校園網組網方案的研究與設計

1、鄭州輕工業(yè)學院專科畢業(yè)設計（論文） 題 目 校園網組網方案的研究與設計 學生姓名 專業(yè)班級 學 號 系 別 計算機系 指導教師(職稱) 完成時間 2009年 4 月 17 日 校園網組網方案的研究與設計摘要 自從1946年在美國賓夕法尼亞大學研制成功世界上第一臺電子計算機以來，計算機技術、通信技術等信息科技得到飛速地發(fā)展與普及，使人類逐步進入了信息社會。伴隨著人們對于信息資源共享以及信息交流的迫切需求，促使網絡技術的產生和快速發(fā)展，計算機網絡的產生和使用為人類信息文明的發(fā)展帶來了革命性的變化。1995年中國教育教研網（cernet）建成后，已經進入到一個蓬勃發(fā)展的階段。校園網的建成和使用，對于

2、提高教學和科研的質量、改善教學和科研條件、加快學校的信息化進程，開展多媒體教學與研究以及使教學多出人才、科研多出成果有著十分重要而深遠的意義。進行校園網絡的建設是學校向信息化發(fā)展的必然選擇，校園網網絡系統(tǒng)是一個非常龐大而復雜的系統(tǒng)，它不僅為現(xiàn)代化教學、綜合信息管理和辦公自動化等一系列應用提供基本操作平臺，而且能提供多種應用服務，使信息能及時、準確地傳送給各個系統(tǒng)。而校園網工程建設中主要應用了網絡技術中的重要分支局域網技術來建設與管理的，因此本畢業(yè)設計課題將主要以校園局域網絡建設過程可能用到的各種技術及實施方案為設計方向，為校園網的建設提供理論依據(jù)和實踐指導。其主要包括各種局域網的技術思想、網絡

3、設計方案、網絡拓撲結構、布線系統(tǒng)、intranet/internet的應用、網絡安全，網絡系統(tǒng)的維護等內容。通過本畢業(yè)設計課題的論述，希望使讀者能夠了解校園網的建設過程以及所涉及到的各種網絡技術，并能對今后大家在學習網絡技術知識或是進行校園網的工程建設中有所借鑒。關鍵字：校園網;局域網;網絡設計方案campus network research and design programabstractsince 1946, the university of pennsylvania in the united states successfully developed the worlds fi

4、rst electronic computer, the computer technology, communication technology, such as information technology has been rapid development and spread, so that mankind has entered a progressive information society. along with the sharing of information resources for people and the urgent need of informati

5、on exchange to promote the emergence of network technology and the rapid development of computer networks, generation and use of information for human civilization has brought a revolutionary change.1995 chinas education and research network (cernet), upon completion, has entered into a phase of vig

6、orous development. completion of the campus network and use to improve the quality of teaching and research, teaching and research conditions improve and speed up the process of schools to carry out multi-media teaching and research, and teaching more people, more research results have important and

7、 far-reaching significance.campus network construction is the development of information technology in schools to an inevitable choice for the campus network system network is a very large and complex system, it not only for modern teaching, integrated information management and office automation ap

8、plications, such as a series of basic operating platform, and can provide a wide range of applications, so that information can be timely and accurately transmitted to the various systems. campus network and the construction of the main application of the network technology to the important branch o

9、f local area network technology to the construction and management, and therefore the subject of this graduation project will be mainly in the construction of the campus local area network may be used in a variety of technical and implementation options for the design direction, building for the cam

10、pus network and provide a theoretical basis and practical guidance. its main lan technologies include a variety of ideas, the network design, network topology, cabling systems, intranet / internet applications, network security, network system maintenance and so on.the passage of the graduation proj

11、ect on the subject, i hope so that readers can understand the process of building a campus network, as well as involved in a variety of network technologies and the future we can learn from the knowledge of network technology to the campus network or the construction of some reference .keywords: cam

12、pus network; lan; network design program目 錄第一章 校園局域網的技術思想11.1 計算機網絡簡介11.2 局域網技術11.3局域網的主要應用技術3第二章 設備型號的選擇72.1 網絡設備設計72.2 常用網絡設備152.3 服務器162.4 設備選型17第三章 技術方案及拓撲圖193.1校園網的建設規(guī)劃193.2internet接入技術213.3 防火墻技術27第四章 校園網的運行狀況284.1 校園網的應用狀況284.2 網絡管理294.3 網絡故障排除方法30結 束 語33致 謝34參 考 文 獻35第一章 校園局域網的技術思想1.1 計算機網絡簡

13、介 計算機網絡，是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機及其外部設備，通過通信線路連接起來，在網絡操作系統(tǒng)，網絡管理軟件及網絡通信協(xié)議的管理和協(xié)調下，實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計算機系統(tǒng)。簡單地說，計算機網絡就是通過電纜、電話線或無線通訊將兩臺以上的計算機互連起來的集合。 計算機網絡的發(fā)展經歷了面向終端的單級計算機網絡、計算機網絡對計算機網絡和開放式標準化計算機網絡三個階段。1.2 局域網技術1.2.1局域網（local area network；lan） 通常我們常見的“l(fā)an”就是指局域網，這是我們最常見、應用最廣的一種網絡。現(xiàn)在局域網隨著整個計算機網絡技術的發(fā)展和提高得到充分的應用和普

14、及，幾乎每個單位都有自己的局域網，有的甚至家庭中都有自己的小型局域網。很明顯，所謂局域網，那就是在局部地區(qū)范圍內的網絡，它所覆蓋的地區(qū)范圍較小。局域網在計算機數(shù)量配置上沒有太多的限制，少的可以只有兩臺，多的可達幾百臺。一般來說在企業(yè)局域網中，工作站的數(shù)量在幾十到兩百臺次左右。在網絡所涉及的地理距離上一般來說可以是幾米至10公里以內。局域網一般位于一個建筑物或一個單位內，不存在尋徑問題，不包括網絡層的應用。 這種網絡的特點就是：連接范圍窄、用戶數(shù)少、配置容易、連接速率高。目前局域網最快的速率要算現(xiàn)今的10g以太網了。ieee的802標準委員會定義了多種主要的lan網：以太網（ethernet）、

15、令牌環(huán)網（token ring）、光纖分布式接口網絡（fddi）、異步傳輸模式網（atm）以及最新的無線局域網（wlan）。1.2.2局域網傳輸介質傳輸介質是網絡中信息傳輸?shù)拿襟w，是網絡通信的物質基礎之一。傳輸介質的性能特點對傳輸速率、通信的距離、可連接的網絡結點數(shù)目和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘染泻艽蟮挠绊憽Ｒ虼?，必須根?jù)不同的通信要求，合理地選擇傳輸介質。目前在局域網中常用的傳輸介質有雙絞線、同軸電纜和光導纖維等。雙絞線（又稱雙扭線）是最普通的傳輸介質，它由兩根絕緣的金屬導線扭在一起而成，通常還把若干對雙絞線對（2對 或4對），捆成一條電纜并以堅韌的護套包裹著，每對雙絞線合并作一根通信線使用，以減

16、小各對導線之間的電磁干擾。雙絞線分為有屏敞雙絞線（stp）和無屏蔽雙絞線（utp）。有屏蔽雙絞線外面環(huán)繞一圈金屬屏蔽保護膜，可以減少信號傳送時所產生的電磁干擾，但是，相對來講價格較貴。 無屏蔽雙絞線沒有金屬保護膜，對電磁干擾的敏感性較大，電氣特性較差。它的最大優(yōu)點是價格便宜，所以廣泛應用于傳輸模擬信號的電話系統(tǒng)中。但是，此類雙絞線的最大缺點是，絕緣性能不好，分布電容參數(shù)較大，信號衰減比較厲害，所以，一般來說，傳輸速率不高，傳輸距離也很有限。1990年9月28日，ieee認可了10baset標準，并作為官方的標準加以頒布。從此，10baset己逐漸被廣泛用于辦公大樓的局域網布線。由于有了這個標準

17、，以太網、令牌環(huán)網和arcnet網均可以直接使用已經布好的電話線路。同軸電纜（coaxiai cable）是網絡中最常用的傳輸介質，共有四層，最內層是中心導體，從里往外，依次分為絕緣 層、導體網和保護套，按帶寬和用途來劃分，同軸電纜可以分為基帶（baseband）和寬帶（broadband）?；鶐S電纜傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，在傳輸過程中，信號將占用整個信道，數(shù)字信號包括由0到該基帶同軸電纜所能傳輸?shù)淖罡哳l率，因此，在同一時間內，基帶同軸電纜僅能傳送一種信號。寬帶同軸電纜傳送的是不同頻率的信號，這些信號需要通過調制技術調制到各自不同的正弦載波頻率上。傳送時應用頻分多路復用技術分成多個頻道傳送，使數(shù)

18、據(jù)、聲音和圖像等信號，在同一時間內，在不同的頻道中被傳送。寬帶同軸電纜的性能比基帶同軸電纜好，但需要附加信號處理設備，安裝比較困難，適用于長途電話網、電纜電視系統(tǒng)及寬帶計算機網絡。光導纖維電纜簡稱光纖電纜或光纜。隨著對數(shù)據(jù)傳輸速度的要求不斷提高，光纜的使用日益普遍。對于計算機網絡來說，光纜具有無可比擬的優(yōu)勢。光纜由纖芯。包層和護套層組成。其中纖芯由玻璃或塑料制成，包層由玻璃制成，護套由塑料制成。光纖通信具有許多優(yōu)點，首先是傳輸速率高，目前實際可達到的傳輸速率為幾十至幾千mbit/s：其次是抗電磁干擾能力強，重量輕，體積小，韌性好，安全保密性高等。目前，多用于作為計算機網絡的主于線。光纖的最大問

19、題是與其他傳輸介質相比，價格昂貴。另外，光纖銜接和光纖分支均較困難，而且在分支時，信號能量損失很大。1.3局域網的主要應用技術1.3.1局域網概述 局域網是一種小范圍內實現(xiàn)資源共享的計算機網絡,它具有結構簡單,投資少,數(shù)據(jù)傳輸速率高和可靠性高等優(yōu)點. 決定局域網特性的三個主要技術是:傳輸介質,拓撲結構和信道訪問協(xié)議.在這三種技術中最為重要的是信道訪問協(xié)議,它對網絡的吞吐量,響應時間,傳輸效率等網絡特性起著十分重要的作用. 1.3.2 csma/cd訪問控制方式 csma/cd(carrier sense multiple access with collision detection),即載波

20、監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測,是一種爭用型的介質訪問控制協(xié)議.網中各節(jié)點都能獨立地決定數(shù)據(jù)幀的發(fā)送與接收.每個站點在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前,首先要進行載波監(jiān)聽,只有介質空閑時,才允許發(fā)送幀.這時,如果兩個以上的站同時監(jiān)聽到介質空閑并發(fā)送幀,則會產生沖突現(xiàn)象.每個站必須有能力隨時檢測沖突是否發(fā)生,一旦發(fā)生沖突,則應停止發(fā)送,然后隨機延時一段時間后,再重新爭用介質,重發(fā)該幀. 我們把檢查信道上有無數(shù)據(jù)信號傳輸稱為載波監(jiān)聽,而把同時有多個節(jié)點在監(jiān)聽信道是否空閑和發(fā)送數(shù)據(jù),稱為多路訪問. 令牌的含義:令牌是一種特殊的控制幀,其特點是:一個環(huán)只有一個令牌;令牌是站點能進行數(shù)據(jù)發(fā)送的憑證,只有獲得令牌的站點才能進入數(shù)據(jù)

21、發(fā)送工作方式;令牌繞環(huán)行駛. 1.3.3 token-ring基本原理 token-ring是一種適用于環(huán)型拓撲的分布式介質訪問控制方法.這種介質訪問技術使用一種稱為令牌的特殊幀沿著環(huán)網循環(huán).當一個站要發(fā)送數(shù)據(jù)時,必須等待空令牌通過本站,然后將空令牌改為忙令牌,緊跟著忙令牌之后,把數(shù)據(jù)幀發(fā)送到環(huán)網上.由于令牌是忙狀態(tài),其他站必須等待而不能發(fā)送數(shù)據(jù).因此,也就不可能產生任何沖突. 1.3.4 令牌總線訪問控制方式 令牌總線是令牌控制方式在總線結構上的應用.其特點是:物理上是總線結構,邏輯上是令牌環(huán).在令牌總線中,總線上的站不能像csma/cd那樣隨機地訪問總線,而只有令牌持有者才能訪問總線.令牌

22、的傳遞不是按站的物理順序,而是按邏輯順序.如右圖所示.站點abeda構成一邏輯環(huán).另外,稱邏輯環(huán)外的站點為非活動站。 以太網組網技術概述 :以太網組網非常靈活和簡便,可使用多種物理介質,以不同拓撲結構組網,是目前國內外應用最為廣泛的一種網絡,已成為網絡技術的主流. 以太網按其傳輸速率又分成10mb/s,100mb/s,1000mb/s. 。10 base-2以太網是采用ieee802.3標準,它是一種典型的總線型結構,如下圖所示.采用細纜為傳輸介質,通過t型接頭與網卡上的bnc接口相連的總線型網絡. 一個細纜以太網電纜段長度超過185米或工作站個數(shù)多于30個時,應采用支持bnc接口的中繼器來延

23、長距離,或增加節(jié)點個數(shù).使用4個中繼器的細纜以太網的最大長度可達到925米. 10 base-t是采用無屏蔽雙絞線(utp)作為傳輸介質的以太網,其標準為ieee802.3i.在網絡拓撲結構中增加了集線器(hub),采用rj45連接頭實現(xiàn)網絡 1.3.5 atm組網技術 atm的基本概念 ：異步傳輸模式atm(asynchronous transfer mode)是一種快速分組交換技術,它是以信元為信息傳輸和交換的基本單位,是一種面向連接的交換技術.為了簡化信元的傳輸控制,在atm中采用了固定長度的信元,規(guī)定為53字節(jié),其中信元頭5個字節(jié),信息段48個字節(jié) . atm局域網組網技術 ：以atm

24、交換機為中心連接計算機所構成的局域網絡叫atm局域網。atm交換機和atm網卡支持的速率一般為155mb/s24gb/s,滿足不同用戶的需要,標準atm的組網速率是622 mb/s.。atm是將分組交換與電路交換優(yōu)點相結合的網絡技術,可以工作在任何一種不同的速度,不同的介質和使用不同的傳送技術,適用于廣域網,局域網場合,可在局域網/廣域網中提供一種單一的網絡技術,實現(xiàn)完美的網絡集成. atm組網技術的不足之處是協(xié)議過于復雜和設備昂貴帶來的相對較高的建網成本. 交換局域網和虛擬局域網：交換局域網交換局域網的核心部件是局域網交換機.局域網交換機一般有多個端口,每個端口可以直接和網絡中的一般節(jié)點連接

25、,也可以和集線器連接.交換局域網與共享式局域網的不同是: 共享式局域網共享式集線器是共享式局域網絡上使用的中心控制設備.它的工作原理是建立在共享介質基礎上的,相應的介質訪問控制方法是csma/cd,token ring和token bus.如某共享式以太網上的數(shù)據(jù)傳輸速率為10mb/s,當10個節(jié)點同時使用時,每個節(jié)點平均分配的帶寬就只有1mb/s. 交換式局域網交換機是交換式局域網上使用的中心控制設備.在交換式局域網中,可以通過交換機為所有節(jié)點建立并行,獨立和專用帶寬的連接.不管有多少工作站,各工作站均可以得到并行,獨立的帶寬.若某交換式以太網數(shù)據(jù)傳輸速率為10mb/s,每個節(jié)點均可以得到1

26、0mb/s的帶寬. 利用100mb/s交換機組網實例 虛擬局域網：虛擬局域網是建立在局域網交換機或atm交換機的基礎上的,以軟件方式來實現(xiàn)邏輯工作組的劃分與管理,邏輯工作組的節(jié)點組成不受物理位置的限制. 邏輯工作組將網絡上的節(jié)點按工作性質與需要劃分而得到,一個邏輯工作組就是一個虛擬網絡. 構成虛擬局域網的條件是:所有用戶終端都連接到支持虛擬局域網的交換機端口上。 第二章 設備型號的選擇2.1 網絡設備設計2.1.1 理解產品要求和設計局限在創(chuàng)造一個智能的網絡化設備時，第一步是要理解這個嵌入式產品本身內含的規(guī)格要求，大同小異不僅僅是產品的功能要求?；镜脑?，如處理器類型，會對吞吐量、可裁剪性和

27、開發(fā)周期的長短產生廣泛的影響。這一點一定在事先就了然于胸。同樣重要的成本，因為多數(shù)嵌入式產品對成本是敏感的。因此，材料清單的成本需要比傳統(tǒng)設計低很多。典型的具有以太網能力的嵌入式產品生產的材料清單的花費為$45$100元。這些限制要求對性價比做很好的分析。對于串口、usb、i2c接口的設計決定也會對性價比產生影響。找到帶集成接口的處理器并不難，比如帶以太網口、串口、usb及其它接口。在合適的價位找到這樣的處理器，并且還能提供產品的可裁剪性，就不那么容易了。還有2個重要的事項有時會被忽略，就是電源要求和溫度潿。如果產品是電池供電，要考慮系統(tǒng)所有部件的電流消耗；如果產品本身要求滿足工業(yè)級溫度要求，

28、那么這個盒子中的所有部件都要是工業(yè)級的。最后一點，由于本文的焦點在硬件，需要記住，產品可裁剪性取決于軟件。除了辨別一個產品的功能要求外，對于該產品功能環(huán)境的理解也同樣重要。這個產品將在何處度過它的整個生命周期，那里的環(huán)境是否有特殊性？這樣的問題，設計者可以利用環(huán)境的先天優(yōu)勢，同時為最壞的情形做打算。如考慮暴露情況、環(huán)境污梁情況、溫度極限和更多的將影響性能和潛在的生命周期的情況。人機交互同樣是重要因素。如程序改動的頻繁度、產品可能維護計劃等。一定要關注技術環(huán)境。比如，如果一個智能網絡設備接到一個局域網上，相關的信息流量會如何影響周圍的設備？如果該產品是一個串口到以太網的網關，只負責從串口得到數(shù)據(jù)

29、然后將它轉換成以太網包，反之亦然，那么不僅要考慮最大的數(shù)據(jù)延時允許網包，還要考慮有多少數(shù)據(jù)要傳送。雖然延時對許多應用不是一個主要考慮因素（如當一個產品只是不時地收集數(shù)據(jù)，定期地被取走），但在一些應用中，延時是以太網拓撲中的限制因素。在需要對緊急情況作出立即反應的地址，如工廠地面上的閥門控制、通信和反應，一定要真正實時地完成。2.1.2 通信、部件和協(xié)議在基于以太網網絡中有2個常用術語是10baset和100baset。為了高效地設計一個產品，理解這些術語的含義是很必要的。10badet和100baset是線速度。線速度和能占用的持續(xù)速度是不同的。通常意義上講，10baset線速度是10mbit

30、/s，100baset線速度是100mbit/s。作為一個共享的資源，所有局域網上的設備都要能互相通信。因此，設備沒有能力百分之百地擁有全部的帶寬。如果真的存在這種情況，其它設備就不能進行任何通信了。由此可知，在100baset的連接中，設備可以用100baset的解碼機制進行通信，而不是維持100mbit/s的速度?？偼掏铝靠梢员灰曌骼碚撏掏铝浚鴥敉掏铝靠梢砸暈閷嶋H的流量。許多應用在設計時遵循所謂的“30%規(guī)則”。簡單講，在有其它設備共享網絡的環(huán)境中，一個設備應被設計為能使用30%的帶寬。在一個100baset的網絡中，這意味著30mbit/s。很明顯，智能化設備網絡意味著設計一個嵌入式產

31、品應用到一個已存在的網絡中。在這里，設計得必須面對此設計要素，即必須估計在這個水平上，將不得不在什么條件下進行工作。網絡的布線費用通常是網絡中比較貴的部分。由于這個費用，許多其它介質和協(xié)議，尤其是無線，正在被研究用于承載通信。802.11和藍牙是2個無線的協(xié)議。網絡設備本身的價格在不斷地下落。由于這個原因，許多應用著眼于現(xiàn)存的線路來保持以太網布線。這在樓宇控制應用系統(tǒng)中是很常見的。因為數(shù)公里長的485或422的線路已經存在，這些線路通常保留。因為要和樓宇控制外設進行通信。因此，應用系統(tǒng)作為網關，用軟件來橋接遺留的串口協(xié)議和以太網之間的通信。如今，在許多建筑的物理布線中通常包含標準的、屏蔽或非蔽

32、的雙絞線。不管屏蔽的還是非屏蔽的，雙絞線在抗電磁干擾上是很有效的。基本的差別在于（不比較成本）屏蔽的雙絞線能提供更好的噪音保護。除了從設施中現(xiàn)有部件產生的噪音外，比如電力線、變壓器和發(fā)電機等，線路自身的數(shù)據(jù)傳輸也會產生噪音。這一情況使得安裝和調試一個新硬件成為一種挑戰(zhàn)。在最壞情況下的可能影響，包括從傳輸燈亮時網絡的不穩(wěn)定，到高速傳輸數(shù)據(jù)時的數(shù)據(jù)錯誤。一種特殊級別的雙絞線名叫5類電纜，可以用于許多普通雙絞線難于應付的情況。5類線支持100mbit/s數(shù)據(jù)傳輸，而出錯概率很低。光纖線路也在以太網絡中得到應用，特別是在電磁干擾敏感的環(huán)境中，光纖是抗電磁干擾的，沒有輻射，防竊聽，完全適合極高速率的數(shù)據(jù)

33、傳輸。需要強調的是，以太網拓撲與其它網絡拓撲相比是非常不一樣的。拓撲選擇將影響布線的費用。以太網不是基于多跳的網絡，比如10base-2的雛菊鏈網。以太網拓撲組成的是星狀的配置。星上的每一個設備在物理上要么連在一個集線器上，要么連在一個交換機上。在以太網上，一個設備與另一個設備的通信起處于發(fā)送設備端，然后到它連接的集成器或交換機。以太網有2種基于類型：平面式和多層結構式。在一個平面式的以太網，連接在一個集線路上的所有設備可以看到這個集線器接角到的所有數(shù)據(jù)包。這還包括相互連接在一起的集線器上的所有設備。在多層結構式以太網中，由于集線路之間由交換機連接，只有連接在一個集一器上的設備可以看到那些包，

34、此外，交換機還能決定哪些設備可以看到包，而哪些不能。值得注意的是，不管是平面式還是多層結構式，以太網一個共同的好處是不會受故障設備所牽連；而在雛菊鏈網絡中，一旦1個網絡設備貪婪工作，其它網上設備的通信就無法進行了。在以太網的多層結構網中，數(shù)據(jù)沖突被最小化了。但它的最大不足就是線路總量和安裝總費用增加了。2.1.3 存儲器的考慮對一個系統(tǒng)來講，選擇ram是設計的一個很重要的方面，它會影響到產品的使用環(huán)境以及產品的全面的功能需求。應用本身往往會確定使用何種存儲器。其它因素和成本、實性、產品穩(wěn)定性也會影響ram的選擇。靜態(tài)ram以使用方便和速度快而著稱。例如，sram的脈沖，通常由1個2-1-1-1

35、的周期組成，意味著它要用2個時鐘周期來取第1個長字，然后每1個時鐘周期取1個。在設計中，sram也易于實現(xiàn)。受限制的因素包括低密度的封裝以及較高的價格。edoram和dram在老一點的設計中徑常見到。但由于這些類型的ram曼慢被淘汰，現(xiàn)在很少能見到了。而且,edoram很難找到適合嵌入式設計的通用密度（1、2或8mb）。sdram是今天的智能網絡設備中最常見的ram。sdram可用性很好，與sram相比，每兆字節(jié)的成本比也不錯。處理器易于和sdram交互，而且sdram也能提高效率。sdram的脈沖周期如果為3-1-1-1，但sdram第1個指令獲取之后，每下一個獲取必須與時鐘的上升沿步。dr

36、am在信號產生上有很地址和列地址之分。行地址和列地址在dram類型中都要給出來定位一個存儲器地址。dram還有刷新周期，sdram有列地址延遲的值，以及需要存儲器控制器控制的其它信號。在處理器中集成一個sram、dram和sdram的控制器在做嵌入式設計時絕對會讓你受益非淺。許多處理器需要一個負責內存遇像保存和程序執(zhí)行的外部存儲器子系統(tǒng)。對于映像存儲，許多設備使用flash。flash有2個大的供應商amd和intel。flash本身與ram來講是相對較慢的，因此，多數(shù)應用中，程序在flash中的執(zhí)行效率不高特別是在實時應用中。在大多數(shù)的設計中，16位的flash用來降低成本，而通過在ram中

37、執(zhí)行映像文件，這種結構被采用后可以不影響產品的運行。另一種非易失內存為電可擦除可編程只讀存儲器。eeprom在許多應用中被用于為設備保存配置信息。這些參數(shù)通常至少包括mac地址和ip地址。其它參數(shù)可包括子網掩碼、序列號、網關、波特率或其它板級參數(shù)。eeprom可以作為一個簡單靜態(tài)ram類型設備來被設置和訪問。雖然eeprom通常很慢，但它一般不會影響到嵌入式設備，因為它的主要用途是在啟動時提供參數(shù)。為了高效地選取flash適應產品，flash的密度要決定好。決定一個系統(tǒng)中flash的大小，實際上就決定了設備的材料消耗費（bom）。在flash的問題上界限要很好地劃定：太少，則限制了軟件角度上的

38、可裁剪性；太多，則為產品帶來了成本上不必要的增加。2.1.4 增加價值的特性許多工程開始就有一些限定的要求使一個產品更快地投放市場和保持一個合理的成本。當產品經受住市場的考驗時，產品修正需要從現(xiàn)存的硬件得到支持。這包括了在保證了附加軟件的設計中，能增加價值的特性。錄找一個tcp/ip層內存需求羅小的操作系統(tǒng)，有助于將材料成本保持在一個較低的價位，因為它對內存的需求減少了。比如，使用netsilicon的net+os集成的硬件和軟件解決方案，操作系統(tǒng)和?；旧现徽加?40 kb的內存。加上web服務器和ftp服務器，整個系統(tǒng)只需310kb就可以啟動了。當有嵌入式web服務器的時候，對于web頁面

39、的構建需要仔細考慮。普通的頁面設計，用來控制和監(jiān)視，350kb以內的flash仍能滿足使用。但當動態(tài)的gif文件、復雜的徽標和jpeg文件被引進時，內存的需求會急劇增加。許多設計帶ftp、http和email功能，加上客戶的應用，0.5mb甚至更少的flash仍然放得下。放1mb的flash在板子上可以在板子不用重新設計布線的情況下增加有意義的特性。ram用來執(zhí)行指令和數(shù)據(jù)儲存。因此，最小的ram也要是flash的大小加上數(shù)據(jù)內存和以太緩沖區(qū)的大小。有其它能影響ram大小的考慮，比如，產品要不要在線升級。在有的機制中，比如netsilicon公司的net+works方案提供的ftp可升級特性，

40、ram的大小需要是程序映像大小的2倍。比如，剛提到的ftp實現(xiàn)需要的一個保存新程序的緩沖區(qū)。這個緩沖區(qū)會通過網絡接收1個新的映像文件，然后將它保存在ram的1個區(qū)里。升級例程然后會將新映像燒到flash中。因此，在這個例子中，內存需求的增加包括可執(zhí)行代碼的大小、另外增加的用于暫時保存升級程序的緩沖區(qū)以及為數(shù)據(jù)和網絡緩沖區(qū)增加的空間。最后，堆的大小一定要考慮，堆的大小會有很多職能，如對每一個socket連接分配內存。具體的例子，如net+os中，每一個socket連接需要大約400字節(jié)。在這種情況下，通常用將執(zhí)行文件大小加倍的方案來確定ram的大小。2.1.5 執(zhí)行、訪問和速度在flash中執(zhí)行

41、，對許多低端應用來說并不壞。如一個簡單的串口到以太網的網關設備，在flash中運行通常不需要性能上的補償。有一些處理器，如net+arm，可以利用內部產生的與flash相關的信號來獲得效率。例如，對于一個16位的amd fash設備，flash的片選可以接地，從而在100%的時間內，它都是活動的。當電源可以承擔這樣的消耗，此特性可以提高flash的效率。 使能和輸出使能信號可以直接從處理器得到。例如，net+arm處理器有5個可用的片選。一個普通的寫使能和輸出使能存在于內存外設中。片選0通常用于flash。我們不將net+arm的片選0接到flash上，也就是不用net+arm的片選0的輸出使

42、能和寫使能。與此對應，將flash上的片選使能接地，而同時寫使能和輸出使能用net+arm的26、27地址線來驅動。這樣，數(shù)據(jù)有效是依賴輸出使能而不是片選使能。從而，就可以繞過與flash設備相關的幾個慢速訪問周期。除了理解不同的類型和內存需求，找到正確的內存大小依賴于內存允許的訪問時間。內存速度直接影響傳輸率性能，而傳輸率直接影響到處理器能處理多少數(shù)據(jù)。內存慢導致取指令慢，接著就降低了整個產品效率。理解這些產品需求中的依賴性對建造一個嵌入式產品是必不可少的。要理解內存速度的需求，需要對net+arm了解得更詳細一些。net+arm的系統(tǒng)周期在它的總線主控制者之間共享。也就是說，系統(tǒng)時鐘周期在

43、arm7內核和內部10通道的dma控制器之間分享。在這樣的設計中，arm內核每得到一個時鐘周期，dma也同樣得到一個時鐘周期，在將總線交回下一個控制者之間，總線主控制者被允許可以突發(fā)至4個長字。下一個較關鍵的性能是時鐘速度。net+arm通常使用33mhz的時鐘。這樣就給它的處理時間差據(jù)周期的單位數(shù)，將結果乘上30ns，再將所得結果乘2，就得到了整個系統(tǒng)時鐘周期的時間。請注意每一個總線控制者都可以突發(fā)至4個字長或16個字節(jié)。整個系統(tǒng)周期基本上是arm、dma1、arm、dma2，依次類推。我們看一下dma通道1（以太網接收通道），可以簡單地將每個系統(tǒng)周期移動16個字節(jié)轉換成每秒多少兆字節(jié)。除了

44、flash，附加的nvram有時會被忽略。許多rtos廣商推薦使用一些如eeprom的小型nvram設備來存儲配置信息。為了增強易用性，netsilicon推薦用eeprom來保存如mac地址、序列號、ip地址一類的設備配置。當產品的ip地址或配置設定被改動時，程序可以簡單地將新的值寫到eeprom中，而不需要保存配置信息的flash的該扇區(qū)重新擦寫。由于需要的eeprom的容量通常較小，使用的nvram設備也是小設備。在netsilicon公司的net+arm開發(fā)包中，有針對mac地址、ip配置、序列號的程序。利用這些工具可以大大地節(jié)省時間和開發(fā)精力。板級部件之間的通信有一個通用的機制是內存

45、映射。處理器通常有一個系統(tǒng)總線，由地址和數(shù)據(jù)總線組成，它們都會被用來與外設進行通信。內存，如flash和sdram，一般會駐留在處理器的系統(tǒng)總線上。其它的外圍部件，如fpga、lcd顯示、編碼器、其它類型的設備等，也會需要添加到這個總線上。這一類型的實現(xiàn)通常有2個原因：效率和易用性。與許多其它類型的接口比較，系統(tǒng)總線上的效率是非常重要的。需要慎重考慮的是，究竟是何種其它外設是通過系統(tǒng)總線進行通信的。如果有許多高帶寬的部件要進行通信，那么總線爭用就會出現(xiàn)。從易用性角度出發(fā)，所有系統(tǒng)總線上的設備基本上類似于內存。使用智能的內存處理器，可以使得應用的硬件之間的通信容易得如同訪問一內存區(qū)。緩存的概念，

46、就是檢查每一次內存訪問，看它是否在緩沖區(qū)中。如果不是，一個常規(guī)的內存訪問會進行。如果該地址出現(xiàn)在在緩沖區(qū)中，指令或數(shù)據(jù)會直接在緩存中存取，而不需要嘗試總線來進行外部的訪問。這樣一來，dma控制器就可以繼續(xù)使用總線而arm內核直接從緩存控制器中取得指令。2.1.6 其它網絡因素以太網通信所需的包含mac、phy、1個電壓轉換器和1個連接器。選擇一個集成了mac的處理器是非常有益處的，因為許多設計部件減少了。在有外部mac的情況下，有時附加的內存是需要的。通過集成mac，系統(tǒng)的成本也會跟著降低。mac的主要任務包括處理以太網上的沖突情況。當偵測到一個沖突時，mac會將包放入發(fā)送單元，一直到將包發(fā)送

47、出去為止。許多應用為了與其它外設進行通信，既需要內部接口，也需要外部接口。內部接口通常是部件之間通信板級接口。許多情況下，處理器的系統(tǒng)總線會用來為外設做內存映射，比如usb、lcd、fpga、mpeg編碼器等。gpio（通用i/o）可以用來構造像串行eeprom的接口設備。除了外部設備（如硬盤或相機）的接口，還可以用來做部件通信相關設備（如modem、codec）接口。對于很多類型的產品和部件，串行接口是常見的。串行拓撲，如rs232、422、485，在與外部設備通信時經常用到。用到485的有2個主要市場：工業(yè)自動化和樓宇控制。而現(xiàn)在以太網成了很多應用的常見連接方式，就像過去串行、并行連接一樣

48、。無線以太網又增添了遠程的應用和功能，使得以太網可以延伸到那些不可能布線或布線成本太高的地點。802.11和藍牙技術正在被不斷地改進。2.1.7 重啟重啟也是設計中的關鍵因素。理解什么類型的重啟可用，它們將對系統(tǒng)產生保種影響，以幫助設計者利用特定的情況。在net+arm芯片中，有5種重啟可以使用：加電重啟、通過reset引腳的硬重啟、看門狗重啟、eni重啟和軟件重啟。eni重啟允許net+arm被一個外部處理器重啟。這是在net+arm作為一個協(xié)處理器負責網絡通信的情況下使用的。加電重啟、硬重啟和看門狗重啟都會導致net+arm內部模塊重啟。但eni重啟卻不會影響到net+arm的內存控制器和

49、eni模塊本身。軟件重啟不會影響arm處理器、eni和內存模塊。通過了解可用的重啟類型，就可以在得啟個別部分時無須影響到整個系統(tǒng)。有2點本文沒有討論，分別是電源的穩(wěn)定性和設備失效后的恢復。當系統(tǒng)中只有一閃存設備時（在成本敏感的設計中往往如此），如果電源失效，閃存就會癱瘓。這種情況如果發(fā)生，就得被迫用另外的方式來訪問處理器。在net+arm的設計中，可選的方式包括jtag連接，它允許編程者獲得處理器的控制來糾正閃存中映像。2.2 常用網絡設備網絡適配器:又稱網絡接口卡(網卡),它插在計算機的總線上將計算機連到其他網絡設備上,網絡適配器中一般只實現(xiàn)網絡物理層和數(shù)據(jù)連路層的功能. 網絡收發(fā)器:是網絡

50、適配器和傳輸媒體的接口設備.它提供信號電平轉換和信號的隔離. 網絡媒體轉換設備:是網絡中不同傳輸媒體間的轉換設備.如雙絞線和光纖等. 多路復用器:終端控制器的一種.用于提高通信信道的利用率. 中斷器:也稱為轉發(fā)器,延伸傳輸媒體的距離,如以太網中斷器可以用來連接不同的以太網網段,以構成一個以太網；集線器:簡稱,hub,可看成多端口中斷器(一個中斷器是雙端口的) 。以上的幾中設備都是工作在物理層的網絡設備. 網橋:可將兩個局域網連成一個邏輯上的局域網.工作在物理層和數(shù)據(jù)連路層的交換機:早期的交換機相當于多端口網橋。路由器:工作在網絡層的多個網絡間的互連設備.它可在網絡間提供路徑選擇的功能。網關:可

51、看成是多個網絡間互連設備的統(tǒng)稱,但一般指在運輸層以上實現(xiàn)多個網絡互連的設備又稱應用層網關。2.3 服務器2.3.1服務器定義 從廣義上講，服務器是指網絡中能對其它機器提供某些服務的計算機系統(tǒng)（如果一個pc對外提供ftp服務，也可以叫服務器）。從狹義上講，服務器是專指某些高性能計算機，能通過網絡，對外提供服務。相對于普通pc來說，穩(wěn)定性、安全性、性能等方面都要求更高，因此在cpu、芯片組、內存、磁盤系統(tǒng)、網絡等硬件和普通pc有所不同。2.3.2服務器解析服務器作為網絡的節(jié)點，存儲、處理網絡上80的數(shù)據(jù)、信息，因此也被稱為網絡的靈魂。做一個形象的比喻：服務器就像是郵局的交換機，而微機、筆記本、pd

52、a、手機等固定或移動的網絡終端，就如散落在家庭、各種辦公場所、公共場所等處的電話機。我們與外界日常的生活、工作中的電話交流、溝通，必須經過交換機，才能到達目標電話；同樣如此，網絡終端設備如家庭、企業(yè)中的微機上網，獲取資訊，與外界溝通、娛樂等，也必須經過服務器，因此也可以說是服務器在“組織”和“領導”這些設備。它是網絡上一種為客戶端計算機提供各種服務的高性能的計算機，它在網絡操作系統(tǒng)的控制下，將與其相連的硬盤、磁帶、打印機、modem及各種專用通訊設備提供給網絡上的客戶站點共享，也能為網絡用戶提供集中計算、信息發(fā)表及數(shù)據(jù)管理等服務。它的高性能主要體現(xiàn)在高速度的運算能力、長時間的可靠運行、強大的外

53、部數(shù)據(jù)吞吐能力等方面。 服務器的構成與微機基本相似，有處理器、硬盤、內存、系統(tǒng)總線等，它們是針對具體的網絡應用特別制定的，因而服務器與微機在處理能力、穩(wěn)定性、可靠性、安全性、可擴展性、可管理性等方面存在差異很大。尤其是隨著信息技術的進步，網絡的作用越來越明顯，對自己信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力、安全性等的要求也越來越高，如果您在進行電子商務的過程中被黑客竊走密碼、損失關鍵商業(yè)數(shù)據(jù)；如果您在自動取款機上不能正常的存取，您應該考慮在這些設備系統(tǒng)的幕后指揮者服務器，而不是埋怨工作人員的素質和其他客觀條件的限制。2.3.3 服務器分類按照體系架構來區(qū)分，按應用層次劃分，按應用層次劃分通常也稱為按服務器檔次劃

54、分或按網絡規(guī)模分，是服務器最為普遍的一種劃分方法，它主要根據(jù)服務器在網絡中應用的層次（或服務器的檔次來）來劃分的。要注意的是這里所指的服務器檔次并不是按服務器cpu主頻高低來劃分，而是依據(jù)整個服務器的綜合性能，特別是所采用的一些服務器專用技術來衡量的。按這種劃分方法，服務器可分為：入門級服務器、工作組級服務器、部門級服務器、企業(yè)級服務器。2.4 設備選型在園區(qū)網建設的過程中，做好整體規(guī)劃、項目預算之后，接下來的一個關鍵問題就是設備選型。園區(qū)網建設中設備選型包括網絡系統(tǒng)的交換機、路由器，主機系統(tǒng)的pc服務器、中小型機、備份災難恢復系統(tǒng)連同網絡安全產品。面對眾多的國內外廠商的產品，面對各種測評、技

55、術參數(shù)，總是讓人有無所適從的感。2.4.1設備選型的一般原則標準化原則：所選擇的設備必須基于國際標準或行業(yè)標準。因為只有基于標準的產品才有可能和其他廠商的產品互連互通（需要指出的是，并非只要基于標準的產品，彼此之間才能夠互連互通）。 技術簡單性原則：對網絡需求必須十分明確。對于普通用戶而言，在滿足需求的前提下，盡可能選擇簡單實用的技術和設備。否則，今后的運行管理、故障診斷等，都需要請專業(yè)人員，開銷巨大，運行效果不見得好。 環(huán)境適應性原則：不要輕信外國某些機構的評測報告，其中不乏商業(yè)因素。而且，即使是權威機構的評測報告，也只是在特定網絡環(huán)境下取得的結果，不能作為產品選型的全部依據(jù)。 對于大型網絡

56、，往往技術需要新、應用需求多，能夠根據(jù)自身網絡環(huán)境的需要，結合具體的設備和技術，度身定做。在借鑒上述原則基礎上，還需要考慮以下因素。 可管理性原則: 對于大型網絡而言，這一點是至關重要的，他不但關系到系統(tǒng)的性能指標，甚至關系到系統(tǒng)的可用性。主要考查網管系統(tǒng)對所選設備的監(jiān)管、配置能力，連同設備能夠提供的統(tǒng)計信息和故障檢測手段，如骨干交換機必須具備端口映像能力。這對于故障診斷，連同今后的網絡規(guī)劃具備特別重要的價值。 容錯冗余性原則: 除了在網絡設計時要考慮冗余，骨干設備的容錯冗余也是必須的。所謂容錯，就是設備的某一模塊出現(xiàn)故障時，是否會影響其他模塊，乃至其他設備的正常工作；是否支持熱插拔；是否支持

57、備份設備的自動轉換等。所謂冗余，就是配置的設備，是否能夠安裝多個相同功能的模塊，在工作正常的情況下實施負載分擔，當其中一個出現(xiàn)問題時自動轉換。 2.4.2設備選型關鍵點： 滿足需求: 滿足需求不是指簡單地滿足用戶現(xiàn)有的需求，而應該綜合考慮用戶在將來的一段比較長的時間內的擴展性。大多數(shù)時候，單位投資都是分期進行的，但規(guī)劃必須盡可能一步到位；不能出現(xiàn)一期滿足需要，到了二期就不能再擴的情況，設備選型必須在最大程度上保護用戶的投資。 實用: 當然，設備選型也不能太超前，一定要經濟實用。對于模塊化的網絡設備，要注意模塊的有效利用，同時建議要用的時候再購買模塊。 第三章 技術方案及拓撲圖3.1校園網的建設規(guī)劃校園網是為學校師生提供教學、科研和綜合信息服務的寬帶多媒體網絡；是學校信息化教學環(huán)境的基礎設施和實現(xiàn)各項管理的物質基礎；是建立遠程教育體系的基本保證；是提高全民素質的重要手段?？梢?，校園網的建設和應用是一項靈魂工程。教育信息化是我國國民經濟和社會信息化的重要組成部分，并已納入我國的十五計劃中。近期在京召開的全國中小學信息技術教育工作會議及印發(fā)的三個重要文件，無疑地說明了中小學信息化建設的緊迫性和重要性。 校園網建設規(guī)劃是一項技術性、系統(tǒng)性狠強的工程。它由計算機