（通信与信息系统专业论文）呼和浩特教育城域网设计与实现.pdf

北京交通大学硕士学位论文摘要 摘要 随着2 1 世纪的来临，人类社会的高度国际化、信息化使现代教育面l | 缶一系列 的变革。多媒体计算机在教育教学过程中的应用越来越普遍，使校园网络建设成 为中小学基础教育信息化发展的必然趋势。 教育城域网的兴起改变了过去主要以学校为主体兴建校园网的热潮。有利于 实现区域性教育资源共享，使区域性远程教育的可行性和可能性大大增强。建设 教育城域网，创建丰富多彩的校园网络文化、转变陈旧教育思想和观念，对于加 快建设教育手段和管理手段的现代化有决定性作用，尤其是对于深化基础教育改 革，提高教育质量和效益，培养创新型人才更具深远的意义。 本文对呼和浩特教育信息化的现状进行了分析，结合新时期信息化建议的发 展，以及满足未来呼和浩特中小学学生对教育信息资源的需求，提出了呼和浩特 教育域网规划方案。用排队论对网络系统进行了建模，从理论方面分析了网络结 构同时介绍了相关的w i n s o c k 技术，重点对系统的性能分析部分和具体实现做 了较详细的介绍和阐述 关键词：城域网；计算机网络；w i n s o c k ：性能分析；数据库 北京交通大学硕士学位论文 abstra ct a b s t r a c t a c c o m p a n yw i t ht h ec o m eo f 2 1c e n t u r y , h u m a ns o c i e t yh a sb e e nm o r ea n dm o l e c h a n g e do nt h ee d u c a t i o nb yh i # a yi n t e r n a t i o n a l i z a t i o na n di n f o r m a t i o ni m p r o v e m e n t n m u l t i m e d i ac o m p u t e rb e c o m em o r ep o p u l a ri nt h ee d u c a t i o na n dt e a c h i n gp r o c e s s t a k i n gc a m p u sc o m p u t e rn e t w o r kc o n s t r u c t i o n i st h et r e n do ft h ef o u n d a t i o n a l i n f o r m a t i o nd e v e l o p m e n ti np r i m a r ys c h o o la n d m i d d l es c h o o l t h ee d u c a t i o nm e t r o p o l i t a nn e t w o r ki sc h a n g i n gt h es i t u a t i o no fm a n ys c h o o l s t a 虹n gc a m p u sc o m p u t e rn e t w o r k sb yt h e m s e l v e s i tl n a l sa d v a n t a g et os h a r i n gt b e e d u c a t i o nr e ；s o u l o o no n ew i d e l yr e g i o n , m a k e so fa d v a n t a g et op r o v i d i n gr e m o t e e d u c a t i o n m a k i n ge d u c a t i o nm e t r o p o l i t a nn e t w o r ke s s et oc r e a t er i c ha n dc 0 1 0 r f u l c a m p u sn e t w o r kc u l t u r e , t oc h a n g et h eo u to fs e a g u l le d u c a t i o ni d e a 。t oi m p r o v et h e r e f o r mo ne d u c a t i o nm e t h o da n de a u c a t i o nm o d e l ，e s p e c i a ls p e e d i n gu pt h er e f o r mo f f u n d a m e n t a le d u c a t i o n , e = l l l l a i l c et h eq u a l i t ya n da d v a n t a g eo fe d u c a t i o n , h a v em o r e i m p o r t a n ts e n s eo nb n n # n gu pi n n o v a t i v et a l e n t n 增a t t i c l c 西v c sa n a l y s i so nc u r r e mh u l i e h a o t ec i t ye d u c a t i o ni n f o r m a t i o n , p r o v i d e st h ee d u c a t i o nm e t r o p o l i t a nn e t w o r kd l a r m i n gt oc o n t e n tw i t ht h er e q u e s to f p u p i l si nh u h e h a o t ec i t yo ne d u c a t i o ni n f o r m a t i o nr e s o u c c im a k et h et l e t w o r k m o d e lo f c o m p u t e rn c t w o r kb yq u e u e i n gt h e o r y , a n a l y z et h en e t w o r kc o n s t r u c t i o nf i r m c o m m u n i c a t i o np r i n t i p l e a tt h es a m et i m e ，i n t r o d u c et h ew i u s o c k t e c h n i c a l ，g i v et h e d e t a i le x p l a n a t i o n0 1 1t h en e t w o r k 撇l y s i sp r o g r a ma r c h i t e c t u r ea n di t sf u n c t i o n i m p l e m e n l k e yw o r d s ：m e t r o p o l i t a nn e t w o r k ；c o m p u t e rn e t w o r k ；w i u s o c k ；p e r f o r m a n c e a n a l y s i s ；d a t a b a s e 北京交通大学硕士学位论文 致谢 致谢 本论文是在我的导师刘云教授的悉心指导下完成的，在此向刘云教授致以最 崇高的谢意。在我三年来的研究生学习中，刘云教授给予了我科研方法与方向上 的大力指导，在生活上对我的关怀也是无微不至她严谨的治学态度、渊博的知 识、o p e n 的思维方式和永远上进的精神都深深的影响着我，使我从中受益匪浅， 再次向刘云导师表示深深的谢意。 本论文的完成还受到了张振江老师的大力协助，同时还要感谢实验室穆海冰 老师，周春月老师对我的热心帮助和指导。在此，对他们的无私帮助表示感谢 感谢我的父母，正是他们多年来对我的关心和爱护使我有了今天。 最后j 感谢在百忙之中为我评阅论文的专家、学者，感谢所有关心，支持和 帮助过我的人! 感谢所有给予我无私帮助，帮助我成功完成毕业设计的人! 谢谢 你们! 北京交通大学硕士学位论文绪论 1 绪论 在跨世纪教育改革中，世界各国都在加快教育现代化的步伐，其信息化程度 的高低已成为当今世界衡量一个国家综合国力的重要标志。教育是人类自身再生 产再创造的复杂系统工程，其效益和现代化程度显然是至关重要的。要想把我国 的教育信息化变革速度加快，实现教育领域从劳动密集型行业向资本、技术密集 型行业的转变，就要将学校教育同家庭教育、社会教育，尤其是大众传播媒介的 隐性教育融为一体，实现教育中人力、物力资源的多层次开发和合理配置。而运 用现代信息技术建设教育城域网，营造清新的校园网络文化氛围就是从根本上落 实教育的战略地位，解放教师的生产力和学生的创造力，为现代教育增添创新优 势。 1 1 引言 呼和浩特市位于中国北方内蒙古自治区中部的土默川平原上，辖四区四县一 旗，全市总面积1 7 2 2 4 平方公里，其中城区面积8 1 i 平方公里。目前，全市现有 在校学生4 0 余万人近年来，呼和浩特市以推动全市教育的均衡、协调、跨跃式 发展为目标，大力实施了教育现代化工程，从幼儿园、小学、普通中学到职业中 学，已形成了完善的教育体系，全市教育整体水平有了较大的飞跃。 为了进一步推进呼和浩特市教育信息化建设，提高呼和浩特市中小学教育信 息化程度和教育技术手段的现代化水平，以适应电子商务时代的要求，加快呼和 浩特教育城域网的建设已经成为呼和浩特市教育跨越式发展的必然要求。 通过呼和浩特市教育城域网的实施，能够及时地引进科学的教学管理方式和 现代化的教学管理手段，加快信息收集、加工、处理速度，实现教育信息资源的 高度共享，提高全市大学、中小学教育、教学和管理工作的效率、迅速地为各级 教育机构提供集传统文字、音频、视频于一体的以课堂、网络、广播、电视等多 种信息渠道为依托的高速、高效、高质的教学信息，达到提高全市教育教学水平 的目的，以便能够在充分利用现代化教学手段的同时，开辟多种新型教育渠道， 培养学生具有未来社会所必需的品格、能力、思维与行为方式，这也是提高国民 素质水平的基础步骤。 北京交通大学硕士学位论文绪论 呼和浩特市教育城域网将实现大、中、小学校和幼儿园内教室、办公室、微 机室、电子备课室、教工宿舍互连成网的设计设想，这样，全市9 0 以上的中小学 将实现高速宽带“校校通”，从而达到借助这一现代化的信息教育平台，以实现全 市的教育优质资源共享，不管是城区的孩子还是农村的孩子，都能通过网络接受 到与时代同步的教育。 1 2 教育信息化工作现状及指导思想 信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，信息技术已经渗透到了社会生 活的各个领域并对人们的生产、生活和学习方式带来了巨大的变化。近几年来， 我国教育信息化建设取得了明显进展，但目前我国教育基础设施投入仍然严重不 足，东西部地区投入差距十分悬殊，教育信息基础设施发展严重失衡。信息化基 础设施提供的能力不够，导致东部优质信息资源无法通过信息基础设施传送到西 部实现共享。同时，教育资源的质量亟待提高，教育资源的整合亟待加强，这也 是目前面临的重要问题。目前，在呼和浩特市仅有部分重点中学，例如呼市二中、 和林一中建设了校园网，并已经实现与i n t e r n e t 的连接；部分重点中学、大部分 普通中学和部分小学虽然已经建立了校园网络，但未与i n t e r n e t 互连；部分中小 学目前仅有单机应用，尚未建设计算机网络。 教育城域网是教育信息化的重要载体，为了保证在教育信息化进程中发挥应 有的作用，未来的教育城域网要达到网络速度高，信息流畅的目标，要能够满足 交互式视频教学和广播视频教学的需要；要达到简单网络，师生应用压力小的目 标。减少交换层次，使学生教师可以直接进入到网络学习；要达到合理建设，避 免资源浪费的目标。在建设宽带教育城域网的条件下，统一完成电子政务和学校 管理以及数据汇总和传递；要达到注重整体性，加深理解和认识的目标。从实际 情况出发，充分考虑教育城域网用户的现实条件，做出合理的建设规划。 综上所述，教育城域网是一项投资大，持续时间长的项目，所以其对网络的 安全性、高效性、智能化管理、可扩充性等都提出了很高的要求。从总体来说， 教育城域网的目标是将本地区的教育机构全部联到网络中，最终形成一个区域性 的互联、互动、信息交换、资源共享和远程教育的基础构架，进一步接入国家教 育骨干网r 形成全国范围的网络资源共享，充分利用网络资源，提高教育资源的 北京交通大学硕士学位论文 绪论 质量和数量。为了满足教育城域网所承担的任务，其设计方案应遵循以下原则： i 高带宽。为了支持数据、话音、视频等多媒体的传输能力，应大幅提高网 络带宽，应实现从桌面至主干交换机的各级网络全方位地消除网络瓶颈，尽量避 免拥塞、显著改善响应时间，减少传输延时同时还应提供对服务质量的保障机制； 2 高可靠性。数据网络系统应采用高可靠性的产品和容错的网络结构，以便 能满足当地的实际需要，提高抗干扰能力，从而保证网络具有高度的可靠性。在 网络设计上应采取多层次的冗余备份手段和技术，保证设备在发生故障时能在最 短时间内恢复，以最大程度地保证网络的正常运转； 3 高安全性。应根据教育城域网管理制度和网络策略制定一套完善的安全政 策，提供多层次安全控制手段，建立完善的安全管理体系，采用合适的技术手段， 充分地保证网络的安全性，防止数据受侵击和破坏，此外网络应有可靠的防病毒 措施。 4 先进性。采用先进的设计思想、网络拓扑结构、开发工具，以及市场覆盖 率高、标准化和技术成熟的软硬件产品，来保证网络整体的先进性。其先进性体 现在：技术上要达到当前的国际先进水平；采用最先进网络技术以适应大量数据 和多媒体信息的传输，既要满足目前的业务需求，又要充分考虑未来的发展；保 证系统具有较强的生命力和扩展能力，满足将来系统升级的要求。 5 灵活性及开放性采用积木式模块组合和结构化设计，使网络系统配置灵活， 满足逐步完善的建网原则，以使网络具有强大的可增长性和管理、维护的方便性。 在开放性方面，系统设计应采用开放技术、开放结构、开放系统组件和开放用户 接口，以利于网络的维护、扩展升级及外界信息的沟通；在系统互连方面，网络 系统应能支持多种协议( i p 、i p x 、n e t b i o s 等) ，形成一个开放型的网络，支持各 种协议的互连；在管理和性能方面，根据网络的应用类型灵活地划分和管理虚拟 网，支持动态地跨区组建虚拟网，从而有效地隔绝各部分应用，减少不必要的网 络流量； 6 易管理、易维护。由于教育城域网系统规模庞大，需要网络系统具有良好 的可管理性，网络系统不仅应具有监测、故障诊断、故障隔离、过滤设置等功能， 而且还应尽可能选取集成度高、模块化、可通用的产品，以便于管理和维护； 7 可扩展性。网络系统应具有良好可扩展性，随着业务的增长和应用水平的 北京交通大学硕士学位论文绪论 提高，网络应可平滑地扩展和升级，而不需要对网络和设备进行大的改动，这就 要求在网络规划设计时要满足用户发展并在配置上进行预留，还要能够方便地满 足因技术发展需要而实现低成本扩展和升级的需求； 在呼和浩特教育城域网的建设过程中，我们采用租用广电的光纤把各个学校 接入到各接入层网络节点，再通过千兆光纤汇集到位于网络信息中心的核心层节 点的方式，组成教育专网。用这种方式建网，网络安全性高，自主性强，访问速 度快，便于网络的全面管理和保证网络的安全性。 1 3 选题背景及意义 目前，i n t e r n e t 国际互联网技术的高速发展极大地推动了世界经济向知识经 济的转变。基础教育必须要在培养适应市场经济和知识经济的人才方面有所作为， 这是教育界面临的一个挑战和机遇。一方面，i n t e r n e t 上存储了大量的信息资源， 包括许多学科的最新发展信息，还有大量的教育资源，国内国外绝大多数知名大 学，都在i n t e r n e t 上设立了网站，介绍学校的基本情况和最新的科研信息，国内 很多全国重点中学也在i n t e r n e t 上建立了学校网站和网校，包括港台的许多中学 网站，都提供了丰富的中文教育资源。 我国于2 0 0 0 年l o 月，由教育部颁布了“关于中小学普及信息技术教育的通 知”、“关于在中小学实施校校通工程的通知”和新的“中小学信息技术课程指 导纲要( 试行) ”三个重要文件，决定从2 0 0 1 年开始用5 一l o 年的时间，在中小 学( 包括中等职业技术学校) 普及信息技术教育，从而以信息化带动教育的现代化， 从而也揭开了我国中小学信息技术教育发展史上新的篇章。 目前，网络教育是教育信息化重点，而网络教育的重头戏是教育部确定的“校 校通”工程，基本任务包括：以多种形式实现与互联网的连通，建设共享的教育 教学资源库，实现信息技术与课程的整合。随着信息技术、通讯技术和网络技术 的快速发展，教育信息化建设已经由校园的网络建设扩展到区域和城域的网络建 设，国家鼓励有条件的城镇地区，把辖区内若干中小学校作为一个整体，学校可 直接与本区的中心教育网站相连，建设三网( 计算机网、闭路电视网、广播网) 合一的“教育城域网”目前教育城域网建设及网络教育资源的开发已经成为各 地教育部门关注的热点，很多城市已经开始规划和建设覆盖本市教育系统的信息 4 北京交通大学硕士学位论文绪论 化基础设施，其建设模式普遍采用在城市建立教育中心网站；在市、县、乡教育 系统建设局域网；在学校建设校园网，并实现校园网与教育信息网的联网。事实 上，我国教育信息化已经从校园网建设进入教育城域网建设的新阶段，部分初步 建成的教育城域网已经成为当地实现信息管理、信息传输和资源共享的主要渠道 和平台。 作为教育领域的重要信息基础设施，建设教育城域网，实现教育资源共享， 有助于改变教育资源短缺的现状，消除本地区间教育发展不平衡的状态，有利于 形成终身教育体系，提高科教水平、发展知识经济、培养优秀人才，对全面实施 “科教兴国”战略和面向2 l 世纪教育振兴行动计划，以及提高呼和浩特市的 教育与科研水平，具有划时代的意义和深远的影响。 为了迎接新世纪的挑战，教育部面向2 1 世纪教育振兴行动计划明确提出 了实施“现代远程教育工程”，形成开放式教育网络，构建终身教育体系的指导 思想为了实现这一目标，呼和浩特市教委提出：在十五期间，9 5 的乡镇所在地 的初中，要建设计算机网络信息中心，形成综合的、多功能的网络信息中心，普 通高中要配合多媒体教学设备，配备常规电教设备，多媒体设备至少一校有一个 多媒体教室。9 5 的学校要能够与中国卫星宽带网和因特网连接，即建设一个能联 网的电脑教室；对5 0 的已经实现普九的地区，要求初中、完小要配备多媒体教室 和电教设备，努力实现与中国卫星宽带网的连接。在本地区建立起一个相对集中 的教育资源中心。 呼和浩特教育城域网应能实现以下的应用目标：建设覆盖呼和浩特市整个教 育系统的骨干网络系统；建设区域性的教育信息网络中心、教育资源中心和教育 培训中心和地方教育门户站点；规划教育局及其直属学校的综合教育信息管理平 台 规划校园网络教学支撑平台；建立和完善信息化的规章制度。 北京交通大学硕士学位论文 教育城域网技术方案比选 2 1 网络方案 2 教育城域网技术方案比选 2 1 1 骨干网组网原则及方案选型比较 在网络设计集成的过程中，必须坚持“先进适用、操作简便、节省投资、易 于扩展”的方针，要遵循高带宽、先进性、开放性等原则完成各个项目。 与广域网( w a n ) 互连技术：与广域网互连主要用于两个方面，其一通过区域 层设备与覆盖各个地区的网络设备相连。其二是通过光纤网或其它通信网与电信 运营商互连，从而形成呼和浩特城域网与i n t e k n e t 的互联。 由于计算机技术发展迅速，根据摩尔定律，每隔1 8 个月芯片速度要翻一番， 这样当城域网经过设计、论证、招标、建设，完成时它有可能已经落后了。因此 城域网骨干网络系统在设计时要高标准、高起点，要具有一定的超前意识，并且 要最大限度地结合教育工作的特点，满足教育系统管理的实际需要。 2 1 2 校园网组网原则及方案选型比较 一个良好的校园网设计方案除体现出校园网络的优越性能之外，还体现在应 用的实用性、高度的安全性、高度的易用性、高度的可靠性、标准性和开放性、 高度的性能、高度的可扩展性和易管理性。 将复杂的校园网络设计分成几个层次，每个层次着重于某些特定的功能校 园网的层次化包含：教学子网、资源子网、管理子网和信息子网。 所谓校园网“模块化”，就是将校园网络中的层次按照功能组进一步细分， 相同或相近功能组作为一个模块，模块间网络结构相互独立。校园网的模块化包 含：多媒体网络教室专网、多功能教室专网、教师备课室专网、电子阅览室专网、 信息点播专网、图书馆系统专网、教学教务办公专网等； 因此，校园网层次结构关系为： 6 北京交通大学硕士学位论文教育城域网技术方案比选 校园丹层次筷块化筷星 图2 1 校园网层次关系图 根据以上的设计原则和方法，在规划校园网时要考虑以下问题： 要适应未来网络的扩展和拓扑结构的变化。 要能为特定的师生用户或用户组提供访问路径。 要保证网络能不间断地运行。 当网络扩大和应用增加时，变化的网络结构要能应付相应的带宽要求。 使用频率较高的应用能够支持网上大多数的师生用户 能合理地分配用户对网内、网外的信息流量。 能支持较多的网络协议，扩大网络的应用范围。 支持i p 的单点传送和多点广播数据流。 要达到以上这些设计要求，分层的设计功能及星型、树型和交叉型的拓扑结 构应给予足够的重视，如图。 图2 2 校园网的分层设计及拓扑结构 校园网工程是实现现代化教学和对外进行信息交流的重要基础设施，计算机 7 北京交通大学硕士学位论文教育城域网技术方案比选 网络需要覆盖所有的教学楼、办公楼和实验大楼、教师公寓及学生宿舍楼等，每 个楼内的局域网应包括主干网、楼层子网、通过通信网互连四个主要部分组成。 其中主干设备的选型是关键，应保证有足够的带宽及承载能力，有效地防止瓶颈 及拥塞，具有先进性，可升级性，可靠与安全性。 在呼和教育城域网的校园网工程中，计算机网络主干网应采用高速交换以太 网，并且在位于主要节点处的中学的主干交换设备应具备第三层交换功能，各楼 层子网采用l o o m b p s 交换以太网方案。各服务器与主机连到1 0 0 0 m b p s 端口，便于 用户多进程资源共享，桌面系统微机或工作站可根据特定的业务需求，连到 l o o m b p s 换端口。对于规模较小的学校还可以考虑采用快速以太网作为网络主干组 建校园计算机网。 2 2 组网方案选型 呼和浩特城域网建设是实现教育系统办公自动化、本系统信息共享和对外交 流的前提和基础，待建的计算机网络应该具有连接覆盖该城市内所有的教学楼、 办公楼和实验大楼、教师公寓以及教育机关等的网络设备和与该规模网络相适应 的数据处理能力 同时骨干网的选择决定了带宽及承载能力，应考虑到网络瓶颈及拥塞，分析当 今几种高速局域网，比较其性能，并结合呼和浩特教育城域网的实际，选取合理 方案。 目前城域网建设领域里被普遍采用和广泛认可的技术包括：以太网为核心的 城域网技术、基于w d m 的城域网技术、a t m 多业务城域网技术、多业务传送平台 技术( i s t p ) 、弹性分组环( r p r ) 等。下面对这些技术分别加以讨论。 ( i ) 双环结构：f d d i ( 光纤分布数据接口) 网 f i ) d i 是光纤数据在2 0 0 公里内局域网内传输的标准。f d d i 是8 0 年代至9 0 年 代成熟的主流组网技术，f d d i 的提出主要是为了实现以光纤为传输媒体的高速局 域网，采用环形拓扑结构和令牌访问控制，它不但可以支持长距离传输，而且还 支持多用户。f d d i 网络包括两个令牌环，一个用于备份以备主环失败时使用，网 络主环与备环数据流向相反。主环提供1 0 0m b p s 的速率。如果副环不需要进行备 北京交通大学硕士学位论文教育城域网技术方案比选 份，那么传输速率可以达到2 0 0m b p s 。单环可以延伸到最大距离，而双环却只能 延伸到1 0 0k m 。 其优点如下： 符合a n s ix 3 t 9 5 建议；采用分布时钟和4 b 5 b 编码；采用带优先级令牌控 制，重负荷下承载能力强；良好的可靠性措施和站管理( s l f r ) 功能，故障下可旁 路自愈；高速大容量，承载能力强，重负荷下利用率不下降；抗电磁干扰，抗雷 电，光纤传输误码率很低；可靠性高，故障下具有旁路自愈功能；具有优先级控 制；环路时延低；适于多栋大楼的楼宇间主干网络。 f d d i 的缺点和不足： 与基层以太网互连时访问控制协议及帧格式的转换会介入时延；f d d i 模块和 服务器所用f d d i 网卡价格昂贵。 ( 2 ) 异步转移模式a t m a t m 是一种基于定长信元交换的专门支持宽带多业务网络结构，信元定长为 5 3 b y t e s ，采用异步时分复用( s t d m ) 技术，将信道划分为若干虚通道( v p ) 和虚 通路( v c ) ，实现复用与交换，并且具有显著的o o s 优势，提供了较强的流量工程 能力。a t m 具有高带宽，低时延，带宽按需分配，先进的流量控制与拥塞控制技术 等优越性能。其次，固定长度的信元交换是目前最快的分组交换技术。带宽可控、 良好的安全性、低时延、电路仿真和多业务承载能力也为满足各种业务的需求提 供了保障。 t m 优点如下： 高带宽( 1 5 5 m b p s 或6 2 2 m b p s ) ，具有很强的承载能力，有效防止瓶颈；时延 及时延抖动小，适于对时延敏感的语音、图象等的传输；带宽按需分配；先进的 流量控制与拥塞控制技术( f e c i ，r r ，e r 等) ；q o s 选路及连接接入控制( c a c ) ； 多优先级控制；从l 业务适配( c b r ，v b r ，a b r ，u b r ) ，适于业务及特殊要求的业 务传输与交换；采用局域网仿真( l a n e ) 技术，与桌面系统以太网用户有效互通。 但随着网络应用的不断发展，a t m 技术也显现出许多不足之处。首先， t m 网 络设备的造价昂贵、网络结构复杂，并且传输效率较低。其次，随着i p 业务的不 断增长，a t m 必须支持t c p i p 协议，通常采用两种方式：叠加模型和集成模型。 对于叠加模型，a t m 上的i p 路由问题和i p 包的传送效率低的问题仍没有很好得到 解决。对于集成模型，由于 t m 层与i p 层成为对等层，不但增加了a t m 设备的负 9 北京交通大学硕士学位论文 教育城域网技术方案比选 载度，还造成a n i 交换机与标准的交换机不能很好地兼容等问题。第三，a i m 连接 建立的时间消耗较大，对于突发的简短通信，势必造成带宽的损失。 ( 3 ) 多业务传送平台技术( 淞t p ) 多业务传送平台( m s t p ) 是指基于s d h 、同时实现t d m 、a t m 、i f 等业务接入、 处理和传送，提供统一网管的多业务传送平台 4 。m s t p 的发展经历了从以太网透 明传输到支持第二层交换再到支持以太网q o s 的第三代 i s t p 的过程。 第三代峪t p 基于m p l s 技术，将以太网业务映射到s o i l 链路上，具有以下优 点：使用) 4 p l s 技术，具有端到端的流量控制机制；支持o o s 保障机制，提供网络 保护机制；提供v l a n 支持，对不同的用户进行隔离；提供链路容量自动调整( l c a s ) 机制和拥塞控制机制等。在数据业务应用环境下，由于业务的突发特征，虚级联 和l c a s 是衡量惦t p 带宽是否有效利用的重要指标。 ( 4 ) 弹性分组环技术( r p r ) r p r 是一种链路层协议，是为优化在环型拓扑上传输数据包而提出的一种全 新的i p 包承载技术，是适合城域网骨干层、汇聚层的组网和链路层技术。r p r 具 有双环结构、空间复用机制、灵活的业务带宽颗粒、带宽动态共享和分配、统计 复用、支持业务级别、自动识别网络拓扑结构、基于源路由的保护倒换等主要特 点。该技术一方面吸收了以太网技术的优点，另一方面吸收了s d h 的优点，如对 延时和抖动性能严格保障、可靠的时钟以及s d h 环网5 0 m s 快速保护。 r p r 是面向城域网络的技术，具有以太网的经济性、灵活性、扩展性，还拥 有s d h 的5 0 m s 快速保护的特点，并提供了一种新形的m a c 层协议，基于r p r 的网 络支持环网冗余，具有良好的可扩展性和较高的带宽利用率。 ( 5 ) 基于w d m 的城域网技术 1 i 埘技术是为满足长途传输网络的需求而发展起来的，它在光纤传输技术的 基础上采用波分复用，提供多波长链路的连接。目前，w d m 技术已从长途传输网领 域向着城域网应用领域发展。 w d m 技术具有以下优越性：首先，在光纤资源缺乏时，可极大地提高网络的 传输能力；其次，波长带宽具有动态分配能力，以适应不同业务的需求；第三， 光链路的保护方式提高了网络的可靠性，能够实现网络的自愈；第四，能够提供 高度的可管理性，可实施对每个波长的管理和监控。 l o 北京交通大学硕士学位论文教育城域网技术方案比选 w n k l 技术应用于城域网中时存在的不足之处在于：其设备的成本较高、对的 速率数据的汇聚缺乏灵活性、虽然具有o x c 和波长变换能力，但仍是光路交换模 式，配置欠灵活，无法实现分组级的交换。 ( 6 ) 高速交换以太网 以太网技术是一种成熟而古老的技术，它广泛应用于企事业单位、办公大楼 等小范围的领域。随着市场需求的出现和技术的发展，以太网技术也呈现向城域 网甚至是广域网方向扩展。 在最近两年里，千兆以太网迅速普及；现在的研究表明，在大多数网络安装 中，千兆以太网已经成为优先选择的骨干技术。随着商业网络中下一代p c 硬件和 应用的日益普及，对网络骨干及边缘上带宽的需求越来越大高速以太网 1 0 0 0 b a s e - t ，是在五类线上传送的千兆以太网，可以以一种简单而廉价的方式帮 助网络管理人员提升他们的网络性能，同时又能将现有的以太网快速以太网络向 高速网络移植。千兆以太网可以利用现有的线缆设施，从而获得良好的性能价格 比它可以在楼层内、楼内和园区内的网络上采用，因为它可以支持多种连接媒 体和大范围的连接距离特别地，千兆以太网可以在下列四种媒质上运行：单模 光纤( 最大连接距离至少可达5 公里) 、多模光纤( 最大连接距离至少5 5 0 米) 、 平衡、屏蔽铜缆( 最大连接距离至少2 5 米) 和五类线( 最大连接距离至少1 0 0 米) 。 以太网技术具有许多优越性。首先，以太网采用c s 姒c d 技术，结构简单，规划、 设计和实施容易，并且成本较低。其次，其业务的配置方便，并且技术标准化程 度高，互操作性能好。第三，以太网技术是一种应用媒体无关的技术，可透明地 与各种传输媒体连接。最后，当前的以太网技术有了飞速的发展，其速率支持 l o i 岫s 、1 0 0m b s 、1 0 0 0m b s ，甚至是l o g b s 。随着应用领域与技术的发展，其 必然从广播方式向着支持点对点的方向发展，使之更适用于大范围的网络应用。 下面概括了千兆以太网的一些特征： 1 0 0 0 b a s e - t 是为在五类线上传送数据而设计的，而五类线是现在应用最广泛 的l a n 线缆设施：1 0 0 0 队s e - t 可以采用了部分现有的快速以太网和调制解调器技 术，这些技术具有良好的性能价格比而且已经经过了实践的检验：1 0 0 0 b a s e - t 可 以逐渐地在快速以太网中部署，因为很多1 0 0 0 b a s e - t 产品都将支持1 0 0 1 0 0 0 自 动协商功能；符合i e e e 8 0 2 3 建议，采甩c s 姒c d 访问控制，传输格式与传统以 北京交通大学硕士学位论文教育城域网技术方案比选 太网一致；提高h u b 背板带宽，承载能力大大提高，有效地避免瓶颈；端口速率 独占1 0 0 0 m b p s ，比传统以太网提高十倍；端口支持生成树算法，具有网桥功能， 可隔离广播风暴；具有v l a n 功能，可灵活地根据用户需求划分虚拟网段；传输控 制协议及帧格式与传统以太网一致，两者互连无须协议转换，从而提高转换效率 并降低时延；有利于保护原有以太网投资( h u b 、网卡) ，且组网技术成熟；适用 于同一大楼内以工作组( w o r k g r o u p ) 方式组网。 但由于以太网技术是为了适应小范围的网络连接需求而产生的，在应用于城 域网时，其不足也很明显。首先，在以太网技术中，无法提供对业务质量( q o s ) 的支持。其次，其透明与广播方式的数据传输无法保障业务对通信安全性和网络 监控与流量统计的要求，其网络管理能力薄弱。 结论：高速以太网产品分为共享型与交换型两种，交换型高速以太网产品承 载能力大大提高，而且交换型h u b 每个端口具有网桥功能，即通过网管软件，可 配置虚拟网段，而不受物理位置限制，可以灵活地组网。虚拟网间隔离广播风暴， 避免瓶颈与拥塞。鉴于高速交换以太网众多优点，且价格适中( 比a t m 、f d d i 价 格低) ，而且高速交换以太网完全能够满足目前的业务类型及业务量要求，因此高 速交换以太网为本设计首选方案。 2 3 网络设备选型原则 网络技术和网络产品选型，不仅要考虑满足当前需要，还要考虑未来企业发 展和应用的变化，同时更要考虑自身的实际需求，不能一味追求产品技术的先进 和高档次，以至投入过大又不能充分利用，造成资源浪费。 建设呼和浩特教育城域网不仅要对整个网络系统进行综合分析，合理配置网 络资源，以最小的投入获得最佳的网络性能，同时要根据具体的应用情况进行主 干交换、接入层配置、各校园局域网分支和桌面计算机的速度协调，以免形成瓶 颈。呼和浩特教育城域网无论是主干还是局域子网都可以使用交换式以太网技术 为每个用户提供固定带宽，解决了共享式网络的不足。 2 3 1 骨干层网络设备选型 骨干传输层的主要目标是提供高速、可靠的传输平台，负责连接接入层节点的 北京交通大学硕士学位论文教育城域网技术方案比选 接入，该层的节点设备应具备线速无阻塞的路由转发性能，负责为全网的数据转 发提供高速的通道。因此，建议主干网的网络互连设备应选路由器或l 0 0 0 m 交换 式集线器，保证为子网和主服务器提供高速有效带宽和路由选择。 2 3 2 接入网络设备选型 呼和浩特教育城域网接入层功能是将广泛分布的各个学校和教育单位的业务 信息通过专用的线路传输到各区域层节点进行汇总和数据整理、加工。接入层交 换机应具备1 0 1 v l 1 0 0 m 自适应能力，支持v l a n ，性能稳定，质量可靠，具有较 高的背板带宽，并具备扩展能力，同时应能提供1 0 0 0 m 端口与区域层交换机高速 连接 2 3 3 校园网网络设备选型分析 在组网方案选择定位后，网络设备的选型至关重要，涉及到网络性能、效率、 可扩性、兼容性、服务支持及价格等诸多问题。 从校园网主体设备的选型上看： 计算机与计算机或工作站与服务器连接时，除了通信线路外，还需要一些中 介设备，它们包括：传输介质连接设备、网络适配器、集线器设备、交换机设备、 i n t e r n e t 接入设备、路由器等。 另外校园网硬件设备中还包括服务器、p c 机、大容量存储设备和投影仪、电 视墙、摄像机等。在建设校园网的过程中应根据学校具体情况，选择不同性能与 价格的硬件设备，既能满足学校各方面的要求，又符合学校的经济状况。 2 4 计算机设备选型 服务器作为网络的核心设备，其性能的优劣直接影响网络的运行和稳定，在 进行设备选择时应给予优先考虑。 1 w e b 服务器选型分析 根据校园网服务器的应用特点，w e b 服务器选型应该按照如下原则： 要求反应时间短，能快速响应和处理用户的访问需求：具有强大的信息吞吐 能力、多w e b 站点和内容缓存、能在一定投资下提供更多的访问服务和提高用户 北京交通大学硕士学位论文 教育城域网技术方案比选 满意度；易于发布和实现信息共享；易于建立和运行w e b 应用，简化业务进程； 具有可靠的品质，保证w e b 服务不间断；易于设置和管理，使网络管理变得更容 易； 易于扩展，满足业务的扩大需求，保护用户投资。 2 视频点播服务器选型分析 在一些校园网系统集成软件里面带有视频点播的功能，这部分功能通常由一 台综合性校园网服务器来完成。而要实现比较大型的视频点播的功能，则需要单 独的一台v o d 服务器、单独的视频点播软件来完成，并考虑外加扩展柜的方式， 确保在高清晰度视频图像的情况下能支持更多的并发流量，以便在高峰点播时问 不会出现系统瓶颈。因此对视频点播服务器的选型和对服务器的磁盘子系统、内 存子系统、网络子系统、处理子系统都有不凡的要求。在视频点播系统中服务器 支持的并发用户的数量基本上确定了服务器的档次，而具体需要点播的内容的容 量则要考虑服务器的扩展能力。 3 。其他服务器 在大型校园网中，还有e - m a i ! 、b b s 、资源库，远程教育、电子预览等应用。 此外学校图书馆的图书管理系统一般就建立在图书馆的内部，通常与校园网 机房中心是分开的。图书馆的图书管理系统一般采用服务器双机的方式，以保证 系统在工作时间不停机，确保操作中的图书借还信息的不丢失；同时还要采用r a i d 方式保证数据的安全。 在校园网服务器的选型中，不存在惟一最佳选择方案，对服务器的选择要综 合考虑各种服务器性能、价格及网络应用需求。应用较多的产品包括i 脒系列服 务器、d e l l 服务器、呻服务器、c o 肿a o 服务器等，可以作为校园网服务器，用于 主d n s 、w e b 浏览及f t p 服务，作为辅服务器可以用于辅d n s 、邮件和代理服务， 以及视频点播服务。同时，由主、辅服务器相互进行双机热备份。 l 北京交通大学硕士学位论文教育城域网网络设计 3 教育城域网网络设计 3 1 教育城域网的网络三级体系构架 呼和浩特教育城域网建设是实现信息化教学、信息共享和对外交流的前提和 基础，待建的计算机网络应基本覆盖该市市区的所有教育机构，因此从网络结构 设计来讲宜采用三级体系构架。此三级层次依次为：核心层、区域层、接入层节 点。其中，核心层节点和区域层节点共同构成骨干网络，而核心层节点与区域层节 点的差别在于是否是目前教育网的出口节点，具有教育网出口的节点共同组成核 心层，其中电教馆又是核心的核心；区域层节点根据地理位置和广电网络节点位 置来确定这种设计思路将各个分散的教育基层部门通过灵活的接入方式集中到 接入层节点上；各个地方的接入层节点再集中连接到各个地区的区域层节点设备 上；然后这些地区的区域层节点通过高速光纤数据链路连接到就近的广电网节点 上；数据处理能力极强的核心层节点之间通过多条高速信道互相连接起来，这样 就实现了各个基层教育部门之间的层次化连接。这种网络结构能够实现更大的网 络覆盖，便于进行计算机网络的层次化管理，提高了网络的可靠性和接入的灵活 性。 3 2 城域网骨干网络设计 为了保证呼和浩特教育城域网的可靠性，本网络的骨干网设计是关键，骨干 网上的节点必须稳定可靠，否则会影响所有与之相连的节点 3 2 1 骨干网组网原则及方案选型比较 在网络设计集成的过程中，必须坚持“先进适用、操作简便、节省投资、易 于扩展”的方针，要遵循高带宽、先进性、开放性等原则完成各个项目。 与广域网( w a n ) 互连技术：与广域网互连主要用于两个方面，其一通过区域 层设备与覆盖各个地区的网络设备相连。其二是通过光纤网或其它通信网与电信 运营商互连，从而形成呼和浩特城域网与i n t e r n e t 的互联。 北京交通大学硕士学位论文教育城域网网络设计 由于计算机技术发展迅速，根据摩尔定律，每隔1 8 个月芯片速度要翻一番， 这样当城域网经过设计、论证、招标、建设，完成时它有可能已经落后了。因此 城域网骨干网络系统在设计时要高标准、高起点，要具有一定的超前意识，并且 要最大限度地结合教育工作的特点，满足教育系统管理的实际需要，还要考虑到 网络维护与使用的复杂性，以及网络管理与使用人员的熟练程度等。在设计方案 中可采取总体设计、分步实施的建设方案，使系统的完善程度始终与用户的阶段 性需求相一致，即在城域网使用总体水平不断提高的过程中，逐步完善城域网的 组成部分，最终达到系统总体设计要求。这样还可以根据发展情况逐步添置。 高速以太网产品分为共享型与交换型两种，交换型高速以太网产品承载能力 大大提高，而且交换型h u b 每个端口具有网桥功能，即通过网管软件，可配置虚 拟网段，而不受物理位置限制，可以灵活地组网。虚拟网间隔离广播风暴，避免 瓶颈与拥塞。鉴于高速交换以太网众多优点，且价格适中( 比a t i i 、f d d i 价格低) ， 而且高速交换以太网完全能够满足目前的业务类型及业务量要求，因此高速交换 以太网为本设计首选方案。 3 2 2 骨干网组网设计方案 主干网的选择决定了带宽及承载能力，应考虑到网络瓶颈及拥塞，分析当今 几种高速局域网，比较其性能，结合呼和浩特教育城域阿的实际，其核心层网络 互联拟采用高速交换以太网方案，选择具有支持s d h 能力的高端路由器设备，并 注意其数据处理交换能力。区域层子网采用千兆交换以太网方案，可选取具有g e 接口的中高级路由器来实现区域层的功能。 教育系统对于网络的需求与企业的需求不同，在搭建教育城域网的时候必须 充分考虑拓展性。对于呼和浩特教育城域网来说，由于将有越来越多的资料信息 和管理平台放到该网络上，越来越多的用户使用教育城域网，教育城域网核心层 网络的可扩展性和可靠性成为选择网络设备的重要标准。 其示意图如下： 1 6 北京交通大学硕士学位论文 教育城域网网络设计 3 3 接入网解决方案 图3 1 呼和浩特教育城域网骨干环网 3 3 1 接入层方案定位 为了最终实现各个学校和基层教育部门的接入，接入层网络应提供以下功能： 一是可靠灵活的连接方式：呼和浩特教育城域网接入层网络应成为连接各个 校园网，办公网的主要设备这些网络之间的沟通，均通过接入层网络来实现。 并且由于这些网络能提供的接口标准并不统一，因此接入层网络必须提供灵活多 样的网络接口，以满足不同的网络连接需求。 二是高速