课程设计(论文)报告_-现代网络技术.doc

课程设计(论文)报告题 目 论述现代网络技术 及其在校园网络中的研究和应用 院、系(部) 计算机科学与技术学院 专业及班级 信息与计算科学 姓 名 xxx 指 导教 师 xxx 日 期 2012 年11月 论述现代网络技术及其在校园网络中的研究和应用 摘要随着网络的逐步普及，校园网络的建设是学校向信息化发展的必然选择，校园网是为学校师生提供教学、科研和综合信息服务的宽带多媒体网络，校园网应为学校教学、科研提供先进的信息化教学环境。它是以现代网络技术、多媒体技术及Internet技术等为基础建立起来的计算机网络，一方面连接学校内部子网和分散于校园各处的计算机，另一方面作为沟通校园内外部网络的桥梁。校园网为学校的教学、管理、办公、信息交流和通信等提供综合的网络应用环境。在教学教育领域，资源共享、教学网络化、办公自动化无疑是大势所趋，为了让师生之间、教工之间达成互联互通，很多学校都需要建立校园网，然而在校园局域网建设方面，由于各学校的情况不同，应用方向也有差异，导致在建设方案上有一定的区别，但归根结底，校园局域网的基本方案都相似，因此在部署校园局域网时，很多学校部署校园网方案时都会遇到类似的问题，为了校园内外班班通、室室通、校校通的目的，需要掌握校园的的施工、联网、使用与调式等知识，并对不同方案的部署情况进行详细思考，根据学校对信息点的安排和网络应用的需求，制定合理的校园网总体建设规划和实施方案，甚至需要解决一些部署后的实际问题，以满足目前校园局域网的实际应用需求。本文就校园网络的建设及其相关知识进行简单总结。关键字：校园网、Internet、教学网络化、办公自动化1.1、什么是校园网首先，分为有线网络和无线网络，由于是用先进的建筑综合布线，技术构架可以更安全、可靠、便捷的计算机信息传输线路；其次，校园网的建设必须考虑到为学校教学、教育科研，利用成熟、领先的计算机网络技术规划计算机综合管理系统的网络应用，提供优质的网络化教学环境。因此，校园网应当是宽带、具有交互功能和专业性较强的计算机局域网络。校园网除了需要有必备的硬件设备和操作系统平台外，利用全面的校园网络管理软件、网络教学软件，实现学校多媒体教学资源、教师备课系统、电子图书阅览检索、多媒体教学软件开发平台、校园网站和教学资源网站建设等功能。为学校提供教学、管理和决策三个不同层次所需要的数据、信息和知识的一个覆盖全校管理机构和教学机构的基于Internet/Intranet技术的大型网络系统。校园网还应具有教务、行政、总务管理功能，可以进行课程管理、学生成绩与学籍管理、图书资料管理等教学教务管理，也可以进行档案管理（含人事、教师档案等）、处室管理等行政事务管理，总务后勤管理包括财务管理、设备、房产等。校园网应该具有较先进的水平，体现现代教育思想，要把建设校园网的规划与学校的长远发展规划统一起来，同时把服务教学作为网络建设的着眼点和落脚点。校园网是不以盈利为目的的。校园网上提供大量的免费资源，供广大师生工作学习之用，它所涉及的范围并不局限于校园内部。有些人认为：校园网就是大学校园围墙里面的网，即围墙里面的就是校园网，围墙外面的就是公网。这种看法是错误的。校园网的界限，并不是以用户终端所处的地理位置范围来的界定的，而是以校园网提供的接入服务范围来界定的。在校园围墙内可以有公网，在校园围墙外也可以有校园网1.2校园网络作用1.2.1信息传递这是校园网络最基本的功能之一，用来实现电脑与电脑之间传递各种信息，使分散在校园内不同地点的电脑用户可以进行集中的控制管理。在校务部门建立网络服务器，可以为整个校园网络提供各类教学资源，并对这些资源进行综合管理。1.2.2 资源共享 信息资源共享。通过接入DDN或ISDN，很容易将校园网连接到internet,这样，网络内的各电脑终端不但可以互通信息资源，而且可以享受网络服务器上的相关数据及internet网上取之不尽，用之不竭的巨大信息资源，校园网在教学活动中的作用也将成倍地增强。 硬件资源共享。网络中各台电脑可以彼此互为后备机，一旦某台电脑出现故障，它的任务就由网络中其他电脑代而为之，当网络中的某台电脑负担过重时，网络又可将新的任务转交给网络中较空闲的电脑完成。 1.2.3 网上资源提高教学质量，方便教学依靠信息技术，从互联网我们可以找到教学资源，并可应用到教学中。网络可以进行图、文、声并茂的多媒体教学，可以取代语言实验室进行更生动的语言教学，也可以利用大量现成的教学软件，提供一个良好的教学环境，这些都是以往任何教学手段所不能达到的。校园网络不但可以在校内进行网络教学，还很容易同外界大型网络连结，形成更大范围的网络交互学习环境。1.2校园网络研究的意义及目的校园网指校园内计算机及附属设备互联运行的网络，是由计算机、网络设备和网络软件构成的为学校教育、科研、管理、办公和交流等活动服务的大型集成应用系统，并能接入因特网（Internet）实现与国内国际网站进行信息交流、资源共享。校园网建设是教育信息化建设的重要组成部分，是全面实现素质教育的重要手段，是实现教育现代化的重要标志，校园网是学校信息基础设施。校园网的规模、网络性能、应用水平和普及程度已成为衡量一所院校办学水平高低的重要标志之一。21世纪的国力竞争说到底就是人才的竞争，而人才的能否大量涌现主要看学校的教育质量，学校教育质量的好坏又主要看教师素质的强弱和学校教学环境能否符合现代化教育的要求，所以各学校教育的责任相当艰巨，而且各学校也应当责无旁贷的肩负起这项任务。从长远来看，校园网的建设，其主要意义是有利于学校教学、科研的快速发展，它能使广大教师利用计算机网络环境进行教学，开展科研活动，进而提高学校的教学质量和科研水平，为回忆培养面向世界，面向未来的高素质人才提供有力的保障。在建设校园网时，要达到以下目的：(1) 在校园内部实现资源高度共享，为教学、科研、管理提供服务，为计划、组织、管理与决策提供基础信息和科学手段；(2) 支持教育教学改革，提高教育技术的现代水平和教育信息化程度、为学校教师的备课、课件制作、教学演示提供网络环境；(3) 通过互联网、录像机、扫描仪、数码相机等各种渠道获得多媒体资料，实现素材收集、电子备课功能。 (4) 实现办公自动化，提供与上级教育部门、社会、家庭之间通讯的出入口，提供电子函件、公告牌和教育教学信息查询等服务，提高工作效率和管理水平；(5) 及时、准备、可靠地收集、处理、存储、传输学校的教育教学信息完成与因特网的通讯和资源共享，实现社会教育、学校教育、家庭教育的有机整合。(6) 实现课堂多媒体电化教学，具备适用于双向课堂语音教学及语音室功能学习。校园网的建设能促进教师和学生尽快提高应用信息技术的水平，为学生提供了一个实践的环境，为教师提供了一种先进的辅助教学工具、提供了丰富的资源库。二、校园网建设一、用什么线联网？在组建校园局域网时，很多用户对交换机、路由器、网卡等设备加以重视，这不可否认是正确的，但有时他们却忽视了一个不起眼的问题，那就是网线，在校园局域网中，一般布线系统有六个子系统组成：建筑群间子系统，设备间子系统，管理区子系统，垂直（主干）子系统，水平子系统，工作区子系统，不同的子系统，设备之间使用的网线也不同，这在很大程度上让用户感到迷茫。一般而言，局域网所使用的连线具有双绞线、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。二、网络协议选择哪种？在校园网局域网中，常用的网络协议有netbeui、ipx/spx和tcp/ip三种，在实际组网时，到底选择哪种网络协议，需要根据校园网的实际规模、网络应用需求、网络平台兼容性和网络管理等情况而定。其中netbeui协议是为中小局域网设计，它是用single-partnames定义网络节点，不支持多网段网络（不可路由），但具有安装非常简单、不需要进行配置、占用内存少等特点，因而对于中小学校的局域网而言，由于机器性能比较低，往往只安装了比老的windows 95/98/nt系统，只是为了简单的文件和设备共享，并且暂时没有对外连接的需要，此时建议选择netbeui协议进行组网。对于大学校园局域网而言，由于存在多个网段或要通过路由器与外部相连，加之学校配备的电脑性能比较好，此时netbeui协议就无法满足组网需求，建议选择ipx/spx或tcp/ip协议组网，其中ipx/spx 协议在复杂环境下具有很强的适应性，具有强大的路由功能，适合于大型网络使用，不过它局限于使用在netware网络环境中，在windows网络环境中无法直接使用ipx/spx通信协议。不过为了实现与netware平台的互联，windows 系统提供了两个ipx/spx兼容协议：nwlink spx/spx和nwlink netbios，前者只能作为客户端的协议实现对netware服务器访问，而后者可在netware平台与windows 平台之间传递信息，也能够作为windows系统之间的通信协议。尽管如此，大多数学生、教师依然习惯使用windows平台，此时校园网选择tcp/ip协议是必然趋势，无论在局域网、广域网还是internet，无论是unix系统或windows平台，tcp/ip协议都可以实现校园网的组网需要，tcp/ip是一种可路由协议，它采用一种分级的命名规则，通过给每个网络节点配置一个ip地址、一个子网掩码、一个网关和一个主机名，使得它容易确定网络和子网段之间的关系，获得很好的网络适应性、可管理性和较高的网络带宽使用效率。不过tcp/ip协议的配置和管理比netbeui 和ipx/spx 更复杂，并且占用系统资源更多，所以对于机器性能不高或维护知识不够的中小学校，tcp/ip协议在校园网中存在一定的使用门槛。三、多局域网如何互联？很多中小学校、大学分校依然存在着多个局域网没有互联的情况，此时如果重新进行校园网布局，不仅增加了建设成本，而且对于维护也带来一定麻烦。为此，学校应该使用适当的网络设备，实现多个局域网的互联，让学生、教师、办公人员可以进行资源共享、网络互通的目的。比如某中学希望将校园网和教师楼lan连接起来，而校园网和教师楼lan之间距离为500米，此时可以使用廉价的10base5方法互联，互联时使用直径10mm的50欧姆粗同轴电缆，每个网段允许有100个站点，每个网段最大允许距离为500m，可以由5个500m长的网段和4个中继器组成，不过这种互联方案存在一定的局限性，只适合校园内部的局域网互联，因而无法满足大学分校局域网互连的需要。如果是大学校园网，由于有多个分校，希望将每个分校的局域网进行互联，此时采用无线路由器或无线ap进行互联，不过无线设备投入成本高，传输速率损失严重，而且安全性也没有保障，此时建议采用更为廉价的vpn方案，它可以通过特殊的加密通讯协议，在连接在internet上的位于不同地方的两个或多个校园内部网之间建立一条专有的通讯线路，就好比是架设了一条专线一样，但是它并不需要真正的去铺设光缆之类的物理线路，这就好比去电信局申请专线，但不用给铺设线路的费用，也不用购买路由器等硬件设备，而且网络之间的数据交换非常安全，只需选择支持vpn功能的交换机，防火墙设备，就可以实现多校园网局域网之间的互联。校园局域网流量控制在很多大学校园网中，学生寝室、教师宿舍都与主干网互联，在上网高峰阶段，一些用户进行bt下载或玩网络游戏，使得局域网资源大量占用，造成校园网出口带宽严重不足，速度极慢，给正常的工作带来了严重的影响，甚至会造成校园网瘫痪的尴尬局面，为此，校方可以通过在主服务器上安装流量控制软件，让他们不要使用在线播放音视频或在线游戏，如发现者，则封ip 断网24小时，如果觉得占用系统资源，也可以使用具有网管功能的交换机，通过交换机内置的控制程序，对局域网内的所有机器进行流量权限限制使用。四、远程教学的部署问题在校园局域网中，远程控制可能是最常见的教学应用，它可以提高工作效率，充分发挥校内电教设备的利用率，以及加强校园内电教设备的管理。比如校园广播系统，可以播放出操、升旗音乐，上下课音乐铃声，课间背景音乐，进行德育教育和外语教学、自办节目等，比如大型活动、临时通知等，往往需要电教员跑到广播室放音，而且由于放音人员离现声较远，很难看清现场的动态，有时会出现错误，带来不必要损失。远程控制就解决了问题，只须现场有一根网线就可以在现场控制远在广播室的电脑放音。如果现场没有连接到广播室的话筒线，还可以通过网络上的语音软件与广播室的电脑进行对话，达到话筒的功能，声音同样能在广播中听到。校园局域网远程控制办公方案为了实现所有设备的远程控制，要给每台电脑都装网卡，接入校园局域网。内部网络布线到每个教室和办公室，教师每人一台笔记本电脑，局域网内部建议使用一台远程控制服务器，可以让兼职的网管教师在自己的办公室或者学校的其它电脑上完成各项管理工作。实际组网时，主控电脑连接校园广播自动播放系统（一个由一台电脑通过端口命令管理系统电源开关的单片机。），然后在服务器、广播主控电脑、电视编辑机上装好被控端软件，添加一个用户和密码。安装语音通话软件（如msn、局域网会议系统、企业qq、netmeeting等），在其它电脑上安装主控端软件，语音通话软件。如果有通知或者讲话，只要在此同时打开两台电脑的语音软件就可以了。校园局域网不通怎么办？在校园网局域网中，经常遇到一些使用和维护上的问题，比如网卡在重启时正常检测，但不能同其他机器互联。这主要是由于子网掩码或ip地址配置错误、网线不通、网络协议不对、路由不对等几种情况。解决方法是首先ping本网卡的回送地址（127.0.0.1），若通，则说明本机tcp/ip工作正常；若不通，则需重新配置并重新启动电脑。有些网卡缺省设置其速率为100m，也会导致网络不通，需要根据所连交换机的速率，将其速率设置为10m、100m或设成自适应网线速率。 2.3 校园网的设计原则（1）先进性原则以先进、成熟的网络通信技术进行组网，支持数据、语音和视频图像等多媒体应用，采用基于交换的技术代替传统的基于路由的技术，并且能确保网络技术和网络产品在几年内基本满足需求。（2）开放性原则校园网的建设应遵循国际标准，采用大多数厂家支持的标准协议及标准接口，从而为异种机、异种操作系统的互连提供便利和可能。（3）可管理性原则网络建设的一项重要内容是网络管理，网络的建设必须保证网络运行的可管理性。在优秀的网络管理之下，将大大提高网络的运行速率，并可迅速简便地进行网络故障的诊断。（4）安全性原则信息系统安全问题的中心任务是保证信息网络的畅通，确保授权实体经过该网络安全地获取信息，并保证该信息的完整和可靠。网络系统的每一个环节都可能造成安全与可靠性问题。（5）灵活性和可扩充性选择网络拓扑结构的同时还需要考虑将来的发展，由于网络中的设备不是一成不变的，如需要添加或删除一个工作站，对一些设备进行更新换代，或变动设备的位置，因此所选取的网络拓扑结构应该能够容易的进行配置以满足新的需要。（6）稳定性和可靠性可靠性对于一个网络拓扑结构是至关重要的，在局域网中经常发生节点故障或传输介质故障，一个可靠性高的网络拓扑结构除了可以使这些故障对整个网络的影响尽可能小以外，同时还应具有良好的故障诊断和故障隔离功能。2.4 网络三层结构设计校园网网络整体分为三个层次：核心层、汇聚层、接入层。为实现校区内的高速互联，核心层由1个核心节点组成，包括教学区区域、服务器群；汇聚层设在每栋楼上，每栋楼设置一个汇聚节点，汇聚层为高性能“小核心”型交换机，根据各个楼的配线间的数量不同，可以分别采用1台或是2台汇聚层交换机进行汇聚，为了保证数据传输和交换的效率，现在各个楼内设置三层楼内汇聚层，楼内汇聚层设备不但分担了核心设备的部分压力，同时提高了网络的安全性；接入层为每个楼的接入交换机，是直接与用户相连的设备。本实施方案从网络运行的稳定性、安全性及易于维护性出发进行设计，以满足客户需求。 2.3.1.2 工作组网络交换式高速以太网具有灵活的扩展能力，它融合了以太网机制的即插即用和线路交换的高带宽低延迟等诸多优点，而价格不到FDDI和ATM 的一半。以太网机制的即插即用使网络扩充容易， 而且扩充成本较低； 星形拓扑结构使主干具有良好的可靠性； 线路交换的高带宽低延迟更符合现代计算机技术的发展对网络主干的要求，为容量的扩充留有充分的余地。由于交换式高速以太网仍采用以太网的CSMA/CD协议， 因此与各工作组之间不存在协议转换的问题，不仅效率高、管理简单， 而且网络结构简单， 能够为各种应用提供多种连接手段， 维护和扩充费用小。传统以太网是共享型局域网， 网里如有很多用户会产生争用， 使每个用户的平均带宽减少， 导致在网络主干和服务器等关键资源处形成瓶颈。交换式高速以太网为用户提供独立的、点对点的联接，凡是联接到交换器端口的用户都独占高速以太网的10/100Mbps 网段。交换式高速以太网与ATM 一样，都采用星形拓扑结构， 它的高带宽使各主干节点留有充分的扩展余地。故工作组网络采用交换式快速以太网。到桌面可采用交换100M、交换10M 或共享100M。3.2 网络组网技术的选择目前，可用于校园LAN（局域网）的技术有Ethernet（以太网）、Fast Ethernet（快速以太网）、 Gigabit Ethernet（千兆位以太网）、Token-Ring（令牌环网）、FDDI（光纤分布式数据接口）和ATM（异步传输模式）。Internet作为几年前主干网组网的主要技术，现在主要被用于工作组级组网，使网络交换到桌面工作站。Fast Ethernet是一种非常成熟的组网技术，造价很低，性能价格比很高，可作为资金不很充裕的中小型单位组建Intranet网的首选技术。快速以太网技术现在被广泛用于大型企业网的二级、三级网络组网或直接连至桌面工作站。FDDI也是一种成熟的组网技术，但技术复杂、造价高，FDDI网络难以向更先进的网络技术升级，现在用FDDI组建主干网的情况已非常少见。Gigabit Ethernet技术已成为大型Fast Ethernet的升级目标。虽然Fast Ethernet和Gigabit Ethernet因采用CSMA/CD的介质访问控制方式而广泛地存在着“广播风暴”的问题，但可以更好的传输介质和交换设备予于克服，其实出的优点是兼容先前的设备投资,师生的网络应用及培训更易进行，网络的可管理性和扩展性也很好。ATM是一种快速分组交换技术，它在WAN（广域网）上体现的强大功能和在LAN上的成功应用，是多媒体应用系统的理想网络平台，均以事实说明了它的技术的先进性。在ATM中，不同速率的各种数据，如：语音、图像、视频都被分成标准的53字节的信元，以光纤作为传输通道，避免了以太网中的“广播风暴”，提升了网络的整体性能。但是ATM不兼容以往的以太网投资，其管理和操作有异于传统的以太网平台，故不适用于以太网的升级改造。从网络应用、维护、安全和扩展方面而言，Gigabit Ethernet和ATM在实际应用中得到了广泛的采用。但在本方案中选择使用千兆位以太网技术，主干为千兆网，10M/100M自适应或10M交换到桌面。其理由是：(1) 以低廉的价格提供高带宽：千兆位以太网提供10倍于快速以太网的性能而价格远远低于其10倍，与ATM相比，其价格则远远低于622Mbps ATM。 (2) 良好的兼容性和管理的简单性：ATM必须使用局域网仿真才能与现有的网络设施兼容。在网络系统管理的技术要求上，千兆以太网比ATM要简单得多。 (3) 能保证服务质量：目前普遍认为：合理组织的千兆位以太网永远不需要考虑QoS管理，这也是千兆位以太网的宗旨；带宽本身比带宽管理更便宜。此外，千兆位以太网也可通过802.1P服务分级及预留带宽等技术来保证关键应用的服务质量。所有这些技术正促使校园网逐渐转向千兆位以太网。 (4) 支持千兆以太网的第3/4层交换机的出现：这大大地增强了千兆以太网在园区的地位，原来认为的以太网的一些不足，如对多媒体应用的支持、灵活的网络拓扑结构和多链路负载均衡、基于标准的虚拟网等，已被新的技术和标准所解决。3.3 网络设计方案描述 3.3.1 网络总体规划设计网络规划设计是一个系统建立和优化的过程，建设网络的根本目的是在Internet上进行资源共享与通信。要充分发挥投资网络的效益，需求设计成了网络规划设计中的重要内容，它提供了网络设计应到达的目标，并有助于设计者更好地理解网络应该具有的性能；结合学校的办学规模、管理需求和师生对教学科研的需要，学校的配套设施（如：机房、配线房、电源系统等）也应确定，确立一个性能较高的网络计算平台。网络平台中主要有针对学校建筑群而设计出拓朴图，有联网软件（包括网络安全上的软件及应用软件），还有互联设备（包括主交干换机、路由器、二级交换机、服务器等）。应用系统中包括硬件需求和系统需求。硬件需求主要是对多媒体教学提供，为了更好取得教学效果；系统需求主要是对网络操作系统的选择，目前优先选用Windows