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电大论文 36 高校校园网的分析与设计 ［摘要］高校校园网已成为高校信息化建设的重要支撑平台，本文根据高 校实际情况，从设计目标、思想和原则入手，分析并设计了高校校园网方案。 ［关键词］校园网核心设备设计 随着计算机网络的发展，校园网已经成为高等院校走向信息化时代的必然发 展趋势，使我国高等教育管理向智能化发展。它是网络技术和电子信息技术和高 等院校发展相结合的产物。校园网以信息资源为根本，硬件网络系统为物质基础， 同时以网络软件系统实现系统的管理与使用，是一个具有宽带通路和交互功能的 专业性局域网，应具有教学、科研、管理和通讯等四大功能。 一、设计目标 校园网的设计目标简而言之是将各种不同应用的信息资源通过高性能的网 络设备相互连接起来，形成校园区内部的 Intranet 系统，对外通过路由设备接 入广域网。具体而言这样的设计目标应该是：建设一个以办公自动化、计算机辅 助教学、现代计算机校园文化为核心，以现代网络技术为依托、技术先进、扩展 性强、覆盖全校楼宇的校园主干网络，将学校的各种 PC 机工作站、终端设备和 局域网连接起来，并与有关广域网相连:在网上宣传和获取教育资源;在此基础上 建立能满足教学、科研和管理工作需要的软、硬件环境;开发各类信息库和应用 系统，为学校各类人员提供充分的网络信息服务;系统总体设计本着总体规划、 分布实施的原则，充分体现系统的技术先进性、高度的安全可靠性、良好的开放 性、可扩展性，以及建设经济性。 1.网络技术选型 在校园网网络的建设中，主干网选择何种网络技术对网络建设的成功与否起 着决定性的作用。选择适合校园网络需求特点的主流网络技术，不但能保证网络 的高性能，还能保证网络的先进性和扩展性，能够在未来向更新技术平滑过度， 保护用户的投资。所以要根据实际应用的需要，采用千兆以太网作为校园网的主 干网，因为作为整个校园网的信息交换中心，网络的速度会直接影响到其他各子 网的性能;在建设多媒体教室时，由于网络中将会有很多的图像和声音的传输， 因此对带宽和传输速度有很高的要求，采用快速以太网就是最好的选择；而对于 其他一些只有诸如简单文件传输之类的应用的环境，采用以太网就能满足要求。 不同网络技术的复杂程度，在一定程度上直接影响校园网的维护、管理和使用效 果。千兆以太网继承了以太网的技术简单，容易学习掌握的特点，是校园网的首 选技术。 2.校园网的出口解决方案 目前，高校校园网 IP 资源及注册域名基本来源于中国教育科研计算机网— —CERNET，但资费比较高，除了重点高校，带宽也受到了很大限制。而随着用 户数量的不断增加，多数高校原有 CERNET 接入带宽已不能满足需求，扩大校 园网出口带宽迫在眉睫，但扩大出口带宽带来的一个直接问题便是网络信息费的 急剧增大，与 CERNET 相比，通过本地 ISP 接入 CHINANET，在相同接入带宽 的情况下费用较低。所以，采用双出口方案是高校校园网发展的一个新趋势，它 综合运用了静态、网络地址转换和策略路由等技术，充分整合了 CERNET 及本 地 ISP 的优势资源，是一种行之有效的校园网出口瓶颈解决方案。 3.网络核心设备的选择 (1)骨干带宽的选择。网络应用的增加对网络带宽提出了直接的需求。事实 上，从 1983 年 802.3 标准的正是成立开始，以太网技术经过 20 年的发展，已 进入万兆以太网（802.3ae 标准）的时代。校园网络应用也是极其丰富的。并且 随着组播技术在校园的应用，校园网核心层将面临严峻的考验。出于对网络发展 的考虑，基于网络业务的发展，在拥有近万个信息点的高校采用万兆以太网技术 构建核心层是可行的。目前业务还没完全开展起来，先采用千兆骨干，但核心设 备必须支持万兆，并且在教育行业有应用，证明核心产品的成熟性和稳定性。在 实现端到端的以太网访问的同时提高了传输的效率，有效地保证了多媒体教学、 数字图书馆等业务的开展。 (2)处理能力。核心层是网络高速交换的骨干，被设计成尽可能高速包转发 率，同时能够提供高速的 Internet 的接入和高冗余性能，同时由于各高校基本 采用了 Internet 和 CERNET 双出口，而且出口的速率不同，所以所选择的网络 核心层设备应该能够提供多网络出口的智能选择的功能，本身能够提供冗余特 性。核心层设备须能够支持多种不同模块的插槽和提供多种不同的网络模块，支 持到流媒体所需的网络的组播协议和网络的多播协议的处理能力，需要线速的数 据转发和数据交换功能，即高背板带宽支持和高性能网络处理芯片的支持；由于 是核心设备，还必须考虑整体网络的灾难备份和设备冗余，在设计中考虑的设备 冗余需要有设备支持和协议支持，设备支持就是指在核心不能由单台设备进行整 个网络的数据交换，需要有至少两台设备对整个网络进行有效的支撑，并已经具 备灾难备份的硬件支撑能力。在协议上，需要支持冗余协议，实现整体网络冗余。 支持在单台设备失效的同时，在最短的时间切换，避免网络损失。 对于核心交换机在整个网络的设计，还要考虑整体业务的支撑方式，因为设 备只是物理承载层面，而用户需要在该物理层面实现其业务，达到职能和流程的 有效快捷，这样，物理设备的业务支撑能力就至关重要。核心设备应提供分布式 L2/3/4 层接口板处理应用流（视频、话音、数据）、重要用户的优先级，支持 NAT、MPLS、VPN、策略路由等应用；支持基于端口、MAC、VLAN、IP、应 用类型等多种 Qos；支持四个优先级队列和 WRED、WRR、PQ、WFQ 等流分 类、排队、调度和整形机制。赋予交换机高度的智能性，高效支持各种应用业务。 对于核心设备在网络中的举足轻重的位置，安全对于整个网络来说也整个网 络的至关重要的，对于外部的黑客攻击和内部的病毒攻击的屏蔽，是保证整个网 络运行的关键。核心设备要提供完善的 ACL 访问控制策略的定制，防止非法内 容的访问；广播包抑制及广播源定位功能，保证网络用户安全。 (3)对于未来的扩展设计。对于在中心位置的核心设备的设计而言，随着时 代的改变，其业务结构和规模也会改变，这样需要整个网络设备能够对未来的变 化具备应对措施；由于核心设备是数据和业务的核心，所以，不能轻易的进行更 换，同时，考虑到成本的因素，除非核心设备已经完全不能支撑目前业务的进行， 否则，基本都会采取在原来的设备增加功能支撑来满足新业务的需求。这样，对 于未来的扩展性就变得异常重要，核心设备扩展槽，接插模块类型，端口密度数 应有所考虑，以保证整体设备的高性价比。 4.安全方案的部署 从各高校网络现状分析，目前面临的网络安全威胁来源主要来自以下几个方 面：一是来自 Internet 的安全威胁，各高校有自己独立的链路通往 Internet。 从 Internet 上的任意接入点对本局域网发起的基于网络的攻击，以及对外公开 的应用服务器的攻击，这样可以造成网络性能的急剧下降，应用服务器的瘫痪。 使整体网络正常的内、外双向通信、存储等服务受阻或中断;二是来自校内局域 网内部的恶意安全攻击，网络连接学生的计算机，学生有可能基于学习的目的可 能使用各种入侵的软件，给系统造成隐含的威胁;三是高校内各相关部门的数据 上报采用 FTP 方式逐级复制，处于完全敞开和透明的模式，只要掌握 IP 地址， 传输数据就可以被轻易截获，从而造成保密信息的泄露;再有来自操作系统、应 用系统本身的漏洞及来自互联网、内部局域网的病毒安全威胁的攻击。学校范围 内的病毒防护不能依靠个人的自觉性，应当从网关、服务器、客户端多个层面来 统一部署，实施整体病毒防护解决方案。这样才能从根本上杜绝病毒的发作和传 播，有效地保护学校内部资源，同时对新出现的病毒有一个很好的、快速的响应 系统。 [作为学校网络安全的防线，防火墙、入侵检测、防病毒系统是必不可少的， 它可有效的对来自外网和内网的攻击做出及时告警，并给予一定的响应措施。 5.专网的设计 近来年，各高校依托校园网线路的其他各项应用也相继加入。如校园一卡通 工程，涉及到全校师生及校财务、图书馆、餐饮等多个部门。既有用户的身份识 别，有又用户的消费，所以，应考虑到此类应用的专网设计。包括设备选择、V LAN 划分、IP 规划、访问列表设置等。再有，校保安系统视频监控、冬季取暖 温度采集系统都将工作在校园网上。 6.其他注意问题 在用户管理、计费方面，要保证计费数据的准确，交换机可以支持用户账号、 IP 地址、MAC 地址、交换机端口、VLAN 的绑定，保证了用户上网期间 IP 地 址不被盗用，支持基于流量/时长/包月/带宽的计费及其组合计费方式。 在用户日志管理方面，业务管理平台和接入交换机配置可以实现完善的用户 日志功能。用户访问日志的内容包括用户名、源 MAC、VLANID、源 IP、目的 IP、访问时间。用户的目的 IP 地址改变时会产生一条日志。根据这些信息可以 很方便的定位用户在某个时间段访问了那些内部服务器，与服务器的日志相对应 追查出一些事故的责任人。 在网络管理方面，网络管理软件支持多种操作平台，并能够与多种通用网管 平台集成，实现从设备级到网络级全方位的网络管理。提供统一拓扑发现功能， 实现全网监控，可以实时监控所有设备的运行状况，并根据网络运行环境变化提 供合适的方式对网络参数进行配置修改，保证网络以最优性能正常运行。 此外，高校用户数较多，所以，故障管理、集群管理、流量性能监控等也是 必不可少的。 三、结束语 高校校园网是一个复杂的系统工程，构建高性能的校园网需要与新的网络设 计理念紧密结合，以高性能、高可靠性、高安全性及先进的服务质量（Qos）为 核心，将高校的教学、科研及管理在校园网的平台支撑下更上一个台阶。