新一代校園網絡的設計與規(guī)劃

1、文檔供參考，可復制、編制，期待您的好評與關注！ 新一代校園網絡的設計與規(guī)劃摘要校園數字化已成為衡量高等院校學術水平和管理水平的重要標志,而校園網絡系統(tǒng)是數字化校園的重要基礎設施。本文主要研究校園網規(guī)劃設計中的一些基本技術問題以及合理解決方案,討論了校園網絡系統(tǒng)的功能組成,并對于如何建立和完善校園網絡系統(tǒng),尤其是校園網絡系統(tǒng)的功能設計提出了自己的一些看法。關鍵詞校園網絡；設計；規(guī)劃1. 數字化校園網概述1.1校園網定義校園網是一個通俗意義上的概念,目前還沒有統(tǒng)一的解釋。按字面理解校園網就是校園內部的計算機網絡,但是這種說法不能充分提示校園網的作用、意義和內涵。國際互連網被稱為全球的信息高速公路,

2、有人按照這種說法,稱校園網是學校內部的信息高速公路,這種說法很簡單形象。我們認為校園網是利用現代網絡技術、多媒體技術及Internet技術等為基礎建立起來的計算機網絡,一方面連接學校內部子網和分散于校園各處的計算機,另一方面作為勾通學校校園內部網絡與外部Internet的橋梁。校園網是為學校的教學、管理、辦公消息交流和通訊等服務的。1.2數字化校園網數字校園是一個范圍很廣的概念,它包括了現實校園及數字化空間,也包含了當前流行的虛擬大學?，F實校園是數字校園的基礎,數字校園是現實校園通過信息技術在時間和空間上的擴展與延伸,它包含了現實校園及其所衍生出來的數字空間,虛擬大學是數字校園的遠程教育功能部

3、分,是數字校園的對外服務的部分職能,它是傳統(tǒng)校園數字化后社會功能的延伸。1.3數字化校園網的功能網絡基礎層:校園計算機網絡是數字校園的最基礎的設施,沒有相應的網絡基礎設施,數字就不能流動,就更談不上形成數字空間;網絡基礎設施除了計算機連成的網絡還應該包括校園數據網絡和服務器系統(tǒng),它們是保障信息存貯與傳輸的硬件基礎。網絡基本服務層:網絡基本服務是數字流動的軟件基礎,包括電子郵件、文件傳輸、信息發(fā)布、域名服務、身份認證、目錄服務、網絡教學、網上辦公、網絡會議、校園一卡通等;它是衡量網絡系統(tǒng)功能是否完善的一個重要標志。應用支撐系統(tǒng)層:應用支撐系統(tǒng)是數字校園的核心支持系統(tǒng),它直接管理各種信息資源并且提

4、供信息資源的保護措施,并根據相關的邏輯提供給用戶使用,是數字校園的支撐平臺。信息服務系統(tǒng)層:信息服務系統(tǒng)是校內用戶的主要使用界面,它將條理化的數據按照用戶的需求提供服務。虛擬大學層:虛擬大學(即網絡學校)是校園數字化后功能的自然擴展,使大學的功能突破圍墻的限制,成為一個可以覆蓋網絡可達范圍的無疆域的大學。1.4校園數字化的意義當今世界,綜合國力的竟爭越來越表現為經濟實力,國防實力和民族凝聚力的競爭。教育的發(fā)展在增強綜合國力方面有著基礎性的戰(zhàn)略地位。國運興衰,系于教育。知識經濟時代是以科技和教育高度發(fā)展為前提的經濟。據經濟學家估計,當今發(fā)達國家技術進步因素對經濟增長的貢獻率占60%一80%,其中

5、教育和培訓的貢獻率為20%既左右。教育在知識經濟時代的關鍵作用已成為國際社會的普遍共識。加快教育發(fā)展,將會為經濟的發(fā)展提供莫大的動力和潛力,教育發(fā)展己經成為經濟發(fā)展的最直接的因素。當今時代教育與經濟、科技、社會的結合越來越密切、正成為推動科技進步和經濟社會發(fā)展的重要力量。另外,終身學習是當今社會發(fā)展的必然趨勢。而依賴信息技術的遠程教育打破了時空的界限,為更多的人提供了更多時間與空間來獲得更多的教育。因此,高校作為教育系統(tǒng)的重要組成部分,其信息化建設有著重要的意義,數字校園作為信息化建設的重要發(fā)展階段,其建設與發(fā)展也就尤其重要。2. 校園網絡系統(tǒng)現狀與發(fā)展動態(tài)2.1計算機網絡技術的不斷進步第一階

6、段:誕生階段20世紀60年代中期之前的第一代計算機網絡是以單個計算機為中心的遠程聯(lián)機系統(tǒng)。典型應用是由一臺計算機和全美范圍內2000多個終端組成的飛機定票系統(tǒng)。第二階段:形成階段20世紀60年代中期至70年代的第二代計算機網絡以多個主機通過通信線路互聯(lián)起來,為用戶提供服務,興起于60年代后期,典型代表是美國國防部高級研究計劃局協(xié)助開發(fā)的ARPANET。主機之間不是直接用線路相連,而是由接口報文處理機(IMP)轉接后互聯(lián)的。第三階段:互聯(lián)互通階段20世紀70年代末至90年代的第三代計算機網絡是具有統(tǒng)一的網絡體系結構并遵循國際標準的開放式和標準化的網絡。ARPANET興起后,計算機網絡發(fā)展迅猛,各

7、大計算機公司相繼推出自己的網絡體系結構及實現這些結構的軟硬件產品。第四階段:高速網絡技術階段20世紀90年代末至今的第四代計算機網絡,由于局域網技術發(fā)展成熟,出現光纖及高速網絡技術,多媒體網絡,智能網絡,整個網絡就像一個對用戶透明的大的計算機系統(tǒng),發(fā)展為以Internet為代表的互聯(lián)網。2.2校園網絡系統(tǒng)功能的不斷完善伴隨著計算機網絡硬件技術的飛速發(fā)展,結合當前不斷新開發(fā)出的各種網絡軟件產品的廣泛應用,使得我們對校園網絡系統(tǒng)的功能需求也越來越高,而在這些需求之下,它的功能也就不僅僅是提供工Internet服務那么簡單了,開始逐漸斷趨向于完善。國內領先的網絡設備及解決方案提供商神州數碼網絡在京正

8、式發(fā)布“第三代服務型高校校園網”的概念,并提供了第三代服務型高校校園網的解決方案,“第三代”概念的提出意味著T1技術的應用在教育領域的發(fā)展進入了一個新的階段,為高校發(fā)揮校園網價值,為高校建設數字化校園,提升教學、科研競爭力提供了新的思路。其背后是高校用戶需求層次的提高和IT技術的飛速發(fā)展。3. 校園網布線問題分析3.1校園網的組成基于虛擬互聯(lián)技術的校園網的建設是為了有效提升信息傳輸效率，保證信息傳輸的安全性。在網絡布線的建設中，信息傳輸線路的集中統(tǒng)一使得信息能夠更為高效的進行處理與傳輸。在對基于虛擬互聯(lián)技術的校園網的構造設計中，采用模塊化設計思路，通過將的信息傳輸系統(tǒng)進行模塊化劃分，實現對不同

9、模塊的有效管制與擴展，通過模塊化建設，基于虛擬互聯(lián)技術的校園網在建設中有效解決了布線復雜，以及線路復雜帶來的搭建問題，維修問題和擴展問題等。通過將信息傳輸線路進行劃分，實現了對線路的有效控制，在線路模塊化的基礎上，用戶還能夠根據實際需求對布線進行改進和調整，實現綜合布線的優(yōu)化配置。基于虛擬互聯(lián)技術的校園網的組成主要包括工作子系統(tǒng)，水平干線子系統(tǒng)，管理間子系統(tǒng)及設備間子系統(tǒng)等，眾多子系統(tǒng)的劃分，是基于虛擬互聯(lián)技術的校園網模塊化建設的實際體現。工作區(qū)子系統(tǒng)的構成主要包括信息插座，信息連接器和設備的信息接收口。設備終端通過連接信息插座而實現網絡數據和視頻音頻信號的傳輸，信號插座在接收數據信號后通過信

10、息連接器將信息內容轉接給設備的信息接收口，進而實現信息數據的有效傳輸。管理間子系統(tǒng)的運作則是通過對分布在樓層建筑中的分區(qū)管理系統(tǒng)進行控制而實現的。配線架在對信息傳輸線路進行交連后，通過線路的互連對傳輸的信息進行定位，進而確定信息在樓層中的確切位置，為信息接收設備的接口連接提供準確的定位。設備間子系統(tǒng)的建設實現了信息系統(tǒng)中不同電子設備之間的信息傳送，設備間子系統(tǒng)通過連接中的主配線架，路由器和核心交換器等裝置，使得外部信息能夠有效的引入到電子設備之間，進而傳輸至不同的樓層。3.2校園網的建設規(guī)劃原則3.2.1強化校園網信息傳輸系統(tǒng)的建設基于虛擬互聯(lián)技術的校園網在對信息傳輸線路進行建設時，應加強對信

11、息傳輸系統(tǒng)的建設，通過信息傳輸線路的系統(tǒng)化建設，網絡布線實現了對信息傳輸技術的進一步深化，伴隨著教學的開展，信息傳輸體系將進一步完善，以更為系統(tǒng)化的信息網絡建設滿足當下信息教育發(fā)展的需求。3.2.2嚴格劃分不同信息處理模塊在基于虛擬互聯(lián)技術的校園網的系統(tǒng)建設中，對不同信息處理模塊進行劃分也是系統(tǒng)建設的重要組成部分。通過對系統(tǒng)進行模塊劃分，在保證信息傳輸系統(tǒng)化的同時，實現了信息傳輸系統(tǒng)間不同模塊的獨立。布線中信息傳輸模塊的劃分，也有力促進了信息傳輸系統(tǒng)的針對性建設，通過加強各模塊中信息系統(tǒng)的建設來保證系統(tǒng)的信息傳輸能力。3.2.3強化與社會的合作在開展信息教育的過程中，應加強與社會發(fā)展之間的聯(lián)系

12、，通過充分開發(fā)的綜合能力，是的信息教育更為開放，能夠將社會發(fā)展中的信息傳輸形式有效融入到的網絡布線中，通過教育和社會信息知識的有機結合，進一步完善基于虛擬互聯(lián)技術的校園網的布局建設。3.3校園網綜合布線設計3.3.1校園網的整體網絡規(guī)劃目前許多校園尤其是大學校園都是利用開放式的架構體系來實現校園網功能，開放式的架構體系有助于校園網的臨時調整，比如擴充覆蓋范圍以及補充應用內容等，筆者也認為開放式體系對于校園網的構建來說，有著較為明顯的優(yōu)勢。根據現有的校園網綜合布線技術來看，校園網整體網絡由接入層、核心層以及匯聚層三個部分。校園網虛擬互聯(lián)規(guī)劃中，要分為外部與內部兩種，其中外部網絡主要是由服務提供商

13、來支持，而內部網絡主要基于學校具體情況來設計的。從硬件配置上來說，內部網絡和外部網絡沒有太大差別。虛擬網的建立有三種途徑，其一是通過網絡服務商提供，再者就是企業(yè)自己建設，最后一種就是網絡服務商與企業(yè)共同建設。對于學校來說，采用學校自身建設是比較合適的，這種方式下網絡服務商是出于透明狀態(tài)的。校園網有著其獨特的優(yōu)勢，即校園網的計算機分布都比較集中，有著公用的網絡IP地址，最關鍵的是有自己獨立的管理機房和網絡設備，從這個角度來說，學校完全可以自己建設校園網，節(jié)約建設費用。3.3.2具體布線方案現在的學校規(guī)模越來越大，尤其是大學而言，大部分學校都至少有兩個校區(qū)，因此校園網的構建要能夠實現兩個校區(qū)之間的

14、信息共享，換句話說就是要在兩個校區(qū)間建立虛擬互聯(lián)虛擬專用網絡。互聯(lián)網作為一個開放的公共網絡，為不同校區(qū)之間建立虛擬專用網提供了可能，通過互聯(lián)網，可以實現學校內部的信息傳遞以及資源共享等功能。不同校區(qū)之前建立校園網，要保證兩個校區(qū)之間的任何一個用戶都能夠自由訪問彼此的網絡內容，要能夠達到如同在一個局域網絡中交流一樣。另外，不同校區(qū)之間的虛擬專用網連接要采用點對點隧道協(xié)議的方式，這樣就能為不同校區(qū)用戶互訪提供更為便捷的服務。建立虛擬專用網絡，要在已有網絡結構中安裝網絡路由，目前幾乎所有校園網的用戶都使用Windows操作系統(tǒng)，因此可以基于該系統(tǒng)之上來建立虛擬專用網路由。如果有多個校區(qū)，要在不同校區(qū)

15、的通信終端建立路由。但是根據實際使用情況來看，WINDOWS系統(tǒng)建立的虛擬專用網路由，其穩(wěn)定性較差，并且對信息的處理能力也不能滿足用戶需求，因此筆者建議用router，用戶數據庫以及數據傳輸可以在不同校區(qū)之間的router建立，router的主要作用就是壓縮和解壓。校園網絡管理者可以在不同校區(qū)上的router建立網絡協(xié)議以及賬戶安全協(xié)議等內容，在舊校區(qū)的router和新校區(qū)路由器之前開通一條網絡數據傳輸專用線路。3.4組播及平滑技術的應用3.4.1組播技術相關概念IP 組播(IP Multicasting) 通過使用特定的 IP 組播地址,按照盡最大努力投遞的原則,將 IP 數據包傳輸到一個組

16、播組的所有主機。廣播和組播不同,廣播路由器不轉發(fā),不能跨網段,而組播路由器通過一定設置可以被轉發(fā),可以跨網段; 廣播方式下的主機被默認為是接收者, 而組播方式需要主機主動加入組播組中, 才可以接收數據包。使用同一個 IP 組播地址接收組播數據包的所有主機構成了一個主機組,也稱為組播組。一個組播組的成員是隨時變動的。一臺主機可以隨時加入或離開組播組,同時一臺主機也可以屬于幾個組播組。此外,不屬于某一個組播組的主機也可以向該組播組發(fā)送數據包。在傳送組播數據時,路由器需要構造一個連接所有組播組成員的樹。根據這個樹,路由器得出轉發(fā)分組的一條唯一路徑,這個樹就稱為分布樹。由于成員可以動態(tài)地加入和退出,分

17、布樹也必須動態(tài)更新。根據構造方法的不同,分布樹分為源分布樹和共享分布樹。源分布樹以組播源為根節(jié)點構造到所有組播組成員的生成樹, 也稱最短路徑樹。共享分布樹的構造方法是以網絡中的某一個指定的路由器為根節(jié)點,由此節(jié)點生成包含所有組成員的樹。使用共享分布樹時,組播源需要首先把組播分組發(fā)送給集合點路由器,再由這個路由器轉發(fā)給其他的組成員。3.4.2基于平滑技術的網絡預測現象或問題的不同，可以得到各種按時間的先后順序排列的時間序列集合。時間序列大致有兩種類型：一是根據連續(xù)時間進行觀測或記錄，也稱為隨機過程，由于計算機數據處理的需要，一般都要進行離散“采樣”以得到觀測值來進行分析。另一個是以離散時間進行觀

18、測或記錄，也稱為隨機序列：設 T 是某個集合，對任意固定 tT,Xi 是隨機變量，當 t 在 T 中遍歷時，得到隨機變量的全體Xi:tT，記為Xi，稱Xi為 T 上的隨機序列。通常 T 取為：T=,-2,-1,0,1,2,T=1,2,隨機序列 XT有時也簡記為Xk，k 是一個整數變量，通常表示采樣時間間隔的 k 倍，例如 K表示第 k 小時，第 k 天等和時間相關的問題，所以常稱Xk為時間序列。序列的均值或協(xié)方差與時間有關的序列稱之為非平穩(wěn)序列。平穩(wěn)隨機序列是一個應用很廣泛的隨機序列，基本特點是其統(tǒng)計特性不隨時間的平移而變化。一般說來，當環(huán)境及主要條件隨時間變化時，就可以認為是非平穩(wěn)的，呈現周

19、期性、線性趨勢、季節(jié)性的時間序列都是非平穩(wěn)的?？梢愿鶕韵嚓P函數來判斷，自相關函數緩慢衰減或周期性衰減，就是不平穩(wěn)，反之，就認為是平穩(wěn)的。在實際的網絡中獲得采樣數據而得到的時間序列，如個路由器上轉發(fā)的數據包數的觀測值(采樣值)，按照時間順序排列成一個時間序列，就是一個流量觀測值序列，網絡流量的觀測值通常是表示每單位時間到達或發(fā)送的字節(jié)數或數據包數量，時間尺度可以是幾毫秒、秒、分鐘、小時。但是采樣數據會由于各種因素的影響，因此所得到的時間序列會具有隨機性。指數平滑監(jiān)測方法是一種基于時間序列模型的預測方法。簡單指數平滑法，適用于序列值圍繞自身均值 (常數)上下作隨機波動的序列，這類序列既無趨勢變動

20、也無季節(jié)變動。簡單指數平滑預測過程是依據平滑常數 進行遞推計算的過程(見式(1)，是一個平滑常數，他的是值為：0< <1，例如：0.05。預測值實際上在時間序列中是一個所有過去值加權的平均值，它使預測值與實際值相適應，對整個序列進行平滑以后得到的平滑值就是下一期的預測值。它決定了預測值對過去值的指數衰減的快慢，這就是指數平滑。4. 校園網絡安全防范措施4.1網絡地址轉換技術在新型防火墻的構建中，NAT技術的采用有效的實現了計算機所有內部地址的透明轉換，通過對計算機網關的內部數據進行透明化處理，以使得外部網絡無法獲知計算機內部網絡的具體數據結構。網絡地址轉換技術在對內部數據結構進行透

21、明化處理的同時，也為計算機網絡內部的專用網絡和IP源地址提供了訪問權限，進而使得新型防火墻能夠對每個主機的通信內容進行記錄，以有力保證不同分組送往地址的正確性。4.2多級過濾技術為有效提升計算機網絡系統(tǒng)的防護水平和安全性，新型防火墻技術的開發(fā)采用了多級過濾技術，通過對數據包內容進行多級鑒別，以實現對假冒IP地址和危險數據的有效濾除。新型多級過濾技術通常分為三個過濾級，第一過濾級是分組過濾，能夠過濾掉所有假冒的IP地址和源路由器分組IP地址就，第二過濾級是應用網關進行過濾，如SMTP、FTP等網關，以實現對系統(tǒng)運行服務器的有效實時監(jiān)測與控制。電路網關作為最后一級，是實現外部站點和內部主機連接的關

22、鍵，同時對網絡的運營與服務進行嚴格的控制與管理。4.3透明的訪問方式傳統(tǒng)防火墻技術在應用中通常會要求用戶進行系統(tǒng)登錄，或利用SOCKS等數據庫路徑對客戶機的應用進行修改，而這些都是以數據表層結構為基礎得以實現的，其本質并不具備對IP地址判斷識別或數據結構轉換的能力。在新型防火墻技術中，透明訪問方式的采用則進一步深化了計算機網絡系統(tǒng)對用戶信息的處理層，進而有效的控制了系統(tǒng)登錄和數據庫訪問式登錄的錯誤和風險發(fā)生概率。4.4用戶鑒別和加密技術在防火墻產品的實際應用中，為有效降低Tclnct FTP等服務在數據遠程管理中的安全風險，采取一定的用戶鑒別措施和加密技術是十分必要的。新型防火墻技術則在自身系

23、統(tǒng)中加入了用戶鑒別和加密技術，通過采用一次性使用的口令字技術極大的提升了系統(tǒng)自身的用戶鑒別效率和數據郵件的安全性。4.5審計和告警為了進一步完善防火墻產品，新型防火墻技術還加入了數據審計和告警功能，其中，系統(tǒng)數據審計文件主要包括：內核信息，一般信息，接受郵件信息及其已發(fā)信息等，并通過將不同IP地址間的數據傳輸內容進行對比與認證，以確保計算機主機系統(tǒng)與其他服務器間的正常連接，從而保證數據傳輸準確性并為計算機網絡數據的傳輸奠定數據傳輸基礎。防火墻中所采用的告警功能能夠對每個數據包的UDP或TCP進行探尋處理，一旦發(fā)現數據包中的UDP或TCP存在異常，便能夠同通過發(fā)出聲響或呈遞郵件的形式報警，以便計

24、算機網路系統(tǒng)及時的進行處理，有效避免了數據包中潛在威脅對計算機網絡系統(tǒng)的影響。5. 校園網未來發(fā)展展望5.1多層次動態(tài)整體網絡安全基于動態(tài)安全網絡系統(tǒng),該系統(tǒng)根據校園網網絡攻擊頻繁的特點,從設備層硬件設計開始,就提供了防范針對設備本身攻擊的強大能力。通過全線整合的網絡安全產品和解決方案,實現從硬件到軟件、從防病毒到反黑客、從內部到外部、從流程到策略、從方案到服務的全面整合的“一體聯(lián)防”,真正提供端到端的動態(tài)整體安全保障。它的安全架構整合了4個層面的網絡安全和管理技術:技術層PIv6N/P/CPU/ACL;設備層雙NP高性能防火墻、萬兆路由交換:系統(tǒng)層IDS聯(lián)動、集中式設備管理、分布式接入認證;

25、方案層多層次、動態(tài)的BSNS整體安全管理策略設計。5.25S級的可用性校園網已經從單純的教學網絡演進為綜合網絡,其網絡的服務質量、服務內容,以及為適應校園網規(guī)模和復雜度不斷擴大的運營管理,都要求相關網絡技術的支持。具體來說,針對校園網需求的網管平臺、認證與計費運營平臺、安全方案,以及流媒體、VNP等各種復雜服務,將在校園網中逐步實現。下一代萬兆智能校園網方案針對高校校園網五大關鍵網絡應用(電子化學習、網絡交流、信息分享、基于網絡的創(chuàng)造、跨系統(tǒng)協(xié)作)的深入分析,具備S5(高速、安全、智能便捷、穩(wěn)定)的可管理智能網絡服務特征,不僅遵循了高校校園網建設的A5規(guī)則(即校園網的任何合法用戶在任何時間、任何地點、通過任何計算機系統(tǒng)訪問Internet上的任何網絡應用),同時滿足了其對校園網絡建設的技術創(chuàng)新和前瞻性的明確要求。5.3持續(xù)的網絡服務連續(xù)性在未來萬兆網絡中,高帶寬、多業(yè)務、高素質人群的接入管理、垃圾郵件、混合運營、網絡管理人員缺乏等因素,使得萬兆時代的校園網運營面臨嚴峻考驗。數