基于高校校園網(wǎng)的構(gòu)建及發(fā)展的思考

江能興　朱強(qiáng)　王景添

摘 要： 校園網(wǎng)是各種類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)中的一大分支，有著非常廣泛的應(yīng)用。校園網(wǎng)的建成和使用，對(duì)于提高教學(xué)和科研的質(zhì)量、改善教學(xué)和科研條件、加快學(xué)校的信息化進(jìn)程，開(kāi)展多媒體教學(xué)與研究有著十分重要而深遠(yuǎn)的意義。根據(jù)校園地形條件，分析了校園網(wǎng)常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)校園建筑布局給出了具體布線圖。探討了網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)，對(duì)校園網(wǎng)的發(fā)展作了展望。

關(guān)鍵詞： 校園網(wǎng)； 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； 綜合布線； IPv6

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393.18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2013）07-78-03

0 引言

二十一世紀(jì)是信息化時(shí)代，辦公自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化已成為必不可少的條件。校園網(wǎng)已成為各學(xué)校必備的重要信息基礎(chǔ)設(shè)施，其規(guī)模和應(yīng)用水平已成為衡量學(xué)校教學(xué)與科研綜合實(shí)力的一個(gè)重要標(biāo)志[1]。

1 校園網(wǎng)的功能

校園網(wǎng)一般就是指把分布在校園不同位置的多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，利用網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行通信，以軟、硬件和數(shù)據(jù)資源共享為目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。校園網(wǎng)的旺盛生命力在于它能提供豐富多彩的教育教學(xué)信息和各種教學(xué)資源。校園網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)有：傳播距離短、延時(shí)少、建設(shè)成本低和傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò)低層協(xié)議簡(jiǎn)單，控制和選擇等問(wèn)題大大簡(jiǎn)化，因而又具有組網(wǎng)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)的特點(diǎn)。校園網(wǎng)對(duì)于高校的作用和功能主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

1.1 傳遞信息

進(jìn)行信息傳遞是校園網(wǎng)最基本的功能之一，通過(guò)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息傳遞，使分散在校園內(nèi)不同位置的計(jì)算機(jī)用戶(hù)可以進(jìn)行集中控制管理。在高校各部門(mén)建立網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，可以為整個(gè)校園網(wǎng)用戶(hù)提供豐富的教學(xué)資源，并對(duì)這些資源進(jìn)行統(tǒng)一綜合管理。

1.2 資源共享

通過(guò)把校園網(wǎng)接入Internet，校園網(wǎng)內(nèi)的各種電腦終端不但可以互相傳遞信息、共享資源，而且可以享受互聯(lián)網(wǎng)上取之不盡的巨大信息資源，校園網(wǎng)對(duì)于教學(xué)活動(dòng)的重要性也會(huì)成倍增強(qiáng)。

1.3 網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)

通過(guò)校園網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行圖文并茂的多媒體教學(xué)，還可以取代語(yǔ)音實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行生動(dòng)的在線語(yǔ)言教學(xué)，也可以利用種類(lèi)豐富的教學(xué)軟件，給師生提供一個(gè)良好的教學(xué)環(huán)境，所有這些都是以往任何傳統(tǒng)教學(xué)手段所不能做到的。校園網(wǎng)絡(luò)通過(guò)聯(lián)通外界大型網(wǎng)絡(luò)，可以形成更大范圍的網(wǎng)絡(luò)交互式學(xué)習(xí)環(huán)境，給教學(xué)提供了全新的概念。

1.4 數(shù)字圖書(shū)館

圖書(shū)館可以開(kāi)設(shè)針對(duì)學(xué)生的電子閱覽室和面向教師的電子備課室和閱覽室?？梢栽谛@網(wǎng)提供網(wǎng)上在線書(shū)目檢索服務(wù)，讀者可以在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)檢索圖書(shū)、瀏覽全文、查閱借閱情況、辦理預(yù)約及續(xù)借手續(xù)等。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)圖書(shū)管理的“電腦化”和資料查詢(xún)的“網(wǎng)絡(luò)化”[2]。

2 校園網(wǎng)的設(shè)計(jì)

校園網(wǎng)建設(shè)的原則應(yīng)該是：①先進(jìn)性 先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)工具，采用市場(chǎng)覆蓋率高、標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)成熟的軟硬件產(chǎn)品；②實(shí)用性 建網(wǎng)時(shí)應(yīng)考慮利用和保護(hù)現(xiàn)有的資源、充分發(fā)揮設(shè)備效益；③開(kāi)放性 系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)采用開(kāi)放技術(shù)、開(kāi)放結(jié)構(gòu)、開(kāi)放系統(tǒng)組建和開(kāi)放用戶(hù)接口，以利于網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)、擴(kuò)展升級(jí)及與外界信息的溝通；④靈活性 采用積木式模塊組合和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)配置靈活，滿(mǎn)足學(xué)校逐步到位的建網(wǎng)原則，使網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的可增長(zhǎng)性；⑤可靠性 具有容錯(cuò)功能，管理、維護(hù)方便。對(duì)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、選型、安裝、調(diào)試等各環(huán)節(jié)須進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和分析，確保系統(tǒng)運(yùn)行可靠，經(jīng)濟(jì)性，投資合理，有良好的性能價(jià)格比。

下面以廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院北校區(qū)為例，展示高校校園網(wǎng)的構(gòu)建。根據(jù)校園網(wǎng)學(xué)生人數(shù)和辦公需要，主干線采用千兆電纜地下鋪設(shè)，學(xué)生宿舍床位均有校園網(wǎng)絡(luò)接口，支持10Mbps/100Mbps全雙工，并建設(shè)有數(shù)字圖書(shū)館，OA辦公自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)外采用教育網(wǎng)接入。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1中核心路由器連接著服務(wù)器和各棟樓的交換機(jī)，對(duì)外連接的因特網(wǎng)為教育網(wǎng)。宿舍樓交換機(jī)連接各樓層交換機(jī)，樓層交換機(jī)連接各宿舍門(mén)口的小交換機(jī)，小交換機(jī)連接宿舍內(nèi)的電腦。辦公樓交換機(jī)連接各樓層交換機(jī)，由于辦公樓沒(méi)有那么多的用戶(hù)終端，所以不用每個(gè)房間配置一臺(tái)交換機(jī)，樓層交換機(jī)可以直接連接電腦終端、打印機(jī)和傳真機(jī)。教學(xué)樓除了電腦實(shí)訓(xùn)室單獨(dú)分配一個(gè)樓層交換機(jī)外，其他每間多媒體教室只要分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，圖書(shū)館為了方便學(xué)習(xí)還要另外建設(shè)無(wú)線熱點(diǎn)[3]。

廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院北校區(qū)地形比較復(fù)雜，校園被工業(yè)大道橫攔為兩半，為了節(jié)省材料和方便施工，并考慮到地勢(shì)較低，時(shí)常有被水浸的現(xiàn)象，所以網(wǎng)線的架設(shè)采用地下封閉鋪設(shè)的方式，服務(wù)器和路由器放在教學(xué)樓三樓。

學(xué)校建筑有教學(xué)樓、綜合樓、宿舍樓、實(shí)訓(xùn)樓、辦公樓、圖書(shū)館，每日活動(dòng)的主機(jī)有數(shù)千臺(tái)。為了更好地管理和防止廣播風(fēng)暴，應(yīng)該根據(jù)所需主機(jī)數(shù)給予每棟樓和每個(gè)服務(wù)器分配固定的IP地址段和子網(wǎng)掩碼，然后通過(guò)可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼技術(shù)進(jìn)行地址合并，最重要的是，把不同樓房和不同功能需求的房間分配到不同主機(jī)號(hào)的IP地址段中去，改善路由器性能，提高網(wǎng)絡(luò)管理效率。

3 校園網(wǎng)的發(fā)展

校園網(wǎng)發(fā)展到2012年，已經(jīng)有數(shù)千臺(tái)主機(jī)，有多個(gè)電腦室和數(shù)字化圖書(shū)館，實(shí)現(xiàn)了電子化辦公，如圖2所示。以下探討未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

3.1 普及IPv6技術(shù)

目前，校園網(wǎng)使用的是第二代互聯(lián)網(wǎng)IPv4技術(shù)。它遇到的最大問(wèn)題是網(wǎng)絡(luò)IP地址的資源有限，從理論上來(lái)說(shuō)能夠大約編址1600萬(wàn)個(gè)網(wǎng)絡(luò)，提供IP地址給40億臺(tái)主機(jī)。但采用A、B、C三類(lèi)編址劃分的方法后，可用的網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址的數(shù)目少了很多，IP地址發(fā)展到現(xiàn)今已經(jīng)基本耗盡。其中北美占有3/4，大約30億個(gè)，人口最多的亞洲只分配了不到4億個(gè)，而中國(guó)只有3千多萬(wàn)個(gè)，相當(dāng)于美國(guó)麻省理工學(xué)院擁有的地址數(shù)量。IP地址不足，已經(jīng)嚴(yán)重制約了我國(guó)與其他發(fā)展中國(guó)家互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展。一方面是隨著電子信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入人們的日常生活并影響著人們的生活方式，身邊的每一樣?xùn)|西在未來(lái)都可能需要連接互聯(lián)網(wǎng)，另一方面是IP地址資源數(shù)量嚴(yán)重不足，在這樣的環(huán)境下，IPv6技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生。

IPv6所擁有的地址容量是IPv4的約8×1028倍，達(dá)到2128個(gè)，單從數(shù)字上來(lái)說(shuō)，這不但解決了網(wǎng)絡(luò)地址資源數(shù)量有限的問(wèn)題，也為除計(jì)算機(jī)以外的其他終端例如智能手機(jī)、家用電器等設(shè)備連入互聯(lián)網(wǎng)掃清了障礙。但是與IPv4一樣，IPv6也會(huì)有大量的IP地址浪費(fèi)，準(zhǔn)確的說(shuō)，使用IPv6的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并沒(méi)有2128個(gè)能充分利用的地址。首先，要實(shí)現(xiàn)IP地址的自動(dòng)分配，網(wǎng)絡(luò)所使用的子網(wǎng)前綴必須等于64，但是很少有一個(gè)局域網(wǎng)能容納264個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端，多余的地址就被浪費(fèi)了；其次，由于IPv6的地址分配必須遵循聚類(lèi)的原則，所以地址的浪費(fèi)也就在所難免[4]。但是，IPv6的地址空間很大，這些地址的浪費(fèi)在可接受的范圍內(nèi)。如果說(shuō)IPv4能實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的對(duì)話， IPv6技術(shù)則可以擴(kuò)展到任意事物之間的對(duì)話，它不僅可以為人類(lèi)用戶(hù)服務(wù)，還將服務(wù)于眾多硬件設(shè)備，如汽車(chē)、網(wǎng)絡(luò)照相機(jī)、家用電器、傳感器等，它將是無(wú)時(shí)不在，無(wú)處不在地深入到社會(huì)每個(gè)角落的真正的互聯(lián)網(wǎng)，能帶來(lái)非常巨大的經(jīng)濟(jì)效益[5]。

3.2 無(wú)線局域網(wǎng)覆蓋全校

無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Local Area Networks， WLAN）是相當(dāng)便利的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，它利用射頻（Radio Frequency， RF）的技術(shù)，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線（Coaxial）所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)，使得無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)能利用簡(jiǎn)單的存取架構(gòu)讓用戶(hù)透過(guò)它，達(dá)到無(wú)處不在的理想境界。

802.11n是WiFi聯(lián)盟在802.11a/b/g之后的一個(gè)無(wú)線傳輸標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，為了實(shí)現(xiàn)高帶寬、高質(zhì)量的WLAN服務(wù)，使無(wú)線局域網(wǎng)達(dá)到以太網(wǎng)的性能水平，802.11任務(wù)組N（TGn）應(yīng)運(yùn)而生。在傳輸速率方面，802.11n可以將WLAN的傳輸速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps，提供到300Mbps甚至高達(dá)600Mbps。得益于將MIMO（多入多出）與OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)相結(jié)合而應(yīng)用的MIMO OFDM技術(shù)，提高了無(wú)線傳輸質(zhì)量，也使傳輸速率得到極大提升。在覆蓋范圍方面，802.11n采用智能天線技術(shù)，通過(guò)多組獨(dú)立天線組成的天線陣列，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整波束，保證讓W(xué)LAN用戶(hù)接收到穩(wěn)定的信號(hào)，并可以減少其他信號(hào)的干擾。因此其覆蓋范圍可以擴(kuò)大到好幾平方公里，使WLAN的移動(dòng)性極大地提高。在兼容性方面，802.11n采用了一種軟件無(wú)線電技術(shù)，它是一個(gè)完全可編程的硬件平臺(tái)，使得不同系統(tǒng)的基站和終端都可以通過(guò)這一平臺(tái)的不同軟件實(shí)現(xiàn)互通和兼容，這使得WLAN的兼容性得到極大改善。

3.3 多線路智能分流

校園網(wǎng)從外網(wǎng)接入需求看，要考慮保障線路并行、最優(yōu)線路選擇、實(shí)時(shí)路由選擇等需求。相對(duì)于從內(nèi)網(wǎng)訪問(wèn)需求看，優(yōu)化傳輸、數(shù)據(jù)分流也是不可或缺的要素。多線路智能分流技術(shù)就是校園網(wǎng)內(nèi)的用戶(hù)在訪問(wèn)網(wǎng)外資源時(shí)，VPN設(shè)備將根據(jù)用戶(hù)的目標(biāo)地址，引導(dǎo)對(duì)方接入相應(yīng)的資源線路；當(dāng)校園網(wǎng)外的用戶(hù)進(jìn)入內(nèi)網(wǎng)時(shí)，VPN設(shè)備可以根據(jù)用戶(hù)的源接入地址，引導(dǎo)對(duì)方接入相應(yīng)的線路端口，訪問(wèn)目的資源，這個(gè)過(guò)程體現(xiàn)的是自適應(yīng)智能選路功能[6]。

未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)線路多樣化，數(shù)據(jù)傳輸通路將會(huì)非常復(fù)雜，如果不采用多線路智能分流技術(shù)，結(jié)果很可能在需要訪問(wèn)公網(wǎng)資源時(shí)，卻是經(jīng)由教育網(wǎng)線路出去，這樣網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的效率就大大降低了。線路的過(guò)長(zhǎng)和不同網(wǎng)絡(luò)帶寬的差異會(huì)產(chǎn)生之前提到的種種問(wèn)題，通過(guò)采用智能分流應(yīng)用后，校園網(wǎng)訪問(wèn)不同外網(wǎng)資源，可以經(jīng)由相應(yīng)的接入端口線路轉(zhuǎn)發(fā)出去，從而達(dá)到優(yōu)化傳輸，數(shù)據(jù)分流的目的。

多線路智能分流應(yīng)用下的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，表現(xiàn)最為突出的要屬不同網(wǎng)絡(luò)線路運(yùn)營(yíng)商之間的互聯(lián)上。不同線路運(yùn)營(yíng)商之間網(wǎng)絡(luò)的互訪，在一般情況下，需要經(jīng)由特定的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行中轉(zhuǎn)，造成的延時(shí)大約在420毫秒以上，如果換成集成多線路智能技術(shù)的VPN設(shè)備進(jìn)行中轉(zhuǎn)，可以將延時(shí)縮小到60毫秒以下，這個(gè)時(shí)間基本上是正常線路的傳輸時(shí)長(zhǎng)，能大大提高網(wǎng)絡(luò)互連的效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

一個(gè)校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組建需要從多方面進(jìn)行考慮，不但涉及許多技術(shù)問(wèn)題，而且包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、信息資源、專(zhuān)業(yè)應(yīng)用等眾多方面的綜合化，以及信息化教學(xué)環(huán)境系統(tǒng)的建設(shè)。本文從實(shí)際出發(fā)，提出了一個(gè)高校校園網(wǎng)建設(shè)的方案，并對(duì)以后校園網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)行了展望。隨著IPV6技術(shù)的普及，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)校園的覆蓋，以及具有智能數(shù)據(jù)處理能力的新型網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備的應(yīng)用，校園網(wǎng)將發(fā)展成為一個(gè)無(wú)處不在的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，會(huì)給學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活帶來(lái)極大的便利。

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