1、2001年5月安徽省信息技術教育裝備培訓班 校園網部分校園網基本原理一、概述計算機網絡是指自主的計算機互聯而成能完成信息共享的系統。計算機網絡是計算機和通信技術相結合的必然產物，它對計算機系統的組織和工作方式產生了深遠的影響。脫離了網絡的計算機已經不是一臺完整的計算機了，難怪Sun公司提出“網絡就是計算機”。根據網絡覆蓋范圍的大小，把網絡分成局域網（LAN，Local Area Network）、城域網（MAN，Metropolitan Area Network）和廣域網（WAN，Wide Area Network）。校園網（Campus Network）介于局域網和城域網之間，一般覆蓋幾公里

2、的范圍。校園網系統=布線系統+網絡設備+計算機硬件設備+系統軟件+應用軟件網絡系統的目的是信息共享。根據功能的不同可以將網絡系統分成兩個部分：信息傳輸部分，負責信息在不同系統間的傳輸；信息處理部分，負責信息的存儲和處理。其中傳輸部分包含布線系統和網絡設備兩個子系統。處理部分包含計算機硬件設備、系統軟件和應用軟件三個子系統。布線系統主要是校園網中設備之間的各種連接介質，負責各個設備之間的信息傳輸。網絡設備負責計算機系統之間的信息交換，計算機硬件設備，在相關的系統軟件和應用軟件控制下，負責信息的存儲和處理。二、網絡運行原理2.1 網絡拓撲結構拓撲結構是指網絡上設備和連接介質是如何連接的。所有的網絡

3、設計都來源于3種基本的拓撲結構：總線拓撲結構網絡總線型、星型和環型。星型（樹型）網絡具有分層的結構化特點。如果星型網絡上與集線器連接的一臺計算機或電纜發生故障，那么只是此臺計算機不能夠發送或接收網絡數據，網絡的其余部分仍然能夠正常工作。另外，每個節點跟集線器都有單獨的傳輸線路，因此采用星型結構時，這些節點具有同時跟集線器通信的條件，傳輸速度可以很高。可以這就是為什么它現在被大量采用的主要原因。星型拓撲結構網絡集線器（HUB）/交換機（Switch）環型拓撲結構網絡數據數據實際工作的網絡，經常采用多級星型結構，以便可以提供足夠的端口連接所有的設備。2.2國際標準化組織的開放系統互連參考模型網絡系

4、統必須按照嚴格的過程執行每一個任務，這些過程叫做協議。為了允許不同廠商生產的軟硬件能進行通信，需要一個標準的協議。只有都遵循了同樣標準協議的系統才能正常的通信。國際標準化組織（ISO，International Standards Organization）發布的開放系統互連（OSI，Open System Interconnection）參考模型經常被用于描述網絡互連環境。OSI模型將網絡通信分為7層，每一層都有著定義明確的網絡功能，提供不同的服務。每一層都與相鄰的上層和下層通信，并協調工作。OSI 7層模型TCP/IP模型第7層應用層應用層telnet/ftp/smtpdns/rip/sn

5、mp第6層表示層第5層會話層第4層傳輸層主機到主機傳輸層TCP/UDP第3層網絡層網絡互連層IP/ICMP/IGMP/ARP第2層數據鏈路層網絡接口層以太網、幀中繼、ATM第1層物理層由于OSI將網絡協議分為7層太過繁瑣，實際上使用的協議很少這樣分層，而是合并一些層。如我們在校園網上以及Internet上廣泛使用的TCP/IP協議，被分為4層。為了方便，我們一般講第幾層，都OSI各層間的關系應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層計算機A應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層計算機B虛擬通信實際的物理通信是針對OSI 7層模型，比如3層交換機，就是指在OSI的第3層，即網絡層對數

6、據的處理。在將數據從一層發送到另一層之前，數據將被切分成數據包。數據包是網絡上從一個設備傳送到另一個設備的一個單元的信息。網絡按照分層順序將數據包從一層傳送到另一層，在每一層，軟件都給數據包添加額外的格式或地址信息，軟件將用這些信息正確地在網絡上傳送數據包。在接收端，數據包以相反的順序通過各層。各層的軟件讀取數據包中的信息，將多余的信息去掉，接著將數據包傳往上一層。當數據包最終到達應用層時，地址信息已經被去掉，數據包已變成接收者可讀的原有形式。除了網絡模型中的最底層，沒有哪一層能同另一臺計算機的對等層直接通信。發送計算機上的信息必須通過下面各層，然后通過電纜到達接收計算機，再沿各層上升，直到到

7、達與發送計算機上發送信息的那層相同的層。例如，如果是計算機A的網絡層發送信息，則信息將通過本地計算機的數據鏈路層和物理層向下，通過電纜，然后在接收方通過物理層和數據鏈路層到達它的目的地計算機B的網絡層。2.3TCP/IP協議介紹TCP/IP協議是Internet上使用的協議，也是校園網上最重要的協議。在TCP/IP協議中，每個接口都至少有一個IP地址，IP地址是32比特，寫成如。計算機之間的通信必須要知道對方的IP地址。每個IP地址都有該IP所在子網的掩碼，掩碼是32比特，連續的最高若干位是1，其余的為0。如果一個IP地址同掩碼的二進制與操作結果跟另一個IP地址同掩碼的二

8、進制與操作結果相同，我們稱它們在同一個子網內，它們之間的通信可以直接進行。否則稱不在同一個子網內，它們之間的通信必須要經過3層設備，即路由器的轉發。如和0，掩碼是，他們是在一個子網上。而和，掩碼是，他們不是在一個子網上。這種控制實際上是由路由表來完成的。在同一個子網上，機器互相之間的廣播數據包都能收到，因此如果一個子網上的機器太多，網絡上的廣播包的增多，會影響到計算機的正常通信。在同一個子網內的機器稱為在一個廣播域中。一般一個子網內機器數不應超過250，而

9、且這時使用掩碼，一個子網內最多為256個IP地址，正好合適。另外，在一個子網內的機器可以設置任何該子網內的IP地址，惡意的用戶完全可以設置服務器的IP地址來干擾正常的通信。因此，對于計算機較多的網絡，往往劃分成多個子網，這些子網之間的通信靠路由器轉發。劃分子網最重要的好處是管理性加強了。在實際應用中，一個子網對應一個VLAN（虛擬網），可以認為劃分VLAN就是劃分子網。由于IP地址不方便人們記憶，所以可以給每臺機器起一個名字，稱為域名。如，其中www是主機名，是機器所在的域名。計算機在訪問由域名標示的機器時，由網絡中的域名解析系統（主要是若干域名服務器）將名字轉化為I

10、P地址。為了區分同一個IP地址（即同一臺機器）上的不同服務，使用端口來標示特定的服務。端口范圍從1到65535，常用的如SMTP（郵件發送）端口為25，HTTP（WWW瀏覽）端口為80等。三、網絡布線系統3.1 常見的傳輸介質3.1.1 雙絞線最簡單的雙絞線是由兩束互相交織在一起的絕緣銅線組成的。有兩類雙絞線：無屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP）。幾對雙絞線經常合在一起，外面由一層保護性鞘包圍，組成一根電纜。電纜中的實際雙絞線對數各不相同。絞合在一起的兩根線對外界電磁信號產生的感應信號能互相抵消，避免了來自別的地方的噪音干擾。雙絞線在施工時，單條鏈路不應超過100米，而且應該按照標準進

11、行端接。常用的標準是TIA/EIA568A或TIA/EIA 568B，如下：RJ-45連接器的TIA/EIA 568A標準87654321棕白棕白蘭白綠白橙橙蘭綠RJ-45連接器8線UTPRJ-45連接器的TIA/EIA 568B標準87654321棕白棕白蘭白橙白綠綠蘭橙RJ-45連接器8線UTP兩邊使用同樣標準的線是直通線，是最常用的。兩邊使用不同標準的線是級聯線，一般用于交換機跟交換機，或PC機跟PC機直接連接使用。3.1.2 光纜在光纜里，光纖以調制過的光脈沖形式傳輸數據信號。這是一種相對安全的傳送數據的方法，因為光纜上面沒有傳輸電氣脈沖信號，這意味著光纜不能被竊聽，數據也不會被偷竊。

12、另外，由于光纜傳輸衰減小、信號純、帶寬大，因而適宜于進行高速度、高容量、長距離的數據傳輸。光纜包含一根特別細的圓柱形玻璃，稱為纖芯，它的透明度特別得高，以至于光在其中傳輸時衰減極小。它的外面另外包裹著一層折射率比纖芯低的同心玻璃封套，這樣，任何大于臨界角入射的光線在纖芯和玻璃封套邊界處都會被完全地反射回纖芯中。再外面包裹著一層用來保護封套的塑料外套。通常，一根光纜中包含多束光纖，外面有外殼保護，如圖所示。在校園網中，光纜一般作為主干傳輸介質，配合以下光頭使用： 1000BASE-LX光頭長波激光（LWL）“LX”中的“L”表示“長（Long）”，即長波激光，它基于的激光波長為12701355納

13、米。使用纖芯直徑為62.5微米或50微米的多模光纖（MMF）時，在全雙工模式下，最長距離可達550米。使用纖芯直徑為9微米或10微米的單模光纖（SMF）時，在全雙工模式下，最長距離可達30005000米。 1000BASE-SX光頭短波激光（SWL）“SX”中的“S”表示“短（Short）”，即短波光，它基于的光波長為770860納米。它只能使用多模光纖（MMF），在全雙工模式下，最長距離可達220300米（纖芯直徑為62.5微米）或550米（纖芯直徑為50微米）。相對于1000BASE-LX來說，它的相應傳輸設備比較便宜。它們一般都使用SC光纖連接器，一條鏈路需要兩條光纖。四、網絡設備校園網

14、內的網絡設備主要由多臺交換機以及路由器組成，按照其功能可分為內部連接和對外連接設備。4.1 內部連接設備內部連接設備連接校園網內部的計算機，主要由不同檔次的局域網交換機組成。根據交換機在網絡中的位置，我們將處于中心位置的交換機稱為中心交換機，跟中心交換機相連的稱為二級交換機，跟二級交換機相連的稱為三級交換機。一般來說，目前建設的校園網，主干都采用千兆以太網技術，因此中心交換機往往會提供多個千兆網接口（如1000BASE-LX或1000BASE-SX）。由于中心交換機是整個網絡的核心，因此對可靠性、性能要求較高。如果為了管理的方便，需要在校內劃分子網，則中心交換機必需選擇具有三層交換能力（實際上

15、就是路由器）的交換機。高檔的交換機，采用模塊化結構，可以根據需要選用不同的接口模塊，來滿足各種情況。這類的交換機，有Cisco 4000、3COM 4007、Intel 480T等。而二級交換機除了提供一個千兆網接口跟中心交換機相連外，還會提供24或48個百兆端口連接計算機或三級交換機。這一類交換機一般是固定配置，最多提供1到2個千兆端口模塊以備連接中心交換機。這類的交換機，有3COM 3300、Intel 510T以及國內一些品牌的產品。適合中等規模網絡使用的交換機，內部都帶有基于WWW界面的網絡管理程序，因此不需要使用專門的網管系統，可以節省投資。選擇交換機時，要根據學校的實際情況，如建筑

16、物分布、網絡拓撲、投資等選擇能滿足要求，性價比最高的交換機，而且要注意廠商能提供的售后服務和技術支持。4.2 對外連接設備校園網必需要跟Internet相連才有活力。跟Internet連接一般會選擇ISDN、DDN專線或城域網等三種連接方式的一種。其中ISDN方式最多能提供128KBPS連接，價格相對較低，但是因為沒有固定的IP地址，校內只能訪問外部的信息，而外部用戶很難訪問校內的資源。而DDN專線和城域網方式都有自己的固定IP地址，因此使用更方便。城域網大約6、7月份在全省會推出，是一種較好的連接方式，它速度高，一般是10Mbps，價格也能接受。DDN目前是一種過渡連接方式，一般的速度在64

17、Kbps到2Mbps之間，但是價格相對較高，目前暫不推薦使用。使用ISDN方式時，一般只需要一臺PC機，安裝ISDN撥號設備，加上相應的代理軟件，如Sygate、Wingate之類就可以了。推薦使用Sygate，安裝和使用都很方便，用戶端不需要任何修改。使用DDN專線時，必須要使用路由器接在校園網和線路中間來處理廣域網的數據。一般常用Cisco2600系列路由器，該路由器具有簡單的防火墻功能，可以提高網絡的安全性。使用城域網方式時，如果有防火墻設備，則不必要路由器，否則也必須采用路由器。防火墻設備可以是專用的，也可以用PC機安裝相應的軟件來代替。此外，為了方便教師在家中使用校園網，也可以設置撥

18、號服務器。只要在路由器上添加MODEM即可組成撥號服務器。一個MODEM在某一時刻只能接受一個用戶的撥入，需要同時支持多人撥入的，可以設置多個MODEM。五、計算機硬件設備計算機硬件設備包括網絡上的服務器以及客戶機。中小學校園網，為了方便使用，大多采用IA體系的服務器系統，客戶計算機更是使用IA體系的機器。對于服務器，可以根據學校的經濟情況選擇，只要具有256M內存以上，作為服務器用起來都不會有問題。硬盤可以根據需求選擇，至少要大于30G。由于計算機設備價格下降的很快，如果購買的計算機設備不能發揮作用，會極大的浪費投資。現在的校園網上大多配備了光盤鏡像服務器，可以方便的將各種光盤統一的保存在硬

19、盤上，方便使用。光盤鏡像服務器最多可接7個硬盤，而1個22G的硬盤大約可以保存40張左右的光盤。對于客戶機，建議選用售后服務較好的國內品牌，內存至少64M。對于公共用機器安裝硬盤還原卡，以減少維護的工作量。此外，為了充分發揮校園網的功能，還應配套一些多媒體設備，如掃描儀、數碼相機、攝像機、圖像采集卡等，以便多媒體制作使用。六、系統軟件系統軟件可能的選擇是Windows NT系列或Unix系列。由于Windows NT系列軟件容易學習，管理方便，因此在中小學的網絡中占了主導地位。但要注意的是，Windows NT系統中的各種漏洞很多，惡意者利用這些漏洞可以輕易地入侵系統，修改甚至刪除數據。因此使

20、用Windows NT時要注意新的動態，一旦微軟公布了新的漏洞，要盡快下載補丁程序修復。Windows NT中，可以方便的提供DNS域名服務、DHCP動態IP地址分配服務、IIS WWW服務器服務，無論設置和管理都極其容易。Unix系統在安全性、可靠性方面一直比Windows NT系列好，但是對管理員本身的技術要求也相對高。現在PC機上免費的Linux系統，雖然在易用性、界面上已經基本趕上了Windows系列，在高校中已經廣泛使用，但是在中小學網絡中用的較少。應該培養條件，提倡這類軟件在學校網絡中的使用。七、應用軟件應用軟件的多少決定了建成的網絡能提供多上種應用。校園網上必需要提供如下應用：E-Mail電子郵件系統推薦使用IMAIL系統，這個軟件提供豐富的郵件服務，占用資源少，不象微軟的Exchange那樣占用很多資源。WWW瀏覽服務校園網的一個重要功能是給教師和學生訪問Internet的一個平臺，因此必須提供WWW瀏覽服務。因為ISP不可能給校內的每臺計算機都提供合法的IP地址，因此校內往往使用專門的內部