校园网的设计与实现-文献综述

文献综述 题 目 校园网的设计与实现 学生姓名 专业班级 网络系统管理12 01 学 号 0 院 系 学院 指导教师 职称 教授 完成时间 2016年 3月 25日 校园网的设计与实现 专业班级 网络系统管理 12 1 姓名 学号 0 1 关于校园网建设相关技术综述 1 摘要 自 1995 年中国教育教研网 CERNET 建成后 校园网的建设已经进入到一 个蓬勃发展的阶段 校园网的建成和使用 对于提高教学和科研的质量 改善 教学和科研条件 加快学校的信息化进程 开展多媒体教学与研究以及使教学 多出人才 科研多出成果有着十分重要而深远的意义 其主要包括各种局域网 的技术思想 网络设计方案 网络拓扑结构 布线系统 Intranet Internet 的应用 网络安全 网络系统的维护等内容 各高校及其中小学都在筹备建设 校园网 希望通过校园网的建设 改善办学条件 提高教学 科研和管理水平 校园网络的建设对于学校来说是一项大的工程 必须精心设计 精心施工 做 到经济适用 技术先进 开放性能良好 投资强度合理 与国内外网络互联 能长期 稳定运行的高性能的校园网络 2 校园网的发展过程 随着互联网的不断发展 网络已经融入到我们的生活和学习当中 高校校 园网做为一个成功应用的实例 给学校的教学及管理带来了新的方式 成为学 校教育活动的发展平台 因此也成为教学和管理中不可或缺的一部分 我国 高校校园网的发展可分为三个阶段 第一个阶段是大部分学校没有网络设备阶 段 我国已经基本渡过这个阶段 据不完全统计 我国现在大学校园网的覆盖 率已经达到 100 第二个阶段是学校网络设备处于比较杂乱的阶段 我国现有 高校的大部分校园网都处在这个阶段 第三个阶段是学校的校园网可以提供一 个高效 安全的平台 为高校的教育事业发展提供良好的条件 这个阶段也是 我们校园网发展的更高目标 校园网的发展带着高等教育走进了一个新的时代 因此 搞好校园网络建设 对教学的改革及学习方法的改进十分重要 是教育 现代化的重要内容 3 发展校园网的重要性 3 1 校园网是信息交流的平台 校园网是教育信息化 乃至教育现代化建设的重要内容 校园网在学校教 校园网的设计与实现 专业班级 网络系统管理 12 1 姓名 学号 0 2 育教学工作中其作用的发挥程度如何 反映出一所学校 一个地区的教育信息 化水平 现在的校园网可以为师生提供教学 科研和综合信息服务的宽带多媒 体网络 校园网内各计算机通过局域网进行连接 实现网络信息管理 资源共 享和信息交流等 并能通过广域网实现校园内外和国内外的教育资源共享与交 流等 3 2 校园网是高等院校对外的主要窗口 高等院校的对外宣传是发展学校 建设学校的一个重要手段 有再好的教 学资源和师资力量但社会大众不了解 人们也是不会认可和信赖这所学校的 现在社会各界了解学校几乎都是通过网络来完成的 网络中又以校园网为主 所以建设一个快速 稳定 方便的校园网是高等院校对外宣传的重要保障 4 校园局域网的规划与设计 4 1 校园网的发展现状及存在的问题 目前我国高校的校园网覆盖率已达到 100 但任然存在一些问题 如学校 网络设备比较杂乱 管理水平不到位等 网络速度慢 稳定性差等等 导致校 园网没有得到充分的利用 4 1 1 网络速度慢 稳定性差 制约了社会对学校的关注度 网络中经常会出现网络速度慢的情况 由于引起网络速慢的原因复杂多变 使得网络速度成了网络管理中最常见也最头疼的问题之一 因网络速度与硬件 设施有着密切的关系 硬件的建设资金投入是比较大的 所以现在一些高校还 没有充足的资金来建设硬件设施 保障不了通信线路的承载能力 网络的速度 也跟不上 而且现在高校的网络设备的生产厂家和品牌五花八门 网络设备不 能实现最优结合 也造成了校园网的稳定性差 速度慢 稳定性差 这两方面 对于用户来说是非常忌讳的 没有人愿意花太多的时间去等待网页的打开 这 也就导致了人们不得不放弃或用其它渠道来了解学校 这样严重影响了学校被 关注的程度 4 1 2 校园网的建设不能充分的为教学改革提供良好的帮助 很多学校在校园网的建设的同时 对于多媒体教学的资金投入也很多 但 是在使用这两个先进的教学手段的时候却是各行其政 并没有在必要的时候将 校园网的设计与实现 专业班级 网络系统管理 12 1 姓名 学号 0 3 两种技术结合起来以带来更大的教学效果的发挥 校园网的普及给教育教学增 添了便利和新的手段 但它并没有把师生之间的传统关系信息化 只是单纯的 把老师的工作简单化 方便化 但并没有对学生的学习方式产生必要的影响 4 2 对校园网的发展的建议 校园网建设是各个高校建设的重要组成部分 它是一项基本的 长期性的 工作 它的建设水平是学校整体办学水平的一个重要标志 校园网在教育教学 中的有效应用 不仅可以改革传统的教学模式 教学方法 而且将促进教育观 念 教学思想的转变 是推进课程改革的基础平台 是实施素质教育的重要手 段 也是教育现代化的重要标志之一 只有建设合理的 符合学校发展和师生 员工需求的信息化校园 才能充分发挥校园网的重要功能 4 2 1 结合学校实际 科学规划完善功能 信息时代的今天 高校和网络有着息息相关的联系 但校园网的建设需要 投入大量的资金 所以在建设过程中 我们要科学规划 精打细算 充分利用 现有资源 发挥网络在实际运用中的功效 计算机的软硬件升级很快 价格下 降也很快 只要使网络符合 开放 标准 可扩展 的建网原则 并具有较强 的教学服务功能 那么 在建设校园网的时候没有必要一步到位 资金不足的 学校可以分布的实现网络的每一个功能 最后达到网络的高安全 可运营 易 管理 不能一哄而上 临时拼凑 购买廉价产品 更不能重复建设 造成资源 的浪费 影响网络在实际应用中的功效 要做到 科学规划 逐步推进 因校 而定 注重实效 4 2 2 师生共同建设高水平的管理团队 取长补短 完善网络应用及维护 网络功能的强弱 使用效率的高低 在很大程度上受限于管理人员的水平 目前 许多学校都拥有一支在网络管理和安全维护方面的高素质队伍 但在校 园网应用中 很少投入人力 物力去开发创新 开发人员相对缺少 而对一般 的老师和学生进行校园网使用技术的培训更是少之又少 从而影响校园网为现 代教育提供及时 高效的服务 我们要加强老师与学生之间的沟通 因为他们 是网站最直接的使用者 通过他们对网站的反馈来不断的使校园网的应用更加 广泛 功能更加完善 软硬件的运行关键在于管理 管理水平的高低直接影响 着设备的最优使用 所以 高水平的管理团队对校园网的普遍应用和正常维护 校园网的设计与实现 专业班级 网络系统管理 12 1 姓名 学号 0 4 是非常重要的 4 2 3 实行同域内高校共建主干网 分而自治 加强网络信道的建设 网络速度的问题与网络信道有着密切的关系 我们都知道光纤的传送速度 和同轴电缆的传送速度是不能用一个量级来衡量的 目前大部分院校建立的校 园网都是学校单方面投入建设主干线路 由于受到资金及场地的限制 导致了 主干线路的带宽不是很大 严重影响了网络的速度 鉴于这种情况 提倡将同 区域的一些院校联合起来 共同建造主干网 这样可以集各所学校的财力来建 设一个带宽足够用的网络通信信道 同样的方式我们可以建造一个更加安全的 中心机房 然后由各院校各自管理自己的信息 组织技术人员对自己的网站进 行维护 这样就解决了网络传输速度慢的问题 4 3 校园网建设中的主要技术 4 3 1 传统局域网 LAN 技术 1 集线器加路由技术的利弊 共享带宽的 LAN 设计在用户较少且设备 间只需传送少量的文件时是十分有效的 但是当 LAN 越来越大 越来越复杂 用户又需要实时访问网络资源时 这种体系结构固有的较大的并且不确定的延 迟就会妨碍多媒体和 client server 应用 也会妨碍主机到大型机的连接 解 决这一问题的思路是对 LAN 分段 采用集线器加路由器术可以实现 LAN 分段 单个网段可能是以速度 4 Mbps 或 16 Mbps 运行的令牌环 也可能是在双绞线 或同轴电缆上运行的 10 Mbps 的以太网 采用集线器加路由器配置 将这些网 段连接在一起 开始时 该网络可正常运行 但随着网络应用的扩大和带宽的 需求增长 会产生问题 每个路由器需要从各个网段读取数据并向前传送到其 域内的另一个网段 或把数据释放到公共主干上 所以每个路由器处理分组时 都有一个延迟 即等待时间由数据通路上的多路由器导致长的等待时间 会使 网络慢下来 大文件通过时甚至会使整个网络陷于瘫痪 为解决这个问题又提 出了局域网交换的方案 2 局域网交换和 ATM 局域网交换技术为现存的共享媒体 LAN 如以太 网和令牌环网 注人了新的括力 通过对共享 LAN 分段实现 有效地减少了每 个共享网段上网络设备的数量 通过将通信量隔离到特定网段为整个网络提供 更大的总带宽 并且通过下面将论述的 VLAN 增加了配置的灵活性 用 MAC 地址 校园网的设计与实现 专业班级 网络系统管理 12 1 姓名 学号 0 5 在网段间传送数据报 如果交换机不知道目的网段 则采用泛洪法迅速将数据 报传送到除源网段外的所有网段 文件服务器直接连到交换机上 那么网络内 部的通信量就会得到明显的改善 数据不需要穿过一系列的不能处理高通信量 的路由器 交换机可以自动完成翻译 所以数据能快速穿过网络 不会减速 ATM 是把传统的电路交换与现代的分组交换结合起来 利用电路交换的实时性 好和分组交换的灵活性强的优点而发展形成的一项新的交换技术 ATM 技术以 固定长度 53 个字节的短信元作为信息传输的单位 有利于综合业务传输和高速 交换 信元头长固定为 5 个字节 使结点的功能尽量减少 只用硬件就可以对 信元进行处理 提高了速率 ATM 的低延迟 高带宽 高容量 可伸缩性 支持不同速率等一系列特点 使之适于多媒体通信 实时性要求不高的传统应用靠 FDDI 而时性要求高的 如图像声音等 则引导上 ATM 主干网 负载均衡 各得其所 可以相当程度 上避免瓶颈问题 一旦某一主干出现故障 其通信量即可迂回到另一主干上 因而提高了校园网的可靠性 4 3 2 新型局域网 无线局域网 随着无线局域网技术的发展 大量的成熟的产品进入了市场 越来越多的 人们享受到了无线带来的便利和高效 在人们集中的地方 在人们需要大量信 息的地方 在人们经常需要移动的地方 无线局域网成为人们的首选 各类校 园的无线局域网覆盖已经在世界范围内成为潮流 针对不同区域的无线网络 覆盖方案有所不同 各有特点 1 教学楼 教学楼通常主要的部分是教室 这也是学生和教师主要的活 动场所 教室的结构是完整的整体空间 在每个教室安排一个或多个无线 AP 无线网络就可以覆盖教室的各个角落 教室中无线上网就实现了 2 办公楼 办公楼通常由若干独立的办公区间构成 空间被各种功能隔 墙阻断 需要使用一定数量的 AP 并选择适当的位置安排 才能使办公区域完全 得到无线网络覆盖 3 图书馆 图书馆是以大的宽敞的空间为主的建筑 特别适合使用无线 局域网来实现网络覆盖 使用的设备少 而且覆盖的效率还比较高 4 学生宿舍 现在的大学 很多学生都有自己的电脑 在宿舍当中上网 校园网的设计与实现 专业班级 网络系统管理 12 1 姓名 学号 0 6 是非常必要的 实现宿舍的无线网络覆盖通常是在宿舍的走廊里布局若干 AP 让无线信号穿过门窗和墙壁覆盖到各个宿舍房间 还有一种是用室外无线覆盖 的方法 即从宿舍楼的外面架设 AP 和天线 透过窗户让无线网络信号进入各个 宿舍房间 相对来讲室外的方法 构成无线网络的成本相对低一些 5 教工住宅 教工住宅的无线覆盖与一般的家用无线网络的模式非常接 近 主要的功能是方便在已经装修好的房间中提供无线的网络连接 也为拥有 多台电脑的家庭连接宽带网提供方便 只要在每个家庭中安装无线 AP 即可 6 运动场馆 草坪 广场 这些地方可以使用室外型 AP 加上功率放大 器和适当的天线来完成大面积的空旷地带的无线网络覆盖 4 3 3 VLAN 技术的应用 计算机网络影响了现代生活的很多方面 在各大高校内部也都建立起了局 域网 但是由于接入设备的越来越多 迫切需要一中技术解决在局域网内部出 现的利与广播风暴一类的问题 VLAN 的产生就解决这个问题 1 VLAN 技术概述 VLAN Virtual Local Area Network 也就是虚拟局 域网 是一种建立在交换技术基础之上的 通过将局域网内的机器设备逻辑地 而不是物理地划分成一个个不同的网段 以软件方式实现逻辑工作组的划分与 管理的技术 IEEE 于 1999 年颁布了用以标准化 VLAN 实现方案的 IEEE 802 1Q 协议标准草案 VLAN 的作用是使得同一 VLAN 中的成员间能够互相通信 而不 同 VLAN 之间则是相互隔离的 不同的 VLAN 间的如果要通信就要通过必要的路 由设备 2 VLAN 的优点 可以控制网络广播 在应用了 VLAN 技术的局域网中 缩小了广播的广播域 在一个 VLAN 中的广播风暴也不会影响到其他的 VLAN 从而有效地减小了广播风暴对局域网网络的影响 增强了网络的安全性 在局 域网中应用 VLAN 技术可以把互相通信比较频繁的用户划分到同一个 VLAN 中 这样在同一个工作组中的信息传输只在同一个组内广播 从而也减轻了因广播 包被截获而引起的信息泄露 增强了网络的安全性 还有就是在学校的局域网 中各个部门要求的安全等级是不一样的 例如学校图书馆和学校办公室之间的 网络就有着不一样的访问者和用户 因此我们可以应用 VLAN 技术把办公室和图 书馆网络分到不同的工作组中 如果不使用 VLAN 技术就需要两个交换机来实现 校园网的设计与实现 专业班级 网络系统管理 12 1 姓名 学号 0 7 同样的功能 但是应用 VLAN 技术节省了学校的财力 2 3 简化网络管理员的 管理工作 在应用 VLAN 技术后网络管理员就可以轻松的管理网络 例如学校的 办公室在物理上并不处在同一个位置 在不同的教学楼和办公楼 但是应用了 VLAN 技术网络管理员就可以在应用了几条指令的同时完成设备在不同物理位置 上的相同工作组的配置 3 VLAN 的划分方法 VLAN 技术对工作组的划分方法有三种 一是基于端 口的划分方法 二是基于 MAC 地址的划分方法 三是基于网络协议的划分方法 5 校园局域网设计实例 5 1 网络设计目标 主要用于多媒体教学 行政办公 学籍和人事管理 图书管理 财务管理 信息共享 视频点播 WEB 服务 电子公告 科研和技术交流以及 Internet 应 用等 提高教员的效率 允许教员和其他学院的同仁一起参与更多的项目研 究 提高学生的效率 消除交作业难的问题 允许访问者使用他们的无线笔记 本电脑从园区网络访问互连网络 保护网络防止入侵 5 2 系统设计原则 1 实用性 指从实际情况出发 使之达到使用方便且能发挥效益的目的 2 先进性 指采用当前国际先进成熟的主流技术 采用业界相关国际标 准 设备选型要是先进和系列化的 系统应是可扩充的 能够便于进行升级换 代 3 安全性 指用各种有效的安全措施 保证网络系统和应用系统安全运 行 安全包括 4 个层面 网络安全 操作系统安全 数据库安全 应用系统安 全 4 可扩充性 指采用符合国际和国内工业标准的协议和接口 从而使校 园网具有良好的开放性 实现与其他网络和信息资源的互联互通 并可以在网 络的不同层次上增加节点和子网 5 3 网络安全 网络安全是指网络系统的硬件 软件及其系统中的数据受到保护 不受偶 校园网的设计与实现 专业班级 网络系统管理 12 1 姓名 学号 0 8 然的或者恶意的原因而遭到破坏 更改 泄露 系统连续可靠正常地运行 校 园网络特别是已与 INTERNET 相连的校园网络 对于网络的安全防范就显得特别 重要 因为一次的恶意破坏或管理人员的误操作都会带来巨大的损失 因此 一方面要加强管理人员及使用者的技术培训及有关法律和道德教育 另一方面 要建立起一套有效的软 硬件的监控 防护体系 有条件的学校可以采用高性 能的防火墙软 硬件 防火墙系统是网络安全策略的一个重要方面 Internet 防火墙是这样的系统 或一组系统 它能增强机构内部网络的安全性 防火墙 系统决定了哪些内部服务可以被外界访问 外界的哪些人可以访问内部的哪些 服务 以及哪些外部服务可以被内部人员访问 要使一个防火墙有效 所有来 自和去往 Internet 的信息都必须经过防火墙 接受防火墙的检查 防火墙只允 许授权的数据通过 并且防火墙本身也必须能够免于渗透 教学局域网的安 全与防范措施 1 可靠的布线是安全的重要保证 必须严把网络连线 接 口部位的质量 确保信号的畅通传递 2 采用双机容错机制 用两台服务 器确保当一台发生放障时 另一台可及时投入使用 3 采用 HUB 的容错功 能 通过安装多个 HUB 将整个教学网络划分为若干个网段 使某个网段的个别 点故障不至于影响到整个网络的运行 同时 故障的排除也容易 4 上网 的一切软件必须经过消毒处理 以防为主 5 4 线 的选择 一般而言 局域网所使用的连线有双绞线 同轴电缆 光缆三种 在校园 局域网中 需要根据实际情况 选择对应的布线线缆 比如对于校园内楼宇间 的连接线缆 由于是暴露在室外 常年受到日晒雨淋的影响和雷电的干扰 此 时使用光缆作传输介质最为适宜 因为光缆具有高带宽 传输距离远 抗干扰 能力强 安全性好 抗老化和高寿命等显著特点 此外 就目前大多数校园网 的应用情况而言 校园网上承载的传输信息中 多媒体信息的传输量将会越来 越大 如多媒体教学 电子阅览 视屏点播等应用 主干网传输介质必须具有 承载千兆速率的能力 此时只有光缆才能满足户外主干网的布线需求 校园网为园区网 楼群间子系统采用光缆连接 可提供千兆位的带宽 有 充分的扩展余地 如果选择双绞线 由于没有屏蔽层 在室外很容易感应雷电 而产生干扰 甚至损坏设备 双绞线因受室外恶劣环景的影响 容易老化 寿 校园网的设计与实现 专业班级 网络系统管理 12 1 姓名 学号 0 9 命短 而且双绞线不容许超过 100 米 它不适合作连接楼与楼之间的主干电缆 不过对于校园室内的布线介质 由于需要管理区子系统并入设备间子系统 集 中管理 所以线缆的长度比较大 由于光缆价格昂贵 选择双绞线是比较实际 的 而且目前的屏蔽双绞铜线 STP 的抗干扰和传输距离比较好 不仅可支持 一般的学校信息管理应用对网络传输带宽的要求 而且完全支持 MPEG 2 等格式 的多媒体信息 6 总结 现如今 计算机网络已经深入到人们生活的方方面面 局域网与人们的生 活的联系最为密切 局域网的规模大到企业级局域网 小到家庭式局域网 对 局域网的掌握是每个当代大学生应必备