一、校園教學(xué)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)原則
根據(jù)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用的特點(diǎn)，在具體的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中要遵循以下原則。
實(shí)用性：滿足各種應(yīng)用需求，既要有與現(xiàn)有應(yīng)用及設(shè)備的互連，又要保證現(xiàn)有系統(tǒng)在新的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能照常使用，同時(shí)盡可能從經(jīng)濟(jì)角度考慮，節(jié)約經(jīng)費(fèi)。
先進(jìn)性：采用符合世界網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的先進(jìn)技術(shù)，能夠進(jìn)行多層交換，從第二層到第七層的數(shù)據(jù)均具有交換能力，以適應(yīng)大數(shù)據(jù)量傳輸和語(yǔ)音視像多媒體信息傳輸，適應(yīng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，在業(yè)界保持技術(shù)領(lǐng)先。
安全性：在網(wǎng)絡(luò)校園教育系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心內(nèi)，各部門和各種應(yīng)用在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，為保證各項(xiàng)業(yè)務(wù)和不同應(yīng)用部門的安全性，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)端口級(jí)別和用戶級(jí)別的VLAN的劃分對(duì)各個(gè)系統(tǒng)和應(yīng)用之間應(yīng)充分隔離，有選擇的互訪控制，可采用防火墻和過(guò)濾技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分支機(jī)構(gòu)可采用VPN／防火墻／NAT的技術(shù)。同時(shí)應(yīng)該考慮互連網(wǎng)的安全訪問(wèn)和接入，防止黑客入侵、無(wú)效訪問(wèn)和廣播風(fēng)暴等。
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性：在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的物理連接上應(yīng)盡量采用雙連接，充分考慮備用線路和備用服務(wù)功能，保證連接的可靠性，同時(shí)應(yīng)考慮到服務(wù)器的負(fù)載均衡，核心交換設(shè)備具有DNS代理功能，根據(jù)遠(yuǎn)程教學(xué)的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)支持主要流媒體協(xié)議。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可靠性：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)有較好的容錯(cuò)特性及熱備份，盡可能避免單點(diǎn)故障。關(guān)鍵核心設(shè)備應(yīng)考慮熱備份和充分考慮硬件備件。同時(shí)充分考慮實(shí)際情況，在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)上注意系統(tǒng)的易維護(hù)性，降低維護(hù)難度和維護(hù)成本。
開(kāi)放性與互連性：為了能夠與現(xiàn)有的和未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互連與集成，能與國(guó)家公網(wǎng)及國(guó)際網(wǎng)絡(luò)互連，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要有良好的開(kāi)放性與互連能力。盡可能采用國(guó)際通行標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。為今后網(wǎng)絡(luò)的外部連接問(wèn)題留有接口和安全保證。
全面的網(wǎng)絡(luò)管理：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要全面的網(wǎng)絡(luò)管理。包括設(shè)備管理、端口管理、VLAN的靈活劃分及管理。因此，通過(guò)網(wǎng)管工作站監(jiān)測(cè)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況，合理分配網(wǎng)絡(luò)資源，動(dòng)態(tài)配置網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、迅速確定網(wǎng)絡(luò)故障位置，具有流量管理和系統(tǒng)管理功能，方便管理員操作。
二、校園教學(xué)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思想
根據(jù)當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展潮流，結(jié)合對(duì)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用的需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想是：在滿足現(xiàn)有的應(yīng)用和將來(lái)發(fā)展的前提下，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展主流，且易于管理、升級(jí)的具有負(fù)載均衡能力的交換式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用當(dāng)前廣泛應(yīng)用的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。選用事實(shí)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TCPAP協(xié)議作為全網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)互連協(xié)議，進(jìn)行層次化的管理。廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求采用集中分布式處理模式，統(tǒng)一規(guī)劃，構(gòu)造一個(gè)功能完善、安全可靠、擴(kuò)展性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
三、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
以下以某校園教育網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為例，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括據(jù)中心局域網(wǎng)、辦公網(wǎng)2個(gè)部分。整個(gè)校園教育系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一個(gè)典型的星型結(jié)構(gòu)，核心交換機(jī)可以選用F5公司的BIGIP 6400產(chǎn)品。接人層或分布層交換機(jī)為原來(lái)校園教育Cisco Catalyst 3548交換機(jī)，BIGIP 6400交換機(jī)接入設(shè)備為下一級(jí)交換機(jī)、核心的服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)中心，接入層或分布層交換機(jī)連接辦公網(wǎng)。
1．辦公局域網(wǎng)
辦公局域網(wǎng)是整個(gè)校園教育網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)部分，是主要應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，它的安全控制和VLAN的管理均通過(guò)核心服務(wù)器來(lái)完成，在接入層交換機(jī)Catalyst3548 VLAN的管理中，我們既可以采用端口劃分也采用IP來(lái)劃分，這要看今后的具體實(shí)施規(guī)劃。我們推薦校園教育按照部門來(lái)劃分VLAN，這樣容易管理和維護(hù)。辦公網(wǎng)交換機(jī)與核心交換之間VLAN的通訊協(xié)議：802.1q。
2．網(wǎng)絡(luò)設(shè)置與安全
在校園教育VLAN劃分中，可以根據(jù)部門職能將辦公區(qū)和服務(wù)器劃分不同的VLAN，把各部門的應(yīng)用有效地隔離開(kāi)。對(duì)機(jī)房管理人員，可以劃分一個(gè)特殊級(jí)別的VLAN，同時(shí)通過(guò)IP地址的訪問(wèn)列表控制，使其能在服務(wù)區(qū)和辦公區(qū)對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行有效的管理。
四、負(fù)載均衡技術(shù)
校園教育WEB服務(wù)器通過(guò)防火墻掛在Internet上，遠(yuǎn)程教學(xué)業(yè)務(wù)量的發(fā)展都超出了預(yù)先的估計(jì)，同時(shí)新的應(yīng)用層出不窮，尤其是網(wǎng)絡(luò)的核心部分。其數(shù)據(jù)流量和計(jì)算強(qiáng)度之大，使得單一設(shè)備根本無(wú)法承擔(dān)。因此校園教育本次項(xiàng)目中要求對(duì)負(fù)載均衡交換機(jī)進(jìn)行采購(gòu)，通過(guò)硬件的方式來(lái)分配服務(wù)器之間的合理業(yè)務(wù)量，使之不致于出現(xiàn)一臺(tái)服務(wù)器過(guò)忙、而別的設(shè)備卻未充分發(fā)揮處理能力的情況。
對(duì)校園教育負(fù)載均衡應(yīng)用，可以從網(wǎng)絡(luò)的不同層次人手，具體情況要看對(duì)網(wǎng)絡(luò)瓶頸所在之處的具體分析，大體上不外乎從傳輸鏈路聚合、采用更高層網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)和設(shè)置服務(wù)器集群策略三個(gè)角度實(shí)現(xiàn)。
1．傳輸鏈路聚合
根據(jù)遠(yuǎn)程教學(xué)的特點(diǎn)，為了支持與日俱增的高帶寬應(yīng)用，越來(lái)越多的PC機(jī)和服務(wù)器使用更加快速的鏈路連入網(wǎng)絡(luò)，而網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)量分布是不平衡的，核心高、接入低，關(guān)鍵部門高、一般部門低。伴隨計(jì)算機(jī)處理能力的大幅度提高，對(duì)多工作組局域網(wǎng)的處理能力有了更高的要求。當(dāng)校園教育內(nèi)部對(duì)高帶寬應(yīng)用需求不斷增大時(shí)(例如Web訪問(wèn)、文檔傳輸及內(nèi)部網(wǎng)連接)，局域網(wǎng)核心部位的數(shù)據(jù)接口將產(chǎn)生瓶頸問(wèn)題，瓶頸延長(zhǎng)了客戶應(yīng)用請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間。并且局域網(wǎng)具有分散特性，網(wǎng)絡(luò)本身并沒(méi)有針對(duì)服務(wù)器的保護(hù)措施，一個(gè)無(wú)意的動(dòng)作(像一腳踢掉網(wǎng)線的插頭)就會(huì)讓服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)。
通常，解決瓶頸問(wèn)題采用的對(duì)策是提高服務(wù)器鏈路的容量，使其超出目前的需求。例如可以由以前快速以太網(wǎng)升級(jí)到千兆以太網(wǎng)。對(duì)于校園教育來(lái)說(shuō)，采用升級(jí)技術(shù)是一種長(zhǎng)遠(yuǎn)的、有前景的解決方案。然而當(dāng)使用網(wǎng)絡(luò)升級(jí)(100M升級(jí)到1000M)還是不能滿足現(xiàn)有的應(yīng)用時(shí)，鏈路聚合技術(shù)為消除傳輸鏈路上的瓶頸與不安全因素提供了成本低廉的解決方案。鏈路聚合技術(shù)，將多個(gè)線路的傳輸容量融合成一個(gè)單一的邏輯連接。利用雙網(wǎng)卡的千兆來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。鏈路聚合系統(tǒng)增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，但也提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，可以在服務(wù)器等關(guān)鍵LAN段的線路上采用冗余路由。
2．更高層交換
一般的網(wǎng)絡(luò)都是由大量專用技術(shù)設(shè)備組成的，如包括防火墻、路由器、第2層，3層交換機(jī)、負(fù)載均衡設(shè)備、緩沖服務(wù)器和Web服務(wù)器等。如何將這些技術(shù)設(shè)備有機(jī)地組合在一起，是一個(gè)直接影響到網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵性問(wèn)題。現(xiàn)在許多交換機(jī)提供第4層交換功能，可以將一個(gè)外部IP地址映射為多個(gè)內(nèi)部IP地址，對(duì)每次TCP連接請(qǐng)求動(dòng)態(tài)使用其中一個(gè)內(nèi)部地址，達(dá)到負(fù)載均衡的目的。有的協(xié)議內(nèi)部支持與負(fù)載均衡相關(guān)的功能，例如HTTP協(xié)議中的重定向能力。
3．服務(wù)器群集均衡策略
校園教育WEB服務(wù)器必須具備提供大量并發(fā)訪問(wèn)服務(wù)的能力，其處理能力和I/O能力已經(jīng)成為提供服務(wù)的瓶頸。如果遠(yuǎn)程學(xué)生訪問(wèn)數(shù)量的增多導(dǎo)致通信量超出了服務(wù)器能承受的范圍，那么其結(jié)果必然是——宕機(jī)。顯然，單臺(tái)服務(wù)器有限的性能不可能解決這個(gè)問(wèn)題，一臺(tái)普通服務(wù)器的處理能力只能達(dá)到每秒幾萬(wàn)個(gè)到幾十萬(wàn)個(gè)請(qǐng)求，無(wú)法在一秒鐘內(nèi)處理上百萬(wàn)個(gè)甚至更多的請(qǐng)求。但若能將10臺(tái)這樣的服務(wù)器組成一個(gè)系統(tǒng)，并通過(guò)BIGIP 6400交換機(jī)將所有請(qǐng)求平均分配給所有服務(wù)器，那么這個(gè)系統(tǒng)就完全擁有每秒鐘處理幾百萬(wàn)個(gè)甚至更多請(qǐng)求的能力。這就是利用服務(wù)器群集實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的最初基本設(shè)計(jì)思想。
均衡策略一：為了建立一個(gè)高負(fù)載的Web站點(diǎn)，必須使用多服務(wù)器的分布式結(jié)構(gòu)。使用代理服務(wù)器和Web服務(wù)器相結(jié)合，或者多臺(tái)Web服務(wù)器相互協(xié)作的方式也屬于多服務(wù)器的結(jié)構(gòu)，但在這些多服務(wù)器的結(jié)構(gòu)中，每臺(tái)服務(wù)器所起到的作用是不同的，屬于非對(duì)稱的體系結(jié)構(gòu)。非對(duì)稱的服務(wù)器結(jié)構(gòu)中每個(gè)服務(wù)器起到的作用是不同的，例如一臺(tái)服務(wù)器用于提供靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)，而另一臺(tái)用于提供動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)等等。這樣就使得網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)時(shí)就需要考慮不同服務(wù)器之間的關(guān)系，一旦要改變服務(wù)器之間的關(guān)系，就會(huì)使得某些網(wǎng)頁(yè)出現(xiàn)連接錯(cuò)誤，不利于維護(hù)，可擴(kuò)展性也較差。
均衡策略二：能進(jìn)行負(fù)載均衡的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在對(duì)稱結(jié)構(gòu)中每臺(tái)Web服務(wù)器都具備等價(jià)的地位，都可以單獨(dú)對(duì)外提供服務(wù)而無(wú)須其他服務(wù)器的輔助。然后，可以通過(guò)某種技術(shù)，將外部發(fā)送來(lái)的請(qǐng)求均勻分配到對(duì)稱結(jié)構(gòu)中的每臺(tái)服務(wù)器上，接收到連接請(qǐng)求的服務(wù)器都獨(dú)立回應(yīng)客戶的請(qǐng)求。在這種結(jié)構(gòu)中，由于建立內(nèi)容完全一致的Web服務(wù)器并不困難，因此負(fù)載均衡交換機(jī)就成為建立一個(gè)高負(fù)載Web站點(diǎn)的關(guān)鍵性技術(shù)設(shè)備。
總之，負(fù)載均衡是一種策略，高性能的負(fù)載均衡交換機(jī)能讓多臺(tái)服務(wù)器或多條鏈路共同承擔(dān)一些繁重的計(jì)算或I/O任務(wù)，從而以較低成本消除網(wǎng)絡(luò)瓶頸，提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可靠性。
