试题校园网设计关键技术及解决方案
校园网的建设有利于校内的资源共享与信息交换,有利于学校与外界的资源共享和信息共享。校园网的规划、设计、硬件建设、软件建设,以及已有网络设备的使用及调优,都要从全局、长远的角度出发,充分考虑网络的安全性、易用性、可靠性和经济性等。资源调优、光纤连接和无线解决方案是保障校园网络可靠易用的几项关键技术。
请围绕“校园网设计关键技术及解决方案”论题,依次对以下3个方面进行论述。
(1)以你负责规划、设计及实施的校园网项目为例,概要叙述针对实际需求的设计要点,以及如何充分利用已有的软硬件,或对现有硬件资源的调优措施。
(2)具体讨论在校园网/企业网网络规划与设计中高性能的光纤连接关键技术、采用的无线技术及解决方案。
(3)具体讨论在上述关键技术的实施过程中遇到的问题和解决措施,以及实际运行效果。
参考答案:(1)论文论述的是校园网的网络规划与设计,题干中指出要重点论述光纤连接技术和无线网络设计技术,应根据学校的网络规模选择适合的光纤布线和无线设计方案。
(2)叙述自己参与设计和实施的校园网项目应有一定的规模,自己在该项目中担任的主要工作应有一定的分量。
(3)能够全面和准确地描述校园网络的需求,并根据需求选择适合的光纤连接和无线网络方案,具有一定的广度和深度。
主要应包括以下内容:
①校园网的业务需求分析。
②重点介绍综合布线系统,论述各子系统采用的介质,重点介绍光纤连接方面。
③论述无线校园网的设备选型、覆盖区域、射频管理、无线安全等方面,重点论述加强无线安全的技术与方案。
④方案实施后给校园网带来的好处。
(4)对需要进一步改进的地方,应有具体的着眼点,不能泛泛而谈。
解析:1.校园网综合布线及光纤连接技术分析
随着信息时代的来临,信息网络在我国正处于飞速发展的阶段。学校作为教育的前沿重地,为我国未来信息化人才提供重要的学习环境。因此,校园网络的规模和应用水平将是体现学校教学环境和科研力量的重要组成部分。近年来,国家对校园信息化建设日益重视,许多学校都新建或升级了校园信息网络。而构建优化的综合布线系统能为校园网提供坚实的物理基础。
(1)校园网的组成。校园环境一般可分为4个区域:教学区、办公区、学生宿舍区、教工住宅区。各区域有其应用的特点,应针对其特点选择恰当的产品,满足网络访问的需求。
教学区:是校园网的核心区域,对校园网传输能力要求最高,应用范围最广泛。教学区内包含计算机中心、实验室、教学楼、图书馆等。楼内或子网内计算机经常进行大流量数据互访,如实验数据、实时图像和语音传输。校园网数据中心一般都设在此区域。
办公区:行政管理和后勤等工作人员的办公区域。办公区域主要满足内部数据访问和语音通信的需求,数据流量较小。
学生宿舍区:对互联网访问需求最大的区域,同时子网内数据共享和联机方式普遍。用户数量巨大,数据终端数量多且分散。
教工住宅区:教职工住宅区域,接近家居式信息网络模式,主要是互联网访问需求,数据流量不大。
(2)综合布线设计目标。综合布线作为构建校园网的物理基础,分布区域最广,将通信管理设备和终端连接起来,其性能好坏影响到校园网能否正常运行和使用寿命长短,因此,应满足以下目标:
标准性:符合国际和国家相关标准规定,能支持主流设备端口连接。
稳定性:传输性能稳定,且经久耐用,满足现在和将来信息传输的需要。
拓展性:预留适当的传输性能,保证日后网络系统的升级空间。
经济性:在满足应用的前提下,具备良好的性价比。
管理性:统一有序的标识,对庞大数量的终端进行整体管理,便于日后维护。
(3)校园网主干。为保证校园网络高速率数据网络传输的需求,很有必要对校园网主干系统进行详细的规划。主干系统应能满足高峰时期的数据传输需求且为日后扩展预留一定空间。由于校园内楼宇众多,楼间距离不一,多数校园网都采用光纤作为主干链路的传输介质。光纤具有高带宽、高抗干扰能力、远距离传输等优点。校园网主干系统应考虑以下几方面要求。
·拓扑结构:校园网主干系统应采用多级星型结构,方便日常管理和日后扩展。
·传输速率:校园网主干系统应采用十万兆或干兆位以太网技术,满足IEEE 802.3标准。
·介质选择:光纤的传输能力与传输距离有很大关系,在选择光纤类别时应结合传输速率和距离来考虑,避免因选材不当和距离因素而使主干传输能力达不到预期水平。
·敷设方式:园区内环境不一,楼间可选择架空、直埋或导管方式敷设室外光纤。楼间有地下层相连接的可采用室内光纤作为楼间传输主干。
·外套选择:根据敷设方式而选择光纤外套的保护强弱。如架空方式可选择PVC外套的光纤,也可选择金属铠装光纤;直埋方式必须选择铠装光纤,且采用凝胶填充的防潮层;导管方式因有外层导管的保护,可选择PVC外套或金属铠装的光纤,防潮层可选择凝胶或非凝胶填充。
·芯数选择:主干光纤的敷设工程量较大且具有一定的破坏性,在规划阶段就应该充分考虑到日后扩展的需要和出现故障时便于维修。通常选择的光纤芯数为六芯、八芯、十二芯、二十四芯等,还可选择另外敷设一条光纤或以上作为备份。
·对应产品:光纤链路中需要使用的对应光纤产品包括光纤耦合器、光纤连接器、光纤跳线等,这些产品也要选择和光纤类别一致才能满足应用的需求。
(4)校园网水平和终端。从管理间到用户终端的布线产品对整体网络使用也起到至关重要的作用。只有在这部分提供优化的布线系统的解决方案才能保证点对点传输的应用。一般选择铜缆作为水平链路的传输介质,部分对带宽要求非常高的终端可考虑选择光纤作为传输介质,即光纤到桌面应用。根据桌面应用的需求,现在的校园网络布线系统一般分为以下几种解决方案:
·超五类铜缆解决方案:超5类铜缆解决方案可达到100MHz的带宽,可以满足最高千兆位以太网的应用,也能保证早期已使用的十兆位或百兆位以太网到千兆位以太网的顺利升级,在升级过程中不需要对综合布线系统进行任何改动。
·六类铜缆解决方案:六类铜缆解决方案带宽为250MHz,提供了更多性能余量,也能兼容10/100/1000MHz以太网的应用。
·光纤到桌面解决方案:即水平链路产品采用光纤作为传输介质。光纤能保证更高带宽,且无须考虑电磁干扰,数据安全性高。不过成本比铜缆链路高,对于有源设备尤其明显。对安装工艺的要求也更高,因此安装数量较少。
(5)终端数量需求。到底需要多少终端数量才能满足现在的需要并预留未来扩展的空间呢这需要从应用的角度出发,根据不同的使用环境来确定终端数量。校园网内综合布线的终端通常包括数据和语音两种。计算机、专业仪器等使用数据端口,而电话、传真等使用语音端口。在上文提到的4个区域终端的数量和种类应有区别:
教学区:计算机中心应设置密集的数据端口,除每台计算机一个数据端口外还应预留未来计算机数量增多时所需的端口数量,每个房间设置两个语音端口;实验室、教学楼、图书馆等根据需要连接到校园网的计算机数量设置并根据未来扩展的可能性预留数据和语音端口。
办公区:由于办公位置相对固定,按每个位置各一个数据和语音端口设置,领导位置为数据和语音端口各两个,每间办公室另外设置公用设备端口,如共享服务器、复印机、传真机等。
学生宿舍区:每间房间各一个数据和语音端口,条件较好的学校可每人一个数据端口。
教工住宅区:每户各一个数据和语音端口。
2.校园无线网设计分析
在校园内自由自在地上网邀游,随时随地地沟通、交流,方便、快捷地获取知识,这样的网络体验对于每一位师生来说都是梦寐以求的。科技进步推动人们生活、工作、学习方式的持续变革,今天,随着科学技术的快速发展和持续创新,这种梦寐以求的校园网络体验已经成为现实。近年来,随着WLAN产品关键芯片和笔记本电脑制造成本的不断下降,具备Wi-Fi功能的手提电脑及其他Wi-Fi终端广泛普及。在职校、高校等各类教育机构中持有Wi-Fi终端的人数逐年递增,学生及教师的办公、教学及个人电脑也逐渐由台式机过渡到笔记本电脑。与此同时,基于传统有线连接的网络接入方式由于受到接入位置及接入条件的限制已经很难满足师生们对高品质学习、工作、生活条件的不断追求。反之,无线网络则以其灵活高效、自由移动等特性受到师生们的青睐,成为现代化校园网建设的主流方向,并将有助于加速我国教育信息化建设的持续快速发展。
无线网络部署对于校园网服务的增值能力包括以下几方面。
(1)移动性与扩展性。走到哪,用到哪,仅只为基本的需求,保持信息的传递与无时无刻的网络连接,让个人计算机不再只是个能够移动的孤儿,但是网络线所带来的不便与限制难以克服,这就是非得靠无线通信不可了。因此,无线局域网络WLAN为计算机带来了相当的机动性,已彻底颠覆传统的生活与工作状态。
无线局域网WLAN的好处之一,还包括其弹性与便利性。由于不需要大量布线,架设上较传统网络方便,也极少需要管路来架设网络线缆,对网管人员而言,不仅可以大幅度缩减建构网络的时间,将来若网络拓扑需要更动时,也不用太过大费周章地进行重新拉线。在这种情况下,WLAN由于以无线电波连接取代铜线或光纤电缆,调整上就方便多了!就算办公桌挪来挪去,也不需要为了网络线插孔的移动而伤脑筋,信息就犹如空气一般随手可得,适合网管人员弹性规划运用,对商业上的应用极具吸引力。
无线局域网WLAN还有另一个优点,那就是良好的扩充性。传统有线网络的铺设下,一般网管往往为了预防以后额外的架设需要,造成初次架设时非必要的浪费。以一个2.4GHz下的WLAN而言,若当有更多使用者加入该网络时,可以在同个定点扩充至3个互不干扰的无线网络。因此,WLAN可大可小,扩充与升级都较传统有线网络来得方便。只要增加无线接入点AP就可以拓展整个网络的涵盖范围与容量。
(2)WLAN的教学体系的扩展。如果想要根据一个特定的教学节目来编排座位,如果想要在一个多媒体网络教室里增加学生,那么无线网络解决方案就能够很方便地解决这些问题。有了无线网络,无须用网线把PC连接到每一个以太网端口,所以你在移动一台联网的PC时跟移动一张课桌一样方便,无线网络在教室中的应用,使人们可以携带着笔记本计算机,从一地点漫游到另一个区域,不再受到线缆的拘束与羁绊。在每个教室中,老师可以携带笔记本计算机,从讲台上来到学生面前提供讲解。来到教室听公开课的外校老师们,也可以随时接入网络,下载相关的资料,而不需要特意跑到办公区。
在休闲区进行学术研讨或者在会议室召开例会的时候,会议时间非常短暂,会议地点非常自由。当需要互相传输数据,或者是接入Internet,利用内部无线局域网随时组网,实现简单,可以直接实现互连、接入Internet查阅资料,很大程度上提高了工作的效率。
(3)校园数据与实时信息的收集。有了无线校园网,学习将变得不受约束。学生可以带着笔记本电脑去教室或者图书馆,这些场所的有线网络端口一般是不能满足所有学生的上网需求的。学生们还可以很方便地将刚刚听到的信息或得来的实验结果到网上去查找相关资料验证,而没必要等到下次去机房时再对。现在各综合性大学都设立了MBA专业。由于MBA开设的课程有许多是跟实际结合强,MBA学生可以充分利用无线校园网随时随地连接的优越性,上网查阅资料,无线网络对于他们的意义将更大。有许多大学的MBA专业甚至规定每一个学生必须配备笔记本电脑,以方便教学、完成作业、项目讨论及台前演示等。而无线校园网络的建立,将使那些老的教学内容更加丰富多彩。
(4)校园无线网络的语音和视频应用。基于无线宽带网络的基础上,可以考虑其他应用。如VoIP,就是在无线局域网范围内,可以使用支持IEEE802.11协议的无线终端设备(如手机、PDA等)来进行语音交流。还可以利用无线网络进行室外视频的实时转播,完全摆脱有线的束缚。
(5)学生网上查阅资料。通过无线网的部署,真正体现出了这些移动终端的移动性,学校篮球场、室外休息长椅、教室等任何无线覆盖到的地方,都可以通过无线网络随时随地地接入互联网,以及连入学校网上图书馆查阅资料,学校并且可以对每个终端用户群发通知信息。真正实现了现代化学校带给学生的方便灵活性。
(6)人性化的移动销售点。在无线网络的支撑下,在操场边或教学楼周围的空地上可以设置移动销售点,移动的商业网络可以弥补校园中卖品部的不足,为师生员工提供更加人性化的服务。学生可以使用校园卡进行消费,同时进行实时的交易结算。移动商业点不仅大大方便了师生的消费,也可以为销售点提供额外的收入。
(7)随时随地的无线监控点。无线网络部署到的地方,可以通过放置无线摄像头来实现对该区域的监控,使监控变得更为灵活,并且省去了费时费力地布设视频、音频、控制线等复杂的施工。包括可对学校一些需要注意防范的热闹地点轻松实现监控,防止突发事件的发生。在财务室、校长室等关键地点的门前也可以架设无线摄像头,随时保证安全。
无线校园网络核心需求如下:
(1)计费体系。校园网是学校和外界交流的重要平台,也是展现学校面貌的重要舞台。随着学校硬件设备的不断健全,用户的复杂性及多样性,对网络提出了安全认证的需求,网络需要运营,因此,也有了计费、收费的需要。各个学校根据自身特点,选择一套合理、有效的认证计费系统是十分有必要的。
(2)QoS体系。大部分高校的网络中心已在扮演互联网服务供应商的角色,他们为学校的教师、学生、行政人员提供互联网介入服务。但是网络中越来越多地使用高带宽的应用程序(即P2P网络,流式视频)使得关键性业务(即远程教学和研究)所需要的带宽得不到满足,同时,他们也发现简单地增加互联网出口的带宽是徒劳的,因此必须借助于流量控制设备来保证他们的服务。
(3)校园网络的安全性。随着信息化社会的到来,网络在人们的工作、生活和学习方式中扮演着越来越重要的角色,校园网对提高学校的教学质量,推进以创新精神为核心的素质教育起着至关重要的作用。由于网络所具有的独特性,即它的开放性、国际性和自由性,使用户面临着严峻的安全性、不稳定性等问题。校园网络作为学校的重要基础设施之一,它的安全直接影响着校园正常的教学和办公活动,如何保障校园网络的安全已成为各个学校不可回避的一个问题。
(4)稳定可靠地运行。随着网络技术的迅猛发展,大学、中学及小学基于WLAN的校园办公和基于Internet的应用也逐渐增多,对校园网络的可靠性提出了越来越高的要求,网络中的核心设备对保证校园网络的正常工作非常重要,如果保证了核心网络设备的可靠性,就基本保证了校园网络的可靠性。
(5)统一化运管机制。根据学校规模的大小及所要实现无线覆盖的区域数量和范围,整个校园网络中无线设备数量将从几十台到几百台,甚至达到上千台。同时,由于无线网络部署的特点,网络中AP的布放位置及环境非常复杂,有的被布放在室内吊顶、墙壁、桌面上,有的被布放在室外灯杆、外墙、楼顶上。对于网络管理员来说管理数量如此庞大、分布如此广泛的无线网络设备无疑是一个非常严峻的挑战。另外,如何对整个校园网络中有线和无线网络设备进行有机统一管理也是网络管理者面临的难题。
虽然借助无线校园网师生们很容易地即可获得轻松、快捷的网络应用体验,但构建基于校园范围的全覆盖无线网络却无疑是一项极具挑战性的系统工程。随着无线网络规模的扩大及其应用的丰富,在无线工程实施中我们将面临诸多方面的挑战,包括校园无线网规模性部署的设计、实施设备的配置、设备的运行管理、后期配置的变更系统升级、无线网业务的关联等各种问题的解决。
(1)射频规划和部署的挑战。WLAN技术依赖于无线电波作为数据传输的载体,众所周知,无线电波的传送过程极易受周边环境的影响,在不同的地理及自然环境下,其射频特性也相差甚远。一方面,不同的墙体材质(或厚度)对无线信号具有不同的损耗特性,不同的空间布局对无线信号的反射情况也不一样。另一方面,由于无线射频资源非常有限——常用的802.11g所工作的2.4GHz频段内,只能提供3个非重叠信道。这使得在校园网中为实施大范围连续WLAN覆盖而使用的无线微蜂窝部署技术仅有3个可供选择射频信道。由此,当需要为满足学术报告厅、多媒体教室、礼堂等场所的大量无线用户接入需求而密集部署AP时,我们将必须为避免无线信号干扰而仔细规划各AP的射频信道并调整它们的射频功率大小。以上问题使得传统无线工程的射频规划及部署必须依赖于具有丰富无线工程经验的专业人员来完成。而典型的校园园区往往跨越较大范围的地理区域,自然环境也较为复杂,如果依赖传统的方法进行无线规划和部署将更为困难,其工作量和准确性也是难以预估的。因此,为了使无线网络真正能够在校园中部署应用,WLAN设备供应商必须制定一套易于操作的手段或工具来指导工程人员进行射频规划和设备部署。
(2)射频管理的挑战。无线电波是一种无影无形的传输介质,通常在不借助专业仪器的情况下人们无法感知无线射频环境的变化,例如,我们很难察觉网络中是否存在其他工作在2.4GHz频段的非802.11设备(蓝牙产品或微波炉等)所产生的临时射频干扰。另外,当网络中某个AP出现故障失去工作能力时,其所覆盖的区域将出现射频覆盖盲区。而当网络中新增加一台AP时,新AP工作信道上的无线信号又很可能会对网络中的邻近AP产生干扰。在上述描述的场景中,如果没有一套行之有效的手段去发现问题并提供解决问题的指导依据,那么,针对无线网络的管理和维护工作将变得极为困难,也必将打击学校管理者部署无线网络的信心。
(3)无线网络安全的挑战。由于无线电波没有可见形态,除通过直线传播外,还可以通过反射、折射、衍射等多种方式进行传播和扩散,通常情况下,人们很难确定无线电波的准确覆盖范围。一旦无线网络无法提供足够的安全性,那么,在无线信号的有效覆盖范围内,黑客等不良用心者将很容易接入到校园网络中对网络进行破坏或窃取服务器中的机密资料。另外,不良用心者也很容易利用技术手段截获网络中无线用户的应用交互过程及内容,由此造成用户重要信息的泄露并导致经济上的损失。作为另一种选择,不良用心者还可以在无线用户信号接收范围内私自放置AP以欺骗无线用户接入,从而达到窃取用户重要保密数据的目的。上述情形告诉我们无论是在无线网络接入、无线用户数据通信还是在无线应用环境等多方面都需要有足够强健的安全机制方能保障无线网络的整体安全,这也是无线网络能够被学校管理者认可并最终部署的前提。
(4)设备管理的挑战。根据学校规模的大小及所要实现无线覆盖的区域数量和范围,整个校园网络中无线设备数量将从几十台到几百台,甚至达到上千台。同时,由于无线网络部署的特点,网络中AP的布放位置及环境非常复杂,有的被布放在室内吊顶、墙壁、桌面上,有的被布放在室外灯杆、外墙、楼顶上。对于网络管理员来说管理数量如此庞大、分布如此广泛的无线网络设备无疑是一个非常严峻的挑战。另外,如何对整个校园网络中有线和无线网络设备进行有机统一管理也是网络管理者面临的难题。