“互联网+教育”环境下高中学校现代化校园网建设研究
发布时间:2017-04-19    来源:未知
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来源:《中国教育信息化》杂志 作者:张玉波
摘要:“互联网+教育”已经是大势所趋,学校校园网为了适应“互联网+教育”的需要必须进行升级改造。文章通过分析学校对现代化校园网的需求及学校现有网络的一般现状,提出学校建设现代化校园网的网络拓扑结构、网络设备选型、综合布线设计、网络地址规划、后端服务支持设备等方案,为搭建一个能够很好支持“互联网+教育”的现代化校园网络提供可实际参考的建设方案。

  在我国,网络之于教育,最早可追溯到1994年的中国教育科研网示范工程,经过20多年教育信息化的高速发展,我国教育教学面貌发生巨大变化。信息技术在教育教学中已由简单应用走向与教育教学深度融合,教育要素已经发生深刻甚至是根本性的改变。大部分学校已经建成千兆主干百兆桌面的校园网络,实现了校园办公、教务管理、宣传、选课等教学辅助的数字化和网络化,现在看来,这种网络服务仅是教育的辅助手段,并没有改变教育本身的东西,是传统的教育信息化。2012年3月教育部印发的《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》中明确指出,以教育信息化带动教育现代化,破解制约我国教育发展的难题,促进教育的创新与变革,是加快从教育大国向教育强国迈进的重大战略抉择。教育信息化应充分发挥现代信息技术优势,注重信息技术与教育的全面深度融合。

  “互联网+”这一理念从2012年提出来到现在一直被外界广泛关注。当“互联网+”遇到教育的时候,互联网对教育的变革作用也体现得很明显。“互联网+教育”就是通过“互联网+”的思想和模式,利用新IT的手段,如云平台、云计算、大数据、物联网、移动互联等技术手段与教育深度融合,从教学方式、学习方式上实现教育模式的彻底变革。要实现这样的目标,就要从根本上重构和升级现有的校园网络,从硬件和软件上与“互联网+教育”的需求相适应。

  一、普通高中对现代化校园网的需求

  现代化的校园网,就是能满足“互联网+教育”需要的网络。鉴于高中学校的特点,对现代化校园网的需求既不等同于大学的需求,也有别于小学和初中的需要。因此,在有限的经费下,以颇具前瞻性的设计规划搭建校园网的框架,在经费投入方面量入为出的原则,依据高中对“互联网+教育”的实际需求量身定做现代化校园网就显得相当重要,经过对学校管理部门、各学科部分教师和学生的走访调研,最后将现代化校园网的基本需求归纳总结为四条。

  1.实现学校高效管理的变革需要

  对普高学校管理的需要,这主要体现在四个部门,即行政办公、教务、学生处和总务后勤。尤其以前三者为重。各部门对现代化校园网的需求如表1所示。

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  从以上各部门的需求可以看出,有的在传统教育信息化条件下就可以实现(如网站宣传、办公、人事等系统),有的是需要移动网络的支持才能完成(如移动教学、电子校徽、个性化学习等)。这些对校园网的需求在传统教育信息化条件下将越来越无法满足。这些随着互联网发展、时代的进步而提出的更高端的需求,对网络的带宽、信息点分布密度、接入方式和管理模式都提出了新的要求。

  2.实现教师与学生“全天候无障碍”交流的需要

  传统的教育信息化下,没有改变教师与学生的交流方式,教师与学生除了在课堂上能够“零距离”交流(大多数时间还是单向的),其他时间基本上是“不可见”的,更谈不上互动交流和个性化指导了。在“互联网+教育”的条件下,就要拆掉这堵看不见的墙,突破课堂上的时空限制,实现课内外的生生之间、师生之间全天候按需互动交流。

 3.实现教师专业自主发展的需要

  2015年3月5日,李克强总理在十二届全国人大三次会议上提出“互联网+”的国家发展战略。 7月4日,国务院正式颁布的《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》,明确指出,“互联网+教育”的重点行动是探索新型教育服务供给方式,推动教育服务模式的变革。着力构建网络化、数字化、个性化、终身化的教育体系。“互联网+教育”,意味着把互联网的创新成果与教育教学深度融合,提高教育的质量和效益,使教学更加个性化、教育更加均衡化、管理更加精细化、决策更加科学化。这一切,实质就是当下教师专业发展的方向和目标。具体到学校课堂教学,“互联网+教育”可帮助教师树立先进的教学理念,改变课堂的教学手段和方法,大大提升教学素养,使传统的教学组织形式发生革命性的变化,这些都将促进教学活动更具有互联网时代的“个性化、移动化、社会化、数据化”的特点。

  4.实现学生个性化学习的需要

  传统的教育信息化,仅是在教师授课手段上的体现,对学生个性化学习的需求无法解决。比如,不同层次的学生课外拓展学习的需求,上课没听懂想在课下多次自学等。“互联网+教育”环境下,将能很好地解决这些问题,使学生真正确立自己的学习主体地位。

  实际上,以上学校对教育信息化的需求,与我们国家“十三五”教育信息化的任务是完全契合的。即基本建成“人人皆学,处处能学,时时可学”的与国家教育信息化发展目标相适应的教育信息化体系;全面深化三通两平台,加快推动信息技术与教育的融合创新等。要实现这样的目标,没有现代化的校园网是不行的。

  二、普通高中校园网的现状

  以笔者所在地区35所局属学校为例,经初步调研,截止到2015年底,校园网基本上以千兆主干百兆到桌面为主,能满足一般的办公和教学需求,大多数普高学校还没有系统的建起移动网络(校园Wifi),无法满足“互联网+教育”的要求。具体表现为四个方面。

  1.综合布线过时老化且数量不足

  网络综合布线主要指楼间光缆和楼内网线(双绞线),约有6成学校仍然在用超5类双绞线和千兆多膜光纤,有的学校由于原有信息点数量不足,近两年在原来基础上增加了部分5类或6类线路。仅有4成学校完成了综合布线升级,楼间采用万兆及以上光缆,楼内采用6类千兆双绞线。

  2.网络设备品牌不一、层次不等

  这主要指防火墙、核心交换机和接入层交换机、服务器、上网行为管理设备等,交换机品牌以华三、华为和锐捷为主,约7成学校的网络主干是千兆。客观的问题是交换机品牌规格不一,给实现高效的网络和有效的网络安全管理带来障碍。

  3.网络建设缺乏系统化设计和管理

  由于工作的需要,约7成学校存在“作坊式”管理和私搭乱建Wifi热点的现象,地址规划不科学,不同需求的用户挤在一张“大网”中,地址冲突和网络病毒引发的断网故障频发,缺少移动网络安全管理设备和认证系统的支持。这样导致整个校园网效率低下,安全无保障。

  4.学校教学应用平台缺乏

  超过7成学校,没有系统的基于校园网络(含移动无线网络)的支撑各学科日常教学的软件平台。综合办公、师生评教等系统也是良莠不齐。学校的网络更像是一个大网吧,主要提供互联网上网服务,没有自己的基于“互联网+教育”思维支持下的资源服务平台。

  三、支撑“互联网+教育”的现代化校园网的规划设计

  学校要建设一个符合“互联网+教育”的现代化的教育信息网络,实际上就是在原有网络的基础上,开展无线网络(移动网络)的建设,为师生提供高效、安全、方便的网络接入服务,为实现网络教学与学习、在线服务、教育资源共享等各种应用的开展提供服务。为此,必须对原有网络进行升级改造、更新换代,将无线网络与有线网络彻底融合,共同运行,协同管理。同时,在网络建设时还应遵循一定的原则,即先进性、经济性、可管理性、易用性、安全性、可持续性的原则。为达到此目标,必须用系统化的思想从四个方面进行网络规划设计。

  1.规划确定网络拓扑结构

  网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局,它的作用是为了更直观明了地看清楚网络中各个节点之间的链接,还有接口之间的链接,方便配置和排除错误。它也将影响网络设备的选型、数量、布线方式、升级方法和网络管理等。因此,应根据有线网络结构、无线网络工作模式和实际需求情况,来确定校园网整体拓扑结构框架。如图1所示,这是融合了有线和无线两种网络的具有代表性的现代校园网的拓扑结构图。

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  该网络拓扑结构,其主干为10G(万兆)传输,各楼区千兆到桌面。核心交换机采用万兆光模块与各楼分控间交换机级联,各楼取消汇聚层交换机,所有交换机与核心交换机万兆直连,以减少转发节点,提升主干网传输效率。为简化网络复杂度和满足未来POE设备的供电需要,各楼分控间交换机全部采用POE交换机,带万兆上行口一个,24或48个千兆电口。无线部分采用Fit AP(瘦AP)直接转发式组网,支持IEEE 802.11 a/b/g/n/ac无线协议。 教学区采用电子书包专用AP,由无线AC(控制器)统一管理融入有线网,后端配备智能网管和网络认证系统,实现校园内无感知漫游的功能,该部署方式可以继承有线网络的全部安全策略,实现有线和无线网络的完全融合。DMZ区为各式服务器区域,为校园网提供后端服务。上网行为管理设备提供出口日志记录(网监部门要求不少于3个月的存储记录)和带宽管理等功能。根据用户群体不同,可以划分多个不同的VLAN,如学生VLAN、教师VLAN、教室VLAN、访客VLAN等,按实际需求而定,这样,既可缩小网络的广播域,又可根据不同VLAN配置不同入网方式和上网权限,实现按需用网的目的。


2.网络设备选型

  根据学校建筑结构图和用户群体的需要,确定各个建筑分控设备间交换机的数量、AP的布置位置和点数,接下来最重要的就是网络设备品牌的选择和确定主要设备的技术指标。

  (1)品牌选择

  目前国内的大品牌厂商,如华为、华三和锐捷等厂商的设备已经很成熟且产品线很全,为了可靠实现有线和无线网络的安全认证、实名入网,交换机、AP、AC控制器、智能网管和认证系统必须采用同一品牌。因为智能网管和认证系统仅对同品牌产品才能发挥出全部管理功能。

  (2)主要设备技术指标

  网络拓扑确定了,所需的设备也基本确定,下一步就要确定所选设备的主要技术指标。表2所示,是建设一套现代化校园网络所需主要设备的技术指标,供参考。

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  3.综合布线选择和要求

  据统计,接近70%与网络相关问题源自于劣质的布线系统,及没有前瞻性规划导致信息点不够用或网络规模不便扩充。因此,遵循一系列原则规划综合布线是必要的。

  (1)质量是最重要的,应选用最佳材质的线缆及布线部件。综合布线是基础,一旦线路出问题,其他应用就不必谈了。因此要采用结构化布线系统设计,网络布线要符合国际和国家标准,楼间光缆采用不少于24芯单膜光纤,主干带宽达到10Gbps以上。建筑内布线采用六类双绞线,规格为23/24AWG,环保指标要求阻燃、低烟无卤。六类双绞线采用568B搭线标准,相应的面板、模块、跳线等也必须达到六类线通信要求。线缆、信息模块、配线架和端点等要标注统一、规范、清晰,易管理、维护。技术管理文档应该完整、规范、详实。

  (2)网络规模绝不能越变越小,也不能越变越简单。所安装的布线数量绝不能仅满足当前需要,按当前需要规模的1.5~2倍的量布线是必要的,那些多余的信息点在网络快速发展扩张的将来终会派上用场。

  (3)设计时要考虑到更高速的技术而不应只局限于目前正在使用的技术。

  (4)不要在安装费用上过于吝啬。须知质量良好的部件及线缆更需要正确严谨的安装,粗糙的安装工艺将后患无穷。综合布线系统质保要求不少于15年。

  4.网络地址规划和管理

  校园网网络地址的划分与分配这项工作,对用户而言是透明的、不可见的也是不关心的。用户关心的是稳定可靠的接入和使用网络。但是,这项工作对管理者而言,却是至关重要的。有了好的设备,没有好的地址规划和配置,这个网络一样会出各种稀奇古怪的问题。

  校园网地址规划,要从有线网络和无线网络两方面考虑。有线网络,根据用户群的不同,要划分不同的基于端口的VLAN(虚拟子网),如教师VLAN、职员VLAN、教室VLAN、计算机教室VLAN、校园监控VLAN(可选)、服务器VLAN(也可以将服务器划在DMZ区)等,无线网络,如教师VLAN、职员VLAN、教室VLAN、学生VLAN、访客VLAN等。每个VLAN的地址范围一定要有富裕,特别是无线VLAN,按实际需求1倍的量配置地址并不夸张,不同VLAN的用户在整个校园网内要可以互通互访且互不干扰,在网络出口位置还可以根据不同的VLAN设置不同的互联网访问权限。实际规划时,建议采用B类地址中的172段私有地址作为校园网内的地址使用,其优点是地址段比较大,规划弹性和自由度比较大。每个网段的客户端可以采用DHCP动态地址分配,DHCP服务器可以用核心交换机兼职,也可以用一台专用的DHCP SERVER。无线网络的每个VLAN地址段要和相应的SSID绑定。允许访问互联网的电脑或移动终端一定要进行MAC地址认证,实名上网。这也是国家网络安全部门的硬性要求。

  四、校园网后端服务支持设备的选择

  校园网如果只能提供互联网的访问服务,这样的校园网是没有灵魂的。因此,一个校园网必须有自己的后端服务支持设备,用于学校网站、行政办公系统、教学服务支持系统、学生个性学习系统等能满足现在和未来需要的安装平台。这就需要服务器、虚拟化软件和存储设备。

  1.服务器的选择

  从品牌上来讲,合资品牌,如IBM、DELL、HP,国产品牌,如浪潮、联想、华为和中科曙光都可以满足校园网的需要。从性能上来讲,一般企业级机架式的服务器就足够使用,CPU要2~4颗,能支持虚拟化;内存不少于256G;具有两个以上千兆电口,不少于一个万兆光口;考虑到要配合存储使用,服务器的硬盘可以进行相应的选配。

  2.服务器虚拟化软件选择

  物理服务器之所以要虚拟化,有几个好处:

  (1)一台物理服务器可以虚拟出多台独立服务器,可以降低成本,提高设备利用率;

  (2)便于操作系统的备份和迁移;

  (3)可以方便地实现双机热备功能。

  目前市面上服务器虚拟化软件有多款,最成熟的还是 “VMware vSphere ESXI 5.5以上版本”,它具有稳定可靠的特点,能满足当下几乎所有操作系统对运行环境的要求,且功能全面,操作相对简单。

  3.存储设备的选择

  存储设备是用于储存信息的设备,信息数字化后再用电、磁或光学等方式的媒体加以存储。这里讲的存储,特指为校园网中服务器提供存储信息的设备,一般有三种方式。

  (1)直连式存储(DAS)

  这是一种直接与主机系统相连接的存储设备。如果对存储容量要求不太高,这是一种很经济的选择。

  (2)网络存储设备(NAS)

  NAS 是一种采用直接与网络介质相连的特殊设备实现数据存储的机制。由于这些设备都分配有 IP 地址,所以客户机通过充当数据网关的服务器可以对其进行存取访问,甚至在某些情况下,不需要任何中间介质客户机也可以直接访问这些设备。这种方式比直连式存储略贵,并且易于安装和部署,但会受到网络环境的影响降低存储性能。

  (3)存储网络(SAN)

  SAN是指存储设备相互连接且与一台服务器或一个服务器群相连的网络,因此又叫SAN存储。其中的服务器用作 SAN 的接入点。这种方式的成本要高一些,部署安装相对简单,可扩展性比较强,存储过程使用SAN专用网络,效率较高。

  显然,要建设现代化的校园网络,选择SAN存储是比较明智的选择。象IBM、DELL、EMC2、华为、浪潮、中科曙光等都有比较成熟的产品线和相应的解决方案。

  随着信息时代的快速发展,知识的更新换代在加快。如何更高效更便捷地学习和掌握新知识,是“互联网+教育”时代所要面对解决的问题。利用现代化的信息装备,充分发挥互联网的优越性是提高教学质量的重要手段,也是提高学校教育管理水平与工作效率的重要手段。以“互联网+教育”为抓手,重构学校的校园网络,为信息技术与教育的深度融合铺平道路,必将彻底改变学校教育中教与学的方式和方法,也必将解决我国教育发展的难题,促使我国早日成为教育强国。

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责任编辑:zxh

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