基于校園局域網(wǎng)的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)控制-中國石油大學(xué)(華東)

中國石油大學(xué)（華東）測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)課論文題目：淺談校園局域網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)專業(yè)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師潘浩報(bào)告日期2014年6月21日淺談校園局域網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)摘要校園網(wǎng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是將各種不同應(yīng)用的信息資源通過高性能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相互連接起來，形成校園區(qū)內(nèi)部的12000／XPranet系統(tǒng)，對(duì)外通過路由設(shè)備接入廣域網(wǎng)。本文介紹了局域網(wǎng)的特點(diǎn)、我校一卡通管理系統(tǒng)和幾種短距離無線通訊方式。關(guān)鍵詞：LAN，藍(lán)牙，VPN，身份認(rèn)證，Wi-Fi目錄TOC\o"1-4"\h\u1596第1章引言 第2章局域網(wǎng)的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合2.1局域網(wǎng)定義局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）是指在某一區(qū)域內(nèi)由多臺(tái)計(jì)算機(jī)互聯(lián)成的計(jì)算機(jī)組。它可以通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)電路，與遠(yuǎn)方的局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫或處理中心相連接，構(gòu)成一個(gè)較大范圍的信息處理系統(tǒng)。局域網(wǎng)由網(wǎng)絡(luò)硬件（包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)工作站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備等）和網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，以及網(wǎng)絡(luò)軟件所組成。2.2局域網(wǎng)原理在局域網(wǎng)里，計(jì)算機(jī)要查找彼此并不是通過IP進(jìn)行的，而是通過網(wǎng)卡MAC地址。但是僅知道彼此的地址還不夠，計(jì)算機(jī)之間必須建立一條連接的數(shù)據(jù)鏈路才能正常工作，這就需要另一個(gè)基本協(xié)議來進(jìn)行了。NetBIOS（網(wǎng)絡(luò)基本輸入輸出系統(tǒng)）協(xié)議是IBM開發(fā)的用于給局域網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)以及其他特殊功能的命令集，幾乎每個(gè)局域網(wǎng)都必須在這種協(xié)議上面進(jìn)行工作，NetBIOS相當(dāng)于Intranet上的TCP/IP協(xié)議。而后推出的NetBEUI協(xié)議（NetBIOS用戶擴(kuò)展接口協(xié)議）則是對(duì)前者進(jìn)行了功能擴(kuò)充，這幾個(gè)協(xié)議都是組成局域網(wǎng)的基本必備，最后，為了建立連接，局域網(wǎng)還需要TCP/IP協(xié)議。圖2-1廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)三者之間的關(guān)系圖2-2黃島區(qū)高校城域網(wǎng)2.3局域網(wǎng)的特點(diǎn)局域網(wǎng)一般為一個(gè)部門或單位所有，建網(wǎng)、維護(hù)以及擴(kuò)展等較容易，系統(tǒng)靈活性高。其主要特點(diǎn)是：（1）覆蓋的地理范圍較小，只在一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的局部范圍內(nèi)聯(lián)，如一座或集中的建筑群內(nèi)。（2）使用專門鋪設(shè)的傳輸介質(zhì)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸速率高（10Mb/s～10Gb/s）（3）通信延遲時(shí)間短，可靠性較高（4）局域網(wǎng)可以支持多種傳輸介質(zhì)但有線網(wǎng)絡(luò)在某些場(chǎng)合要受到布線的限制：布線、改線工程量大；線路容易損壞；網(wǎng)中的各節(jié)點(diǎn)不可移動(dòng)。特別是當(dāng)要把相離較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)起來時(shí)，敷設(shè)專用通訊線路布線施工難度之大，費(fèi)用、耗時(shí)之多，實(shí)是令人生畏。這些問題都對(duì)正在迅速擴(kuò)大的聯(lián)網(wǎng)需求。WLAN（WirelessLocalAreaNetwork）就是解決有線網(wǎng)絡(luò)以上問題而出現(xiàn)的。WLAN利用電磁波在空氣中發(fā)送和接，而無需線纜介質(zhì)。WLAN的數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)能夠達(dá)到最高1000Mbps，傳輸距離可遠(yuǎn)至20km以上。其優(yōu)點(diǎn)是：安裝便捷，使用靈活，經(jīng)濟(jì)節(jié)約，易于擴(kuò)展。2.4局域網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)合局域網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)文件管理、應(yīng)用軟件共享、打印機(jī)共享、工作組內(nèi)的日程安排、電子郵件和傳真通信服務(wù)等功能。局域網(wǎng)覆蓋有限的地理范圍較小，它適用于公司、機(jī)關(guān)、校園等有限范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)連網(wǎng)的需求。由于WLAN具有多方面的優(yōu)點(diǎn)，WLAN已經(jīng)在醫(yī)院、商店、工廠和學(xué)校等不適合網(wǎng)絡(luò)布線的場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。第3章局域網(wǎng)的具體應(yīng)用——中國石油大學(xué)（華東）校園局域網(wǎng)中國石油大學(xué)（華東）自1996年開始建立校園網(wǎng)絡(luò)至今，校園已經(jīng)全部覆蓋了校園網(wǎng)，其中擁有1000M主干帶寬已占匯聚節(jié)點(diǎn)總數(shù)的90%，經(jīng)過多年的建設(shè)形成了局域網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)通寬帶、ADSL撥號(hào)等多種入網(wǎng)方式，極大方便了廣大教職員工對(duì)網(wǎng)絡(luò)的訪問，使校園網(wǎng)絡(luò)日益成為學(xué)校的主要辦學(xué)支撐環(huán)境之一。中國石油大學(xué)（華東）在校園網(wǎng)建設(shè)過程中，已經(jīng)意識(shí)到信息資源及應(yīng)用軟件的重要性，“重硬輕軟”的現(xiàn)象正在逐漸轉(zhuǎn)變，在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)、數(shù)字圖書館系統(tǒng)、校園一卡通、電子教務(wù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)輔助教育等建設(shè)方面的投資與建設(shè)正在逐步展開并分步取得重大成果。CERNET在石大（華東）互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)中優(yōu)勢(shì)較明顯，特別是在辦公區(qū)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)中，網(wǎng)絡(luò)招生、網(wǎng)絡(luò)教務(wù)系統(tǒng)、畢業(yè)生雙選網(wǎng)站、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課件、網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議、校園一卡通、統(tǒng)一身份認(rèn)證、部分門禁系統(tǒng)已漸成主流。在2013年12月，我校大規(guī)模覆蓋了無線網(wǎng)，為師生用網(wǎng)絡(luò)資源學(xué)習(xí)交流提供了便利。圖3-1南教無線網(wǎng)流量示意圖注：POE(PowerOverEthernet)指的是在現(xiàn)有的以太網(wǎng)Cat.5布線基礎(chǔ)架構(gòu)不作任何改動(dòng)的情況下，在為一些基于IP的終端（如IP電話機(jī)、無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)AP、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等）傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，還能為此類設(shè)備提供直流供電的技術(shù)。圖3-2青島校區(qū)骨干網(wǎng)絡(luò)流量圖下面就一卡通管理系統(tǒng)和上網(wǎng)身份認(rèn)證來談?wù)劵谛@局域網(wǎng)的測(cè)控系統(tǒng)。3.1校園一卡通系統(tǒng)

我校校園一卡通采用新中新集團(tuán)的“金融化一卡通”解決方案從2004年開始，經(jīng)過兩期建設(shè)，至今已覆蓋青島、東營兩校區(qū)，提供餐廳售飯、機(jī)房上機(jī)、圖書借閱、浴室水控、醫(yī)院就醫(yī)、超市消費(fèi)、門禁考勤等功能。校園一卡通管理系統(tǒng)校園一卡通管理系統(tǒng)身份識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)維護(hù)教學(xué)管理金融交易應(yīng)用 身份識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)維護(hù)教學(xué)管理金融交易應(yīng)用考試證件考試證件圖3-3校園卡一卡通管理系統(tǒng)圖系統(tǒng)構(gòu)成：一卡通系統(tǒng)主要由：一卡通服務(wù)器、子系統(tǒng)工作站（工控PC）、終端機(jī)及網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備等組成。子系統(tǒng)包括:（1）發(fā)卡結(jié)算中心子系統(tǒng)（2）用水管理子系統(tǒng)（3）收費(fèi)/售飯管理子系統(tǒng)（4）圖書館管理子系統(tǒng)（5）機(jī)房管理子系統(tǒng)（6）銀校轉(zhuǎn)帳子系統(tǒng)（7）學(xué)籍管理子系統(tǒng)（8）門禁管理子系統(tǒng)（9）其它子系統(tǒng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：一卡通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為兩層，第一層是以數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為中心一卡通主干網(wǎng)，采用TCP/IP協(xié)議通訊，該層可聯(lián)接各個(gè)子系統(tǒng)工作站、前置機(jī)、圈存機(jī)及多媒體查詢機(jī)。第二層是由各子系統(tǒng)工作站控制RS232或RS485通訊網(wǎng)絡(luò)，該層網(wǎng)絡(luò)使用工控PC機(jī)做為工作站485通訊卡或二級(jí)交換機(jī)實(shí)時(shí)控制各個(gè)終端機(jī)運(yùn)行,采集交易記錄并上報(bào)至一卡通服務(wù)器。[1]系統(tǒng)框架圖：圖3-4校園一卡通框架圖1圖3-5校園一卡通框架圖2我校學(xué)生的一卡通在青島、東營兩地皆可使用，這是采用了VPN系統(tǒng)。VPN系統(tǒng)可以解決校外職工訪問校內(nèi)資源的限制，通過其建立一條虛擬鏈路接入到校園網(wǎng)絡(luò)，就像在校內(nèi)上網(wǎng)一樣。我?，F(xiàn)在提供兩種方式的VPN，即OpenVPN和SSLVPN。OpenVPN需要安裝客戶端，使用時(shí)比較方便，主要用戶家庭臺(tái)式機(jī)、個(gè)人筆記本電腦，在校外登陸域需要使用方式；SSLVPN無需安裝客戶端，主要用于在公共電腦上需要訪問校內(nèi)資源。[2]3.2上網(wǎng)身份認(rèn)證系統(tǒng)無論是移動(dòng)無線網(wǎng)、學(xué)校的WLAN還是連接網(wǎng)線后，都需要通過DRCOM認(rèn)證來登錄校園局域網(wǎng)。因?yàn)樽鳛檎麄€(gè)校園的局域網(wǎng)，加入身份認(rèn)證一方面可以保障信息安全，防止外來人員隨意聯(lián)網(wǎng)占用資源；另一方面可以對(duì)學(xué)生上網(wǎng)采取扣費(fèi)機(jī)制，減少同時(shí)上網(wǎng)人數(shù)，保障網(wǎng)絡(luò)暢通不擁堵。實(shí)際上，無線局域網(wǎng)比大多數(shù)有線局域網(wǎng)的安全性更高。無線局域網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品主要采用的是IEEE（美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）802.11b國際標(biāo)準(zhǔn)，大多應(yīng)用DSSS（DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列擴(kuò)頻）通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，該技術(shù)能有效防止數(shù)據(jù)在無線傳輸過程中丟失、干擾、信息阻塞及破壞等問題。802.11標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用三項(xiàng)安全技術(shù)來保障無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。第一?xiàng)為SSID（ServiceSetIdentifier）技術(shù)。該技術(shù)可以將一個(gè)無線局域網(wǎng)分為幾個(gè)需要不同身份驗(yàn)證的子網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)都需要獨(dú)立的身份驗(yàn)證，只有通過身份驗(yàn)證的用戶才可以進(jìn)入相應(yīng)的子網(wǎng)絡(luò)，防止未被授權(quán)的用戶進(jìn)入本網(wǎng)絡(luò)；第二項(xiàng)為MAC（MediaAccessControl）技術(shù)。應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，可在無線局域網(wǎng)的每一個(gè)接入點(diǎn)（AccessPoint）下設(shè)置一個(gè)許可接入的用戶的MAC地址清單，MAC地址不在清單中的用戶，接入點(diǎn)將拒絕其接入請(qǐng)求；第三項(xiàng)為WEP（WiredEquivalentPrivacy）加密技術(shù)。因?yàn)闊o線局域網(wǎng)絡(luò)是通過電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模嬖陔姴ㄐ孤秾?dǎo)致數(shù)據(jù)被截聽的風(fēng)險(xiǎn)。WEP安全技術(shù)源自于名為RC4的RSA數(shù)據(jù)加密技術(shù)，以滿足用戶更高層次的網(wǎng)絡(luò)安全需求。第4章局域網(wǎng)設(shè)計(jì)實(shí)例——短距離無線通訊短距離無線通信泛指在較小的區(qū)域內(nèi)(數(shù)百米)提供無線通信的技術(shù)，目前常見的技術(shù)大致有802.11系列無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙、HomeRF和紅外傳輸。[3]4.1IEEE802.11系列這是IEEE(InstituteforElectricalandElectronicEngineers電氣和電子工程師協(xié)會(huì))制定的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與用戶終端的無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入。目前最為常見的是802.11b無線局域網(wǎng)，它使用開放的2.4GHZ微波頻段，最高速率為11Mbps;在惡劣環(huán)境下，可動(dòng)態(tài)切換到較低的速率上以保證通信。在辦公環(huán)境下作用范圍約100米，在室外可以達(dá)到300米。另一種802.11a無線局域網(wǎng)工作在5G的頻段上，速率可達(dá)到54Mbps。Wi-Fi，即WirelessFidelity的縮寫，我們稱之為無線保真，其特點(diǎn)與藍(lán)牙技術(shù)一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線通訊技術(shù)。該技術(shù)使用的使2.4GHz附近的頻段，Wi-Fi技術(shù)所基于的標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)，分別是IEEE802.11a和IEEE802.11b，不僅其傳輸?shù)挠行Ь嚯x很長(zhǎng)，而且速度還高達(dá)11Mbps，并且與各種802.11DSSS設(shè)備兼容，使無線上網(wǎng)成為可能，憑借著這些優(yōu)點(diǎn)，其已成為了目前最為流行的筆記本電腦技術(shù)而大受青睞。獵豹免費(fèi)WiFi是一款非常實(shí)用的免費(fèi)無線共享軟件，可以將安裝了XP、Windows7或Windows8的筆記本電腦模擬成一臺(tái)無線路由器、無線接入點(diǎn)（無線AP，AccessPoint)。形成一個(gè)無線虛擬網(wǎng)絡(luò)，讓W(xué)iFi手機(jī)或者別的筆記本能共享上網(wǎng)。獵豹免費(fèi)WiFi針對(duì)Windows系統(tǒng)底層無線網(wǎng)卡應(yīng)用機(jī)制進(jìn)行了超過20項(xiàng)技術(shù)優(yōu)化。分享器的構(gòu)造基本上是控制晶片+網(wǎng)路晶片+天線，而無線網(wǎng)卡則是網(wǎng)路晶片+天線，這個(gè)軟件只是要求無線網(wǎng)卡的天線廣播SSID，并且使用CPU一部份的運(yùn)算能力來充當(dāng)基地臺(tái)內(nèi)的控制晶片，就相當(dāng)于一臺(tái)無線分享器了。4.2藍(lán)牙技術(shù)4.2.1藍(lán)牙技術(shù)特點(diǎn)在1998年，由愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾公司五家廠商提出。藍(lán)牙是一種開放性的短距無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它主要應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備間的小范圍連接，因而本質(zhì)上是一種代替線纜的技術(shù)。藍(lán)牙也使用2.4G頻段，采用快跳頻技術(shù)進(jìn)行通信，因而具有較高的抗干擾能力和安全性能。藍(lán)牙技術(shù)可以支持?jǐn)?shù)據(jù)和語音傳輸，最高速率為1Mbps，其作用范圍視微波發(fā)射功率而定：0dbm的功率的作用距離為10米，20dbm的功率作用距離為100米。與802.11系列局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式不同，藍(lán)牙技術(shù)支持一種靈活的組網(wǎng)方式。即通過無線方式將若干藍(lán)牙設(shè)備組織成微微網(wǎng)(pico―net)，多個(gè)微微網(wǎng)之間又可以互連成為分散網(wǎng)(Scatter-net)。同時(shí)，藍(lán)牙也是唯一能夠嵌入在手機(jī)中的短距離全向射頻通信技術(shù)。[4]藍(lán)牙關(guān)鍵技術(shù)有：（1）跳頻技術(shù)糾錯(cuò)技術(shù)微微網(wǎng)藍(lán)牙支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，其最基本的網(wǎng)絡(luò)組成是微微網(wǎng)。微微網(wǎng)是通過藍(lán)牙技術(shù)連接起來的一種微型網(wǎng)絡(luò)，由一個(gè)主設(shè)備（Master）和若干個(gè)從設(shè)備（Slave）組成，且從設(shè)備最多為7臺(tái)。主設(shè)備負(fù)責(zé)通信協(xié)議的動(dòng)作，而從設(shè)備則受控于主設(shè)備。安全性4.2.2藍(lán)牙組建無線局域網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)藍(lán)牙建無線局域網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)主要是成本和擴(kuò)展性。（1）在同樣的穩(wěn)定性下，藍(lán)牙建設(shè)無線局域網(wǎng)的成本是最低的。（2）本質(zhì)差別在于可擴(kuò)展性。藍(lán)牙可接無線耳麥無線聊天、手機(jī)管理手機(jī)數(shù)據(jù)群發(fā)短信、無線鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、傳真機(jī)等，對(duì)于個(gè)人家庭應(yīng)用來講很方便。4.2.3藍(lán)牙在智能家居中的應(yīng)用正是由于藍(lán)牙技術(shù)的低成本、低功耗、高速率、高可靠性和兼容性等特點(diǎn)，使得基于藍(lán)牙技術(shù)的智能家居系統(tǒng)能為人們所接受。從數(shù)據(jù)通信功能上來劃分，智能家居網(wǎng)絡(luò)可以分為家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和家庭控制網(wǎng)絡(luò)兩種。（1）家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)主要完成家居中的以下功能：提供家庭內(nèi)部共享上網(wǎng)能力；提供多媒體家電互相通信能力，共享影音、文件。如電腦和電視、VCD、音響、PDA、MP3播放器等；實(shí)現(xiàn)機(jī)器和機(jī)器之間大批量、高速率的數(shù)據(jù)傳輸；（2）家庭控制網(wǎng)絡(luò)主要完成家居中的以下功能：燈光照明控制；家居環(huán)境監(jiān)測(cè)和控制；家居安防。4.3HomeRF技術(shù)HomeRF是對(duì)現(xiàn)有無線通信標(biāo)準(zhǔn)的綜合和改進(jìn)：當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，采用IEEE802.11規(guī)范中的TCP/IP傳輸協(xié)議；當(dāng)進(jìn)行語音通信時(shí)，則采用數(shù)字增強(qiáng)型無繩通信標(biāo)準(zhǔn)。但是，該標(biāo)準(zhǔn)與802.11b不兼容，并占據(jù)了與802.11b和Bluetooth相同的2.4GHz頻率段，所以在應(yīng)用范圍上會(huì)有很大的局限性，更多的是在家庭網(wǎng)絡(luò)中使用。4.4IrDA這是利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)視距傳輸?shù)募夹g(shù)，它是在1993年由紅外線數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)制訂的。目前IrDA的傳送速率最高為16Mbps，接收角度120度。紅外傳輸設(shè)備體積小，功耗低，技術(shù)成熟，進(jìn)入市場(chǎng)早，價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛。但I(xiàn)rDA的最大缺點(diǎn)是只能進(jìn)行視距傳輸，即通信設(shè)備中間不能存在阻擋物，從而把IrDA應(yīng)用限制在特定領(lǐng)域之內(nèi)。目前，已經(jīng)有部分手機(jī)可以通過發(fā)射紅外線來控制空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。第5章局域網(wǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)5.1局域網(wǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)：（1）速度快，是廣域網(wǎng)百倍；（2）服務(wù)種類繁多，絕