計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗室的設(shè)計與建設(shè)

馬麗芳

[摘要]針對高校教學(xué)的需求提出計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗室建設(shè)的總體構(gòu)思,設(shè)計基于銳捷網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)綜合實驗室設(shè)計與建設(shè)方案,對網(wǎng)絡(luò)實驗室建設(shè)目標(biāo)、設(shè)計原則、設(shè)計與建設(shè)方法進行分析與探討。

[關(guān)鍵詞]網(wǎng)絡(luò)實驗室總體設(shè)計PC機設(shè)計

中圖分類號:TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1210076-02

一、引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,國內(nèi)各行各業(yè)都處于全面的網(wǎng)絡(luò)化進程中,對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用全方位人才的需求也與日俱增,以前校園網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)置不能使學(xué)生具備適應(yīng)各行業(yè)網(wǎng)絡(luò)實施和維護的能力。同時國內(nèi)許多高校為了解決技術(shù)類專業(yè)的應(yīng)屆畢業(yè)生普遍存在的“理論強、實踐弱”現(xiàn)象,提高他們對工作崗位的適應(yīng)能力,在就業(yè)競爭中處于優(yōu)勢,紛紛建成了銳捷網(wǎng)絡(luò)實驗室。2006年底,根據(jù)我校計算機本、?？茖I(yè)培養(yǎng)目標(biāo),結(jié)合新增的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè),學(xué)?？朔Y金緊張的壓力,投資90多萬元在江寧新校區(qū)建起了基于銳捷網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)綜合實驗室。該實驗室使用2年多來,除承擔(dān)正常的教學(xué)工作外,還成為任課教師專業(yè)發(fā)展及科研工作的重要基地。

二、建設(shè)目標(biāo)

網(wǎng)絡(luò)實驗室的建設(shè)要有一定的前瞻性,應(yīng)在有限的資金條件下建立一個適應(yīng)計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展,集教學(xué)、科研、培訓(xùn)和社會服務(wù)于一體的綜合性實驗室。網(wǎng)絡(luò)綜合實驗室建設(shè)的主要目標(biāo)是:

1.建立多樣化的實驗環(huán)境。讓參與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)習(xí)的學(xué)生能夠一邊學(xué)習(xí)理論知識,一邊認(rèn)識了解和掌握網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能和使用方法,并動手進行必要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)組建、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的實驗,真正做到理論與實踐相結(jié)合的辦學(xué)環(huán)境。同時通過一系列的實驗積極地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生掌握計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實驗技能,強化對所學(xué)知識的理解,以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、工程實踐能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作精神。

2.滿足專業(yè)教師學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)、從事網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的需要。網(wǎng)絡(luò)實驗室應(yīng)涵蓋目前主流的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備,具有良好的可擴展性。要求系統(tǒng)能夠模擬先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)環(huán)境,搭建網(wǎng)絡(luò)工程;實驗設(shè)備和實驗內(nèi)容應(yīng)能非常靈活地進行擴展,從而為專業(yè)教師研究當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)最前沿的技術(shù)動態(tài)和發(fā)展(例如網(wǎng)絡(luò)安全、IPv6等)提供完善的實驗平臺,并能在此平臺之上從事網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)與技術(shù)的研發(fā),提高學(xué)校整體網(wǎng)絡(luò)科研與教學(xué)應(yīng)用水平。

3.滿足技能培訓(xùn)基地建設(shè)的需要。網(wǎng)絡(luò)綜合實驗室的建設(shè)要面向社會,為社會盡可能多地培養(yǎng)緊缺的IT人才。但今天的IT人才市場,越來越關(guān)注技術(shù)人員的實際經(jīng)驗和動手操作能力。因此,網(wǎng)絡(luò)綜合實驗室可以構(gòu)建多種類型的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng),可以讓學(xué)生親自搭建網(wǎng)絡(luò)、親自動手調(diào)試和配置網(wǎng)絡(luò),通過在網(wǎng)絡(luò)實驗室中的實驗和操作,真正提高他們的網(wǎng)絡(luò)技能和實戰(zhàn)能力。目前,該網(wǎng)絡(luò)實驗室已開設(shè)了多期網(wǎng)絡(luò)管理員職業(yè)技能培訓(xùn)、微軟網(wǎng)絡(luò)管理及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)培訓(xùn)、CCNA網(wǎng)絡(luò)管理員培訓(xùn)等課程,同時也為學(xué)生興趣小組提供網(wǎng)絡(luò)工程訓(xùn)練與實踐的場所。

三、設(shè)計原則

網(wǎng)絡(luò)綜合實驗室建設(shè)在系統(tǒng)設(shè)計時需考慮以下幾個問題:

1.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要具有很好的開放性,以保證網(wǎng)絡(luò)上使用的各種軟件、各種類型的互連設(shè)備和技術(shù)具有良好的兼容性和可擴展性,預(yù)留空間符合當(dāng)前和以后的信息需要和足夠的升級空間。

2.網(wǎng)絡(luò)平臺要具有靈活的虛擬劃分功能,以滿足實驗的各種模擬環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)站點數(shù)、應(yīng)用軟件的增多。

3.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)易于管理與維護,實驗的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備全部采用可管理,以減少運行、維護、管理成本。

4.網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)的軟件和硬件使用最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品,以保證整個網(wǎng)絡(luò)實驗平臺具有良好的售后服務(wù)、投資保護,特別是保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)持久的先進性,滿足學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)的領(lǐng)先性,能獨立組建、調(diào)試、配置網(wǎng)絡(luò)。

5.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備系統(tǒng)具備較高的安全性、容錯能力,并且能防止內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)受到外部攻擊和感染病毒,保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及終端計算機的安全。

四、網(wǎng)絡(luò)綜合實驗室的設(shè)計與建設(shè)

(一)實驗內(nèi)容設(shè)計

由于各高校網(wǎng)絡(luò)實驗室設(shè)備不同,配置的軟件不同,師資力量不同,學(xué)科研究方向不同,使得各高校所開設(shè)的網(wǎng)絡(luò)實驗也不盡相同。針對我校計算機本、專科專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),結(jié)合新增的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè),在新建網(wǎng)絡(luò)實驗室時,將實驗內(nèi)容劃分為以下幾方面:

1.基礎(chǔ)性實驗。包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本操作實驗(如硬件安裝、網(wǎng)絡(luò)互連、交換機和路由器配置等)、局域網(wǎng)實驗、廣域網(wǎng)實驗和網(wǎng)絡(luò)管理與應(yīng)用等。

2.中高級實驗。包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析與設(shè)計實驗、網(wǎng)絡(luò)交換與路由安全策略實驗、使用防火墻實現(xiàn)URL過濾及安全的訪問控制實驗等。

3.面向研究型的實驗。包括二層協(xié)議研究、路由協(xié)議研究、VPN技術(shù)研究、隧道技術(shù)研究、安全技術(shù)研究、網(wǎng)管研究和流量工程技術(shù)研究等實驗。

(二)網(wǎng)絡(luò)實驗室總體設(shè)計

我校網(wǎng)絡(luò)實驗室設(shè)計方案為分組設(shè)計,設(shè)備選用銳捷網(wǎng)絡(luò)公司生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品,由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置比較靈活,可根據(jù)實際需要,靈活組合成多種實驗規(guī)劃分組,實驗環(huán)境設(shè)計特點是易教、易學(xué)、易練,如下圖3.1。

圖3.1網(wǎng)絡(luò)實驗室設(shè)計圖

實驗區(qū)域以工作組方式組成網(wǎng)絡(luò),實驗室建設(shè)共分為6個實驗小組,每組可容納8個實驗學(xué)員,每組對應(yīng)1個機柜,1個機柜是1個RACK,每個RACK由機架管理控制服務(wù)器RCMS(銳捷)進行管理,下管4個路由器和4個交換機,1個RACK安裝在1個機柜中(即RACK機柜),每個機柜基本實驗功能相同,都能完成學(xué)生實驗和實訓(xùn)。

每個實驗小組都能在該組提供的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上單獨完成大部分實驗內(nèi)容,也可以在組與組之間通過核心路由交換機進行跨組的路由交換實驗。整個實驗環(huán)境都是模擬當(dāng)前最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用環(huán)境設(shè)計,不但能滿足目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗室需要,而且可以后期進行平滑升級,通過添加部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和模塊來組建更為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗室,為學(xué)生提供更多的實驗內(nèi)容,實現(xiàn)更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)實驗。

1.小組實驗環(huán)境:每個實驗小組配置一臺千兆三層交換機,作為每個小組的三層路由設(shè)備;配置兩臺千兆智能堆疊交換機,作為每個小組的二層接入交換機;配置四臺模塊化多業(yè)務(wù)路由器,作為每個小組的路由實驗環(huán)境。

2.核心部分實驗環(huán)境:網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗室配置一臺核心路由交換機,通過雙絞線分別連接每個小組的PC接入二層交換機,并連接每個實驗小組的分組控制管理服務(wù)器,在這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)環(huán)境下,可模擬實際網(wǎng)絡(luò)中很多種實驗環(huán)境。

出口與校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接,采用千兆端口直接與網(wǎng)絡(luò)中心核心設(shè)備相連,在實驗室配置一臺防火墻,來做部分的網(wǎng)絡(luò)安全實驗。在以后增加遠(yuǎn)程訪問計費系統(tǒng)后,用戶可以在校園網(wǎng)里通過校園網(wǎng)訪問實驗平臺,利用課余時間可以做實驗。服務(wù)器區(qū)可以建立多種應(yīng)用服務(wù),如Web、Ftp、Email、視頻服務(wù)等,專門進行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)實驗。

實驗區(qū)中每實驗組均配備規(guī)格尺寸相同的專用實驗桌和機柜RACK,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備放置于專用機柜中。每實驗組分別配置一個有足夠端口的配線架,所有重要設(shè)備的局域網(wǎng)口均通過雙絞線引至雙絞線配線架上,學(xué)生可通過連接配線架來實現(xiàn)對設(shè)備的訪問。這樣可以有效防止重要設(shè)備的端口因過度插拔端口損壞。另外,為方便識別和維護,所有端口和線纜上均設(shè)置有明顯的標(biāo)識。

(三)實驗PC機設(shè)計

在裝有windows操作系統(tǒng)的PC機上安裝VMware Workstation系統(tǒng)軟件,可以在一臺PC上安裝windows系列軟件、LINUX系統(tǒng)、NOVELL及Solaris系統(tǒng)。學(xué)生可以方便的使用VMware系統(tǒng),在幾個操作系統(tǒng)之間切換(跟實際的操作系統(tǒng)沒有什么區(qū)別),不需要重新啟動計算機,非常方便,節(jié)約大量的時間,同時又可以學(xué)習(xí)到各種操作系統(tǒng)的操作。

虛擬機軟件VMware可以在一臺電腦上模擬出來若干臺PC,每臺PC可以運行單獨的操作系統(tǒng)而互不干擾,可以實現(xiàn)一臺電腦“同時”運行幾個操作系統(tǒng),還可以將這幾個操作系統(tǒng)連成一個網(wǎng)絡(luò)。可在一臺電腦上安裝了Win2000 server,再在Win2000 Server上安裝虛擬機軟件VMWare,利用VMWare模擬出來3臺PC,在這3臺PC上分別運行Win XP、Win98、Win2000 Profession等操作系統(tǒng)。包括Win2000 Server在內(nèi),這4個操作系統(tǒng)同時在一臺電腦上運行,互不干擾,并且同在一個局域網(wǎng)內(nèi)。

(四)系統(tǒng)特點

該實驗室采用銳捷網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品構(gòu)建,按RACK網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗室設(shè)計理念進行設(shè)計。銳捷網(wǎng)絡(luò)實驗室機架控制和管理服務(wù)器RG-RCMS系列產(chǎn)品,是銳捷網(wǎng)絡(luò)公司專門針對現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)實驗室開發(fā)的統(tǒng)一管理控制服務(wù)器,實驗室中使用者可以通過RG-RCMS同時管理和控制8-16臺的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,不需要進行控制線的拔插,采用圖形界面管理,簡單方便,還可以在學(xué)生做完網(wǎng)絡(luò)實驗后,利用RG-RCMS提供的一鍵清除配置功能,把連接在RG-RCMS上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置進行統(tǒng)一清除,方便下一次的網(wǎng)絡(luò)實驗。

網(wǎng)絡(luò)實驗設(shè)備采用業(yè)界主流的標(biāo)準(zhǔn)命令行配置界面。便于學(xué)生完成實驗課程后輕松調(diào)試其它主流網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品,增強學(xué)生就業(yè)的通用性要求。

五、對網(wǎng)絡(luò)實驗室存在問題的分析

在眾多的網(wǎng)絡(luò)故障中,最令人頭痛的是網(wǎng)絡(luò)是通的,但網(wǎng)速變慢。當(dāng)面對這類“軟”故障時可以從以下方面進行檢測分析。

(一)網(wǎng)線問題

在實驗室大多使用的傳輸介質(zhì)是雙絞線。雙絞線是由4對線嚴(yán)格而合理地緊密絞和在一起,減少串?dāng)_的影響。在T568A標(biāo)準(zhǔn)和T568B標(biāo)準(zhǔn)中僅使用了雙絞線的1、2和3、6四條線。1、2用于發(fā)送,3、6用于接收,而且1、2必須是一個繞對,3、6必須是一個繞對。只有這樣才能最大限度的避免串?dāng)_,保證數(shù)據(jù)傳輸。筆者在實踐教學(xué)中發(fā)現(xiàn)少數(shù)學(xué)生不按正確標(biāo)準(zhǔn)制作網(wǎng)線,雖然不影響網(wǎng)絡(luò)的連通性,但這樣制作的網(wǎng)線存在很大的隱患。有的開始一段時間使用正常,但過一段時間后,性能下降,網(wǎng)速變慢。因此,我們在實踐中應(yīng)按T568A、T568B標(biāo)準(zhǔn)來壓制網(wǎng)線。

(二)回路問題

在一些比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中,由于一些原因經(jīng)常有多余的備用線路,則會構(gòu)成回路,數(shù)據(jù)包會不斷發(fā)送和校驗數(shù)據(jù),從而影響整體網(wǎng)速,這種問題查找起來比較困難。為避免這種情況發(fā)生,要求我們在鋪設(shè)網(wǎng)線時一定要在每一根網(wǎng)線打上明顯的標(biāo)簽,有備用線路的地方要做好標(biāo)記。

(三)端口瓶頸

實際上路由器的廣域網(wǎng)端口和局域網(wǎng)端口、交換機端口、集線器端口和服務(wù)器網(wǎng)卡等都有可能成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸。我們可在網(wǎng)絡(luò)使用高峰時段,利用網(wǎng)管軟件查看路由器、交換機、服務(wù)器端口的數(shù)據(jù)流量(用Netstat命令),確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流通瓶頸的位置,設(shè)法增加其帶寬。如更換服務(wù)器網(wǎng)卡為100M或1000M、安裝多個網(wǎng)卡、通過改變路由器上配置來增加帶寬等方法都可以有效的緩解網(wǎng)絡(luò)瓶頸,最大限度地提高數(shù)據(jù)傳輸速度。

六、結(jié)束語

我校信息技術(shù)學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)綜合實驗室的建設(shè),對改善教學(xué)條件、提高教學(xué)科研質(zhì)量、培養(yǎng)復(fù)合型及創(chuàng)新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才具有重要意義。但網(wǎng)絡(luò)實驗室的建設(shè)是一個長期的過程,必須堅持先進性和實用性原則,走標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的道路。

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