网络新技术在数字化校园网中的应用

网络新技术在数字化校园网中的应用目前，全球已掀起一股信息高速公路规划和建设的高潮。作为其雏形，国际互联网（Internet）上相连的计算机已达数千万台，全球有数亿人在Internet上进行信息交换和各种业务处理。Internet上积累了大量信息资源，这些资源涉及人类面对和从事的各个领域、行业及社会公用服务信息，成为信息时代全球可共享的最大信息基地。当前由于网络、数据库及与之相关的应用技术不断发展，尤其是国际互联网（Internet）和内部网（Intranet）技术的广泛应用，世界正在迈入网络中心计算（NetworkCentricComputing）时代。人们传统的交互和工作模式正在改变，处在不同地理位置的人们可以共享数据，使用群件技术（GroupWare）进而能够协同工作，多媒体数据的存储、传输、应用技术的不断成熟。以上这些计算机技术的发展对学校传统的计算机业务系统产生影响，使用户能更方便、更直观的使用系统，也使系统的性能更完善，功能更强大。根据CNNIC的最新调查结果显示，截至到2006年上半年，我国目前的互联网用户数目已经达到1.23亿，上网计算机数目达到5450万，其中学生是最大的用户群体。尤其是在在大学生群体中，网络的普及率是93%。目前87%学生上网在网吧，庞大的学生用户群和他们的上网需求是教育网、特别是校园网建设和发展的前提条件。被过滤广告“数字化校园”的概念近年来逐渐的走进高校，通过校园高速传输且提供强大QoS、VLAN、ACL（访问控制列表）等功能的网络环境，建立可进行实时数据、语音、视频、图像传输的网络系统，连接所有教学和学生用户，提高校园网应用的能力，开展先进的网上教学、远程教学，达到国际化大学的信息化水准。在高教网络建设中，“新技术的应用”是高教校园网的热点。高校校园网建设与网络技术发展几乎同步。高校不仅承担着教书育人的工作，更承担着部分国家级的科研任务，因此，对于网络技术的跟踪也始终处于前列，最新的网络技术和产品在有条件的高校总是得以最先使用。IPv6实验网、万兆以太网网络技术都成为当今高校网络建设的热点，万兆以太网技术刚刚推出，高校就成为万兆以太产品的第一批用户试验田。IP第4版作为网络的基础设施而广泛地应用在Internet和难以计数的小型专用网络上，这就是著名的IPv4。IPv4是一个令人难以置信的成功的协议，它可以把数十个或数百个网络上的数以百计或数以千计的主机连接在一起，并已经在全球Internet上成功地连接了数以千万计的主机。但是,就像被过度使用的桥或高速公路一样，IPv4已经走到了尽头并且必须马上升级。IPv4的地址空间为32位，理论上支持40亿台终端设备的互联，但实际上由于A、B、C等地址类型的划分，浪费了上千万的地址，特别是B类地址。对于大多数机构，一个B类网络的65536个地址太大了，申请到一个B类地址的用户单位实际上一般接入的没有这么多主机，相当一部分IP地址被闲置，并且不能被再分配，而且B类地址的首部不足以为Internet内的所有中型网络编址。再加上关于地址的许多其他的特殊规定和用途，一般来说，整个地址空间的实际利用率只能达到10%多一点。毫无疑问，IPv4需要一些改变以使得它能够在网络协议的发展中得以继续生存。与其他方法相比，升级不会带来更多的痛苦，于是产生了IPv6协议规范。IPv6协议规范在1995年底提交IETF并获得批准。对IPv4的升级最早在两个RFC中进行了定义。RFC1883中描述的是协议本身，而RFC1884介绍的是IPv6的地址结构。现在RFC1884已经被RFC2373所替代。IPv4与IPv6地址之间最明显的差别在于长度：IPv4地址长度为32位，而IPv6地址长度为128位。RFC2373中不仅解释了这些地址的表现方式，同时还介绍了不同的地址类型及其结构。IPv6的主要优势体现在以下几方面：扩大地址空间、提高网络的整体吞吐量、改善服务质量(QoS)、安全性有更好的保证、支持即插即用和移动性、更好实现多播功能。一种新的协议从诞生到广泛应用需要一个过程，尤其是对于IPv4仍然很好的支撑着的Internet而言。在IPv6的网络流行于全球之前，总是有一些网络首先使用IPv6协议栈并希望能够与当前的Internet正常通信。为达到这一目的，网络设备供应商必须开发出IPv4/IPv6互通技术以保证IPv4能够平稳过渡到IPv6，除此之外，互通技术应该对普通用户做到“无缝”，对信息传递做到高效。在过渡的初期，Internet将由运行IPv4的”海洋”和运行IPv6的”小岛”组成。随着时间的推移，IPv4的海洋将会逐渐变小，而IPv6的小岛将会越来越多，最终完全取代IPv4。目前在高校中，学校所拥有的Ipv4地址是十分匮乏的，采用IPv6技术势在必行，所以在校园网建设的时候，必须具备下一代互联网IPv6的功能。目前还处于IPv4与IPv6的过渡时期，在高校校园网中必须要解决的问题可以分成两大类：第一类就是解决这些IPv6小岛之间互相通信的问题；第二类就是解决IPv6小岛与IPv4海洋之间通信的问题。针对这两类问题已经提出了很多方案，有一些已经相当成熟并形成了RFC，有一些还只是作为Internetdraft，有待进一步完善。针对第一类问题，目前最佳解决方法是：IPv6小岛与IPv4海洋之间通信的技术—NAT-PT（协议转换，RFC2766）。NAT-PT通过透明转发和地址/协议的解析，为用户在IPV4网络与IPV6网络互通上提供了一种最直接的转发互通方式，在这种方式下，用户不需要对个人终端进行任何设置。因此在未来一个时期大量的IPV4网络与IPV6网络的互通问题上，通过NAT-PT技术人们可以很便捷的将自己周围的网络升级成IPV6网，而随着业界日新月异的硬件路由和硬件NAT技术，网络设备可以支持大量的NAT-PT以及IPV4网络与IPV6网络之间的透明转发工作。针对第二类问题，目前最佳解决方法是：IPv6小岛之间互相通信的技术—6to4（自动配置隧道方式，RFC3056）。6to4也是一种自动构造隧道的机制，这种机制要求站点采用特殊的IPv6地址（2002:IPv4ADDR::/48），这种地址是自动从站点的IPv4地址派生出来的。所以每个采用6to4机制的节点至少必须具有一个全球唯一的IPv4地址，（这种地址分配方法，可以使得其它域的边界路由器自动地区分隧道接收端点是否在本域内）。由于这种机制下隧道端点的IPv4地址可以从IPv6地址中提取，所以隧道的建立是自动的。6to4不会在IPv4的路由表中引入新的条目，在IPv6的路由表中只增加一条表项。采用6to4机制的IPv6ISP只需要做很少的管理工作，这种机制很适用于运行IPv6的站点之间的通信。6to4要求隧道中至少有两台路由器支持双栈和6to4，主机要求至少支持IPv6协议栈。6to4机制允许在采用6to4的IPv6站点和纯IPv6站点之间通过中继路由器(6to4RelayRouter)进行通信，这时不要求通信的两个端点之间具有可用的IPv4连接，中继路由器建议运行BGP4+。这种机制把广域的IPv4网络作为一个单播的点到点链路层。这种机制适合作为V4/V6共存的初始阶段的转换工具，它可以与防火墙、NAT共存，但是NATbox必须具有全球唯一的IPv4地址，并且应有6to4机制和完备的路由功能。校园网的组网技术从上世纪80年代到现在，基本走过了从FDDI到ATM或千兆以太网到万兆以太网的网络演进过程。网络发展的事实证明，愈是低成本，技术简单，有扩展性的组网技术就愈有生命力，以太网的迅猛发展就证明了这一点。从目前来看，万兆以太网（IEEE802.3ae）将成为校园网的核心组网技术。万兆以太网是基于IEEE和IETF的标准，提高了带宽，同时保持了可行的成本结构。由于万兆以太网已经成为一种标准，可以用同一种介质令OSI结构第2层的局域网、城域网和广域网成为一体。标准的以太网带宽从十兆和百兆，到千兆以太网（GbE），而目前达到万兆以太网（10GbE）。由于有了802.1q或802.1p等IEEE标准的支持，现在的以太网更加稳健，更具弹性。例如，网络管理员可以采用802.1q创建拥有独立广播域的网络”拟用网”。这种部署方式使网络管理员能够根据组织和业务领域很轻松地描绘他们的网络。同样，提供城域服务的运营商已经采用802.1q来分离每个客户，同时802.1p提供了一种运行低延迟VLAN服务（例如语音）的方法。此外，由于万兆以太网技术采用802.1w或快速生成树（RSTP）协议，提高了网络弹性和从网络故障中快速恢复的能力。在光纤被割断时，其网络恢复时间可以达到毫秒级。由于万兆以太网目前已经在国际上形成标准，各著名厂商的万兆以太网产品技术已经开始与国际标准保持一致，应此万兆以太网的兼容性与扩展能力将像千兆以太网和快速以太网技术一样，形成一个国际上广泛应用与各厂家相互兼容的局面。以太网具有价格低、可靠性高、可扩展性好、易于管理等优点。在网络层次上，一般来说：典型的校园网网络层次上讲可以分为骨干、用户接入，如规模较大可能还存在分布层的网络结构。骨干：整个网络的核心交换机设备，通过宽带高速通讯传输链路相互连接，构成网络通讯的一级骨干。在设备上，骨干核心交换机要求具有高性能的交换处理能力，灵活的可扩充性，特别强调设备的高可靠性、高可用性要求。通常为保证可靠性采用两台设备构成双核心主干，构成设备级冗余，实现流量的负载分担进一步提高性能。分布层：分布层作为大型网络中的承上启下的一层设备，其主要作用在于将较大数量的接入设备通过高密度的千兆或百兆端口汇集，然后再与核心交换机级联，在汇聚层需要承担起所连各个网络之间的子网路由工作，同时对接入层数据进行分流和控制，将接入端的非法和垃圾数据对核心网路造成的影响降到最低。接入层：设备连接应用的客户端桌面设备，即可以采用固定配置的工作组级交换机堆叠，又可以采用端口密度高的机箱式设备。设备应该具有可管理性，灵活的堆叠功能或机箱模块的可扩充性。同时在设备投资上考虑性能/价格比因素。目前在设计接入网络方案时，普遍采用支持SNMP和RMON、RMONII网管协议的交换机设备，具有支持基于WEB网络管理功能的设备，简化管理工作的复杂性，支持冗余链路功能，提高网络方案的可靠性。可以灵活的划分VLAN，支持IEEE802.1p协议，提高网络的控制能力。在高校校园网建设中，目前万兆以太网技术主要应用在骨干层，用于宽带高速通讯传输链路的相互连接，如核心交换机之间的互连。在大学校园网中，要求具有非常高的可靠性和弹力恢复能力，必须具有一定的容错能力，保障在意外情况下不中断用户的正常工作。可靠性可以通过设备可靠性和技术措施两个层次来解决。通过设备可靠性就要选择可靠性能高的网络设备。此外还可以通过一定的技术措施来保证网络的可靠性，如采用双交换机技术，采用部件及链路冗余技术等。通过这些措施使得网络即使出现某些故障仍能正常运行。在网络建设过程中，可以配合使用国际先进的EAPS环保护技术，EAPS环保护技术可以在故障发生时在很短的时间内恢复网络连接。EAPS技术是基于百兆/千兆/万兆以太网的环路自愈技术，不需要任何的设备与软件升级。EAPS不需要任何设备，所以在成本上还具有优势，而且光环拓扑的成本会比其他的拓扑成本要低，同时因为每个网只需一个控制环，所以管理成本也低。所以在我们校园网络建设过程中，应该在骨干网建设的时候考虑采用EAPS技术，这样既能够提高网络的可靠性，同时又能够在综合布线上将节省大量的成本。拓扑结构图对未来的教育，作为培养跨世纪人才的教育界，与各行各业相比，应更早地进行信息化、网络化建设，在建设过程中我们也要了解最新的网络技术在校园网建设中的应用，把上面所述的新技术以及其他的网络新技术应用到实际中去，这样才能让我们的学生更早地、更快地接受这种教育，将来可以更好地适合社会，具备自我获取终生教育的能力。