校园局域网规划与建设
第一章 校园局域网的技术思想
1.1 计算机网络简介
计算机网络是一种地理上分散的，具有独立功能的计算机通过通信设备和线路连接起来，在配有相应的网络软件的情况下使各个计算机系统能相互自由通信，实现资源共享的系统。从计算机单机本身来看，它虽然可以在很短的时间内处理大量的信息，但是单台的计算机只能在自己有限的范围内工作，即使它的存储容量再大也是极其有限的，因此，便产生了在计算机之间交换数据的需求，此外在如何节约使用外部设备等需求，也导致了计算机网络技术的产生，实质上计算机网络技术是信息传播技术和信息处理技术结合的产物。计算机网络如按网络的组建规模和延伸范围来划分的话，可分为局域网(Local Area Network,LAN)、城域网(Metropolitan Area Network,MAN)、广域网(Wide Area Network,WAN)。我们经常用到的因特网(Internet)属于广域网，校园网属局域网。未来的网络技术将向着使用简单、高速快捷、多网合一、安全保密方向发展。 1.1.1 计算机网络在校园的应用
当今世界，各种先进的科学技术飞速发展，给人们的生活带来了深远的影响，它极大的改善我们的生活方式。在以计算机技术为代表的信息科技的发展更是日新月异，从各个方面影响和改变着我们的生活，而其中的计算机网络技术的发展更为迅速，已经渗透到了我们生活的各个方面，人们已经离不开计算机网络，并且随着因特网的迅速普及，给我们的学习与生活条件带来更大的方便，我们与外部世界的联系将更加的紧密和快速。在二十一世纪，普及信息科技，是提高素质教育的一项十分重要的内容，网络技术为提高我们的学习条件具有重要作用。目前教育改革已将计算机网络引入到学校教学的各个环节，引起了教学方法，教学手段，教学工具的重大变革，这些变革为实现教育现代化起到了巨大的推动作用，因此大力发展计算机教育特别是计算机网络教育。建设校园计算机网络系统已成为我国各教育部门，各级学校都已建成或正在拟建各种教学网络，发展和建设校园计算机网络将成为今后发展的必然趋势。 1.1.2 校园网的建设思路
校园网的建设是一项非常复杂的系统工程，校园作为一个特殊的网络应用环境，它的建设与使用都有其自身的特点。在选择局域网的网络技术时要体现开放式、分布式、安全可靠，维护简单的原则。校园网的建设主要应用局域网技术以及多媒体技术为主的各种网络应用技术。局域网技术是一项在20世纪70年代发展起来的计算机互联技术，经过多年的发展，技术已经成熟，并得到了广泛的应用，局域网技术成为网络技术的重要组成部分。计算机多媒体技术是伴随着多媒体信息的应用而得到迅速的计算机应用技术，在网络环境下，多媒体得到了更快
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更好的应用，使我们得到了更好更多的信息。校园网是使用了局域网技术以及各种多媒体应用技术，并结合Internet应用等其它的技术来建设。使得校园网能满足现代教学对信息处理的要求，使计算机的应用能对教学管理现代化起重要的促进作用，能实现信息查寻、教务管理，并与外部网络系统进行交流等多种需要。 1.1.3 校园网络建设目标
校园网络的建设的目标是在校园内实现多媒体教学、教务管理、通信、双向视频点播（VOD）等信息共享功能，能实现办公的自动化、无纸化。能通过与Internet的互联，为全校师生提供国际互联网上的各种服务。教师可以制作多媒体课件以及在网上保存和查询教学资源，能对学生进行多媒体教学和通过网络对学生进行指导与考查等。学生也可以通过在网上浏览和查询网上学习资源，从而可以更好地进行学习，校园网能为学校的信息化建设打下基础。 1.1.4 校园网的建设原则
校园网建设是一项综合性非常强的系统工程，它包括了网络系统的总体规划、硬件的选型配置、系统管理软件的应用以及人员培训等诸多方面。因此在校园网的建设工作中必须处理好实用与发展、建设与管理、使用与培训等关系，从而使校园网的建设工作健康稳定地开展。首先，校园网的建设是一个为学校教育教学活动长期服务的工作，因此在校园网的规划建设过程中，必须从学校长远发展规划出发，以服务于教育为基本点，结合学校当前教育教学的实际需要，做出科学的规划部署。当前校园网络建设的过程中存在着脱离实际需要，片面追求规模的倾向，动辙投资几百万甚至上千万建设校园网，在人员、管理、服务等各方面水平尚不到位的情况下，使用效率与资金投入形成了巨大的反差，造成资源闲置、资金浪费。因此本文认为校园网的建设首先要满足当前教育教学活动的需要，经济实用，同时也要充分考虑到学校今后的发展，在规划设计时要为以后的扩容发展留有余地，并选用目前比较成熟、先进的技术与产品。在校园网的规划建设中，一般学校应遵循“统一规划、整体设计、分步实施”的原则。其次在校园网的建设中必须坚持硬件建设与组织管理协调发展的原则，在重视硬件建设的同时，加强网络的组织管理水平，不断开发网络的功能，从而充分发挥校园网络的功效，提高校园网对学校教育的服务水平。在校园网的管理上应该认清对象、明确目标，选用合适的各类应用软件，来组织建设各类资料库，优化网络资源，为科学管理、学习交流、共享信息通畅渠道。同时在校园网络管理中还必须严格遵守有关的国家法律、法规，保障网络使用的安全可靠。校园网建设原则主要体现在以下几个方面。
(1) 可靠性与稳定性
计算机网络要求具有高度可靠情与稳定性，能有效防止局部故障引起整个网络系统的瘫痪。为实现上述目的，应在网络设计中提供拓扑和设备的冗佘和备份，使故障能在最短的时间内进行恢复，让网络故障的发生和损失降到最小。
(2) 技术先进性
由于学校有大量的数据信息需要处理，因此要求网络有较高的数据通信能力和较大的数据带宽，所以网络设备必须具备高速处理数据的能力。在网络结构上
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使用技术先进的高速网络，才能满足大量数据传输与处理的需要。只有保持技术的先进性，才能使网络系统适应不断更新换代网络技术，才能延长网络的使用期限，提高网络用户的投资效益。
(3) 扩展性
随着网络用户的不断增多，使得网络规模不断扩大，所以在网络设计时要求网络能方便地进行扩充容量，才能支持用户的需求。网络系统应用能随不断发展的网络技术而能够升级到新的网络技术和设备，从而延长网络系统的使用期限。
(4) 安全性
校园网与外部网进行互联特别是和Internet的互联，Internet是一个开放式网络系统，它的安全性是很差的。因此安全问题更加重要。应该采用一定的技术来控制网络的安全性，从内部和外部同时对网络资源的访问进行控制。当前主要的网络安全技术有，用户身份验证，VLAN划分，防火墙等技术。网络系统还就具备高度的数据安全性和保密性。
(5) 实用与经济性
校园网的特点决定了网络系统必需要有实用与经济性。实用性使得网络便于管理、维护，以减少网络使用人员运用网络的难度，从而降低人为操作引起的网络故障，并使更多的人掌握网络的使用。应根据学校的实际情况，由于学校的建设资金有限，所以一般都要求网络具有较高的性价比，所以在建设校园网时一定要使用性价比高的网络技术和网络设备，以节约建设资金。 1.2 局域网技术 1.2.1 局域网简介
一般来说，局域网是一个通信系统，它在一定的地理区域（同一建筑、同一校园、方圆几公理远的地域）内，可使多个相互独立的设备在同一共享的介质上以一定的速率进行通信，其中的设备包括计算机终端、打印机、电话机等网络设备。计算机局域网是计算机网络的重要组成部分，自20世纪70年代中期产生的，在经过20多年的发展，得到了飞速的发展。得到了广泛应用，在校园网上也得到了很好的应用，几乎所有的校园网都应用到了局域技术。局域网必将在21世纪中得到更加快速的发展，技术更先进，特别是局域网与Internet网络的互连，更为局域的发展提供了更为广阔和美好的未来。
局域网已成为计算机网络中使用最广的网络形式，它具有1--1000Mbps的传输速率。地域范围为10m--10km左右，可以连接几百个相互独立的设备，各设备平等访问网络资源。能进行网络广播，还能有效使用包括通信媒体在内的各种共享资源，在高负载条件下的稳定性高、可靠性好、易于安装、配置和维护简单，造价低等特点。根据上述局域网的特点，局域网非常适合于在校园网中使用，因此校园网一般都使用以局域网为主的网络技术来组建。
组成局域网系统主要的网络硬件设备包括网络服务器、网络工作站、网络适配器（网卡）、集线器、交换机、路由器及传输介质等，在软件方面则包括网络操作系统（如：Windows系列 、Unix 、 Linux ）以及各种网络管理软件和应用软件等。各种组成要素通过一定的连接和安装在一起，集成了局域网系统。
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1.2.2 网络的体系结构
为了更好地规划网络功能结构，可以把网络的功能划分成许多层次来完成，这就产生了网络体系结构，网络体系结构是网络分层和协议的集合。现在主要的网络体结构有OSI体系结构和TCP/IP体系结构。 （1）OSI体系结构
OSI是开放系统互连基本参考模型OSI/RM（Open System Interconnection Reference Model）缩写，它被分成7层，这7个层次分别定义了不同的功能。几乎所有的网络都是基于这种体系结构的模型进行改进并定义的，这些层次从上到下分别是应用层、表示层、会话层、运输层、网络层，数据链路层和物理层，其中物理层是位于体系结构的最低层，它定义了OSI网络中的物理特性和电气特性。
（2）TCP/IP体系结构
TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol,传输控制协议和互连网协议）缩写，TCP/IP体系结构是当前应用于Internet网络中的体系结构，它是由OSI结构演变来的，它没有表示层，只有应用层、运输层，网际层和网络接口层。
（3）局域网体系结构
局域网体系结构与OSI参考模型有较大的区别，主要是由于局域网连接的网络范围有限，因此就不用考虑路由功能，即OSI参考模型中的网络层以上均不用考虑。但为了在数据链路层能充分表示各种局域网的复杂性，就把数据链路层又分割成了两个子层：媒体访问控制子层MAC（Medium Access Control）和逻辑链路控制子层LLC（Logical Link Control）。MAC媒体访问控制子层的主要功能是封装数据帧、差错检测和MAC寻址，LLC逻辑链路控制层的主要功能是为高层提供服务访问点和数据传输中的差错控制。 1.2.3 网络协议
网络协议是通信双方共同遵守的约定和规范，网络设备必须安装或设置各种网络协议之后才能完成数据的传输和发送，在校园局域网上用到的协议主要有，ICP/IP协议、IPX/SPX协议等。 (1) TCP/IP协议
TCP/IP协议是目前在网络中应用得最广泛的协议，ICP/IP实际上是一个关于Internet的标准，并随着的Internet广泛应用而风靡全球，它也成为局域网的首选协议。TCP/IP是一种分层协议，它共被分为个4层次，大约包含近期100个非专有协议，通过这些协议，可以高效和可靠地实现计算机系统之间的互连。TCP/IP协议中的核心协议有TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）和IP（因特网协议）
TCP协议可以在网络用户启动的软件应用进程之间建立通信会话，并实现数据流量控制和错误检测，这样就可以在不可靠的网络上提供可靠的端到端数据传输。UDP协议是一种无连接的协议，它在传输数据之前不建立连接，也不提供良好的可靠性和差错检查，只仅仅依赖于校验来保证可靠性。UDP不进行流量控制，没有序列或者确认，因此它处理和传输数据的速度快，还被用来传输关键的网络
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状态消息。
IP协议的基本功能是提供数据传输、数据包编址、数据包路由，分段等。通过IP编址约定，可以成功地将数据通过路由传输到正确的网络或者子网。每个网络站点具有一个32位的IP地址，它和48位MAC地址一起协作，完成网络通信，IP协议也是一种无连接的协议。 （2）超文本传输协议(HTTP) HTTP(HyperText Transfer Protocol ,超文本传输协议)是WWW浏览器和WWW服务器之间的应用层协议，是用于分布式协作超文本信息系统的、通用的、面向对象的协议，HTTP协议还是基于TCP/IP协议之上的应用层协。 （3）文件传输协议(FTP)
FTP(File Transfer Protocol ,文件传输协议)是由支持Internet文件传输的各种规则所组成的集合。这些规则能使网络用户把文件从一个主机拷贝到另一个主机上，FTP是采客户/服务器方式服务的。 （4）远程登录协议（Telnet）
远程登录协议的目的是提供一个全面的、双向的、面向8个比特字节的通信工具，其主要目标是提供终端设备与面向进程接口的标准方法，Telnet是应用层的协议，采用客户/服务器模式工作的，Telnet不仅允许用户登录到远端主机上，还允许用执行远端主机的命令，这样用户就能以极小的网络资源代价完成大型的网络应用。 1.2.4 网络技术标准
在信息工业中，需要有标准来规定通信设备的热物理、电气和规程特性。标准化的主要优点是可以促进设备的在批量生产、使产品的价格降低和使设备的连接更加的简单方便。随着标准技术的广泛应用，产生了许多的标准化组织，如美国电子与电气工程师协会(IEEE)与国际标准化组织(ISO)等。他们根据通信工业的发展状况来制定了多项标准。其中在计算机网络系统中应用最多的是由IEEE802委员会制定的局域网技术标准。 （1）局域网的技术标准简介
局域网技术标准20世纪80年代由美国电子与电气工程师协会IEEE 802委员会建立以来有了不断的发展和改进，在各种网络技术的迅速发展下，局域网的技术也得到了不断的发展和完善，使局域网的速率从10Mbps发展到了100Mbps和1000Mbps，甚至10000Mbps的技术也将很快投入使用。在新的局域网的出现下，新的局域网技术标准也必将产生，现在使用的局域网标准主要有IEEE802标准，FDDI标准，ATM标准等。 （2）IEEE802标准 IEEE（美国电子与电气工程师学会）是一个由工程专业人士组成的国际社团，其目的在于促进电气工程和计算机科学领域的发展和教育。
IEEE802标准已被ANSI采用未美国国家标准，被NIST采用未政府标准，并且被ISO作为国际标准，称之为ISO 8802。这些标准在物理层和MAC子层上有所不同，但在数据链路层上是兼容的。这些标准分成几个部分。802.1标准对这组标准做了介绍并且定义了接口原语；802.2标准描述了数据链路层的上部，它使用了逻辑链路控制LLC(logical link control)协议。802.3到802.5分别描述了3个局域网标准，分别是CSMA/CD、令牌总线和令牌环标准，每一标准均
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