吉首大學校園網(wǎng)性能分析與設計＊

張曉丹

(吉首大學數(shù)學與計算機科學學院,湖南 吉首 416000)

吉首大學校園網(wǎng)性能分析與設計＊

張曉丹

(吉首大學數(shù)學與計算機科學學院,湖南 吉首 416000)

首先對吉首大學原有校園網(wǎng)進行性能分析,找出影響校園網(wǎng)性能的主要因素和網(wǎng)絡“瓶頸”,在此基礎上提出新的校園網(wǎng)設計方案,然后對方案可行性進行評估預測.此研究對改善校園網(wǎng)性能、提高網(wǎng)絡運行的安全性和可靠性具有指導意義.

校園網(wǎng);網(wǎng)絡仿真;網(wǎng)絡設計

校園網(wǎng)是現(xiàn)代化教學的基礎性設施,作為實施教育信息化有效載體,對保障學校教育教學和科研管理等工作的正常有序進行,實現(xiàn)校際交流和資源共享方面,起著至關(guān)重要的作用,并將直接影響到教育信息化建設的質(zhì)量[1].本文把仿真軟件 OPNET應用在校園網(wǎng)的性能分析與規(guī)劃設計中,運用網(wǎng)絡仿真技術(shù)對現(xiàn)有校園網(wǎng)的性能進行分析;對計劃升級改造的校園網(wǎng)的可靠性和有效性進行評估和預測,為校園網(wǎng)的維護、規(guī)劃設計提供客觀、可靠的定量依據(jù),能夠縮短網(wǎng)絡建設周期,提高校園網(wǎng)建設中決策的科學性,降低校園網(wǎng)投資的風險[2,3,4].

1 吉首大學現(xiàn)有校園網(wǎng)絡性能分析

吉首大學校園網(wǎng)是 1999年投入運行的,它是以10/100 Mbps帶寬為主干的星形快速以太網(wǎng).中心結(jié)點采用 Cisco的 Catalyst5000,二級節(jié)點采用 Cisco2900,以放射狀連接到各教學樓低端交換設備.核心交換機 Catalyst5000與 catalyst2900及服務器間用100 M雙絞線相連接;catalyst2900與二層交換設備之間用 10M雙絞線連接.某大學校園網(wǎng)拓撲圖如圖1所示.

圖 1 當前校園網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)

受當時資金和技術(shù)條件限制,校園網(wǎng)最初設計時學生宿舍沒有上網(wǎng),教學樓聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點也不是太多.現(xiàn)在將教學一樓新建的兩個多媒體教室中 120臺機器和辦公樓內(nèi)原來未連網(wǎng)的 100臺機器也連入網(wǎng)內(nèi).運行仿真后網(wǎng)絡延遲及用戶瀏覽網(wǎng)頁的響應時間比較,如圖 2和圖 3所示:

圖 2 網(wǎng)絡延遲比較

圖 3 瀏覽網(wǎng)頁響應時間比較

當增加節(jié)點后,網(wǎng)絡負載增加較明顯,延遲增加不太大,約 17 ms左右,在可接受的范圍之內(nèi);繼續(xù)擴容后,整個網(wǎng)絡的延遲增加很大,已經(jīng)超出 200 ms,這是大部分應用響應時間的一個閾值.通過前面的仿真分析知道,現(xiàn)有校園網(wǎng) 10 M/100 Mbps主干已經(jīng)不能滿足用戶迅速增長的需要及用戶對新業(yè)務的需求;而且單中心結(jié)點的拓樸形式也存在很大的安全隱患,現(xiàn)有的校園網(wǎng)必須進行升級改造,增加帶寬,提高網(wǎng)絡速度和運行安全性.

2 吉首大學校園網(wǎng)絡改進方案

為了提高原有主干網(wǎng)的速度,首先應確定采用哪一種比較先進實用且有較高性價比的網(wǎng)絡技術(shù).目前,我們選擇已經(jīng)很成熟千兆位以太網(wǎng)技術(shù),它在拓展帶寬的同時又和原有的 10/100Mbps校園網(wǎng)保持了很好的兼容性,從而可以節(jié)約大量資金.另外為解決交換式網(wǎng)絡中廣播風暴的發(fā)生,在改造后的校園網(wǎng)中我們將采用虛擬網(wǎng) (VLAN)技術(shù)[7].它可以根據(jù)用戶的不同業(yè)務需要,將位于不同地理位置的節(jié)點從邏輯上劃分為不同的子網(wǎng),從而提高網(wǎng)絡性能.

2.1 吉首大學校園網(wǎng)改進后的拓撲結(jié)構(gòu)

原有校園網(wǎng)主干采用的是單個中心節(jié)點的星形拓撲結(jié)構(gòu).一旦主節(jié)點出現(xiàn)故障就會造成整個校園網(wǎng)的癱瘓.為保證校園網(wǎng)安全可靠運行,計劃改造的校園網(wǎng),增加了校園主干網(wǎng)的冗余主節(jié)點,使其與原有的主節(jié)點互為備份節(jié)點,以保證校園網(wǎng)的連續(xù)安全運行.一級節(jié)點之間及一級節(jié)點和二級節(jié)點之間用多模光纖連接,而且構(gòu)成環(huán)形,新增二級節(jié)點和低端交換設備間采用 10M/100Mbps雙絞線互聯(lián).從而構(gòu)成千兆光纖為主干,10/100Mbps交換到桌面的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu).改進后的校園網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)如圖 4所示:

圖 4 改進后的校園網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)

2.2 VLAN劃分

在校園網(wǎng)的整個網(wǎng)絡規(guī)劃當中,VLAN的劃分是非常重要的部分,很好的利用 VLAN技術(shù)的功能,能起到事半功倍的效果,對整個校園網(wǎng)網(wǎng)絡的性能也是事關(guān)重要的[8,9].校園網(wǎng) VLAN劃分步驟:

(1)配置交換機結(jié)點屬性 VLAN parameters→scheme的屬性值為“Port-BasedVLAN”,使具有VLAN功能的交換機 (VLAN_enabled)可支持VLAN.

(2)配置交換機的 VLAN parameters→Supported VLANs屬性,列出交換機 accessport連接的所有VLAN號 (V I D)和 Name.

(3)在交換機的 Switch PortConfigration屬性中設置虛擬網(wǎng)端口號 (PV I D)、端口類型 (Port Type)及每個端口支持的 VLAN列表(Supported VLANs).

3 改進后的校園網(wǎng)絡性能測試

3.1 網(wǎng)絡報文延遲測量

我們在校園網(wǎng)中使用如圖 4所示的網(wǎng)絡拓撲,分別使用不同程序的網(wǎng)絡負載,對網(wǎng)絡報文的延遲做出了測量.報文延遲測試是基于 ping程序的,測試校園網(wǎng)接入主機到位于校園網(wǎng)另一端的主機192.168.64.107的平均報文延遲.測試改進后校園網(wǎng)絡當前負載情況,測試所用的數(shù)據(jù)包總量以及延遲結(jié)果如表 1所示:

表 1 網(wǎng)絡報文延遲測量數(shù)據(jù)

從表 1所示的測試結(jié)果可以看出,在改進方案實施之后,數(shù)據(jù)報文的延遲符合通常網(wǎng)絡應用的要求.因此我們可以判定,本文提出的改進方案在網(wǎng)絡擴容后沒有改變網(wǎng)絡的性能.

3.2 VLAN劃分前后性能的比較

由圖 5中看出,劃分 VLAN后交換機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)量有很大降低.劃分 VLAN后,不屬于一個 VLAN的訪問將會被拒絕,能過濾掉廣播包,從而提高了校園網(wǎng)帶寬利用率和運行安全性.由仿真結(jié)果可以看出封包傳輸延遲和延遲變化都很小,也就是說改造后的網(wǎng)絡對語音和視頻業(yè)務承載能力很強,網(wǎng)絡傳輸速度很快且可靠性高,網(wǎng)絡性能良好.

圖 5 VLAN劃分前后交換機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)量對比

4 小結(jié)

本章對計劃升級改造的校園網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)進行了重新設計,并利用 OPNET對升級后的網(wǎng)絡語音視頻業(yè)務承載能力和劃分VLAN后網(wǎng)絡性能進行了比較分析.結(jié)果表明重新設計后的校園網(wǎng)可以保證語音和視頻業(yè)務的可靠傳輸,劃分 VLAN后能有效提升網(wǎng)絡性能.

[1]趙毅.高校校園計算機網(wǎng)絡設計與實現(xiàn)[D].重慶:重慶大學,2006.

[2][8]鄧濤.校園網(wǎng)網(wǎng)絡性能分析 [D].武漢:武漢理工大學,2003.

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[5]王和興,等.基于 OPNET的網(wǎng)絡仿真與性能測量[J].微電子學與計算機,2005,(12):25-27,32.

[6]Uthman Baroudi,Mohammed Aijaz Mohiuddin.Perfor mance analysis of internet applications over an adaptive[J].IEEE,2006,(4):51-56.

[7]杜煒,等.網(wǎng)絡仿真在網(wǎng)絡性能指標評價中的應用[J].計算機工程與應用,2003,(18):176-180.

[8]劉曲明.網(wǎng)絡性能分析評價方法及其計算機仿真方法討論[J].計算機仿真,2000,(1):53-57.

(責任編校:簡子)

TP393.18

A

1008-4681(2010)02-0079-03

2010-02-24;

2010-03-16

張曉丹 (1981-),男,湖南常德人,吉首大學數(shù)學與計算機科學學院講師.研究方向:計算機應用技術(shù).