如何正确选择校园网络布线系统
随着IT技术的不断发展,校园网络已成为了现代教育背景下学校的必要基础设施,成为了学校提高教学、科研和管理水平的重要途径和手段。特别是在当前国家积极推进教育信息化改革的大背景下,全国不少学校都在积极筹划、建设和完善校园网络。其中,中国教育和科研计算机网的建设直接推动了校园网络的发展。中国教育和科研计算机网已经组建了超过900个教育机构和科研单位,地跨全国160多个城市,用户达到800余万人,成为全国仅次于电信公众网络的第二大互联网络。教育部也从2001年开始正式启动了中小学校校通工程,校园网络的全面建设已拉开了序幕。如此背景下,校园网络布线系统的建设如何更好地进行战略性统筹考虑？如何有计划、有步骤、分区域、分阶段地进行合理规划？如何最大可能地避免那种短期的、重复的低水平网络建设？如何从布线的角度协调局域网络飞速发展和实际应用需求之间的矛盾？这些问题都是我们值得认真探讨的问题。笔者长期从事局域网络布线工作,曾主持过数个大、中型校园网络布线系统的实施工作,颇有心得,现就以下几个热点问题,谈谈自己的看法：
l．校园拓扑结构设计
基于IP的局域网络解决方案在校园网络解决方案中目前已占主导地位,IEEE802.3系列协议是现在考虑校园网络组网的核心基础。因此,当我们考虑校园网络建设时,应当确信分层星型结构是校园布线拓扑结构的最佳选择。笔者也曾经遇见过个别学校,将其整个或部分校区交给网络运营商进行设计、实施和运营。这样,少量的基于城域网SDH传输模式的网络也同时存在。但从国家实施教育产业化的角度来讲,这样的校园网络建设模式是不合理的。随着各大中专院校的实力不断充实,这样急功近利的做法会越来越少,不会成为当前阶段校园网络建设的主流。
通常情况下,新建大型校园网络的拓扑结构通常采用核心层（一级）、汇聚层（二级）、接入层（三级）以及边缘接入层的三级以上星型网络结构。有些学校的已建网络扩容时,也可以根据其自身特点,分步骤实施。特别像国内原来用的较多的100M FDDI、155M ATM等主干网络,就可以从逻辑上采用环或树结合星型的模式予以处理,既利用了已有资源,又为未来的发展打下了良好的基础。当然,考虑整体拓扑结构时,从宏观上减少拓扑结构的复杂程度。在距离、速度、网管等都能满足未来一定时期内足够需求的前提下,采用单级简单结构的网络运行成本肯定是最低的。特别是早期网络技术作为校园网络主干,只能满足低速的数据通信需求,各校区的组网方式、组网技术、网络结构相差甚远,国内很多校园中教学楼或师生宿舍的布局决定了网络的复杂性,不宜于网络布线实施的优化,个别学校的老校区历史悠久,旧建筑物内弱电可利用空间极低,决定了网络不易于采用分布式结构。因此,也对优化网络拓扑设计和产品选择提出了更高的要求。
为数不少的校园网络考虑其分层星型结构时,容易忽略网络单点连接所带来的危害。笔者建议在大型校园网络考虑拓扑结构时,也要充分考虑网络主干的物理链路备份问题。物理链路备份不仅是指光纤数量的备份,同样也应当包括其光缆路由的备份,尽可能避免因光缆单点故障所带来的网络整体瘫痪问题。
2．校园主干光纤的选择
校园网络应用主要包括：Internet接入、远程教育、视频点播、多媒体教学、学校办公自动化、校园一卡通、校园IP电话、图书资料查询、科研高速网络等,校园网络主干所承担的信息流量非常大。对于骨干网络来说,要建设和维护一个能够适合现在,并能够面向未来的大容量通道是完全必要的,其设计必须尽量合理和灵活。
从国内外的校园网络实施的结果来看,可供选择的光纤从物理结构来讲主要还是单模(8.3/125μm)和多模(62.5/125μm、50/125μm)两种光纤。单模光纤具有传输带宽高、传输距离远、可扩充性高、光纤价格便宜的优点,多模光纤则具备维护方便、应用广泛、网络整体造价便宜的优点。从目前国内外局域网应用的情况来看,笔者认为校园网采用单模结合多模的形式来铺设主干光纤网络,是一种合理的选择。这样能够扬长避短,既能够低成本的网络高速应用,又能够满足未来发展和其他弱电系统信号传输（如有线电视信号等）的需要。特别是近年来一些国外主流布线公司,积极倡导的新一代高带宽多模光纤（NGMMF）逐步地走向实用化,其所能够提供的传输带宽和距离已非常接近目前的单模光纤,而整体网络造价却明显低于单模光纤。举个例子,布线巨头美国AVAYA公司自2000年开始在国内力推的LazrSPEED光纤平均每公里带宽为2000Mhz@850nm,其传输千兆网络（1Gbase-SX）的距离达到1km,传输万兆网络（10Gbase-SR草案）的距离达到300m,非常接近目前单模光纤在国内的实际应用水平,而其网络设备光纤模块的价格却只为同类型单模模块的1/3（以Cisco千兆SX / LX模块为例）。当然,NGMMF光纤目前的价格较高（通常是普通多模光纤价格的数倍）是制约其大规模推广的主要障碍,不过相信随着国内大规模的应用,价格会逐步为广大用户接受。今年,加拿大的Nordx/CDT公司也紧接着推出了类似产品。
笔者也曾经试用过部分国内小型光缆厂所生产的廉价光缆,这些光纤大都采用国内比较劣质的次品光纤制成,其通常售价在5元左右（4芯/米）。所谓便宜无好货,这种光纤在网络低速短期应用效果尚可,但很难保证稳定的长期高速应用。信息产业部信息产品质量监督检测中心就曾联合有关部门经对部分学校的网络做过一些抽查检测,发现网络"名不符实"现象非常严重,一个重要的原因就是光纤传输过程中的损耗严重超标,千兆光纤主干的实际吞吐量远远低于网络的设计指标。
3．光纤连接器件
绝大多数校园网络乃至局域网络布线工程目前仍习惯采用ST接口作为光纤连接器件的标准。但是在面对光纤安装时,不仅遇到的安装速度这个麻烦问题,连接费用和损耗性能要求也常常是一个令施工人员头痛的问题。快速、便宜、易于安装的光纤工具超小型（SFF）连接器也就应运而生了。SFF不仅体积小巧,而且和大多数连接器一样,允许至少两个对接。SFF和传统的光纤连接器相比要小得多,它和我们平时使用的8芯五类铜线电缆连接器一般大小。目前主流的SFF标准产品包括：MT-RJ、LC、VF45、LX.5、Opti-Jack和SCDC-SCQC等,性能统计如下表。SFF普遍性能远远高于传统的ST和SC,而且制作工艺复杂性不高,部分产品如LC头的销售价格甚至还低于ST和SC。如何来选择一个合适的SFF连接器呢？面对众多的选择,我们必须清楚以下几个问题：首先,光纤连接器是否可以兼容单模和多模光纤？其次,光纤连接器件是否具备良好的性价比？再次,光纤连接器件是否与网络有源设备间具备良好的系统兼容性？最后,光纤连接器件的供货渠道问题？是国内现货,还是国外期货是值得我们注意的问题。
4．SFF光纤连接器产品资料（室内双绞线）
据权威资料统计,超过70%的网络故障都是由双绞线导致的,对这句话笔者深信不疑。相信从事系统集成的同行们,时常会遇到一些"莫名其妙"的问题。比如：网络时断时通；距离近时通,距离稍长就不通（都没超过100M）；10Mbps时正常,100Mbps就不正常；工作站数量不多,任务也不太忙且用的还是超五类线,可网络速度就是出奇的慢等等。
双绞线技术自80年代中期在AT&T诞生,到90年代中期传入我国,期间经历了大致四次大规模应用的阶段。首先,从80年代中期到90年年代初期,随着10Mbps以太网的风行,三类非屏蔽双绞线取代了各种非平衡电缆（诸如粗、细同轴电缆等）。紧接着,从90年代初期到90年代中期,随着100Mbps快速以太网的大力推广,五类非屏蔽双绞线又取代了三类的市场。其后,到90年代末期,随着1Gbase-T网络的潜力被充分挖掘,超五类非屏蔽双绞线成为了布线市场主流。现在,随着TIA/EIA六类非屏蔽布线标准的正式公布,1Gbase-TX的正式推出,六类非屏蔽双绞线已逐步成为了重点项目的首选产品。通过这个过程,我们可以清楚地看到布线发展的速度是惊人的。所谓厂家的布线15或20年技术水平不落后的保证是完全不切实际的,选择双绞线的类型必须充分考虑未来一定时间内网络应用的发展。
笔者认为,当前情况下选择校园网络布线系统类型,应当非常谨慎地对不同网络应用水平的区域加以区分对待。例如,学生宿舍区、教学区、教师宿舍区、办公区、后勤区等网络采用基于超五类双绞线的千兆主干结合百兆桌面,对付现阶段应用就已绰绰有余,未来可以向千兆到桌面平滑过渡,真正意义上可以满足未来10到20年的网络应用要求。但在诸如图书馆区、网络中心、科研中心、多媒体教室等对数据传输余量要求较高的区域,还是否统一采用超五类系统,就值得认真商榷了。笔者从参与建设过的几个大型校园网建设工程整体过程来看,认为在资金条件允许的情况下,有必要在初期设计时就考虑在这些区域采用六类布线系统,以满足其未来相当一段时间内对带宽的需求。
从整体上来看,超五类电缆是一种非常成熟的工业化产品,现阶段网络应用的整体性价比非常高,适合于校园网的大规模采购。但值得注意的是必须留心防止伪劣假冒产品的滥竽充数。在假货充斥的电脑城内,从百余元到数百元各种类型真假双绞线令人眼花缭乱。作为用户,我们该如何鉴别真假线呢？
首先,来判别一根超五类双绞线是否是假冒国外厂家的。国内用户通常情况下都使用进口品牌的超五类电缆,原因是国外超五类电缆的质量确实比国内的质量要好得多,产品施工富裕度大,工程比较容易通过验收。所以,国内有些不法厂商就开始仿国外的双绞线。如何签别是否是假冒的呢？一位在海关从事验货工作的技术人员讲了一个简单地检验方法：原装进口的双绞线外皮PVC材料通常采用美国杜邦(Du Pont)化工材料,塑料外皮抗拉弹性大,把一段网线对折,如果能立即弹回,基本上可以认为此网线为真品。国内很多仿冒厂家生产的电缆外皮,一般采用低成本的劣质PVC材料,成品双绞线的外皮或薄或厚,但通常抗拉能力很低。
其次,还要实际测试其速度。"挂羊头卖狗肉"的现象在双绞线市场同样存在,现在组建的网络一般都采用超五类以上的双绞线,五类双绞线已属于淘汰产品。但是,一些不负责任的双绞线生产厂商在超五类双绞线成为市场主流后,便将滞销的五类线封装改变标示和包装,常常冠以超五类电信宽带线的名义出售。这类劣质超五类线性能明显低于同类正规电缆,其给施工商留下的实施富裕度极小,网络实施完毕后的实际速度通常只能达到五类布线水平。这种造假手段非常隐蔽,一般用户很难发现。
最后,真正质量好的双绞线具有一定的耐热、抗拉、阻燃、易弯曲的特征。你可以将双绞线放在高温环境中测试一下,好的双绞线在周围温度达到摄氏35℃至40℃时外皮不会变软,而假的却会；同时,为了保证布线连接的安全,好的双绞线电缆外包的胶皮具有较强的抗拉性,而假的却没有；还有,双绞线电缆使用金属铜,一些国内厂商在生产时为了降低成本,在铜中添加了其它廉价金属,其表现是劣质双绞线的线芯比正常的明显要硬,不易弯曲,施工过程中容易折断。此外,高质量的双绞线外皮还具有阻燃功能,UL CM级别双绞线具备横向不助燃特征,UL CMR级别双绞线具备横向和纵向不助燃特征,UL CMP级别双绞线则具备PVC材料高燃点温度下的阻燃特征。而假货则使用劣质的材料制成,购买时可亲自用明火测试。北美、南美、亚太及中国等均采用基于北美的电缆防火标准UL及NEC（National Electronical Code）,而欧洲部分地区则采用低含卤或低烟无卤素绿色环保型电缆标准,但该类型外皮的电缆却存在着燃点低、能自燃、不利于防火闸区域防火及外皮较软、电缆电气特性较易遭施工破坏等缺点。
需要指出的是,诸如江苏乐亭电缆厂、上海康华电缆厂、江苏中天电缆厂等国内电缆厂,目前已引进了多条生产线为多个国外品牌产品进行国内定点贴牌生产,用IT业内的行话来说,这就叫做OEM。笔者曾受邀请参观了其中的一些厂,发现很多国外品牌的双绞线（包括五类、超五类和六类）都在此生产,同一条生产线制成的产品,品牌不同,价格差异也非常大,OEM产品通常是原厂品牌产品价格的2至3倍。因此,选择产品时必须认真加以区分,不要以为选择了国外品牌的布线,就选择了原装进口的国外同类型高质量产品,避免网络布线建设名不符实。很多校园网布线建设都是花了原装进口的钱,实际上买了贴着国外品牌标记的国产产品,浪费了大量宝贵的资金。
5．工作区跳线
厂家通常宣称其专用跳线对于布线系统整体性能的重要性,笔者认为专用跳线的优势主要有以下几点优势：
首先,专用跳线一次成型电气性能高于手工现场制作之产品。同一超五类布线链路分别采用专用跳线和自制跳线测试,通常其信道性能差异在30%左右。其次,专用跳线采用多芯线芯（通常是8芯）和专有的线芯固定工艺,物理特性特别是跳线柔韧性和RJ45接触的可靠性明显高于由水平单芯双绞线自制而成的手工跳线。因此,通常专用跳线的使用寿命较长,可靠性更高。最后,专业布线供应厂商的专用跳线的阻抗匹配性能更好。布线厂家生产标准通常远高于行业工业化标准,笔者曾访问过某国际知名品牌的研发实验室,其布线信道阻抗生产标准为100Ω正负6Ω,即该品牌工业成品阻抗误差范围控制在94Ω到106Ω之内,远远高于国际标准的正负15Ω的要求。同一品牌产品的完整信道产品应用,不同元器件产品之间的耦合性能才能体现其厂家实验室设计标准,最大程度地减少阻抗失配所带来的信号反射现象,这种信号反射严重时,将导致网络数据掉包率高得惊人,大大影响网路实际运行的速度。
但在实际校园网络工程应用中,我们发现专用跳线大规模应用的弊端也十分明显。首先,相对于手工制作跳线十元钱的成本,原装跳线的价格过高。其次,原装跳线的规格有限,通常只有3英尺、5英尺、7英尺、10英尺等规格,缺乏应用针对性。举个例子,校园网络中的教职工住宅楼内的跳线走向就是比较令人头疼的事情。另外,专用跳线的供货周期也是老大难的问题。由于专用跳线的应用不成规模,导致其零售流通渠道十分不畅。很难想象作为用户为了买一根原装跳线而花上3个月时间从国外订货吧！
笔者认为,作为校园网络布线的重要一环,跳线问题需要认真地加以分析对待。通常情况下,设备间和管理间机房内的跳线考虑到插拔次数可能会较多,对产品的可靠性要求较高。建议根据端口使用率尽量一次性选择原装跳线,并保留数量充足的备件（一般是订购数量的10%）。工作区内的跳线可以采用手工制作,根据具体应用的需求用RJ45钳自行压制,值得注意的问题主要有两点：首先,RJ45水晶头和电缆一定要选择质量控制得好的厂家产品,以最大程度上满足系统阻抗匹配的要求；其次,手工制作跳线应当注意线对次序,原则上建议采用EIA/TIA 568B标准,以使系统具备更好的兼容性。
以上所介绍的办法仅限于超五类的系统应用。校园网络采用六类布线系统时,选择跳线时,则只能选择专用六类跳线才能使系统达到设计要求,六类跳线无法自制。但也可以采用分步实施的办法,暂时使用手工跳线达到超五类应用标准,未来几年后网络过渡到千兆桌面时,再订购专用六类跳线,分阶段合理应用。
6．工作区面板
工作区面板的选择是容易忽视的问题,系统集成商提供的面板,常常从功能上和外观上差强人意,很难令人满意。作为用户,我们有权选择做工精细,功能完善的产品。
笔者曾参观过一个学校的校园网络,价值近八百万的一套号称"国内领先,国际水平"的千兆主干/百兆桌面校园网络。参观过程中,笔者充分见识了该校网络中心机房和区域管理中心机房内豪华而井井有条的配置。与此形成鲜明对比的是,布线系统工作区所使用的外形简陋、毫无新意的国产仿冒面板却和学校办公室的装修风格形成了明显反差,不明真相的个别教师甚至怀疑办公室内外形如此低劣的产品是否真的物有所值,这一切不由让我们感慨万千。
真正好工作区的面板应具备如下特点：
1）通用：通用化程度高,组合范围广,选用进口PC塑料作为面板材质,强度好,外观光洁流畅。面板框有直角（型）圆弧角（型）及多种样式可供选择；
2）超薄：面板厚度一般不超过6mm,产品轻巧,靓丽；
3）简易：卡扣连接,安装便捷,并遮蔽了安装螺丝,外观更为简洁明快,即使经过多次拆装仍能严密配合；
4）多彩：面板有多种颜色可供选择,可以满足各种场合、环境的室内装饰配套要求。
目前,绝大多数知名布线产品供应商都能提供进口或国产的国标面板以供用户选择。进口面板主要有两种,一种是以美国为代表的北美风格面板,这种面板通常不包括防尘弹簧拉门,而是采用插拔式防尘盖。其优点在于RJ45模块可以90°或45°任意方式安装在面板上,具备良好的使用功能。另外一种是以法国、德国和英国产品为代表的欧洲风格,这些面板通常在面板上装有防尘弹簧拉门以及可更换标示座,其产品颇现雍容华贵,充分体现了个性风采。由于美国的布线产品全球流行,故欧洲的电气面板厂家也为美国的布线厂家量身订制了欧洲风格的面板,以供不同喜好的用户选择,这方面的典型例子就是中国的第一建筑--上海金茂大厦。据称,金茂大厦共安装了超过20000个信息点,布线系统全套采用AVAYA超五类产品,其所有面板就均采用了原产于法国的欧式风格产品。
目前,以松本电工为首的国产面板专业生产厂商们在历经多年的工艺革新后,也推出了相应的布线配套面板,供用户选择。这些产品通常具备较强的外观美感和适中的价格,但在产品制造工艺和产品使用寿命上与进口产品仍有一定的差距。
此外,还有一些就是江、浙一带的小规模生产厂家所生产的仿冒进口面板,这些产品往往工艺粗糙、质量较差,但价格便宜。系统集成商为了降低成本,往往喜欢推荐使用类似产品,由于对系统性能无甚影响,很多学校也就疏于防范。看似一个很小的问题,导致整个网络布线系统的对外形象受损。
7．防雷问题
校园网络布线除了室外电缆按标准要选用特制的室外防雷击铠装电缆外,室外光缆的接地问题也值得大家注意。雷电入侵的形式通常有两种,一种是直击雷,另一种是感应雷。一般来说,直击雷击中建筑物内的网络设备的可能性很小,通常不必安装防护直击雷的设备。感应雷即是由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压,过电流形成雷击。感应雷入侵电子设备及计算机系统主要有以下三条途径：首先,雷电的地电位反击电压通过接地体入侵；其次,雷电由交流供电电源线路入侵；最后,雷电由通信信号线路入侵。不管理通过哪种形式,哪种途径入侵,都会使网络设备和计算机系统受到不同程度的损坏。
专家推荐的校园网络布线系统避雷做法如下：采用光缆作为骨干网络连接介质,则不需安装避雷器,可以直接架空铺设。若采用双绞线作为室外连接,则最好选用专用金属铠装直埋电缆,否则必须穿管埋地敷设。室内部分双绞线,最好敷设在等电位的弱电金属桥架或金属管道内,金属桥架和金属管道需与接地系统连接良好,接地电阻不得超过1Ω。布线系统不能与强电电线共用金属桥架或金属管道。对于架空电缆,则必须在网络输入端采取防雷措施,如装避雷器,加压敏电阻、较强的滤波电路等来抑制其干扰。常用的接地电阻测试仪表包括：意大利HT234E数显精密接地电阻测试仪、奥地利GEOX双钳口多功能精密接地电阻测试仪、法国C.A6411-C.A6413钳式接地电阻测试仪等。
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