张晓丹

(吉首大学数学与计算机科学学院,湖南 吉首 416000)

吉首大学校园网性能分析与设计＊

张晓丹

(吉首大学数学与计算机科学学院,湖南 吉首 416000)

首先对吉首大学原有校园网进行性能分析,找出影响校园网性能的主要因素和网络“瓶颈”,在此基础上提出新的校园网设计方案,然后对方案可行性进行评估预测.此研究对改善校园网性能、提高网络运行的安全性和可靠性具有指导意义.

校园网;网络仿真;网络设计

校园网是现代化教学的基础性设施,作为实施教育信息化有效载体,对保障学校教育教学和科研管理等工作的正常有序进行,实现校际交流和资源共享方面,起着至关重要的作用,并将直接影响到教育信息化建设的质量[1].本文把仿真软件 OPNET应用在校园网的性能分析与规划设计中,运用网络仿真技术对现有校园网的性能进行分析;对计划升级改造的校园网的可靠性和有效性进行评估和预测,为校园网的维护、规划设计提供客观、可靠的定量依据,能够缩短网络建设周期,提高校园网建设中决策的科学性,降低校园网投资的风险[2,3,4].

1 吉首大学现有校园网络性能分析

吉首大学校园网是 1999年投入运行的,它是以10/100 Mbps带宽为主干的星形快速以太网.中心结点采用 Cisco的 Catalyst5000,二级节点采用 Cisco2900,以放射状连接到各教学楼低端交换设备.核心交换机 Catalyst5000与 catalyst2900及服务器间用100 M双绞线相连接;catalyst2900与二层交换设备之间用 10M双绞线连接.某大学校园网拓扑图如图1所示.

图 1 当前校园网网络拓扑结构

受当时资金和技术条件限制,校园网最初设计时学生宿舍没有上网,教学楼联网的节点也不是太多.现在将教学一楼新建的两个多媒体教室中 120台机器和办公楼内原来未连网的 100台机器也连入网内.运行仿真后网络延迟及用户浏览网页的响应时间比较,如图 2和图 3所示:

图 2 网络延迟比较

图 3 浏览网页响应时间比较

当增加节点后,网络负载增加较明显,延迟增加不太大,约 17 ms左右,在可接受的范围之内;继续扩容后,整个网络的延迟增加很大,已经超出 200 ms,这是大部分应用响应时间的一个阈值.通过前面的仿真分析知道,现有校园网 10 M/100 Mbps主干已经不能满足用户迅速增长的需要及用户对新业务的需求;而且单中心结点的拓朴形式也存在很大的安全隐患,现有的校园网必须进行升级改造,增加带宽,提高网络速度和运行安全性.

2 吉首大学校园网络改进方案

为了提高原有主干网的速度,首先应确定采用哪一种比较先进实用且有较高性价比的网络技术.目前,我们选择已经很成熟千兆位以太网技术,它在拓展带宽的同时又和原有的 10/100Mbps校园网保持了很好的兼容性,从而可以节约大量资金.另外为解决交换式网络中广播风暴的发生,在改造后的校园网中我们将采用虚拟网 (VLAN)技术[7].它可以根据用户的不同业务需要,将位于不同地理位置的节点从逻辑上划分为不同的子网,从而提高网络性能.

2.1 吉首大学校园网改进后的拓扑结构

原有校园网主干采用的是单个中心节点的星形拓扑结构.一旦主节点出现故障就会造成整个校园网的瘫痪.为保证校园网安全可靠运行,计划改造的校园网,增加了校园主干网的冗余主节点,使其与原有的主节点互为备份节点,以保证校园网的连续安全运行.一级节点之间及一级节点和二级节点之间用多模光纤连接,而且构成环形,新增二级节点和低端交换设备间采用 10M/100Mbps双绞线互联.从而构成千兆光纤为主干,10/100Mbps交换到桌面的网络结构.改进后的校园网络拓扑结构如图 4所示:

图 4 改进后的校园网拓扑结构

2.2 VLAN划分

在校园网的整个网络规划当中,VLAN的划分是非常重要的部分,很好的利用 VLAN技术的功能,能起到事半功倍的效果,对整个校园网网络的性能也是事关重要的[8,9].校园网 VLAN划分步骤:

(1)配置交换机结点属性 VLAN parameters→scheme的属性值为“Port-BasedVLAN”,使具有VLAN功能的交换机 (VLAN_enabled)可支持VLAN.

(2)配置交换机的 VLAN parameters→Supported VLANs属性,列出交换机 accessport连接的所有VLAN号 (V I D)和 Name.

(3)在交换机的 Switch PortConfigration属性中设置虚拟网端口号 (PV I D)、端口类型 (Port Type)及每个端口支持的 VLAN列表(Supported VLANs).

3 改进后的校园网络性能测试

3.1 网络报文延迟测量

我们在校园网中使用如图 4所示的网络拓扑,分别使用不同程序的网络负载,对网络报文的延迟做出了测量.报文延迟测试是基于 ping程序的,测试校园网接入主机到位于校园网另一端的主机192.168.64.107的平均报文延迟.测试改进后校园网络当前负载情况,测试所用的数据包总量以及延迟结果如表 1所示:

表 1 网络报文延迟测量数据

从表 1所示的测试结果可以看出,在改进方案实施之后,数据报文的延迟符合通常网络应用的要求.因此我们可以判定,本文提出的改进方案在网络扩容后没有改变网络的性能.

3.2 VLAN划分前后性能的比较

由图 5中看出,划分 VLAN后交换机转发数据量有很大降低.划分 VLAN后,不属于一个 VLAN的访问将会被拒绝,能过滤掉广播包,从而提高了校园网带宽利用率和运行安全性.由仿真结果可以看出封包传输延迟和延迟变化都很小,也就是说改造后的网络对语音和视频业务承载能力很强,网络传输速度很快且可靠性高,网络性能良好.

图 5 VLAN划分前后交换机转发数据量对比

4 小结

本章对计划升级改造的校园网拓朴结构进行了重新设计,并利用 OPNET对升级后的网络语音视频业务承载能力和划分VLAN后网络性能进行了比较分析.结果表明重新设计后的校园网可以保证语音和视频业务的可靠传输,划分 VLAN后能有效提升网络性能.

[1]赵毅.高校校园计算机网络设计与实现[D].重庆:重庆大学,2006.

[2][8]邓涛.校园网网络性能分析 [D].武汉:武汉理工大学,2003.

[3]伍俊洪,等.网络仿真方法和 OPNET仿真技术 [J].计算机工程,2004,(5):106-108.

[4]张文革,等.基于 OPNET的通信网络仿真优化方法[J].电子科技,2005,(9):33-36,40.

[5]王和兴,等.基于 OPNET的网络仿真与性能测量[J].微电子学与计算机,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]杜炜,等.网络仿真在网络性能指标评价中的应用[J].计算机工程与应用,2003,(18):176-180.

[8]刘曲明.网络性能分析评价方法及其计算机仿真方法讨论[J].计算机仿真,2000,(1):53-57.

(责任编校:简子)

TP393.18

A

1008-4681(2010)02-0079-03

2010-02-24;

2010-03-16

张晓丹 (1981-),男,湖南常德人,吉首大学数学与计算机科学学院讲师.研究方向:计算机应用技术.