張曉丹

(吉首大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院,湖南 吉首 416000)

吉首大學(xué)校園網(wǎng)性能分析與設(shè)計(jì)＊

張曉丹

(吉首大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院,湖南 吉首 416000)

首先對(duì)吉首大學(xué)原有校園網(wǎng)進(jìn)行性能分析,找出影響校園網(wǎng)性能的主要因素和網(wǎng)絡(luò)“瓶頸”,在此基礎(chǔ)上提出新的校園網(wǎng)設(shè)計(jì)方案,然后對(duì)方案可行性進(jìn)行評(píng)估預(yù)測(cè).此研究對(duì)改善校園網(wǎng)性能、提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全性和可靠性具有指導(dǎo)意義.

校園網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)仿真;網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

校園網(wǎng)是現(xiàn)代化教學(xué)的基礎(chǔ)性設(shè)施,作為實(shí)施教育信息化有效載體,對(duì)保障學(xué)校教育教學(xué)和科研管理等工作的正常有序進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)校際交流和資源共享方面,起著至關(guān)重要的作用,并將直接影響到教育信息化建設(shè)的質(zhì)量[1].本文把仿真軟件 OPNET應(yīng)用在校園網(wǎng)的性能分析與規(guī)劃設(shè)計(jì)中,運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)對(duì)現(xiàn)有校園網(wǎng)的性能進(jìn)行分析;對(duì)計(jì)劃升級(jí)改造的校園網(wǎng)的可靠性和有效性進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè),為校園網(wǎng)的維護(hù)、規(guī)劃設(shè)計(jì)提供客觀、可靠的定量依據(jù),能夠縮短網(wǎng)絡(luò)建設(shè)周期,提高校園網(wǎng)建設(shè)中決策的科學(xué)性,降低校園網(wǎng)投資的風(fēng)險(xiǎn)[2,3,4].

1 吉首大學(xué)現(xiàn)有校園網(wǎng)絡(luò)性能分析

吉首大學(xué)校園網(wǎng)是 1999年投入運(yùn)行的,它是以10/100 Mbps帶寬為主干的星形快速以太網(wǎng).中心結(jié)點(diǎn)采用 Cisco的 Catalyst5000,二級(jí)節(jié)點(diǎn)采用 Cisco2900,以放射狀連接到各教學(xué)樓低端交換設(shè)備.核心交換機(jī) Catalyst5000與 catalyst2900及服務(wù)器間用100 M雙絞線相連接;catalyst2900與二層交換設(shè)備之間用 10M雙絞線連接.某大學(xué)校園網(wǎng)拓?fù)鋱D如圖1所示.

圖 1 當(dāng)前校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

受當(dāng)時(shí)資金和技術(shù)條件限制,校園網(wǎng)最初設(shè)計(jì)時(shí)學(xué)生宿舍沒(méi)有上網(wǎng),教學(xué)樓聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)也不是太多.現(xiàn)在將教學(xué)一樓新建的兩個(gè)多媒體教室中 120臺(tái)機(jī)器和辦公樓內(nèi)原來(lái)未連網(wǎng)的 100臺(tái)機(jī)器也連入網(wǎng)內(nèi).運(yùn)行仿真后網(wǎng)絡(luò)延遲及用戶瀏覽網(wǎng)頁(yè)的響應(yīng)時(shí)間比較,如圖 2和圖 3所示:

圖 2 網(wǎng)絡(luò)延遲比較

圖 3 瀏覽網(wǎng)頁(yè)響應(yīng)時(shí)間比較

當(dāng)增加節(jié)點(diǎn)后,網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增加較明顯,延遲增加不太大,約 17 ms左右,在可接受的范圍之內(nèi);繼續(xù)擴(kuò)容后,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的延遲增加很大,已經(jīng)超出 200 ms,這是大部分應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間的一個(gè)閾值.通過(guò)前面的仿真分析知道,現(xiàn)有校園網(wǎng) 10 M/100 Mbps主干已經(jīng)不能滿足用戶迅速增長(zhǎng)的需要及用戶對(duì)新業(yè)務(wù)的需求;而且單中心結(jié)點(diǎn)的拓樸形式也存在很大的安全隱患,現(xiàn)有的校園網(wǎng)必須進(jìn)行升級(jí)改造,增加帶寬,提高網(wǎng)絡(luò)速度和運(yùn)行安全性.

2 吉首大學(xué)校園網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)方案

為了提高原有主干網(wǎng)的速度,首先應(yīng)確定采用哪一種比較先進(jìn)實(shí)用且有較高性價(jià)比的網(wǎng)絡(luò)技術(shù).目前,我們選擇已經(jīng)很成熟千兆位以太網(wǎng)技術(shù),它在拓展帶寬的同時(shí)又和原有的 10/100Mbps校園網(wǎng)保持了很好的兼容性,從而可以節(jié)約大量資金.另外為解決交換式網(wǎng)絡(luò)中廣播風(fēng)暴的發(fā)生,在改造后的校園網(wǎng)中我們將采用虛擬網(wǎng) (VLAN)技術(shù)[7].它可以根據(jù)用戶的不同業(yè)務(wù)需要,將位于不同地理位置的節(jié)點(diǎn)從邏輯上劃分為不同的子網(wǎng),從而提高網(wǎng)絡(luò)性能.

2.1 吉首大學(xué)校園網(wǎng)改進(jìn)后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

原有校園網(wǎng)主干采用的是單個(gè)中心節(jié)點(diǎn)的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).一旦主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障就會(huì)造成整個(gè)校園網(wǎng)的癱瘓.為保證校園網(wǎng)安全可靠運(yùn)行,計(jì)劃改造的校園網(wǎng),增加了校園主干網(wǎng)的冗余主節(jié)點(diǎn),使其與原有的主節(jié)點(diǎn)互為備份節(jié)點(diǎn),以保證校園網(wǎng)的連續(xù)安全運(yùn)行.一級(jí)節(jié)點(diǎn)之間及一級(jí)節(jié)點(diǎn)和二級(jí)節(jié)點(diǎn)之間用多模光纖連接,而且構(gòu)成環(huán)形,新增二級(jí)節(jié)點(diǎn)和低端交換設(shè)備間采用 10M/100Mbps雙絞線互聯(lián).從而構(gòu)成千兆光纖為主干,10/100Mbps交換到桌面的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).改進(jìn)后的校園網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 4所示:

圖 4 改進(jìn)后的校園網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.2 VLAN劃分

在校園網(wǎng)的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃當(dāng)中,VLAN的劃分是非常重要的部分,很好的利用 VLAN技術(shù)的功能,能起到事半功倍的效果,對(duì)整個(gè)校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的性能也是事關(guān)重要的[8,9].校園網(wǎng) VLAN劃分步驟:

(1)配置交換機(jī)結(jié)點(diǎn)屬性 VLAN parameters→scheme的屬性值為“Port-BasedVLAN”,使具有VLAN功能的交換機(jī) (VLAN_enabled)可支持VLAN.

(2)配置交換機(jī)的 VLAN parameters→Supported VLANs屬性,列出交換機(jī) accessport連接的所有VLAN號(hào) (V I D)和 Name.

(3)在交換機(jī)的 Switch PortConfigration屬性中設(shè)置虛擬網(wǎng)端口號(hào) (PV I D)、端口類型 (Port Type)及每個(gè)端口支持的 VLAN列表(Supported VLANs).

3 改進(jìn)后的校園網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試

3.1 網(wǎng)絡(luò)報(bào)文延遲測(cè)量

我們?cè)谛@網(wǎng)中使用如圖 4所示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?分別使用不同程序的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載,對(duì)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的延遲做出了測(cè)量.報(bào)文延遲測(cè)試是基于 ping程序的,測(cè)試校園網(wǎng)接入主機(jī)到位于校園網(wǎng)另一端的主機(jī)192.168.64.107的平均報(bào)文延遲.測(cè)試改進(jìn)后校園網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前負(fù)載情況,測(cè)試所用的數(shù)據(jù)包總量以及延遲結(jié)果如表 1所示:

表 1 網(wǎng)絡(luò)報(bào)文延遲測(cè)量數(shù)據(jù)

從表 1所示的測(cè)試結(jié)果可以看出,在改進(jìn)方案實(shí)施之后,數(shù)據(jù)報(bào)文的延遲符合通常網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的要求.因此我們可以判定,本文提出的改進(jìn)方案在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容后沒(méi)有改變網(wǎng)絡(luò)的性能.

3.2 VLAN劃分前后性能的比較

由圖 5中看出,劃分 VLAN后交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)量有很大降低.劃分 VLAN后,不屬于一個(gè) VLAN的訪問(wèn)將會(huì)被拒絕,能過(guò)濾掉廣播包,從而提高了校園網(wǎng)帶寬利用率和運(yùn)行安全性.由仿真結(jié)果可以看出封包傳輸延遲和延遲變化都很小,也就是說(shuō)改造后的網(wǎng)絡(luò)對(duì)語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)承載能力很強(qiáng),網(wǎng)絡(luò)傳輸速度很快且可靠性高,網(wǎng)絡(luò)性能良好.

圖 5 VLAN劃分前后交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)量對(duì)比

4 小結(jié)

本章對(duì)計(jì)劃升級(jí)改造的校園網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì),并利用 OPNET對(duì)升級(jí)后的網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音視頻業(yè)務(wù)承載能力和劃分VLAN后網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行了比較分析.結(jié)果表明重新設(shè)計(jì)后的校園網(wǎng)可以保證語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)的可靠傳輸,劃分 VLAN后能有效提升網(wǎng)絡(luò)性能.

[1]趙毅.高校校園計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].重慶:重慶大學(xué),2006.

[2][8]鄧濤.校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能分析 [D].武漢:武漢理工大學(xué),2003.

[3]伍俊洪,等.網(wǎng)絡(luò)仿真方法和 OPNET仿真技術(shù) [J].計(jì)算機(jī)工程,2004,(5):106-108.

[4]張文革,等.基于 OPNET的通信網(wǎng)絡(luò)仿真優(yōu)化方法[J].電子科技,2005,(9):33-36,40.

[5]王和興,等.基于 OPNET的網(wǎng)絡(luò)仿真與性能測(cè)量[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2005,(12):25-27,32.

[6]Uthman Baroudi,Mohammed Aijaz Mohiuddin.Perfor mance analysis of internet applications over an adaptive[J].IEEE,2006,(4):51-56.

[7]杜煒,等.網(wǎng)絡(luò)仿真在網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2003,(18):176-180.

[8]劉曲明.網(wǎng)絡(luò)性能分析評(píng)價(jià)方法及其計(jì)算機(jī)仿真方法討論[J].計(jì)算機(jī)仿真,2000,(1):53-57.

(責(zé)任編校:簡(jiǎn)子)

TP393.18

A

1008-4681(2010)02-0079-03

2010-02-24;

2010-03-16

張曉丹 (1981-),男,湖南常德人,吉首大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院講師.研究方向:計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù).