基于计算机技术的数字化校园网络设计研究

李　多，左　婷（吉林师范大学　信息网络中心，吉林　四平　136000）



基于计算机技术的数字化校园网络设计研究

李多，左婷
（吉林师范大学信息网络中心，吉林四平136000）

摘要：随着高校信息化建设工作的逐步推广，校园网络上的信息资源越来越多，在这个基础上提出了数字化校园的相应概念.数字化校园网络是将信息数字化、计算机网络作为主要基础，应用计算机技术与网络技术对学校教学、科研、生活与管理等方面信息进行相应的收集、存储、分析与加工等处理，促使数字信息能够得到足够的虚拟化教育环境.通过数字化校园网络的搭建可以有效地改善学校的教学效果，有利于提升学校的教育管理水平与教学质量.

关键词：计算机技术；数字化校园；网络

0　引言

进入到新世纪阶段，教育应当适应信息化社会的实际需求.所以全世界发达国家高度关注数字化建设、信息化技术进步对于教育事业起到一定程度的实际影响，应当重新调整相应的教育目标，从而设置教育改革实施方案，推进教育信息化的建设进程.数字化校园的整体建设目标为以高端的计算机技术、网络技术和数据库技术作为基础，根据通用形式的技术标准规范，整合成相应的信息化资源，搭建安全、可扩展、可升级、易维护的综合性管理系统平台，为学校师生提供便捷、高效的网络系统信息化服务[1].

1　数字化校园网络的基础分析

1.1数字化校园网络的需求分析

(1)网络的稳定性需求

整个计算机网络应当具备高度的稳定性，可以符合数字化校园网络各个不同用户对计算机网络访问的各种需求.

如果出现单点故障，计算机网络应当具备快速切换至备用链路而且立刻进行收敛的功能.

(2)网络的高性能需求

数字化校园网络系统需要具备高效的性能，可以符合各类媒体的无障碍传送要求，确保数字化校园网络内部各种应用的正常运行.

认证的计费效率相对比较高，对于用户的认证计费应用不可以使网络性能下降.

(3)接入方式控制需求

上课安排在机房进行，学生账号能够自由地使用INTERNET，这账号只允许在机房内使用，不允许在宿舍里使用，账号是免费的.

在课后时间，假如学生在机房内只是访问校园网，则是免费的；假如学生需要访问INTERNET，则是收费的.

(4)网络的安全性需求

严禁学生擅自搭建代理服务器；防止学生使用一个帐号提供多人共同使用.

①具备对非法站点的访问过滤功能.

②具备对非法言论的定位追踪功能.

③具备对非法攻击的及时处理功能.

④记录访问日志具有完整审计功能.

(5)内部网络计费需求

支持灵活形式的计费制度，假如设定优惠时间段、支持时长卡、包月卡、包年卡等各种相关计费卡业务，可以兼容成为一卡通业务.

(6)网络实际管理需求

①使用便捷的网络用户管理主要包含了开户、销户、资料修改与查询等方面.

②能够对用户实现分级管理目标，认证计费系统应当对远程登录方式实行有效的管理.

③可以集中统一地管理计算机网络设备.

④可以管理并迅速查询日志，快速定位系统用户[2].

1.2数字化校园网络的建设原则

(1)先进性与成熟性

数字化校园网络系统的目的在于处理大规模的信息量，要求计算机网络需要具备很高的效率.校园网络在体系构架、硬件配置、传送效率、协议选取、安全控制与虚拟网划分等方面应当充分体现出计算机网络系统的先进性.另外校园网络建设需要兼顾到现实状况，不能盲目地追求新型技术与不实用的新颖功能，在网络系统的建设过程中需要坚持相应的原则，充分保障用户的经济性投资[3].

(2)标准化与开放性

统一、规范与科学形式的标准结构体系，作为实现全国范围内各个城市学校业务数据交换、资源共享与对接的前提条件，促使学校的信息化处在高质量、秩序化的运行阶段，有利于实现数据信息的高效与准确传送.只有遵循有关统一化标准，系统的设计环节应当模块化，使用开放技术、标准模式的硬软件接口，才可以实现网络扩容与升级的目的.

(3)稳定性与可靠性

稳定性是指校园网络系统维持其特性随着时间而稳定的能力.可靠性是指校园网络系统在固定条件下、固定时间内完成固定任务的工作能力.在外界环境或者内部条件出现突变状况时，怎样使系统继续维持正常的工作状态，这是在设计和实施数字化校园网系统过程中所需要考虑的.在工程设计和实施过程中，要通过制定可靠性工作计划、执行可靠性测试，从网络布线的冗余备份以及信息数据的多重备份各方面使数字化校园网络达到稳定、可靠的目标.

(4)可扩展性与易升级性

因为信息化技术发展进度很快，而且不断开发出新型技术，同时数字化校园网络的实际应用需求不断提高，这对于数字化校园网络的升级提出相关迫切需求.数字化校园网络的可升级性通常体现在综合布线系统、网络拓扑结构、网络设备选型、网络操作系统、数据库系统应用等各个方面.

(5)安全性与保密性

信息属于特殊形式的资源，存在被改写、伪造、盗取与截取等各种安全隐患，导致信息丢失或者泄密的现象，甚至会引起病毒的传播蔓延，从而使得整个信息化系统的安全系数降低，为数字化校园网络带来不良的后果.伴随着计算机网络之间互联规模的不断扩大，信息与网络的安全性问题不断加剧.在数字化校园网络设计环节中，需要从内部访问控制和外部防火墙两方面确保计算机网络系统的安全.

(6)可管理性与可维护性

可管理性是指计算机网络管理人员通过运用计算机网络管理程序，对于计算机网络上的资源实行集中化的管理模式，工作内容主要包括配置管理、资源性能和记账管理、问题处理机制管理、操作管理与变化应对管理等方面.数字化校园网络的可维护性通常是指计算机系统失效后在固定时间内可以修复至规定工作状态的实际能力.校园网络的节点数目较大、分布范围较广、通信介质较多，应用交换式网络与虚拟网络之后，计算机网络的管理任务有所加重.

(7)实用性与可行性

数字化校园网络建设通常会受到各种外部条件的限制，即为数字化校园网络的建设规模、科技的发展进度、材料设备、建设资金、能源资源、人力资源、实体环境与设计工艺等方面.在数字化校园网络的建设过程中，需要设计出不但符合实用性需要，同时应当符合上述限制条件的理想方案.

1.3数字化校园网络的技术路线

数字化校园网络应用SOA实现，各个应用系统应当通过基于ESB的基础性平台相应地集成到具体的SOA结构体系中.整体设计方案应当支持把一组服务进行具体装配，而且把合成的应用系统布局在整合服务器中.全部的服务都应当通过标准形式的WEB服务进行提供，全部的WEB服务通过ESB基础性平台达到统一的注册、发布、注销、管理等执行目标.全部应用系统之间的有效整合，都应当通过调用ESB基础性平台的WEB服务来进行的，进而可以实现统一形式的数据交换目标.各个应用系统充分运用目前的各种技术方法，尽可能使用一致的体系结构和运行平台，实现系统结构层次清晰的设计目标，全部的应用逻辑、流程、数据等方面都可以根据数字化校园要求的颗粒度进行相应的封装处理[4].

2　数字化校园网络的设计方案

2.1数字化校园网络的功能

(1)教学功能需求

①使用现代化的高端设备和多媒体教学方法相互结合，通过直观与形象的讲解方式，提升学生学习的积极主动性，加强知识理解效果，增强学生全面的综合素质.

②具有信息化交流与资源共享的方式.

③具备丰富多样的课内外知识，有利于扩展学生的视野，提升学生的自主创新能力.

④对于具有远程教学需求的学校，应当提供相应的远程教学能力，克服地区与规模的约束，保证异地师生能够共享优质的教学资源.

(2)管理功能需求

①统一管理学校的教学资料、人事部门档案、各种财务报表、历次考试成绩分析、科研成果、物资器材使用状况等方面.

②达到办公自动化的目的，提升工作效率与决策水平. (3)其它功能需求

图1　数字化校园网络的功能

在数字化校园网络基础上，执行各种类型的网络应用，比如个人站点接入、互联网连接，学生团体数字化建设等方面，不断体现出计算机网络的优势[5].

2.2数字化校园网络的架构

校园网络一般是以信息中心作为核心，主要分为对内网与对外网.对内网即为校园Intranet，计算机网络覆盖了教室、教研室、实验室、办公室、图书馆、会议室、科研室、师生宿舍等各个场所，一般服务于学校的教学、科研与管理；对外网包括是和Internet连接、和上级主管部门以及兄弟学校的具体连接，提供对外信息的交流和服务，信息中心主要负责整个计算机网络的管理与安全工作，如图2所示.

图2　数字化校园网络的架构

2.3数字化校园网络的设计

2.3.1体系结构

数字化校园网络内部的各种体系结构主要包括功能分层与各层所需要遵循的统一性协议.计算机网络体系结构的集合又称为协议与层次的集合.数字化校园网络系统设计过程中，首先需要选取计算机网络体系结构，其核心是确定所使用的协议集合，是规划校园网络建设的重要基础.选择目前阶段全球公认的行业标准TCP/IP协议，作为全网架构体系的核心协议.如果计算机网络需要具备远程访问时，应用PPP(异步通信协议)[6].

2.3.2校园网网络系统设计

(1)数字化校园网络的特点

①校园网络使用在整个学校范围，系统比较复杂且规模较大.

②综合布线系统属于基础计算机网络的连接标准.

③以客户/服务器（C/S)与浏览器/Web(B/S)服务器模式作为技术应用标准.

④数据信息流通常在内部进行流通，对于内网处理能力的要求标准较高.

⑤通过集中配置和管理模式管理实际的应用系统.

⑥网络内部的信息流特征是经过周边向中心汇集.

⑦在规划计算机网络建设过程中，不但需要考虑校校通的具体要求，还要维护和其它计算机网络连接与自身升级的兼容性.

⑧系统需要支持远程访问功能.

(2)数字化校园的系统设计分析

①数字化校园网络建设超过一般局域网的搭建范围，其需要建设的计算机网络层级主要涉及到计算机网络之间的互连技术.

②由于各个不同职能部门会分布在各个不同位置，校园网络建设规划应当通过子网划分的方法来达到管理目的.

③大部分校园网络使用星型和总线型相互结合的拓扑结构.核心设备通常接入到主干网络中，各个子网分布在四周，子网下联到工作组网，工作组网下接到基层网段的基本模式.

④数字化校园内网的计算机系统终端，根据各自的具体需求进行规划.

⑤校园内的主干网络需要具备大带宽与强大的数据转发能力.

⑥校园内子网是相对独立的，主要通过光纤接入到主干网中.

⑦支持远程控制的访问模式.

(3)数字化校园的系统设计

数字化校园的建设相当于园区级网络的具体建设，其拓扑结构一般使用线集中式结构和星型对称分级拓扑相互结合的模式，对于其具体特征，一般以下方面的设计[2].

①校园内主干网下连接二级子网，需要由网管中心实现统一的数据交换处理.

②用户计算机网络终端系统不可以直接接入到主干网络中.

③网管中心的各种设备形成单独化的子网达到主干网对接目的.

④整个计算机网络的集中控制和管理需要在网络中心实现.

⑤二级子网的具体划分根据部门或者地理位置实行.⑥基层形式的工作组网根据实际使用需求进行基层网段的划分.

⑦终端系统由桌面接入到网络，服务器和工作站直接连到核心网络.

⑧通过流量分层的管理形式，只有跨基层流量地接入到工作组，跨工作组流量才可以有效地接入子网，从而接入到主干网络中.

⑨结构水平体现出对称化特点，基层、工作组、子网络都需要具备相同的流量标准.

⑩通过划分非军事区域把计算机网络内外隔离，实现互联网接入功能.

2.3.3数字校园的网络技术设计

(1)校园主干网

主干网通常数据流的关键核心，同时具有数据流调配的任务.校园主干网通常有以下方面的功能.

①提供内网互相连接的高速通道，核心设备具备高速的交换能力.

②连接网内全部的高性能服务器.

③统一管理数字化校园的系统和安全机制.

④连接到Internet中，管理整个计算机网络通向外部网络的实际连接.

⑤可以提供与管理拨号接入形式.

⑥数字化校园的主干设计一般使用核心交换、划分网段从而构成二级/三级子网的形式.核心设备应用可靠性、高性能的交换设备，可以实现冗余备份和负载均衡功能.

(2)数字化校园的远程访问

数字化校园在远程访问控制的解决方案上，电话拔号是主要形式，使用户能够方便快速地通过远程登录方式访问到校园网络.经过RAS和Modem有效组合，远程终端系统使用PPP协议，拨号接入到校园网络实现远程访问，在RAS远程访问的端口中提供具体的访问控制连接.同时要求在RAS上能够实现用户认证与授权控制，即使解决了远程终端对于校内网络的访问形式，然而拨号方式属于攻击网络的主要方式，则需要从技术和管理方面上强化安全控制[7].

远程访问服务服务功能：

①拨号访问.

②对静态/动态地址分配实行管理.

③各种协议相互之间可以透明访问.

④用户访问和安全控制机制.

⑤计算机网络内部拨出.

⑥自动检测转换有关功能协议，达到互联目的.

⑦通过远程终端系统控制和维护计算机网络.

⑧对于网络管理提供具体的支持.

拨号方式作为计算机网络攻击的主要方式，一般使用动态形式IP策略，因此将其它和其它网段进行隔离，直接连入到计算机网络的核心路由，存在独立的网段，这也可以方便计费管理方式的有效实施.RAS一般通过路由和MODEM相接，和管理拨号访问安全控制的服务器相互结合，根据身份认证协议为远端用户进行授权认证处理.

(3)数字化校园的网间互联

满足校校通设置的标准需求，需要和其它外部网络进行连接，甚至可以接入到国际互联网内.目前阶段在国际上都是使用TCP/IP协议作为Intemet/lntranet的实际连接标准，数字化校园能够选择多种方式接入到Internet中，比如边界路由器方式、DDN线路与城域网接入.数字化校园发布相关信息，应当通过专用形式的服务器实现，确保系统安全，因为服务内容十分丰富，工作量极大.因此应当选择至少一台以上、速度快、I/O能力强的高端服务器来达到对外发布信息的硬件实现功能.工作在外部网段环境中的服务器集群，集群内部全部服务器的配置信息与数据都需要备份处理，而且具有相应的快速恢复方案，确保系统与数据的快速恢复，防止服务器受到攻击或者产生故障时影响对外宣传效果[8].

(4)子网设计

二级子网的计算机网络应当以校内实际的物理位置和系统的数据流量进行相应的具体规划.通常来说，二级网络是以覆盖一幢楼或者某楼层作为位划分相应的子网，通过楼间光缆可以连接到网管中心.全部的二级网络都是相对独立的，同样可以使用TCP/IP作为主要形式的交换技术方式，也能够建设VLAN边界从而接入到主干.

(5)工作组网设计

工作组网属于最底层的计算机网络，通过灵活方式进行划分，根据办公室或者地理位置都可以，根据实际情况可以灵活调整.这层计算机网络的连接设备为接入交换机，桌面终端设备连接到相应的工作组网交换机可以访问相应的计算机网络资源，工作组网至少能够提供百兆到桌面的实际交换能力.

3　结语

本文的重点思路在于是以数字化校园网络设计作为研究中心，对于学校的数字化校园网络建设的体系规划结构、对策、形式、安全方法、问题等相关理论概念进行逐步深入的研究.根据用户的实际需求着手分析，分析数字化校园网络的建设规则与技术方案，重点阐述了数字化校园网络建设的总体规划方案.因为校园网络用户对于信息化系统的依赖性不断提升，所以对信息化系统的服务质量也体现出更高标准的要求.

参考文献：

〔1〕张丽娟．对“数字化校园”建设的思考信息经济与国民经济增长方式的转变——中国信息经济学会2006年学术年会论文集[C]．2006．

〔2〕周艳萍．数字化校园网络的规划与实现[D]．北京:电子科技大学,2012．

〔3〕董群,钱何珍,刘文艳.对于创建数字化校园的思索[J].中国现代教育装备,2008(06).

〔4〕秦海波.浅论数字化校园建设[J]硅谷,2008(24).

〔5〕李长隆.校园网规划与设汁[J].电脑与电信,2007(05).

〔6〕朱震,姚奇富.基于OA的数字化校园解决方案[J].计算机工程,2009,35(07).

〔7〕徐风亮,史斌斌.高校数字校园建设现状与探索[J].中国现代教育装备,2009(15).

〔8〕葛苏慧.第三层交换技术在校园网设汁中的应用探究[J].中国科技信息,2008(20).

基金项目：吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目(吉教科合字[2015]第234号)

收稿日期：2015-12-30

中图分类号：TP393

文献标识码：A

文章编号：1673-260X（2016）04-0029-04