千兆網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

楊剛 田春

[摘要]對于高校中的計算機(jī)技術(shù)類專業(yè)而言，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中扮演著非常重要的角色。對網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)功能以及通信和安全的需求進(jìn)行了分析，給出了一種典型的網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)室物理和邏輯設(shè)計方案，可滿足信息技術(shù)類專業(yè)中網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程對實(shí)驗(yàn)環(huán)境的需求。

[關(guān)鍵詞]信息技術(shù) 實(shí)驗(yàn)室 設(shè)計 安全 IP地址

一、網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)室物理環(huán)境

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)室規(guī)模設(shè)計時，按照容納一個標(biāo)準(zhǔn)班，即40人同時進(jìn)行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計。考慮到網(wǎng)絡(luò)類實(shí)驗(yàn)一般以工程項目的形式出現(xiàn)，需要對學(xué)生進(jìn)行分組，組內(nèi)多名學(xué)生協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)室的物理規(guī)劃采用了如圖1所示的方式。

在圖1中實(shí)驗(yàn)室共劃分為8個學(xué)習(xí)島，每一個學(xué)習(xí)島由一臺機(jī)柜和5臺計算機(jī)組成。在學(xué)習(xí)島上，從每臺計算機(jī)上引出兩條網(wǎng)線，其中一條是從網(wǎng)卡的RJ-45接口引出，用于連接數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò);另一條則是從計算機(jī)的串口經(jīng)過DB9到RJ45的轉(zhuǎn)換后引出，用于連接機(jī)柜中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的Console接口。兩條網(wǎng)線使用不同的顏色，以進(jìn)行區(qū)別。從5臺計算機(jī)上引出的共10條網(wǎng)線通過墻體上的線槽進(jìn)行布線進(jìn)入到本學(xué)習(xí)島的機(jī)柜中，在機(jī)柜中根據(jù)用途將網(wǎng)線分成兩組分別進(jìn)行綁扎布放到相應(yīng)的位置，網(wǎng)線兩端使用標(biāo)簽來標(biāo)識其來源計算機(jī)。

在學(xué)習(xí)島上，從每臺計算機(jī)上引出兩條網(wǎng)線，其中一條是從網(wǎng)卡的RJ-45接口引出，用于連接數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò);另一條則是從計算機(jī)的串口經(jīng)過DB9到RJ45的轉(zhuǎn)換后引出，用于連接機(jī)柜中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的Console接口。兩條網(wǎng)線使用不同的顏色，以進(jìn)行區(qū)別。從5臺計算機(jī)上引出的共10條網(wǎng)線通過墻體上的線槽進(jìn)行布線進(jìn)入到本學(xué)習(xí)島的機(jī)柜中，在機(jī)柜中根據(jù)用途將網(wǎng)線分成兩組分別進(jìn)行綁扎布放到相應(yīng)的位置，網(wǎng)線兩端使用標(biāo)簽來標(biāo)識其來源計算機(jī)。

對于學(xué)習(xí)島上的機(jī)柜，考慮到學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)時都需要對設(shè)備進(jìn)行物理連接的建立和拆除，因此將其左右擋板和前后門全部拆掉，以方便實(shí)驗(yàn)實(shí)施。按照網(wǎng)絡(luò)類課程實(shí)驗(yàn)對設(shè)備的要求，每臺機(jī)柜中從上至下分別安裝4臺路由器、兩臺二層交換機(jī)、兩臺三層交換機(jī)、兩臺統(tǒng)一威脅管理平臺設(shè)備、兩臺無線接入點(diǎn)設(shè)備和一臺有線無線一體化交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的電源線在機(jī)柜中統(tǒng)一進(jìn)行布線，由于每次實(shí)驗(yàn)使用的設(shè)備可能不同，因此使用分控開關(guān)插排對每一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)的電源管理。另外，為了保護(hù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的Console接口，同時也方便實(shí)驗(yàn)時Console線纜的跳接，將所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的Console線纜在機(jī)柜中進(jìn)行統(tǒng)一布線，并將其按照設(shè)備從上至下的順序依次從左至右端接到機(jī)柜中間的配線架上。

在機(jī)柜中的配線架上除了提供各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的Console接口外，還提供了一個連接外部網(wǎng)絡(luò)的WAN接口，該接口通過墻體線槽和地下線管的布線連接到了實(shí)驗(yàn)室的出口三層交換機(jī)上，使學(xué)習(xí)島上的網(wǎng)絡(luò)可以通過該接口連接到學(xué)校的校園網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)正確完成后可以訪問外部網(wǎng)絡(luò)的目的。

二、網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)室邏輯環(huán)境

（一）網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)室邏輯拓?fù)渑cIP地址規(guī)劃

為了能夠讓各個學(xué)習(xí)島可以訪問外部網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)室的出口處使用了一臺路由器和一臺三層交換機(jī)來進(jìn)行校園網(wǎng)與實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)之間的連接。在IP地址的規(guī)劃上，具體的規(guī)劃原則和IP地址分配情況如下：

（1）三層交換機(jī)與各個學(xué)習(xí)島之間的鏈路使用的IP網(wǎng)段為10.0.x.0/24，其中x為學(xué)習(xí)島的編號。當(dāng)學(xué)習(xí)島上的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇橛嬎銠C(jī)直連或者通過二層交換機(jī)連接到WAN接口上時，為計算機(jī)分配10.0.x.0/24網(wǎng)段的IP地址，網(wǎng)關(guān)為10.0.x.1。

（2）為每一個學(xué)習(xí)島預(yù)留了IP網(wǎng)段10.x.0.0/16。當(dāng)學(xué)習(xí)島上的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇橥ㄟ^三層交換機(jī)或路由器連接到WAN接口上時，實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可以使用網(wǎng)段10.x.0.0/16，而且還可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需求將10.x.0.0/16劃分成若干個子網(wǎng)。

在出口三層交換機(jī)上，除了為每一個學(xué)習(xí)島配置了一條靜態(tài)路由外，還配置了一條指向出口路由器的默認(rèn)路由。在出口路由器上共配置了兩條路由，一條為指向出口三層交換機(jī)的目的網(wǎng)絡(luò)為10.0.0.0/8的靜態(tài)路由;另一條為指向校園網(wǎng)的默認(rèn)路由。

（二）網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)室的安全策略

（1）地址轉(zhuǎn)換策略。通過配置靜態(tài)和默認(rèn)路由，實(shí)現(xiàn)了各個學(xué)習(xí)島之間的連通性，但是由于使用私有地址段10.0.0.0/8的關(guān)系，各個學(xué)習(xí)島依然無法訪問外部網(wǎng)絡(luò)。如果要實(shí)現(xiàn)對外部網(wǎng)絡(luò)的訪問，就必須要在出口路由器上配置網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換。由于校園網(wǎng)只給網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室分配了一個合法IP地址202.207.127.98，并且該地址已經(jīng)被分配給了出口路由器連接校園網(wǎng)的接口Fao/0，因此需要配置基于接口的地址轉(zhuǎn)換，即EasyIP。

（2）訪問控制策略。對于訪問外部網(wǎng)絡(luò)的需求，一方面學(xué)生需要訪問校園網(wǎng)內(nèi)和Internet上的的一些服務(wù)器，例如訪問教務(wù)處的網(wǎng)站進(jìn)行選課和成績查詢、訪問河北省人事考試中心的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理員認(rèn)證的報名和成績查詢、訪問百度網(wǎng)站進(jìn)行實(shí)驗(yàn)連通性驗(yàn)證等;另一方面又需要防止學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行上網(wǎng)聊天、打游戲或看電影等與學(xué)習(xí)無關(guān)的事情。這就需要在出口路由器上進(jìn)行訪問控制列表的配置來實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的訪問控制。

三、結(jié)語

通過對石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行上述物理和邏輯上的環(huán)境設(shè)計，較好地滿足了學(xué)院信息技術(shù)類專業(yè)中網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程對實(shí)驗(yàn)環(huán)境的需求，達(dá)到了非常好的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果。