基于高校校園網的構建及發展的思考

江能興　朱強　王景添

摘 要： 校園網是各種類型網絡中的一大分支，有著非常廣泛的應用。校園網的建成和使用，對于提高教學和科研的質量、改善教學和科研條件、加快學校的信息化進程，開展多媒體教學與研究有著十分重要而深遠的意義。根據校園地形條件，分析了校園網常用的拓撲結構，根據校園建筑布局給出了具體布線圖。探討了網絡的新技術，對校園網的發展作了展望。

關鍵詞： 校園網； 拓撲結構； 綜合布線； IPv6

中圖分類號：TP393.18 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）07-78-03

0 引言

二十一世紀是信息化時代，辦公自動化、網絡化、信息化已成為必不可少的條件。校園網已成為各學校必備的重要信息基礎設施，其規模和應用水平已成為衡量學校教學與科研綜合實力的一個重要標志[1]。

1 校園網的功能

校園網一般就是指把分布在校園不同位置的多臺計算機連接起來，利用網絡通信協議進行通信，以軟、硬件和數據資源共享為目標的網絡系統。校園網的旺盛生命力在于它能提供豐富多彩的教育教學信息和各種教學資源。校園網絡的特點有：傳播距離短、延時少、建設成本低和傳輸速率高等優點；網絡低層協議簡單，控制和選擇等問題大大簡化，因而又具有組網簡單、易于實現和維護的特點。校園網對于高校的作用和功能主要體現在以下四個方面。

1.1 傳遞信息

進行信息傳遞是校園網最基本的功能之一，通過實現計算機與計算機之間的信息傳遞，使分散在校園內不同位置的計算機用戶可以進行集中控制管理。在高校各部門建立網絡服務器，可以為整個校園網用戶提供豐富的教學資源，并對這些資源進行統一綜合管理。

1.2 資源共享

通過把校園網接入Internet，校園網內的各種電腦終端不但可以互相傳遞信息、共享資源，而且可以享受互聯網上取之不盡的巨大信息資源，校園網對于教學活動的重要性也會成倍增強。

1.3 網絡輔助教學

通過校園網絡可以進行圖文并茂的多媒體教學，還可以取代語音實訓室進行生動的在線語言教學，也可以利用種類豐富的教學軟件，給師生提供一個良好的教學環境，所有這些都是以往任何傳統教學手段所不能做到的。校園網絡通過聯通外界大型網絡，可以形成更大范圍的網絡交互式學習環境，給教學提供了全新的概念。

1.4 數字圖書館

圖書館可以開設針對學生的電子閱覽室和面向教師的電子備課室和閱覽室。可以在校園網提供網上在線書目檢索服務，讀者可以在網上實現檢索圖書、瀏覽全文、查閱借閱情況、辦理預約及續借手續等。進而實現圖書管理的“電腦化”和資料查詢的“網絡化”[2]。

2 校園網的設計

校園網建設的原則應該是：①先進性 先進的設計思想、網絡結構、開發工具，采用市場覆蓋率高、標準化和技術成熟的軟硬件產品；②實用性 建網時應考慮利用和保護現有的資源、充分發揮設備效益；③開放性 系統設計應采用開放技術、開放結構、開放系統組建和開放用戶接口，以利于網絡的維護、擴展升級及與外界信息的溝通；④靈活性 采用積木式模塊組合和結構化設計，使系統配置靈活，滿足學校逐步到位的建網原則，使網絡具有強大的可增長性；⑤可靠性 具有容錯功能，管理、維護方便。對網絡的設計、選型、安裝、調試等各環節須進行統一規劃和分析，確保系統運行可靠，經濟性，投資合理，有良好的性能價格比。

下面以廣東交通職業技術學院北校區為例，展示高校校園網的構建。根據校園網學生人數和辦公需要，主干線采用千兆電纜地下鋪設，學生宿舍床位均有校園網絡接口，支持10Mbps/100Mbps全雙工，并建設有數字圖書館，OA辦公自動化系統，對外采用教育網接入。整個網絡拓撲結構圖如圖1所示。

圖1中核心路由器連接著服務器和各棟樓的交換機，對外連接的因特網為教育網。宿舍樓交換機連接各樓層交換機，樓層交換機連接各宿舍門口的小交換機，小交換機連接宿舍內的電腦。辦公樓交換機連接各樓層交換機，由于辦公樓沒有那么多的用戶終端，所以不用每個房間配置一臺交換機，樓層交換機可以直接連接電腦終端、打印機和傳真機。教學樓除了電腦實訓室單獨分配一個樓層交換機外，其他每間多媒體教室只要分配一個網絡接口，圖書館為了方便學習還要另外建設無線熱點[3]。

廣東交通職業技術學院北校區地形比較復雜，校園被工業大道橫攔為兩半，為了節省材料和方便施工，并考慮到地勢較低，時常有被水浸的現象，所以網線的架設采用地下封閉鋪設的方式，服務器和路由器放在教學樓三樓。

學校建筑有教學樓、綜合樓、宿舍樓、實訓樓、辦公樓、圖書館，每日活動的主機有數千臺。為了更好地管理和防止廣播風暴，應該根據所需主機數給予每棟樓和每個服務器分配固定的IP地址段和子網掩碼，然后通過可變長子網掩碼技術進行地址合并，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號的IP地址段中去，改善路由器性能，提高網絡管理效率。

3 校園網的發展

校園網發展到2012年，已經有數千臺主機，有多個電腦室和數字化圖書館，實現了電子化辦公，如圖2所示。以下探討未來發展趨勢。

3.1 普及IPv6技術

目前，校園網使用的是第二代互聯網IPv4技術。它遇到的最大問題是網絡IP地址的資源有限，從理論上來說能夠大約編址1600萬個網絡，提供IP地址給40億臺主機。但采用A、B、C三類編址劃分的方法后，可用的網絡地址和主機地址的數目少了很多，IP地址發展到現今已經基本耗盡。其中北美占有3/4，大約30億個，人口最多的亞洲只分配了不到4億個，而中國只有3千多萬個，相當于美國麻省理工學院擁有的地址數量。IP地址不足，已經嚴重制約了我國與其他發展中國家互聯網的應用和發展。一方面是隨著電子信息技術及網絡技術的快速發展，計算機網絡已經開始進入人們的日常生活并影響著人們的生活方式，身邊的每一樣東西在未來都可能需要連接互聯網，另一方面是IP地址資源數量嚴重不足，在這樣的環境下，IPv6技術就應運而生。

IPv6所擁有的地址容量是IPv4的約8×1028倍，達到2128個，單從數字上來說，這不但解決了網絡地址資源數量有限的問題，也為除計算機以外的其他終端例如智能手機、家用電器等設備連入互聯網掃清了障礙。但是與IPv4一樣，IPv6也會有大量的IP地址浪費，準確的說，使用IPv6的計算機網絡并沒有2128個能充分利用的地址。首先，要實現IP地址的自動分配，網絡所使用的子網前綴必須等于64，但是很少有一個局域網能容納264個網絡終端，多余的地址就被浪費了；其次，由于IPv6的地址分配必須遵循聚類的原則，所以地址的浪費也就在所難免[4]。但是，IPv6的地址空間很大，這些地址的浪費在可接受的范圍內。如果說IPv4能實現人機之間的對話， IPv6技術則可以擴展到任意事物之間的對話，它不僅可以為人類用戶服務，還將服務于眾多硬件設備，如汽車、網絡照相機、家用電器、傳感器等，它將是無時不在，無處不在地深入到社會每個角落的真正的互聯網，能帶來非常巨大的經濟效益[5]。

3.2 無線局域網覆蓋全校

無線局域網絡（Wireless Local Area Networks， WLAN）是相當便利的數據傳輸系統，它利用射頻（Radio Frequency， RF）的技術，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線（Coaxial）所構成的局域網絡，使得無線局域網絡能利用簡單的存取架構讓用戶透過它，達到無處不在的理想境界。

802.11n是WiFi聯盟在802.11a/b/g之后的一個無線傳輸標準協議，為了實現高帶寬、高質量的WLAN服務，使無線局域網達到以太網的性能水平，802.11任務組N（TGn）應運而生。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600Mbps。得益于將MIMO（多入多出）與OFDM（正交頻分復用）技術相結合而應用的MIMO OFDM技術，提高了無線傳輸質量，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，通過多組獨立天線組成的天線陣列，可以動態調整波束，保證讓WLAN用戶接收到穩定的信號，并可以減少其他信號的干擾。因此其覆蓋范圍可以擴大到好幾平方公里，使WLAN的移動性極大地提高。在兼容性方面，802.11n采用了一種軟件無線電技術，它是一個完全可編程的硬件平臺，使得不同系統的基站和終端都可以通過這一平臺的不同軟件實現互通和兼容，這使得WLAN的兼容性得到極大改善。

3.3 多線路智能分流

校園網從外網接入需求看，要考慮保障線路并行、最優線路選擇、實時路由選擇等需求。相對于從內網訪問需求看，優化傳輸、數據分流也是不可或缺的要素。多線路智能分流技術就是校園網內的用戶在訪問網外資源時，VPN設備將根據用戶的目標地址，引導對方接入相應的資源線路；當校園網外的用戶進入內網時，VPN設備可以根據用戶的源接入地址，引導對方接入相應的線路端口，訪問目的資源，這個過程體現的是自適應智能選路功能[6]。

未來的網絡線路多樣化，數據傳輸通路將會非常復雜，如果不采用多線路智能分流技術，結果很可能在需要訪問公網資源時，卻是經由教育網線路出去，這樣網絡訪問的效率就大大降低了。線路的過長和不同網絡帶寬的差異會產生之前提到的種種問題，通過采用智能分流應用后，校園網訪問不同外網資源，可以經由相應的接入端口線路轉發出去，從而達到優化傳輸，數據分流的目的。

多線路智能分流應用下的網絡現狀，表現最為突出的要屬不同網絡線路運營商之間的互聯上。不同線路運營商之間網絡的互訪，在一般情況下，需要經由特定的網關進行中轉，造成的延時大約在420毫秒以上，如果換成集成多線路智能技術的VPN設備進行中轉，可以將延時縮小到60毫秒以下，這個時間基本上是正常線路的傳輸時長，能大大提高網絡互連的效率。

4 結束語

一個校園網絡系統的組建需要從多方面進行考慮，不但涉及許多技術問題，而且包括網絡設施、信息資源、專業應用等眾多方面的綜合化，以及信息化教學環境系統的建設。本文從實際出發，提出了一個高校校園網建設的方案，并對以后校園網的發展進行了展望。隨著IPV6技術的普及，無線網絡對校園的覆蓋，以及具有智能數據處理能力的新型網絡互連設備的應用，校園網將發展成為一個無處不在的移動互聯網絡，會給學生的學習和生活帶來極大的便利。

參考文獻：

[1] http：//www.qqread.com/net-case/e281341808.html

[2] 范文杰.淺談校園局域網方案[J].科技信息，2011.30：253

[3] 吳旭東，柳炳祥.校園網網絡規劃的設計與實現[J]，電腦開發與應用，2011.24（11）：64-65

[4] 劉彥會.淺探IPv6過渡技術在校園網升級中的應用[J].信息與電腦，2011.11：116

[5] 殷銘.ipv4到ipv6的過渡.中國通信學會信息通信網絡技術委員會2011年年會論文集（上冊）[會議錄（論文集、論文匯編等）].中國河南鄭州：中國通信學會信息通信網絡技術委員會，2011.11：116-123

[6] 黃成兵.基于Packet Tracer的雙核心多出口校園網設計方案[J].計算機與現代化，2011.11：101-104