（计算机应用技术专业论文）高可管性的教育省域网建设技术研究.pdf

摘要 摘要 中国教育和科研计算机网( c e r n e t ) ，一般口语中简称为“教育网”，是在 国家教育部组织和领导下，以清华大学为核心、以全国各省( 市) 的重点院校 为节点组建的服务于全国各大中专院校的教育和科研的公益性计算机网络。江 西省节点受江西省教育厅领导，网络中心挂靠南昌大学网络中心，由南昌大学 网络中心负责实施建设、运行和维护等工作。目前全省有5 0 多所院校接入到教 育网，基本涵盖了全省的主要院校。 省域网( p r o v i n c ea r e an e t w o r k ，简称p a n ) ，是城域网的一种扩大，就是 将全省的网络组建成一个类似于局域网的一体化网络，实现全省网络的综合管 理和运行。 在江西省教育厅的领导下，以江西省教育网为基础，运用合适的网络技术， 将全省各高校网络有效地融合为一个整体来运行和管理，以提高网络运行的时 效性和资源的共享化。这就是本文所称的“教育省域网建设”的含义。 省域网虽然是城域网的扩大，但却有着和城域网不同的技术要求，这主要 体现在互联技术的选择上。同时，我们所选用的互联技术，还必须满足方便管 理的特点，因为，作为一个一体化的网络，我们要求能随时对各个点过来的数 据流进行必要的监控和管理，比如流量的大小，病毒的封杀，甚至可能是省市 职能部门的某些特殊要求，都必须是对特定的用户进行的。当然，经费也是一 项重要的参数。综合各项要求，我们根据不同的用户选用了d d n 、s d h 和v p n 等互联技术。这是本文的重要内容。 、然而，省域网的建设在真正实施的过程，互联问题只是其中的一个问题。 由于教育网和公网的瓶颈问题，给教育网用户上公网受到很大的限制。在省域 网的建设中，我们希望解决这一问题，达到访问公网和教育网同样的快速的目 标，于是我们采用了双出口。 双出口的首要技术问题就是多出口的策略路由技术。本文着重阐述了为达 到多出口的目的所采用的路由技术，主要是根据源地址配置路由、根据目的地 址配置路由、根据端口号配置路由等。 而多出口带来的另一个问题就是：对于网内需要对外开放访问权限的服务 器，怎么样让教育网和公网的用户都能快速访问呢? 这就是本文要讲述的另一 个重要内容：多入口环境下的i p 映身和域名多i p 的域名解析技术。 关键字：c e r n e t省域网策略路由i p 映射 域名解析 作者：段小荣 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ec h i n ae d u c a t i o na n dr e s e a r c hn e t w o r k ( c e r n e t ) ，s p e a k i n gi ng e n e r a l r e f e r r e dt of i t s “e d u c m i o nn e t w o r k “，i sap u b l i cb e n e f i c i a lc o m p u t e rn e t w o r ko f e d u c a t i o na n ds c i e n t i f i cr e s e a r c h l e a d e r e db yt h em i n i s t r yo fe d u c a t i o n , c e r n e t w a sf o r m e dw i t hn a t i o n a lc o l l e g e s n e t w o r k , w i t ht s i n g h u au n i v e r s i t ya st h ec o r e a n dw i t ht h em a i nu n i v e r s i t ya st h ep r o v i n c e sn o d e s j i a n g x in o d ei sl e a d e r e db y j i a n g x ip r o v i n c i a le d u c a t i o n a ld e p a r t m e n t t h en e t w o r kc e n t e ri sl i n k e dw i m n e t w o r kc e n t e ro f n a n c h a n gu n i v e r s i t y ，n e t w o r kc e n t e ro f n a n c h a n gu n i v e r s i t yi s r e s p o n s i b l ef o rc o n s t r u c t i o n , o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ew o r k c u r r e n t l y ，t h e r ea r e m o r et h a n5 0i n s t i t u t i o n sa c c e s st oe d u c a t i o nn e t w o r kc o v e r i n gt h ep r o v i n c e sm a j o r i n s t i t u t i o n s ， p r o v i n c ea r e an e t w o r k ( p a n ) ，i sa ne x p a n s i o no f c i t ya r e an e t w o r k , i ti sf o r m e d t h ep r o v i n c e sn e t w o r ki n t oan e t w o r ks i m i l a rt ot h el a ni n t e g r a t i o n , t or e a l i z a t e do f t h ep r o v i n c e si n t e g r a t e dn e t w o r km a n a g e m e n ta n do p e r a t i o n u n d e rt h el e a d e r s h i po ft h ej i a n g x ip r o v i n c i a le d u c a t i o n a ld e p a r t m e n t , b a s i n g o nj i a n g x ic e r n e t w eu s et h ea p p r o p r i a t en e t w o r kt e c h n o l o g yt oe f f e c t i v e l yl i n k t h ew h o l ep r o v i n c e 。sc o l l e g e sn e t w o r ki n t oas i m i l a rl a nn e t w o r kt oi m p r o v et h e t i m e l i n e s so ft h eo p e r a t i o no ft h en e t w o r ka n dr e s o u r c e si n c l u s i o no f t l l i si sc a l l e d e d u c a t i o np r o v i n c ea r e an e t w o r k ”i nt h i sp a p e r a l t h o u g ht h ep a ni st h ec i t ya r e an e t w o r k se x p a n s i o n , b u ti th a sa d i f f e r e n t t e c h n i c a lr e q u i r e m e n t sw i t hc i t ya r e an e t w o r k ，w h i c ha r em a i n l ye m b o d i e di nt h e c h o i c eo fi n t e m e tt e c h n o l o g y a tt h es a m et i m e ，w en s et h ei n t e r a c tt e c h n o l o g y , m a n a g e m e n tm u s ta l s om e e tt h ec h a r a c t e r i s t i c so fc o n v e n i e n c e ，b e c a u s e ，a sa n i n t e g r a t e dn e t w o r k , w ec a na ta n yt i m er e q u e s tf r o mt h ev a r i o u sp o i n t so ft h e n e c e s s a r yd a t af l o wm o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n t ，f o re x a m p l e ，f l o w st ot h es i z e ， k i l l e dv i r u s ，a n dp r o b a b l ys o m es p e c i a lr e q u i r e m e n t so f t h ef u n c t i o n a ld e p a r t m e n t so f t h ep r o v i n c e s ，m u s tb es p e c i f i ct ot h es i n g l eu s e lo fc o u r s e ，f e ei sa l s oa ni m p o r t a n t p a r a m e t e r c o m p r e h e n s i v er e q u i r e m e n t s w es e l e c t e da c c o r d i n gt od i f f e r e n tu s e r so f t h ed d n ，s d ha n dv p n ，a n do t h e ri n t e r a c tt e c h n o l o g y t h i si s 锄i i l l p o r t 觚tc o n t e n t i i 作者：段小荣 a b s t r a c t o ft h i sp a p e r h o w e v e r , t h ee d u c a t i o np r o v i n c i a l a r e an e t w o r k b u i l d i n g i nt h et r u e i m p l e m e n t a t i o no ft h ep r o c e s s t h ei n t e r c o r m e c t i o nq u e s t i o ni sn o to n l yp r o b l e m 1 1 1 e b o t t l e n e c ko f b a n d w i d t hb e t w e e nc e r n e ta n dc h i n a n e ti sg r e a t l yr e s t r i c t e dt ou s e r o fc e r n e ti ns p e e d a c c o r d i n gt ot h i sc h a r a c t e r i s t i c w ea s kt oas a m er a p i ds p e e d t ov i s i tc e r n e ta n dc h i n a n e t ，w h i c hi st h ed o u b l ee x p e r ti s s u e t h ef i r s tt e c h n o l o g yi s s u eo ft h ed o u b l ee x p o r ti st h e m o r ee x p o r ts t r a t e g y r o u t e rt e c h n o l o g y 1 1 l i sp a p e re l a b o r a t e do ni t se x p o r t st oa c h i e v em u l t i p u r p o s e 。 u s e db yt h er o u t e rt e c h n o l o g y ，m a i n l yo nt h eb a s i so ft h es o u r c ea d d r e s sr o u t e r c o n f i g u r a t i o n , i na c c o r d a n c ew i t i lt h ea l l o c a t i o np u r p o s e sa d d r e s sr o u t e r , a c c o r d i n gt o p o r tc o n f i g u r a t i o nr o u t e r , a n ds oo n t h ea n o t h e rt e c h n o l o g yi s s u ei s ：h o wt om a k eu s e ro fc e i e ta n dc h i h a n e tt o “s i tt h es e r w e l , t h a ti si np a na n dn e e dt ob eo p e n e dt ot h eo u t s i d ew o r l d w i t hs a l t l e r a p i ds p e e d ? 1 k sp a p e rf o c m e so ni pm a p p i n gt e c h n i q u e sa n dm u l t i p l ei p sf o rs i n g l e d o m a i nn a n l e s a n a l y t i ct e c h n i q u e si nm u l t i e n t r a n c ee n v i r o n m e n t t h s i s n m k e y w o r d ：c e r n e t ，p r o v i n c ea r e an e t w o r k ( p a n ) ，s t r a t e g yr o u t e r ， i pm a p p i n gt e c h n i q u e s ，d o m a i nn a m e sa n a l y t i ct e c h n i q u e s i l i 作者：段小荣 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得直昌太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：镪于袈签字日期：垆_ ) 年f 月2 日 i 学位论吏版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌叁堂有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌盔堂可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作 签字日期： 者签名： 讪司年 导师签名：身参彳上 签字日期：聊年f 月2日 髫 日 小 v ，段、阴 第1 章引言 第1 章引言 随着信息化的日益普及，人们对网络的依赖度日益提高，网络在人们的生 活、工作、娱乐等方面占据着越来越重要的位置。特别是随着网上办公、网上 招生、视频会议等办公自动化的进一步推进，网络速度和网络管理等要求越来 越高。而随着网络技术的突飞猛进，无论在网络速度、网络管理、网络安全、 网络应用还是在其它相关的功能上，都紧随着人们对网络的高要求而得到快速 的发展。 江西省教育和科研计算机网( 简称j e r n e t ) 是中国教育和科研计算机网( 简 称c e r n e t ) 在江西的延伸，江西省教育和科研计算机网网络中心挂靠在南昌大 学网络中心，受江西省教育厅领导，是中国教育和科研计算机网分布在全国的3 8 个主节点之一，是江西省各高校接入中国教育和科研计算机网的直接接入点， 负责各高校的接入服务，并负责整个网络的管理和维护工作，包括线路接入与 维护、路由配置、网络监控、网络安全管理等。近年来，随着信息化要求的逐 步提高，人们对网络的要求和依赖性也越来越高，江西教育网在短短的几年内 得到了长足的发展，上行网络带宽由最初的6 4 k b p s ，逐步提升到了现在的 2 5 g b p s ，入网用户也由当初的几个、十几个发展到现在的五六十个，基本涵盖 了全省具规模的大专以上院校。 近两年来，江西省教育网在江西省教育厅和南昌大学的领导下，网络规模 逐步扩大，网络应用逐步增多。除了满足大家一般的上网要求之外，教育网在 每年的高招和成招期间，都发挥了重要的作用，最近，教育厅又开始发展全省 教育系统的网上办公、视频会议等功能，进一步提升教育网的作用和效率。 随着网络应用增多和加强，人们对网络的要求也越来越高，江西省教育厅 作为全省高等院校的管理者，希望江西省教育网一方面能方便广大师生员工， 一方面又能促进管理，因此希望教育网能有更优异的性能。鉴于现有网络的种 种局限性，我们提出将全省各高校网络连接成一个整体，形成一个类似于局域 网的全省教育网络的方案，并逐步得到实施。这就是本文提出来的“教育省域 网”概念。 江西省教育省域网，是以中国教育和科研计算机网( c e r n e t ) 为基础，以 中国教育和科研计算机网江西省主节点为核心，以江西省所有高校的校园网为 作者：段小荣 第l 章引言 对象，建立起来的一个高速度、多应用、可管理性的计算机网络系统。 本文将着重从实用的角度来全面探讨江西省教育省域网建设中所涉及的各 方面的关键技术，其中主要探讨高可管理性网络互联技术、多出口路由技术、 多入口网络配置技术等。 作者：段小荣 第2 章江西省教育和科研计算机网简介 第2 章江西省教育和科研计算机网简介 1 1中国教育和科研计算机网组建背景 二十世纪八十年代以来，世界上几乎所有发达国家都已相继建成了国家级 的教育和科研计算机网络，并相互连成覆盖全球的国际性学术计算机网络 i n t e r n e t 。这种全球计算机信息网络的产生加快了信息传递速度，为广大教师 学生，以及科研人员提供了一个全新的网络计算环境，从根本上改变并促进了 他们之间的信息交流、资源共享、科学计算和科研合作，成为这些国家教育和 科研工作最重要的基础设施，从而促进了这些国家教育和科研事业的迅速发展。 近两年来，许多发达国家为进一步保持其在经济和技术领域的领先地位，又相 继提出了“信息高速公路( i n f o r m a t i o nh i g h w a y ) ”计划，并正在紧锣密鼓地付 诸实施。 正是在上述情况下，中国政府决定建设中国教育和科研计算机网络，其重 要意义在于： 有利于中国教育科研事业的发展。建立中国教育和科研计算机网能够使中 国大部分高等院校的教师、研究生和科研人员在全国和全世界的计算机网络环 境下进行学习和开展科研工作，极大地提高教学质量和研究水平，成为中国高 等学校进入世界科学技术领域的快捷方便的入口和科学研究的重要基础设施， 培养出面向世界面向未来的高层次人才。 有利于中国国民经济的发展。中国目前正处于一个全力发展经济、建立完 善的社会主义市场经济的特殊阶段。国家经济信息化建设的高潮正在到来，若 干个国家级计算机信息网络工程正在规划或开始筹备建设之中。这些工程能够 加速和推动中国国民经济信息化的发展，使中国能够参加世界范围内信息交流 和技术竞争，使信息产业成为中国下世纪综合国力的重要组成部分。中国教育 和科研计算机网的建设先行一步，能够提供网络试验和研究开发网络技术的试 验环境，而商业网是不能进行这类试验的，可以积累经验，提供成熟技术，培 养高层次的网络建设人材和大批能够很好使用网络的教育和科研工作人员。 有利于中国信息高速公路的发展。根据发达国家发展信息高速公路网络技 作者：段小荣 第2 章江两省教育和科研计算机网简介 术的计划和经验，首先建立由政府资助的教育和科研试验网是非常重要的环节。 在建设中国教育和科研计算机网的过程中，将为建设中国的信息高速公路作好 各种技术准备和进行部分试验，积累经验，锻炼队伍，争取逐步缩小与发达国 家的差距，在下一世纪信息高速公路的世界竞争中处于较为主动的地位。 1 2 中国教育和科研计算机网简介 中国教育和科研计算机网( c e r n e t ) 是由国家投资建设，教育部负责管理， 清华大学等高等学校承担建设和管理运行的全国性学术计算机互联网络。它主 要面向教育和科研单位，是全国最大的公益性互联网络。 c e r n e t 分四级管理，分别是全国网络中心；地区网络中心和地区主节点； 省教育科研网主节点；校园网。c e r n e t 全国网络中心设在清华大学，负责全国 主干网的运行管理。地区网络中心和地区主结点分别设在清华大学、北京大学、 北京邮电大学、上海交通大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、 电子科技大学、东南大学、东北大学等1 0 所高校，负责地区网的运行管理和规 划建设。 c e r n e t 省级节点设在3 6 个城市的3 8 所大学，分布于全国除台湾省外的所 有省、市、自治区。 c e r n e t 已经有2 8 条国际和地区性信道，与美国、加拿大、英国、德国、日 本和香港特区联网，总带宽达到2 5 0 m b p s 。与c e r n e t 联网的大学、中小学等教 育和科研单位达1 0 0 0 多家( 其中高等学校8 0 0 所以上) ，联网主机1 2 0 万台， 个人用户达到1 0 0 0 多万人。 4 作者：段小荣 第2 章江西省教育和科研计算机网简介 图2 - 1 中国教育和科研计算机网( c e r n e t ) 网络结构拓扑图 c e r n e t 目前已基本具备了连接全国大多数高等学校的联网能力，并完成了 c e r n e t 八大地区主干网的升级扩容、建成了一个大型的中国教育信息搜索系统。 c e r n e t 建成了总容量达8 0 0 g b 的全世界主要大学和著名国际学术组织的1 0 个信息资源镜像系统和1 2 个重点学科的信息资源镜像系统，以及批国内知名 的学术网站。 c e r n e t 建成了系统容量为1 5 0 万页的中英文全文检索系统和涵盖1 0 0 万个 文件的文件检索系统。 5 作者；段小荣 第2 章江两省教育和科研计算机网简介 c e r n e t 是我国开展现代远程教育的重要平台。为了适应国家面向2 l 世纪 教育振兴行动计划中远程教育工程的要求，1 9 9 9 年，c e r n e t 开始建设自己的 高速主干网。利用国家现有光纤资源，在国家和地方共同投入下，到2 0 0 2 年底， c e r n e t 已经建成2 0 0 0 0 公里的d w d m s d h 高速传输网，覆盖我国近2 0 0 个城市， 主干总容量可达4 0 g b p s ：在此基础上，c e r n e t 高速主干网已经升级到2 5 g p b s ， 1 5 5 m 的c e r n e t 中高速地区网已经连接到我国3 5 个重点城市；全国已经有1 0 0 0 多所高校接入c e r n e t ，其中有1 0 0 多所高校的校园网以1 0 0 1 0 0 0 m b p s 速率接入 c e r n e t 。 c e r n e t 是我国互联网研究的排头兵，具有雄厚的技术实力。c e r n e t 完全是 由我国技术人员独立自主设计、建设和管理的计算机互联网络。在网络建设的 同时，c e r n e t 还注重加强网络安全工作，1 9 9 9 年c e r n e t 建成国内第一个网络 紧急响应中心c c e r t ，并提供服务。迄今为止c c e r t 小组已经先后处理了2 0 0 0 多网络安全事件的报告，有效的保证了c e r n e t 正常的网络运行秩序，促进了 c e r n e t 网络管理水平的进一步提高。 c e r n e t 还是中国开展下一代互联网研究的试验网络，它以现有的网络设施 和技术力量为依托，建立了全国规模的i p v 6 试验床。1 9 9 8 年c e r n e tj 下式参加 下一代i p 协议( i p v 6 ) 试验网6 b o n e ，同年1 1 月成为其骨干网成员。c e r n e t 在全国第一个实现了与国际下一代高速网i n t e r n e t2 的互联，目前国内仅有 c e r n e t 的用户可以顺利地直接访问i n t e r n e t 2 。 c e r n e t 也是我国信息网络人才重要的培养基地。仅在”九五”国家重点科技 公关项目”计算机信息网络及其应用关键技术研究”建设期间，c e r n e t 研究人员 与其他合作单位在国内外发表相关学术论文数百篇，培养了一批专业技术人才。 c e r n e t 还支持和保障了一批国家重要的网络应用项目。例如，全国网上招 生录取系统在近几年普通高等学校招生和录取工作中发挥了相当好的作用。 c e r n e t 的建设，加强了我国信息基础建设，缩小了与国外先进国家在信息 领域的差距，也为我国计算机信息网络建设，起到了积极的示范作用。 c e r n e t 创造的中国互联网历史上的第一： 1 9 9 4 年6 月建成中国第一个全国性计算机互联试验网络 1 9 9 5 年1 月中国大陆第一个电子刊物神州学人在c e r n e t 上出版 1 9 9 5 年7 月建成中国第一个全国性计算机互联网 1 9 9 5 年8 月中国大陆第一个b b s 站点水木清华在c e r n e t 上开通 6 作者：段小荣 第2 章江两省教育和科研计算机网简介 1 9 9 5 年建设了第一批中国网络信息服务资源和站点 1 9 9 6 年3 月提出中国大陆的第个i n t e r n e t 标准r f c l 9 2 2 1 9 9 6 年1 1 月开通中国第一个连接欧洲的互联网线路 1 9 9 8 年4 月建成采用遂道技术的中国第个i p v 6 试验网 1 9 9 9 年5 月建成中国第一个提供安全服务的互联网络紧急响应小组c c e r t 2 0 0 0 年9 月建成中国第一个下一代互联网交换中心d r a g o n t a p 2 0 0 1 年建成中国第一个下一代互联网试验网络n s f c n e t 2 0 0 3 年建成中国第一个大规模基于网络的视频组播技术服务系统。 2 0 0 4 年4 月建成中国第一个i p v 6 主干网c e r n e t 2 1 3 江西省教育和科研计算机网的发展 一九九四年底，南昌大学在省内首先规划建设校园计算机网络系统，作为 学校”2 1 1t 程”建设的子项目，九五年建成并连入中国教育和科研计算机网 ( c e r n e t ) 和i n t e m e t ，并因此带动了省内高校网络建设热潮。一九九八年五 月江西省教委批准成立了”江西省教育和科研计算机网络中心”，挂靠在南昌大学 信息工程技术研究中心( 现南昌大学网络中心) ，由教育部、c e r n e t 国家中心、 省教委和南昌大学共同投资建设，为全省高校和教育单位提供接入服务。 截止到2 0 0 7 年6 月底，通过省教育科研网络中心接入c e r n e t 的固定用户 单位达到5 0 多个，基本涵盖了全省本、专科院校。 t ， 江西教育网的建设，紧随着全国和全球互联网的建设步伐，得到了一步一 步的提升：建设之初，使用的是6 4 k 的d d n 线路上联至华东南地区网络( 上海 交通大学) ，很快，就提升为2 md d n 线路：此后，2 m 的d d n 线路一直使用 了多年，直至2 0 0 2 年，线路带宽得到大幅提升至1 5 5 m 。最近几年，随着我省 入网用户( 院校) 的不断增加，我省各大院校对教育网的依赖性越来越高，网 络流量日益增加，对带宽的需求越来越大。2 0 0 7 年8 月，我省上行到c e r n e t 的速率已经成功地从原来的1 5 5 m b p s 提升到了2 5 g b p s ，网络速度有了大的提 高，基本满足了目前各院校的需求。 在省内各用户接入的建设上，也经历了多个阶段：起初，用户数较少，网 络技术也相对简单，省内各高校一律只通过租用电信局6 4 k 到2 m 的d d n 线路 的方式接入到省节点网络中心。2 0 0 2 年以后，随着用户对带宽需求的增加，开 7 作者：段小荣 茎! 主望堕塑塾亘翌! 型堕生丝! ! 旦堡坌 始尝试其他接入方式。2 0 0 3 年至2 0 0 5 年，我们着手建设南昌市的教育城域网， 实现以南昌大学、江西师大、江西财大为城域网节点的环形接入圈，其他高校 就近接入环形圈的教育城域网的雏形，并辅助以原有的d d n 专线接入方式。并 首次在省内解决了教育网和电信网等多个i n t e r a c t 的出口问题。网络结构如下图 所示： 、 圜2 蠲 太 b s 呻 图2 - 2 原南昌教育城域网两络结构图 1 4 教育省域网的必要性 江西省教育网的历次改造和升级，其主要工作都是为了提高江西省教育网 的总出口带宽，避免在出口位置上引起阻塞。目前总出口已经达到了2 5 g b p s ， 作者：段小荣 釜一 第2 章江两省敦育和科研计算机网简介 应该说是相当宽裕了。 然而教育网本身的不足却无论如何改变不了。这就是教育网和公网之间的 瓶颈问题。教育网和公网都是我国目前用户数量最大的互联网之一。但他们各 自为政，都可以保证自己的用户在自己的网络内快速访问。然而由于种种原因， 他们之间的互联互通的带宽是相当有限的，也就是说教育网用户到访问公网上 的资源，其网络速度是相当慢的，反之公网用户要访问教育网内的资源，其速 度也是相当慢的。而两个网之间的资源却又有相当强的互补性，教育网内的科 研资源较丰富，而公网的大众化资源较丰富。这给两个网的用户都带来了不便。 这种不便，严重制约了教育网的发展，很多用户就因此而选择了公网而放弃了 教育网。也有很多学校是既接教育网又接公网，多了一笔费用。 2 0 0 5 年，为了迸一步深化教育信息化、教育网络化，江西省教育厅提出了 全省教育系统信息化新要求，进一步加强每年的网上招生和信息发布工作。逐 步推行网络办公系统、远程视频会议系统、远程教学系统。按照省教育厅的要 求，为了保证信息化工作的顺利进行，一方面要求各高校都尽量接教育网，另 一方面也想方设法解决教育网的固有问题。因此我们提出了以现在教育网为基 础建设省域网的思想。 一 教育省域网的建设目标有两个，一个是将全省各高校网络之间达到最快速 的访问速度和最方便的网络管理模式，这就是互联互通的问题；另一个是解决 教育网与公网之问的瓶颈问题，这我们采用了增加公网出口的办法来实现。 为实现这两个目标，我们将在省域网建设中提出一套行之有效的建设方案。 这就是本文的研究内容。 9 作者：段小荣 第3 章关键技术简述 第3 章关键技术简述 3 1 计算机网络基础知识 计算机网络是一个综合性的工程，涉及到很多方面的问题。为了便于理解， i s o ( i n t e n e ts t a n d a r do r g a n i z a t i o n ，国际标准组织) 对o s i ( o p e ns y s t e m i n t e r c o n n e c t ，开放系统互连) 人为定义为七层网络模型：物理层、数据链路 层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层 1 2 儿3 7 。 第一层：物理层 物理层定义了通讯网络之间物理链路的电气或机械特性，以及激活、维护 和关闭这条链路的各项操作。物理层特征参数包括：电压、电压变化的时序、 物理数据传输率、最大传输距离、物理连接媒体等。 物理层协议关心的典型问题是使用什么样的物理信号来表示数据0 和1 。1 位持续的时间多长。数据传输是否可同时在两个方向上进行。最初的连接如何 建立以及完成通信后连接如何终止。物理接口( 插头和插座) 有多少针以及各 针的作用。物理层的设计主要涉及物理层接口的机械、电气、功能和过电特性， 以及物理层接口连接的传输介质等问题。物理层的实际还涉及到通信工程领域 内的一些问题。 在这一层，数据的单位称为比特( b i t ) 。 属于物理层定义的典型规范代表包括：e i a t i ar s 一2 3 2 、e i a t i ar s 一4 4 9 、 v 3 5 、r j 一4 5 等。 集线器属于第一层( 物理层) 设备。 第二层：数据链路层 数据链路层( d a t al i n kl a y e r ) 的主要功能是如何在不可靠的物理线路上 进行数据的可靠传输。 实际的物理链路是不可靠的，总会出现错误，数据链路层的作用就是通过 一定的手段( 将数据分成帧，以数据帧为单位进行传输) 将有差错的物理链路 转化成对上层来说没有错误的数据链路。它的特征参数包括：物理地址、网络 拓朴结构、错误警告机制、所传数据帧的排序和流控等。其中物理地址是相对 i o 作者：段小荣 第3 章关键技术简述 网络层地址而言的，它代表了数据链路层的节点标识技术；“拓朴”是网络中经 常会碰到的术语，标记着各个设备以何种方式互连起来，如：总线型一所有设 备都连在一条总线上，星型一所有设备都通过一个中央结点互连；错误警告是 向上层协议报告数据传递中错误的发生；数据帧排序可将所传数据重新排列； 流控则用于调整数据传输速率，使接收端不至于过载。 在这一层，数据的单位称为帧( f r a m e ) 。 数据链路层协议的代表包括：s d l c 、h d l c 、p p p 、s t p 、帧中继等。 网卡和交换机工作在第二层( 数据链路层) 。 第三层：网络层 网络层( n e t w o r kl a y e r ) 的主要功能是完成网络中主机间的报文传输，其 关键问题之一是使用数据链路层的服务将每个报文从源端传输到目的端。 网络层将数据分成一定长度的分组，并在分组头中标识源和目的节点的逻 辑地址，这些地址就象街区、门牌号一样，成为每个节点的标识；网络层的核 心功能便是根据这些地址来获得从源到目的的路径，当有多条路径存在的情况 下，还要负责进行路由选择。 地址解析和路由是3 层的重要目的。网络层还可以实现拥塞控制、网际互 连等功能。 在这一层，数据的单位称为数据包( p a c k e t ) 。 网络层协议的代表包括：i p 、i p x 、r i p 、o s p f 、a r p 等 路由器工作在o s i 的第三层( 网络层) 。 第四层：传输层 传输层( t r a n s p o r tl a y e r ) 的主要功能是实现网络中不同主机上的用户进 程之间可靠的数据通信。传输层要决定会话层用户( 最终对网络用户) 提供什 么样的服务。最好的传输连接是一条无差错的、按顺序传送数据的管道，即传 输层连接时真正的点到点。 提供对上层透明( 不依赖于具体网络) 的可靠的数据传输。如果说网络层 关心的是“点到点”的逐点转递，那么可以说传输层关注的是“端到端”( 源端 到目的端) 的最终效果。它的功能主要包括：流控、多路技术、虚电路管理和 纠错及恢复等。其中多路技术使多个不同应用的数据可以通过单一的物理链路 共同实现传递；虚电路是数据传递的逻辑通道，在传输层建立、维护和终止； 纠错功能则可以检测错误的发生，并采取措施( 如重传) 解决问题。 作者：段小荣 第3 章关键技术简述 传输层协议的代表包括：t c p 、u d p 、s p x 等。 第五层：会话层 会话层( s e s s i o nl a y 既) 在网络实体间建立、管理和终止通讯应用服务请 求和响应等会话。 会话层循序进行类似的传输层的普通数据的传送，在某某些场合还提供了 一些有用的增强型服务。允许用户利用一次会话在远端的分时系统上登陆，或 者在两台机器间传递文件。会话层提供的服务之一是管理对话控制。会话层允 许信息同时双向传输，或任一时刻只能单向传输。如果属于后者，类似于物理 信道上的半双工模式，会话层将记录此时该轮到哪一方。一种与对话控制有关 的服务是令牌管理( t o k e nm a f l a g e e n t ) 。有些协议会保证双方不能同时进行同 样的操作，这一点很重要。为了管理这些活动，会话层提供了令牌，令牌可以 在会话双方之间移动，只有持有令牌的一方可以执行某种关键性操作。另一种 会话层服务是同步。如果在平均每小时出现一次大故障的网络上，两台机器简 要进行一次两小时的文件传输，试想会出现什么样的情况呢? 每一次传输中途 失败后，都不得不重新传送这个文件。当网络再次出现大故障时，可能又会半 途而废。为解决这个问题，会话层提供了一种方法，即在数据中插入同步点。 每次网络出现故障后，仅仅重传最后一个同步点以后的数据( 这个其实就是断 点下载的原理) 。 会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和 维护应用之间通信的机制。如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。 第六层：表示层 表示层( p r e s e n t a t i o n1 a y e r ) 定义了一系列代码和代码转换功能以保证 源端数据在目的端同样能被识别，比如大家所熟悉的文本数据的a s c i i 码，表 示图象的g i f 或表示动画的m p e g 等。 这一层主要解决拥护信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某 一用户的抽象语法，转换为适合于o s i 系统内部使用的传送语法。即提供格式 化的表示和转换数据服务。 在网络上计算祝可能采用不同的数据表示，所以需要在数据传输时进行数 据格式转换。为了让采用不同数据表示法的计算机之间能够相互通信而且交换 数据，就要在通信过程中使用抽象的数据结构来表示所传送的数据。而在机器 内部仍然采用各自的标准编码。管理这些抽象数据结构，并在发送方将机器的 作者：段小荣 第3 章关键技术简述 内部编码转换为适合网上传输的传送语法以及在接收方做相反的转换等工作都 是由表示层来完成的。 另外，表示层还涉及数据压缩和解压、数据加密和解密等工作( w i n r a r 的 那一套) 。 第七层：应用层 应用层是面向用户的最高层，通过软件应用实现网络与用户的直接对话， 如：找到通讯对方，识别可用资源和同步操作等。连网的目的在于支持运行于 不同计算机的进程彼此之间的通信，而这些进程则是为用户完成不同人物而设 计的。可能的应用是多方面的，不受网络结构的限制。应用层( a p p ；o c a t i o n l a y e r ) 包括大量人们普遍需要的协议。虽然，对于需要通信的不同应用来说， 应用层的协议都是必须的。 应用层协议的代表包括：t e l n e t 、f t p 、h t t p 、s n m p 、t c p i p 等 七层模型的对等层传输示意图如下页图3 1 所示： 为更好理解o s i 的七层图模型，我们以发送电子邮件为例作一阐述： 如o u t l o o k 软件，是应用层： 应用软件将你写的邮件分解成一个个的数据包，发送出去，就得调用下层 “传输层”；本层电子邮件可以使用s m t p 、p o p 等协议； 传输层的程序为了发送某数据包，它要知道把数据从哪个i p 地址，送到另 外某个i p ，这中间的过程，由下层“网络层”来完成。( 互连网络层，如i p 层) ： 而网络层为了将数据送到目的地，得经过一个一个的网卡、网线、路由器 吧，得将数据转化成一个个的电子信号或者声音信号或者光信号，具体怎么做， 看它的下层“网络接口层”了； 网络接口层就牵涉到具体的网卡设计，信号转换等技术了。 作者：段小荣 第3 章关键技术简述 发送者 接收者 图3 - 1o s i 七层模型对等层示意图 3 2 关键技术简述 根据教育网的现状，省域网的建设的最关键内容有两个：互联技术和多出 口技术。下面将主要技术作一简要介绍： 3 2 1 互联技术 网络互联技术有很多方式可选。我们在选择技术类型时，综合考虑了线路 提供商的具体条件和我们对网络管理方面的要求，特别注重对所有的单个用户 的运行情况进行监控和管理的技术要求。因此在省域网建设中，我们选用了三 种方案：d d n 、s d h 和v p n ，并根据需要，灵活运用。 d d n ：d d n 是英文d i g i t a ld a mn e t w o r k 的缩写形式，意思是数字数据网。 它是随着数据通信业务的发展而发展起来的一种新兴网络，是利用数字信道提 供永久或半永久性电路，以传输数据信号为主的数据通信网络。 s d h ：s d h 传送网的概念最初于1 9 8 5 年由美国贝尔通信研究所提出，称之为 同步光网络( s y n c h r o n o u s0 p t i c a ln e t w o r k ，s o n e t ) 。它是由一整套分等级的 标准传送结构组成的，适用于各种经适配处理的净负荷( 即网络节点接口比特 流中可用于电信业务的部分) 在物理媒质如光纤、微波、卫星等上进行传送。 1 4 作者：段小荣 第3 章关键技术简述 该标准于1 9 8 6 年成为美国数字体系的新标准。国际电信联盟标准部( i t u - t ) 的前身国际电报电话资询委员会( c c i t t ) 于1 9 8 8 年接受s o n e t 概念，并与美 国标准协会( a n s i ) 达成协议，将s o n e t 修改后重新命名为同步数字系列 ( s y n c h r o n o u sd i