中职校园网解决方案设计

顾振团（白银市职业中等专业学校 甘肃 白银730900）

中职校园网解决方案设计

顾振团
（白银市职业中等专业学校 甘肃 白银730900）

以白银职专校园网解决方案设计为应用实例，以信息系统集成论的“系统化、模块化、层次化”为指导思想，具体探讨了在搭建中职校园网络平台过程中的用户需求分析、网络拓扑设计、设备选型、综合布线和虚拟局域网划分等关键步骤的设计。

中职校园网；解决方案；规划设计；虚拟局域网

随着计算机和网络的迅速发展和普及，国内计算机及网络的应用水平日新月异，已经渗透到各行各业，中职教育行业也不例外。中国教育科研计算机网起初只与国内大学相连，发展到今天，除为高校提供接入外，还对有条件的中职学校提供接入服务。经过数十年的发展，教育网已经形成了相当大的规模，网络基本覆盖全国，以高校为主要用户实体，已经建成了系统的数字图书馆、文献库和电子书等资源。在大学逐渐完成校园网络建设的同时，中职校园网建设已悄然开始。国内已经有许多中职学校建成了示范性网络中心，但是在“软资源”建设方面仍不具规模，亟待发展。校园网建设的目标，简而言之，是建设一个以办公自动化、计算机辅助教学、现代计算机校园文化为核心，以现代网络技术为依托，技术先进、扩展性强、能覆盖全校主要楼宇的校园主干网络。这样的网络平台，可以将学校的各种PC机、工作站、终端设备连接起来，形成校园网，并与广域网相连，在网上宣传自己和获取Internet网上的教育资源。

中职校园网系统是以信息化和数字化为基础的，它的建成对学校发展具有以下重大意义。

辅助教学 多媒体计算机进入中职课堂标志着一场中职教育媒体革命已经到来。局域网技术与多媒体计算机的有机结合以其无法比拟的优势很快占据了教学媒体的主导地位。这不仅是一场视听媒体的“战争”,更是一场教学方式、教学手段的革命。远程教学、多媒体网络教室、虚拟现实和视频点播等多种技术使得学生建构经验变得更加容易。简言之，校园网络系统是计算机辅助教学的延伸。

实现办公管理自动化 学校传统管理和办公模式的主要特点是各种各样大小会议的举行和各种纸质文件的流动，消息流通的延迟性很大。在网络环境下可采用WEB、BBS、E-mail、OA办公系统等应用系统和软件实现高效率的办公和自动化管理。同时，通过采取一定的措施能保证各种机密文件的安全。

提升学生信息素质 信息社会最显著的特征是一切符号化，对网络符号的掌握能力是适应现代社会的基本素质。尽管现代社会是一个专家型社会，但其对综合型人才的需求日渐凸现，协作学习、数字化学习、终生学习已不是新概念，学生在中职学习阶段能养成良好的信息素质，能为其后续发展奠定坚实的基础。

提升学校科研水平 中职的科研主要集中在教学科研上，关系着学校的教学水平，是后续教育的基础。网络化校园能为科研提供一个创新与联动平台，教师可以通过论坛、视频会议、远程讲座等与来自全国各地的同行交流经验,同时可以充分利用网上资源进行教学研究和创新。

中职校园网络化是我国职业教育现代化的重要组成部分，也是职业教育现代化的必经之路。

网络系统需求分析

学校概述 我校有设施一流的综合教学大楼、实验楼、图书综合大楼、学生公寓大楼、实训操作中心和教师家属楼。学校现有教学班35个，在校学生2000余人，教职工100余人，专任教师90余人。建校以来，学校实施科学管理和人性化管理相结合的管理机制，教育教学质量不断提高。学校现有一个多媒体备课室、五个教学微机室和一些网络办公系统。随着学校规模不断发展，学校校园网已不能适应新的教学要求，为此学校打算对现有校园网络系统进行整体规划和重新组建。

学校现有设备和节点数 多媒体备课室有40台高性能计算机，且配有10/100M自适应网络接口卡；每个微机室各有60台配有10/100M自适应网络接口卡的计算机；在各处室和校领导办公室均配有计算机。学校共有500节点，其中教学楼有60个、实验楼有70个、图书综合楼有120个、教师家属楼有90个、学生微机室及各操作室共有120个、备课室有40个。数据流向大致为：各节点之间的网状访问，中心节点与各分支节点之间的放射状星型访问，在访问Internet时数据流汇聚到核心交换机接入。

学校校园网的业务需求 经详细调研后将我校对校园网的业务需求归纳为信息交流、教学服务、学习系统和学校管理四个方面，如图1所示。

建设目标 利用网络设备服务器和相应软件，搭建一个先进、高效、统一联动且便于升级和管理的网络平台。它的建成应能实现学校办公和教学业务的规范化、程序化以及管理的自动化。它应成为学校内公文运转、辅助决策的工具，成为师生与外界沟通以及教师家属网上冲浪的桥梁。

建设原则 网络系统设计必须满足设计目标的要求，遵循系统整体性、先进性和可扩展性原则，建成一个经济合理、资源优化的系统。在设计中应遵循以下原则：

1.先进性。全方位考虑学校需求，利用当前国内外最先进和成熟的组网技术使新建的校园网能最大限度地适应今后10年以内学校的发展变化需求。主要体现在：采用的系统结构应该是先进、开放的体系结构，网络设备和计算机硬软件技术应当是先进的，如支持视频质量服务、数据、语音等多媒体应用和RAID磁盘冗余技术等。

2.兼容与可扩充性。一个好的设计应该是兼容现有设备的，若不兼容则无异于做一个全新的设计，会造成很大的浪费。在设计的时候一定要未雨绸缪，为学校后续发展带来的网络系统升级和扩容需求留有余地。

3.开放性。整个校园局域网的设计采用的协议、标准、设备都应该是开放的，主要涉及OSI的物理层、数据链路层和网络层。开放性的设计是与现有设备兼容和后续扩容的基础。

4.可靠和安全性。须选用高可靠性的产品和技术，充分考虑系统在运行时的应变能力和容错能力，确保整个系统的安全与可靠。校园网作为一个支持众多用户且和Internet连接的网络，网络安全性是个很重要的问题，应采用一定手段控制网络的安全性，以保证网络正常运行。网络中应采取多种技术从内部和外部同时控制用户对网络资源的访问。网络系统还应具备高度的数据安全性和保密性，能够防止非法侵入和信息泄漏。

5.可维护性。根据软件工程理论，系统维护在整个软件的生命周期中所占比重是最大的，因此提高系统的可维护性对后续的网络系统维护是至关重要的。因此，在设计系统时，应尽可能地在可移植性、端口参数配置、数据存储结构等方面考虑后期的可维护性。

网络系统的方案规划与设计

（一）网络系统的整体规划

在设计新系统时应充分考虑对学校现有设备的兼容和学校今后可能的应用需求以及学校未来几年发展规模变化。在系统集成时应采用分层模块化的设计方案以方便为适应需求不断增长而进行的扩充与升级。结合学校投资和当今校园网组网成熟技术，我们决定采用高带宽、高速度且简单成熟的主干1000M位、10/100M自适应到桌面的星型拓扑结构的以太网技术，选用拥有足够实力和市场份额的公司的主流产品以保证新建系统的稳定性和良好的售后服务。

（二）网络拓扑结构设计

为了提高系统后期的可维护性和扩展性，在设计时分核心层、汇聚层和接入层三层进行。核心层将汇聚层的数据交换处理到不同端口且实现负载均衡，上连路由接入到ISP，下行接口通过多模光纤接入到各楼宇的汇聚层。汇聚层上接核心交换机下连二层交换机，一般是楼宇的汇聚。接入层为用户提供桌面接入服务以及虚拟局域网等功能。本方案采用的是处于业界领先地位、具有最高性能的思科公司（Cisco）的产品。思科的路由器及高端主干第三层交换机无论在性能上还是在市场占有率上都是业界第一的，并具有完善的售后服务。在充分考虑兼容现有网络设备的同时，我们在核心交换机上进行了一主一备的双归属设计，这样在一个核心交换机发生故障的时候，自动热切到另一台核心交换机上，不会影响网络系统的正常使用。思科交换机所支持的几种容错技术快速上联恢复和快速端口恢复技术能够充分确保网络的可靠性。依据白银职专校园园区建筑结构和网络系统需求，设计出其网络拓扑如图2所示。

（三）网络设备选型

核心交换机采用Catalyst（2台），支持SupervisorI交换引擎，最大支持2个电源，包转发率18Mpps，背板带宽24Gbps。它具备三个接口插槽，这里共配备了8个千兆端口和32个百兆端口，两台主干间可设置为千兆GEC通道，接成高达4G的主干带宽；千兆以太网通道化技术与快速以太网通道化技术类似，它可将2～4组千兆端口之间的连接带宽聚合在一起，在全双工工作模式下达到4～8G的带宽，这样多条链路被用作单条高速数据通道，在提高传输效率的同时避免了回路的形成，通道中部分线路的故障不影响其他线路的带宽聚合，从而也提高了网络的可靠性。同时Catalyst支持虚拟局域网划分、QoS/CoS和网管等功能。

汇聚及接入层交换机采用Catalyst2950（12台，教学楼1台、实验楼2台、家属楼3台、实训中心3台、综合大楼3台）进行堆叠级联。Catalyst 2950系列智能以太网交换机是一个固定配置、可堆叠的独立设备系列，提供了线速快速以太网和千兆位以太网连接，能为中型网络和城域接入应用提供智能服务。

路由器Cisco（1台）是一个真正的多功能应用支持平台，在单独一个服务器上广泛支持分支机构拨号访问应用、LAN到LAN或者路由选择应用以及多服务应用。它提供前所未有的模块化选项，还具有强大的灵活性，可针对客户的不同应用环境，提供各种配置选项。而且最重要的是，它具有支持所有这些应用的优质运行性能且具有较高的性能价格比，而且一机多用，避免了设备的重复投资。同时，出于安全性考虑，防火墙系统的设置应该比较谨慎，首先，所有数据流第一次进防火墙都必须经过服务器的认证。其次，应实现地址过滤、服务过滤及有关的过滤控制方面的能力。在此方案中，防火墙是Cisco公司内置于IOS（Cisco路由器的操作系统）中的软防火墙。

（四）综合布线系统设计

结构化布线系统主要针对电话、传真、计算机网络、电视会议、图文传真、语音邮件、卫星通信等，即语音、数据应用、视频，未来的发展还将包括较新的通信技术。从功能上看，综合布线系统包括工作区子系统、水平子系统、管理子系统、垂直干线子系统、设备间子系统、建筑群子系统。在布线系统设计时，我们对教学楼、实验楼、图书综合大楼、实训中心、教师家属楼采用一步到位的方案。在综合考虑两种建筑内布线标准的易用性上，决定按EIA/TIA568B标准进行布线，在工程阶段严格按照相关标准施工。在中职学校所有布线建筑都不高的情况下，可将管理子系统和设备间子系统设计到一起，采用CNA（将管理间子系统和设备间子系统整合为集中式布线系统）布线方式以减少因布线系统造成学校空间资源浪费。我校的网络中心设计在实验楼三楼，教学楼（四层）的设备间系统布置在二楼，实训中心（四层）布置在四楼，图书综合楼（五层）布置在三楼、家属楼（六层）设计在三楼。由于是在建筑后进行布线工程，整个布线系统采用明装布线。传输介质方面楼宇内部用超五类双绞线，在建筑物之间用1000M多模光纤，考虑到线路冗余，采用六芯光纤就足够了。综合布线工程中最重要的一项工作是对节点标识和线路编号，主要指电缆标识、跳线面板/模块标识、插座/面板标识、路径标识和空间标识。在采用CNA布线时，整栋大楼的双绞线都要汇聚接入到设备间子系统，用到的机柜、配线架、槽、桥、信息模块等器件必须严格按照工程要求进行施工并在工程期一定要做好节点、电缆、模块和插座的标号记录形成技术文档，以便系统在后期的维护中有章可循。

（五）虚拟局域网划分设计

虚拟局域网是对连接到第二层交互机端口的网络用户的逻辑分段，不受网络用户的物理位置的限制，而是根据用户需求进行网络分段。在同一个LAN中所有的用户都可以相互通信即所有用户处在同一广播域中，而以太网的机制决定了LAN的性能很大程度上取决于广播包的多少，当一个平面LAN的广播包数量达到总体的25%时，网络的性能将会下降很多。虚拟局域网技术很好地缩小了广播范围，减少了广播包的数量，提高了整个LAN的带宽利用率和网络整体性能。同时虚拟局域网技术能在一定程度上保证不同LAN的安全性。中职校园网系统虚拟局域网划分的原则是：基于学校不同职能部门划分和基于应用划分，具体可以划分为学校网络中心的服务器群、校长、学校办公室、各处教室、各科教研组及相应实训中心、教学微机室、教师家属楼等七个虚拟局域网。

（六）系统及应用服务器的分析

服务器群是网络系统的重要组成部分，是数字化校园建设的土壤。在中职网络系统服务器的设计中，应采用分期建设逐步完善的方案，在前期应用中首先建成Web、FTP、File、DNS和邮件服务器，在后续的系统建设中建成VOD和图书室数据库检索服务器。综合考虑了主流服务器操作系统Windows NT和Windows Server2003后，我们选用了Windows Server2003，它是继Windows NT后微软公司发行的服务器操作系统，可在其上实现工作组、域、安全策略和组策略等，在日常使用和维护中更加容易。

由于学校现有网站只有简单的校内新闻通知功能，所占资源不大，故Web服务器和FTP服务器共用一台服务器，通过安装微软提供的Web服务软件IIS进行架设。文件服务器为学校各部门提高一个网络存储的平台，在选择产品时，要选择大磁盘容量的，并在施工建设时采用磁盘配额对用户在文件数量和存储容量上进行控制。为了便于学校网站地址的记忆，用DNS服务器来解析。由于IP地址不够用，在运营商给定一个固定的IP地址后，我们在校园内部主机上配置内网地址，使用代理服务器，不仅在用户访问Internet时，将内部地址转换成公网IP地址，还可以对用户访问的网站和流入数据进行过滤。

结束语

中职校园网络建设是一个庞大的系统集成工程。学校需求调研和对现有网络设备的分析在很大程度上决定着整个设计的成败。在做需求分析的时候，要深入到学校管理工作中，详细了解学校业务需求等内容。在做用户访谈时一定要将用户模糊的、有歧义的和不一致的概念整理转化成可描述的、全面的和准确的专业描述。网络系统方案设计是依据用户需求，结合当前先进成熟的组网技术，设计出的适合中职校园未来几年业务需求和规模发展的应用系统。设计的时候要尽可能考虑系统的性价比，如综合布线采用的是一步到位的方案。由于中职网络系统应用的特殊性，在设计时每个环节都应该紧密围绕学校需求进行。除了通过选用支持多目广播的以太网交换机来加强多媒体网络的性能，对端到端的服务质量特性也要予以特别重视。纵观中职校园网发展现状，网络平台的建设是一方面，怎么用好系统及后期系统维护是十分重要的另一方面。可以预见，在未来几年，国内中职学校必然掀起一场组建校园网的热潮，这是我国中职教育进一步信息化的重要体现，是中职教育现代化的重要标志。

[1]白海波，黄宝兴，赵云峰.网络组建管理与维护实用教程[M].北京：中国林业出版社，2006.

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[3]刘培文，赵建功.计算机网络应用教程[M].北京：中国人民大学出版社，2009. [4]冯博琴，陈文革.计算机网络[M].北京：高等教育出版社，2004. [5]崔冬.计算机网络基础[M].北京：高等教育出版社，2008.

G717

A

1672-5727（2011）03-0046-03

顾振团（1973—），男，甘肃白银人，白银市职业中等专业学校讲师，研究方向为计算机科学与网络。

*本文系浙江省社会科学界联合会2005年度课题《中学师生冲突的归因分析及干预研究》（课题编号：05N114）的部分研究成果