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计算机科学教育系毕业论文
一、计算机网络技术概述
计算机网络是计算机技术和通信技术紧密结合的产物，它的诞生使计算机体系结构发生了巨大变化，在当今社会经济中起着非常重要的作用，它对人类社会的进步做出了巨大的贡献。
现在，计算机网络技术迅速发展和Internet的普及，使人们更深刻地体会到计算机网络是无所不在的，并且已经对人们的日常生活、工作甚至思想产生了较大的影响。
随着科学技术的不断提高，计算机网络的功能已为人们深刻认识，它已进入人类社会的各个领域，并发挥着越来越重要的作用。
事实上，到了今天，计算机网络已成为人们日常生活中不可分割的一部分。
1.1计算机网络的主要功能
计算机网络技术的应用对当今社会的经济、文化和生活等都产生着重要影响，当前，计算机网络的功能主要有以下几个方面。
●资源共享
计算机网络最具吸引力的功能是进入计算机网络的用户可以共享网络中各种硬件和软件资源，使网络中各地区的资源互通有无、分工协作，从而提高系统资源的利用率。
●数据传输
数据传输是计算机网络的基本功能之一，用于实现计算机与终端或计算机与计算机之间传送各种信息，从而提高了计算机系统的整体性能，也极大方便了人们的工作和生活。
●集中管理
计算机网络技术的发展和应用，已使得现代办公、经营管理等发生了很大的变化。
目前，已经有了许多管理信息系统（MIS），通过这些系统可以将地理位置分散的生产单位或业务部门连接起来进行集中的控制和管理，提高工作效率，增加经济效益。
●分布处理
对于综合性的大型问题可以采用合适的算法，将任务分散到网络中不同的计算机上进行分布式处理，以达到均衡使用网络资源，实现分布处理的目的。
●负载平衡
负载平衡是指工作被均匀地分配给网络上的各台计算机。
网络控制中心负责分配和检测，当某台计算机负载过重时，系统会自动转移部分工作到负载较轻的计算机中去处理。
●提高安全与可靠性
建立计算机网络后，还可减少计算机系统出现故障的概率，提高系统的可靠性。
另外，对于重要的资源可将它们分布在不同地方的计算机上。
这样，即使某台计算机出现故障，用户在网络上可通过其他路径来访问这些资源，不影响用户对同类资源的访问。
1.2计算机网络的应用
计算机网络在资源共享和信息交换方面所具有的功能是其他系统所不能替代的。
因而，它的应用范围也比较广泛。
下面介绍一些带有普遍意义和典型意义的应用领域。
●办公自动化（OfficeAutomation，OA）
办公自动化是指利用先进的科学技术，尽可能充分地利用信息资源，提高生产、工作率和质量，辅助决策，求取更好的经济效益。
一般来说，一个较完整的办公自动化系统应当包括信息采集、信息加工、信息转输、信息保存4个环节。
办公自动化一般可分为3个层次：
事务型、管理型、决策型。
事务型为基础层，包括文字处理、个人日程管理、行文管理、邮件处理、人事管理、资源管理，以及其他有关机关行政事务处理等；管理型为中间层，它包含事务型，管理型系统是支持各种办公事务处理活动的办公系统与支持管理控制活动的管理信息系统相结合的办公系统；决策型为最高层，它以事务型和管理型办公系统的大量数据为基础，同时又以其自有的决策模型为支持，决策层办公系统是上述系统的再结合，具有决策或辅助决策功能的最高级系统。
我国办公自动化的发展从20世纪80年代开始，尤其是进入20世纪90年代，办公自动化发展迅猛。
随着计算机技术的发展，办公自动化系统从最初的汉字输入、字处理、排版编辑、查询检索等单机应用软件逐渐发展成为现代化的网络办公系统，通过联网将单项办公业务系统联成一个办公系统。
再通过远程网络将多个系统联接成更大范围的办公自动化系统。
建立企业内部网（Intranet）和企业外部网（Extranet）已经成为办公自动化发展的必然趋势。
多媒体技术是办公自动化发展的又一趋势。
办公自动化系统引入多媒体技术，使之处理语音、图形、图像功能加强，更能够满足办公要求，提高办公信息处理的应用范围和价值。
近来，随着技术的不断进步和市场的进一步需求，电子商务（e-Business）已日益成为国内外企事业单位和热点。
所谓电子商务，是指把企业最关键的商业系统，通过网络与员工、顾客、供应商及销售商直接相连，将传统的商务活动通过计算机网络加以实现。
●电子数据交换（ElectronicDataInterchange，EDI）
电子数据交换是一种利用计算机进行商务处理的新方法。
电子数据交换是将贸易、运输、保险、银行和海关等行业的信息，用一种国际公认的标准格式，通过计算机通信网络，使各有关部门、公司与企业之间进行数据交换与处理，并完成以贸易为中心的全部业务过程。
电子数据交换不是用户之间简单的数据交换，电子数据交换用户需要按照国际通用的消息格式发送信息，接收方也需要按国际统一规定的语法规则，对消息进行处理，并引起其他相关系统的电子数据交换综合处理。
整个过程都是自动完成，无须人工干预，减少了差错，提高了效率。
电子数据交换系统由通信模块、格式转换模式、联系模块、消息生成和处理模块等4个基本功能模块组成。
使用电子数据交换的主要优点有：
降低了纸张文件的消费；减少了许多重复劳动，提高了工作效率；使得贸易双方能够以更迅速、有效的方式进行贸易；可以改善贸易双方的关系。
由于电子数据交换的使用可以完全代替传统的纸张文件的交换，因此，有人称它为“无纸贸易”或“电子贸易”。
●远程交换（Telecommuting）
远程交换是一种在线服务（OnlineServing）系统，原指在工作人员与其办公室之间的计算机通信形式，按通俗的说法即为家庭办公。
例如，根据对近300位美国高级主管进行的年度调查结果，51%的美国公司以正式或试验计划，允许其雇员采用远程交换方式（telecommuting）工作，比去年的结果高了5个百分点。
在接受调查的主管中，有45%认为接受远程交换工作方式的主要原因是工作效率的提高，另外35%则认为是因为它更为经济，11%认为是有助于减少交通，6%认为是可以改善环境。
另外，远程交换还应用于总公司与子公司办公室之间的通信，实现分布式办公系统。
远程交换的作用也不仅仅是工作场地的转移，它大大加强了企业的活力与快速反应能力。
近年来各大企业纷纷采用一种称为“虚拟办公室”（VirtualOffice）的技术，创造出一种全新的商业环境与空间。
远程交换技术的发展对世界的整个经济运作规则产生了巨大的影响。
●远程教育（DistanceEducation）
远程教育是一种利用在线服务系统开展学历或非学历教育的全新教学模式。
远程教育几乎可以提供大学所有的课程，学员们通过远程教育，同样可得到正规大学从学士到博士的所有学位。
这种教育方式，对于已从事工作而仍想完成高学位的人士特别有吸引力。
远程教育的基础设施是电子大学网络（ElectronicUniversityNetwork，EUN）。
EUN的主要作用是向学员提供课程软件及主机系统的使用，支持学员完成在线课程，并负责行政管理、协作合同等。
这里所指的软件除系统软件之外，包括CAI课件，即计算机辅助教学（ComputerAidedInstruction）软件。
CAI课件一般采用对话和引导式的方式指导学生学习、发现学生的错误，它还具有回溯功能，从本质上解决了学生学习中的困难。
●电子银行（ElectronicBanking）
电子银行也是一种在线服务系统，是一种由银行提供的基于计算机和计算机网络的新型金融服务系统。
电子银行的功能包括：
金融交易卡服务、自动存取款作业、销售点自动转账服务、电子汇款与清算等，其核心为金融交易卡服务。
金融交易卡的诞生标志了人类的交换方式从物交换、货币交换到信息交换的又一次飞跃。
围绕金融交易卡服务，产生了自动存取款服务，自动取款机（CD）及自动存取款机（ATM）也应运而生。
自动取款机与自动存取款机大多采用联网方式工作，现已由原来的一行联网发展到多行联网，形成覆盖整个城市、地区，甚至全国的网络，全球性国际金融网络也正在建设之中。
电子汇款与清算系统可以提供客户转账、银行转账、外币兑换、托收、押汇信用证、行间证券交易、市场查证、借贷通知书、财务报表、资产负债表、资金调拨及清算处理等金融通信服务。
由于大型零售商店等消费场所采用了终端收款机（POS），从而使商场内部的资金即时清算成为现实。
销售点的电子资金转账是POS与银行计算机系统联网而成的。
当前电子银行服务又出现了智能卡（IC）。
IC卡内装有微处理器、存储器及输入输出接口，实际上是一台不带电源的微型电子计算机。
由于采用IC卡，持卡人的安全性和方便性大大提高了。
●证券及期货交易（SecuritiesandFutures）
证券和期货交易是一种高利润、高风险的投资方式。
由于行情变化很快，所以投资者更加信赖于及时准确的交易信息。
证券和期货市场通过计算机网络提供行情分析和预测、资金管理和投资计划等服务。
还可以通过无线网络将各机构相连，利用手持通信设备输入交易信息，通过无线网络迅速传递到计算机、报价服务系统和交易大厅的显示板。
管理员、经纪人和交易者也可以迅速利用手持设备直接进行交易，避免了由于手势、传话器、人工录入等方式的不准确信息和时间延误所造成的损失。
●娱乐和在线游戏
随着宽带通信与视频演播技术的快速发展，网络在线游戏正在逐渐成为互联网娱乐的重要组成部分。
一般而言，电脑游戏可以分为4类：
完全不具备联网能力的单机游戏、具备局域网联网功能的多人联网游戏、基于Internet的多用户小型游戏和基于Internet的大型多用户游戏。
最后这一种游戏有大型的客户端软件和复杂的后台服务器系统。
目前，世界各地一大批网络游戏犹如雨后春笋般涌现出来，已经在全球形成了一种极有前景的产业。
1.3计算机网络的分类
计算机网络的分类标准有很多，可以从覆盖范围、拓扑结构、交换方式、传输介质、通信方式等分为不同的计算机网络。
根据网络的覆盖范围进行分类，计算机网络可以分为3种基本类型：
局域网、城域网和广域网。
这种分类方法也是目前比较流行的一种方法。
这里主要讲一下局域网。
局域网（LocalAreaNetwork，LAN）是最常见的计算机网络，它是指在一个很小的范围内连接计算机、网络设备以及外部设备的网络，如图1-3所示。
它所覆盖的地区范围通常在几千米以内，以某个单位或者部门为中心进行网络设计。
例如，企业、公司、学校等单位使用的基本上都是局域网。
局域网在计算机数量配置上没有太多的限制，少的可以只有两台，多的可达几百台。
局域网中一般有一台计算机作为服务器，提供资源共享、文件服务、安全管理等功能。
局域网通常具有较好的扩展性，主要特点如下：
●数据传输速率高，一般带宽是10Mb/s，高速局域网通常达到1000Mb/s，目前局域网最快的速率要算10Gb/s以太网；
●数据误码率低，一般在10–8到10–11之间；
●结点之间距离较短，通常各个计算机之间的距离不超过25km。
局域网一般有以下几种分类方式。
●按拓扑结构分类
网络拓扑结构有总线结构、环状结构、星状结构、树状结构。
依拓扑结构的不同，局域网可分为总线状网、环状网、星状网和树状网。
但在实际应用中，以树状网居多。
●按传输的信号分类
按传输介质上所传输的信号方式不同，局域网可分为基带网和宽带网。
基带网传送数字信号，信号占用整个频道，但传输范围较小。
宽带网传输模拟信号，同一信道上可传输多路信号，它的传输范围较大。
目前局域网中绝大多数采用基带传输方式。
局域网示意图
●按网络使用的传输介质分类
局域网使用的传输介质有双绞线、光纤、同轴电缆、无线电波、微波等。
因此对应的局域网有双绞线网、光纤网、同轴电缆网、无线局域网、微波网。
目前小型局域网大都是双绞线网，而较大型局域网则采用光纤和双绞线传输介质的混合型网络。
近年来，无线网络技术发展迅速，它将成为未来局域网的一个重要发展方向。
●按介质访问控制方式分类
从局域网介质访问控制方式的角度可以把局域网分为共享式局域网和交换式局域网。
目前在实际应用中大都采用交换式局域网。
局域网由网络硬件和网络软件两部分组成。
网络硬件用于实现局域网的物理连接，为连接在局域网上的计算机之间的通信提供一条物理信道和实现局域网间的资源共享。
网络软件则主要用于控制并具体实现信息的传送和网络资源的分配与共享。
这两部分互相依赖、共同完成局域网的通信功能。
●网络硬件
局域网硬件应包括服务器、工作站、网络设备、传输介质。
其中，网络设备是指计算机接入网络和网络与网络之间互联时所必需的设备（如集线器（Hub）、中继器、交换机等）。
●网络软件
网络系统软件包括网络操作系统和网络协议等。
网络操作系统是指能够控制和管理网络资源的软件。
它由多个系统软件组成，在基本系统上有多种配置和选项可供选择，使得用户可以根据不同的需要和设备构成最佳组合的互联网操作系统。
网络协议保证网络中两台设备之间正确传送数据。
●网络信息
计算机网络上存储、传输的信息称为网络信息。
网络信息是计算机网络中最重要的资源，它存储于服务器上，由网络系统软件对其进行管理和维护。
二、构建高性能园区网络
企业网络已从不活跃的后台业务设施演化为极其活跃、高度可视的企业核心资产，企业正依靠其支撑对自己的成功至关重要的日常运营。
今天的网络必须随时随地都能访问，而且还要能够不受地点的限制大规模地提供快速、安全、可靠的服务。
此外，它还从传统的客户端/服务器数据流支持方式，演化为点对点流量支持方式，同时必须适应不断增加的设备和服务。
企业除了要集中应用和数据中心以外，还要合并服务器和数据中心，以简化运营并节省开支。
现有的园区基础架构解决方案无法为园区用户提供安全、可靠、高性能的接入支持，也不能进行集中管理以节省开支和优化运营。
我们需要一种新型的园区局域网设计方案，它能够应对园区在安全、连接和性能方面的挑战，并为关键的IT计划提供支持。
这种局域网还必须能够扩展，运行简单，可以灵活地适应新的计算趋势，而不必进行整体性的重新设计。
2.1高性能园区网络概述
“园区”一词，是指由一座或同一区域彼此非常邻近的多座楼宇所构成的主要企业场所。
园区通常是（虽然不一定总是）企业的总部或主要站点。
园区的例子有：
企业的多层办公大楼；企业在大规模办公区中的多座楼宇；大学分散的建筑设施。
园区中的所有建筑和楼层都通过园区局域网或广域网与数据中心的共享资源和服务保持连接，数据中心可以是园区的一部分，也可以不属于园区。
园区还可能通过广域网连接到分支和地区办事处等远程地点。
大多数业务流程都是在线进行，任何形式的园区局域网中断或效率低下都对企业的最终效益有不良影响。
安全、高性能、高可用性的局域网服务，对于保证每个园区设施始终在线，从而最大限度地提高业务生产率和客户满意度至关重要。
园区局域网主要由三层构成：
接入层、汇聚层和核心层。
在本文的后面部分将对这些层进行详细的说明，它们为企业提供一系列的服务，每一层都有一些注意事项，并要应对多种挑战。
园区局域网中所需的服务
园区局域网必须提供下列高水平服务，以优化业务运营的效率：
•局域网连接：
园区基础架构必须为不断增加的IP设备（例如电脑、电话机、PDA、监视摄像机、智能电话机等）提供安全的有线和无线局域网连接。
•安全性：
安全性对所有的园区局域网服务都至关重要。
对网络和应用的接入必须开放且随处可得，同时还要确保安全和可控性。
今天的网络不仅需要有效地处理尝试接入网络的非受控设备和外来用户，还需要为难以管理的设备提供支持，实施准入控制和应用接入控制，提供可视性和监视功能。
关键的安全组件和策略包括：
-保证服务质量（QoS）的策略
-缓解拒绝服务（DoS）和分布式拒绝服务（DDoS）的攻击与威胁
-确保法规遵从性
所有的安全策略应该能够集中管理和远程部署。
•统一通信：
在相同的园区局域网基础架构上使用以太网供电（PoE）技术部署IP电话，以及通过视频点播（VOD）应用进行视频会议和基于Web的培训时，数据需要与服务交付进行逻辑分离。
还需要执行QoS策略，以便分配优先级并保证在数据上提供对延迟/抖动和丢包敏感的VoIP和视频流量。
•高性能：
必须始终在整个园区中提供与局域网类似的应用性能。
在局域网接入层上，一定程度的超额开通很常见，但在局域网汇聚层和核心层上非常需要线速性能。
•高可用性（HA）：
在今天的园区局域网中，网络中断是不能容忍的。
为了达到与公共交换电话网（PSTN）相近的服务水准，它必须提供99.999%以上的可靠性。
整个局域网设计都应该具有高可用性。
要减少园区局域网的中断和运营开支，经济高效、功能丰富、高度可靠并提供集中管理能力的网络设备和软件是至关重要的，同时还需要稳固、可靠的连接。
另外，统一通信等新兴技术只有依靠始终可用、高性能的端到端网络才能有效工作。
•集中管理：
在园区局域网中所需的一个关键服务是对所有网络交换机、防火墙、路由器、VPN和入侵检测与防御（IDP）设备进行集中管理。
集中管理解决方案可节省配置和管理网络设备的时间与费用。
另外，通过集中管理能够更方便地分析网络流量，有助于优化网络性能。
2.2构建高性能园区网络注意事项
由于传统解决方案无法满足这些关键要求，也不能节省开支和优化运营，因此需要新型的园区局域网设计。
新型的局域网设计必须具有可扩展性，并能适应新兴的计算趋势和附加的网络服务，而不必从整体上重新设计。
在园区局域网设计中必须考虑下列趋势：
•统一通信迅速普及
包含语音、视频和数据服务的统一通信应用正在兴起。
根据ForresterResearch在2006年发布的研究结果，在北美有46%的公司已安装了IP电话系统，39%的公司使用VoIP与其远程用户通信。
这种部署对园区局域网的高性能和高可用性要求带来直接影响。
例如，不仅要求提供足够的局域网和广域网带宽，而且QoS规则必须对流量进行识别、分类和分配优先级，以便提供有效的VoIP通信服务。
•出现占用大量带宽的应用
除了统一通信需要增加带宽，许多常见的商业应用（例如Oracle、SAP和PeopleSoft）推出了支持Web的版本，在一些情况下，这些版本所需的带宽是其局域网版本的10倍以上，这严重影响了性能、可靠性和可用性。
虽然有人建议在网络使用率较低时安排向本地服务器备份数据，但是这种网络服务极耗带宽。
•用户生产率
现在的大多数业务流程都是在线进行，这就使企业局域网成为了业务发展和创新的一个关键要素。
因此，任何形式的局域网中断或效率低下都会对企业的最终效益造成不良影响。
反之，根据InformationWeek在2007年的研究结果，提高网络性能可提高企业的生产率。
因此，网络必须与无线覆盖和远程接入等服务结合起来，以最大限度地提高生产率。
•越来越关注安全性
FBI/CSI的统计数据表明，在调查的所有公司中，有72%的公司声称在2006年至少有一次安全事故，而且来自内部和外部的攻击在不断增多。
2006年ForresterResearch的调查表明，57%的公司首先考虑的是“升级安全环境”。
随着关键业务流程变得越来越分散以及统一通信暴露出新的弱点，企业对安全性的要求可能增加，而且需要实施用户接入策略。
•需求无线服务
企业要提高业务决策水平，就需要随时能访问关键的信息和资源。
现代企业的员工带着笔记本电脑参加会议，希望能够以无线方式访问其所有的应用、数据库、资源和服务。
这就要求企业必须在整个园区内提供无线服务，而且无线服务应支持用户无缝地在整个园区内移动而不发生服务中断，就像手机漫游一样。
这种无线服务应该支持用户访问其撰写演示文档和制定预算所需的任何材料，用户可以使用笔记本电脑从中央服务器下载，并在进入会议室之前
完成下载，或者在整个园区内通过Wi-Fi电话进行交谈。
无线服务和接入必须始终安全。
企业必须为承包商、合作伙伴和其他外来用户提供不同级别的无线接入支持，以确保不仅能为他们提供正确的服务水准，而且能限制他们只能访问相应的资源。
•服务器集中化和数据中心合并
2007年ForresterResearch的报告宣称，51%的公司把服务器集中化作为一个优先要务。
2007年Gartner也报告说，大多数的企业服务器以20%的负载量运行。
因此，企业需要利用虚拟化等新技术来更好地利用这些资源。
同时，大多数园区需要本地服务器，从而对安全、带宽优化、为流量分配优先级提出了更多要求。
为了进一步节省开支、简化运营和保持法规遵从，企业还在合并数据中心。
根据2006年NemertesResearch的研究报告，在采访的公司中，91%受到法规遵从的限制，在最近12个月中，有50%以上的公司已经把其分散的数据中心合并为数量较少、规模更大的数据中心，而更多的公司正计划在将来的12个月中合并其数据中心。
除了要满足不间断运行的高可用性要求，集中化还带来了新的延迟和安全问题。
企业还需要能够帮助他们节省时间和资源的集中化管理解决方案，使园区保持在线和正常运转状态。
三、高性能园区网络设计
企业园区局域网架构可扩展到涵盖三层，从位于接入层上连到配线间交换机的桌面设备，到位于大型园区局域网中心的核心层。
层级型拓扑结构把网络划分成了物理的构造模块，以简化运营和提高可用性。
层级型基础架构中的每一层都有特定的作用。
•接入层提供准入控制边界，并为园区中的最终用户提供网络连接。
•汇聚层汇聚来自于多个接入层交换机的连接和数据流量，在向核心层交换机传输流量时提供一个核心的执行边界。
•核心层在汇聚层交换机与连接到广域网和互联网的路由器之间提供安全连接，以支持B2B协作。
3.1校园网建设需求分析
3.1.1需求分析
局域网最大的特点就是可以实现资源的最佳利用,如:
共享磁盘设备、打印机等,从而可以在组建的局域网内部互相调用文件,并可在任何一台共享打印机上进行打印;当然也可以借助Wingate或Sygate等软件多机共享一台Modem上网；或者通过代理服务器连上Internet，享受非一般的速度。
网卡根据传输速率可分为：
10Mbps网卡（ISA 插口或PCI插口）、100Mbps PCI插口网卡、10Mbps/100Mbps自适应网卡和千兆网卡。
目前10Mbps ISA插口的网卡仍以其低廉的价格占有市场的一定份额，但由于10Mbps ISA插口网卡的网络传输速率低，且占用大量的CPU资源，只适应于那些对速度要求不高的局域网，因此用100Mbps PCI插口的网卡或者10Mbps/100Mbps自适应网卡，够适应于用户比较多，网上传输的数据量大和需要进行多媒体信息传输的应用环境。
BNC口是用细同轴电缆作为传输媒介的一种网卡接口。
RJ45是采用双绞线作为传输媒介的一种网卡接口，RJ45的接口酷似电话线的接口，但网络线使用的是8芯的接头，使用RJ45的缺点是架设成本高，但安装和维护较为方便，因此我们一般使用RJ45接口。
集线器 （HUB）:
根据微机的数量,利用 HUB构成星形结构 ,在工作站较多的情况下 ,会因 HUB的处理速率远远低于通信线路的传输速度 ,从而造成瓶颈问题。
因此有条件的话可选用交换机。
一个 Hub所组成的域称为冲突域 ,也就是说 ,网络上任何一台计算机在收发数据时 ,其他所有计算机都能够收到 ,且这些计算机不能同时进行数据的收发 ,否则会发生碰撞（CSMA/ CD协议会阻止碰撞 ）。
此外每台接入 Hub的计算机 ,都要检测接收到的数据目的地址 ,以确认是否是收到自己的通信信息 ,因此计算机 CPU占用率高 ,全网通信效率低 ,只适用于小型工作组级别应用。
学校校园网是为学校师生提供教学、管理、科研和综合信息服务的宽带多媒体网络；是学校信息化教学环境的基础设施和实现各项管理的物质基础；是建立远
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