫在眉睫。 学校校园网于1998年开建，随着学校的发展和扩充改建，校园网也逐渐发展完善。目前，接入校园网络的计算机终端数在12000台左右，信息点近3万个。校园数据中心现有物理服务器88台，虚拟服务器近300台，建成了统一的虚拟服务器资源池。宿舍网为学生用户访问校园网提供了安全快速的访问通道，学生上网统一纳入校园网管理，实现统一的身份认证和计费功能。 校内核心骨干网络均采用万兆互联，接入网实现千兆到桌面。校园内按功能划分区域，如教学楼区、实验楼区、行政楼区、宿舍区、活动中心及艺术会堂、体育馆等。所有楼区内均布有汇聚交换机，楼区之间千兆或万兆板卡。 无线局域网架构及规划设计无线局域网络，是指利用无线射频技术在一定范围内建立的网络。是计算机技术和无线通信技术结合的产物，是有线网络的必要补充和完善。可使用户实现区域内的随时、随地、灵活的网络接入。目前得到广泛应用的无线技术是IEEE802.11系列。 本次无线网络的建设，是在原有校园有线网的基础上，采用无线控制器、POE交换机、无线AP及相应的管理系统（网管平台、认证平台等）实现校园无线网络的全面覆盖。前期与厂家工程师进行多次勘察、沟通和测试，通过地勘、热图、容量等进行整个校园（除学生公寓区之外）的无线规划。详细考虑每个区域的覆盖需求、用户预估、安装条件、射频干扰情况等，还考虑IP地址和VLAN如何规划，上网认证要采取哪种方式等。各个分区设计中，经过反复勘测、测试和后期规划，根据不同区域的不同应用需求，进行多种方案的组合。 无线系统继承原有校园网的三层架构： 核心层，使用无线控制器和核心交换机通过万兆双链路互联。项目中配置2台无线控制器，组成双机热备，运行VRRP冗余协议。该控制器带有8个CPU核心的中央处理器，最大并发用户（终端）数可达32768个，满足理工校内师生的使用要求；单台控制器可管理至少2048个AP，内置了40GB无线安全状态防火墙，同时配备了双电源。在核心层接入本项目的2套无线控制器进行WLAN管理，无线控制器直接组成1+1热备份，未来也可以扩展到N+1热备，提供更好的异地容灾备份。任何设备坏掉，都能有健康的设备瞬时接管AP，保证网络成为最为可靠稳定、最具安全性的无线网。 汇聚层，使用汇聚交换机对各个区域的数据由光纤方式汇总至核心交换机上。配置了24个千兆单模模块，扩展槽加入2个万兆10km单模模块。交换容量为128Gbps，包转发率95Mpps，实现端口全线速交换转发。 接入层，采用24口POE交换机，全部端口支持千兆，交换容量为56Gbps，包转发率41Mpps。接入层交换机与AP之间通过POE供电。AP支持双频（2.4G和5.8G），并可通过自动调整发射功率减少信道干扰，以适应密集覆盖控制，确保无线通信正常传输。高密场景使用的AP为业界主流802.11ac wave1产品，支持双频双流、无线漫游等。还特别设计了150套支持802.11ac wave2AP，布放于图书馆阅览室，是当前世界上技术最先进的无线接入点。Wave2支持MU-MIMO多用户多输入输出，让无线AP充分利用射频频谱，更宽的RF射频带宽，最高可提升至160MHz；速率可提升4倍以上，理论可达2Gbps，实际也可超1Gbps；支持更多的联网设备；更高阶的调制，最大达256QAM；高达8个的MIMO空间流。从终端用户的角度来看，wave2带来的好处就是网络速度更快了！同一个区域内能同时高速上网的人也更多了。 SSID的设计，无线网络设计两个SSID：XXX-WiFi和XXX-Guest，分别对应校内用户和访客使用。AC将这两个SSID分别对应到两个不同的VLAN进行转发。选用任意SSID，都需要经过学校统一身份认证平台，考虑到校内无线的扩展及带来的安全问题，在所有接入成功的设备都会依教工、学生、访客等角色的方式进行监管，实现可管理。角色中可包含VLAN信息，通过VLAN信息定制用户的出口，实现用户的分流。 无线认证平台，配备了至少支持30000个并发用户终端和2000个访客。目前用户认证主要有MAC认证，802.1x认证和web-portal认证，加密方式有WEP、WPA和WPA2。学校目前采用web portal的方式进行认证，访问互联网，并按角色进行权限设置和无感知认证时长的设定。认证用户通过校园账号（学号或教工号）及密码进行首次登录之后，后续基本无需再次登录，无感知时长可达一学期。大大提升了校内用户的使用感知。Guest为访客用户，为校内来访用户使用，为确保网络资源的有效利用，访客账户的无感知时长为1个小时，也就是每个小时将需要重新认证一次。 无线网管系统,支持管理多品牌的有线和无线设备，通过集群最大可管理20000台网络设备，可以密切监控移动设备和应用程序状态。 无线应用，为了方便授课教师对课堂的管理，特别开发了微信API接口对接无线系统和后台数据库。如果认为学生过于频繁使用WiFi而影响听课质量，可通过微信公众号（公众号将绑定课表数据库），一键设置关闭本课程学生上课时间的使用权限，后台将会将本课程学生WiFi下线，并提示学生“目前为上课时间，无法使用校园WiFi”。 考虑到未来学校的无缝延展性，无线系统具备足够的兼容性、开放性、扩展性，能够支持校园网智慧课题、单点登录、多屏互动等智慧校园的应用，并具备丰富的API，可提供基于位置服务的数据和学生应用的大数据分析，为打造名副其实的智慧校园提供良好的无线网络平台。 工程情况整个无线项目于7月-9月中旬进行施工，充分利用暑假的时间，进行光缆布放、室内无线AP的施工布放，如此不影响学生上课和教职工的办公。室内采用吸顶安装、地板扣放、壁挂安装等灵活的覆盖方式，通过三种AP安装方式，可以很好地为用户提供不同场景下良好的视频环境。室外AP主要采用灯杆抱杆、新建抱杆等方式安装。 在10月份开始进行室外AP的安装。10月底基本完成整体施工。施工过程中，同步进行后台数据配置、无线接入策略的制定、及无线应用、微信API接口等的开发。整个无线网络在建设中，设计为即插即用模型，对当前网络不会造成大的改动，不影响核心网络。无线接入点可按需扩展，部署新的信息网点提供AP专用，隔离了有线和无线网络之间的流量。 施工完成即进入试运营阶段，免费为师生提供无线网络。为了让师生更合理使用无线网络资源，系统实现了用户流量统计和基于用户角色的流量上限控制。试运营两周以来，网络覆盖良好，实现了全校无缝漫游，得到了教职工的广泛好评。 |
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