吉首大學校園網性能分析與設計＊

張曉丹

(吉首大學數學與計算機科學學院,湖南 吉首 416000)

吉首大學校園網性能分析與設計＊

張曉丹

(吉首大學數學與計算機科學學院,湖南 吉首 416000)

首先對吉首大學原有校園網進行性能分析,找出影響校園網性能的主要因素和網絡“瓶頸”,在此基礎上提出新的校園網設計方案,然后對方案可行性進行評估預測.此研究對改善校園網性能、提高網絡運行的安全性和可靠性具有指導意義.

校園網;網絡仿真;網絡設計

校園網是現代化教學的基礎性設施,作為實施教育信息化有效載體,對保障學校教育教學和科研管理等工作的正常有序進行,實現校際交流和資源共享方面,起著至關重要的作用,并將直接影響到教育信息化建設的質量[1].本文把仿真軟件 OPNET應用在校園網的性能分析與規劃設計中,運用網絡仿真技術對現有校園網的性能進行分析;對計劃升級改造的校園網的可靠性和有效性進行評估和預測,為校園網的維護、規劃設計提供客觀、可靠的定量依據,能夠縮短網絡建設周期,提高校園網建設中決策的科學性,降低校園網投資的風險[2,3,4].

1 吉首大學現有校園網絡性能分析

吉首大學校園網是 1999年投入運行的,它是以10/100 Mbps帶寬為主干的星形快速以太網.中心結點采用 Cisco的 Catalyst5000,二級節點采用 Cisco2900,以放射狀連接到各教學樓低端交換設備.核心交換機 Catalyst5000與 catalyst2900及服務器間用100 M雙絞線相連接;catalyst2900與二層交換設備之間用 10M雙絞線連接.某大學校園網拓撲圖如圖1所示.

圖 1 當前校園網網絡拓撲結構

受當時資金和技術條件限制,校園網最初設計時學生宿舍沒有上網,教學樓聯網的節點也不是太多.現在將教學一樓新建的兩個多媒體教室中 120臺機器和辦公樓內原來未連網的 100臺機器也連入網內.運行仿真后網絡延遲及用戶瀏覽網頁的響應時間比較,如圖 2和圖 3所示:

圖 2 網絡延遲比較

圖 3 瀏覽網頁響應時間比較

當增加節點后,網絡負載增加較明顯,延遲增加不太大,約 17 ms左右,在可接受的范圍之內;繼續擴容后,整個網絡的延遲增加很大,已經超出 200 ms,這是大部分應用響應時間的一個閾值.通過前面的仿真分析知道,現有校園網 10 M/100 Mbps主干已經不能滿足用戶迅速增長的需要及用戶對新業務的需求;而且單中心結點的拓樸形式也存在很大的安全隱患,現有的校園網必須進行升級改造,增加帶寬,提高網絡速度和運行安全性.

2 吉首大學校園網絡改進方案

為了提高原有主干網的速度,首先應確定采用哪一種比較先進實用且有較高性價比的網絡技術.目前,我們選擇已經很成熟千兆位以太網技術,它在拓展帶寬的同時又和原有的 10/100Mbps校園網保持了很好的兼容性,從而可以節約大量資金.另外為解決交換式網絡中廣播風暴的發生,在改造后的校園網中我們將采用虛擬網 (VLAN)技術[7].它可以根據用戶的不同業務需要,將位于不同地理位置的節點從邏輯上劃分為不同的子網,從而提高網絡性能.

2.1 吉首大學校園網改進后的拓撲結構

原有校園網主干采用的是單個中心節點的星形拓撲結構.一旦主節點出現故障就會造成整個校園網的癱瘓.為保證校園網安全可靠運行,計劃改造的校園網,增加了校園主干網的冗余主節點,使其與原有的主節點互為備份節點,以保證校園網的連續安全運行.一級節點之間及一級節點和二級節點之間用多模光纖連接,而且構成環形,新增二級節點和低端交換設備間采用 10M/100Mbps雙絞線互聯.從而構成千兆光纖為主干,10/100Mbps交換到桌面的網絡結構.改進后的校園網絡拓撲結構如圖 4所示:

圖 4 改進后的校園網拓撲結構

2.2 VLAN劃分

在校園網的整個網絡規劃當中,VLAN的劃分是非常重要的部分,很好的利用 VLAN技術的功能,能起到事半功倍的效果,對整個校園網網絡的性能也是事關重要的[8,9].校園網 VLAN劃分步驟:

(1)配置交換機結點屬性 VLAN parameters→scheme的屬性值為“Port-BasedVLAN”,使具有VLAN功能的交換機 (VLAN_enabled)可支持VLAN.

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

(3)在交換機的 Switch PortConfigration屬性中設置虛擬網端口號 (PV I D)、端口類型 (Port Type)及每個端口支持的 VLAN列表(Supported VLANs).

3 改進后的校園網絡性能測試

3.1 網絡報文延遲測量

我們在校園網中使用如圖 4所示的網絡拓撲,分別使用不同程序的網絡負載,對網絡報文的延遲做出了測量.報文延遲測試是基于 ping程序的,測試校園網接入主機到位于校園網另一端的主機192.168.64.107的平均報文延遲.測試改進后校園網絡當前負載情況,測試所用的數據包總量以及延遲結果如表 1所示:

表 1 網絡報文延遲測量數據

從表 1所示的測試結果可以看出,在改進方案實施之后,數據報文的延遲符合通常網絡應用的要求.因此我們可以判定,本文提出的改進方案在網絡擴容后沒有改變網絡的性能.

3.2 VLAN劃分前后性能的比較

由圖 5中看出,劃分 VLAN后交換機轉發數據量有很大降低.劃分 VLAN后,不屬于一個 VLAN的訪問將會被拒絕,能過濾掉廣播包,從而提高了校園網帶寬利用率和運行安全性.由仿真結果可以看出封包傳輸延遲和延遲變化都很小,也就是說改造后的網絡對語音和視頻業務承載能力很強,網絡傳輸速度很快且可靠性高,網絡性能良好.

圖 5 VLAN劃分前后交換機轉發數據量對比

4 小結

本章對計劃升級改造的校園網拓樸結構進行了重新設計,并利用 OPNET對升級后的網絡語音視頻業務承載能力和劃分VLAN后網絡性能進行了比較分析.結果表明重新設計后的校園網可以保證語音和視頻業務的可靠傳輸,劃分 VLAN后能有效提升網絡性能.

[1]趙毅.高校校園計算機網絡設計與實現[D].重慶:重慶大學,2006.

[2][8]鄧濤.校園網網絡性能分析 [D].武漢:武漢理工大學,2003.

[3]伍俊洪,等.網絡仿真方法和 OPNET仿真技術 [J].計算機工程,2004,(5):106-108.

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

[5]王和興,等.基于 OPNET的網絡仿真與性能測量[J].微電子學與計算機,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.網絡仿真在網絡性能指標評價中的應用[J].計算機工程與應用,2003,(18):176-180.

[8]劉曲明.網絡性能分析評價方法及其計算機仿真方法討論[J].計算機仿真,2000,(1):53-57.

(責任編校:簡子)

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,吉首大學數學與計算機科學學院講師.研究方向:計算機應用技術.