封閉式校園一卡通網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

文章出處：http:// 作者： 人氣： 發(fā)表時間：2011年09月16日

    摘 要：由于傳統(tǒng)依附于校園網(wǎng)的一卡通系統(tǒng)存在網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的不安全性，本文提出了“封閉式校園一卡通系統(tǒng)”(CCCS)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計理念。文章具體分析了CCCS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計目標(biāo)、鋪設(shè)過程和安全管理等事項，給出與數(shù)字化校園網(wǎng)數(shù)據(jù)對接的方法，以及在CCCS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實時監(jiān)控、排除一卡通設(shè)備故障的系統(tǒng)軟件設(shè)計。該項設(shè)計已取得較好實踐效果。

    1 引言

    近年來，隨著我國高等院校“數(shù)字化校園”(DigitalCampus)的建設(shè)發(fā)展，“校園一卡通”也應(yīng)運而生，成為數(shù)字化校園的重要基石。它的穩(wěn)定性、安全性直接關(guān)系到數(shù)字化校園的穩(wěn)定性和安全性[1]。傳統(tǒng)的一卡通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺往往是依附于校園網(wǎng)，在實際應(yīng)用中，經(jīng)常會出現(xiàn)系統(tǒng)傳輸環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性和安全性問題，一旦校園網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，就會影響到一卡通運行的穩(wěn)定，甚至危及數(shù)據(jù)安全。由于整個校園網(wǎng)絡(luò)的龐雜和繁復(fù)，管理員往往又無法及時判斷系統(tǒng)的故障點，造成較嚴重的后果。我們認為，要從根本上解決這個問題，首先必須轉(zhuǎn)變“數(shù)字化校園”的固有觀念，校園網(wǎng)并不是越開放越好，而是有的需要開放，有的需要封閉，是開放與封閉的統(tǒng)一。假設(shè)把固有的或即將需要建設(shè)的校園一卡通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺從校園網(wǎng)中剝離出來，使其成為封閉的一卡通專網(wǎng)(如圖1 所示)，就能避免上述存在的問題。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的角度來說，封閉式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了校園網(wǎng)和“校園一卡通”專網(wǎng)的邏輯隔離，提高了一卡通系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，增強了系統(tǒng)的可維護性和可擴展性，降低了系統(tǒng)的運行管理成本。我們把這種存在于校園內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)平臺與校園網(wǎng)絡(luò)相對隔離，系統(tǒng)能夠獨立運營并不受其他網(wǎng)絡(luò)平臺影響的一卡通系統(tǒng)，稱為“封閉式校園一卡通系統(tǒng)”(CCCS)。

圖 1 CCCS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計目標(biāo)

    由于校園一卡通系統(tǒng)在數(shù)字化校園中的中所處位置的特殊性，涉及到資金運用、結(jié)算和與銀行系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，關(guān)系到廣大教職員工和學(xué)生的工作、學(xué)習(xí)和生活的正常進行，所以穩(wěn)定性和安全性是兩個非常重要的設(shè)計環(huán)節(jié)。

    CCCS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的具體實現(xiàn)目標(biāo)如下[2]：

    (1) 一卡通中心服務(wù)器(包括數(shù)據(jù)中心、身份認證、流水等)組建獨立的局域網(wǎng)絡(luò)。雖然校園網(wǎng)已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)安全措施，但由于功能繁多，交互頻繁，還
是存在易受病毒、木馬、黑客等攻擊可能。因此，系統(tǒng)要求核心服務(wù)器所處的網(wǎng)絡(luò)相對封閉，不與外部系統(tǒng)直接通訊。
    (2) 一卡通系統(tǒng)中重要的網(wǎng)關(guān)(POS 機)、綜合業(yè)務(wù)機不論場地離中心距離多遠，也必須專線專用。
    (3) 通過TCP／IP 控制器(TCP／IP 通訊協(xié)議)與管理主機進行通訊。確保在聯(lián)機狀態(tài)下的完全實時性要求。
    (4) 要求網(wǎng)絡(luò)能提供全天候的穩(wěn)定服務(wù)，因此核心設(shè)備(服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)的選擇必須穩(wěn)定可靠。

    3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)過程

    CCCS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施過程中，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲采用星型結(jié)構(gòu)，各種一卡通網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過中心交換機互連，短距離的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以采用超五類線直接互聯(lián)，長距離的設(shè)備主要采用光纖通訊介質(zhì)。在跨校區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)時，對于只有一根光纖作為實現(xiàn)校區(qū)聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的通訊媒介，可以用4 對單芯光纖轉(zhuǎn)換器提供WDM(Wavelength Division Multiplexing)[3]支持，讓2個獨立的數(shù)據(jù)傳輸信道在單芯的標(biāo)準單模光纖上同時傳送與接收資料，這項功能不僅讓現(xiàn)有的頻寬利用率立即增加1 倍，更可有效地降低光纖的鋪設(shè)成本。

    4 系統(tǒng)安全管理與數(shù)字化校園網(wǎng)數(shù)據(jù)對接

    校園一卡通系統(tǒng)是構(gòu)建在數(shù)字化校園之上的統(tǒng)一身份認證、中央共享數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一信息門戶等的基礎(chǔ)平臺，為了實現(xiàn)這些功能，它在與校園網(wǎng)邏輯隔離的同時，又必須具有相對的開放性，這樣才能與學(xué)校其它業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)緊密結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換，這就是隔離與開放的矛盾[4]。為解決這一矛盾，CCCS系統(tǒng)中架設(shè)有雙網(wǎng)卡數(shù)據(jù)代理服務(wù)器，觸發(fā)器數(shù)據(jù)交換模式，對數(shù)字化校園網(wǎng)和“校園一卡通”專網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換采用加密的方式，并在數(shù)字化校園網(wǎng)絡(luò)和“校園一卡通”專網(wǎng)中針對關(guān)鍵服務(wù)器制定嚴格的訪問控制策略，禁止非授權(quán)用戶對這些重要服務(wù)器的訪問，從而確保“校園一卡通”專網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全。其具體實施安全措施如下：

    (1) 在核心交換機上配置訪問控制列表(ACL)[5]，例如：

    (3) 設(shè)置數(shù)據(jù)異地備份系統(tǒng)。例如：先本機備份，每天定時自動將備份文件通過FTP 方式上傳到異地服務(wù)器上。Oracle 數(shù)據(jù)庫中，export 命令將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)備份成一個二進制文件，它通常有三種模式：用戶模式、表模式和整個數(shù)據(jù)庫模式。如采用用戶模式，備份之前，應(yīng)先建立一個備份目錄，以在本機存放備份文件，可建一個/localbak 目錄。然后將School數(shù)據(jù)庫在用戶模式下備份，備份保留周期為一天，具體腳本如下(保留在exp_school.sh 文件中)：

    數(shù)據(jù)共享盤柜帶有EMC UPS，每個一卡通網(wǎng)關(guān)設(shè)備各配有山特1500W UPS。

    (5) 一卡通數(shù)據(jù)中心冗余性。一卡通數(shù)據(jù)庫服務(wù)器利用Oracle 集群數(shù)據(jù)庫Oracle RAC(Real Application Cluster) ， 實現(xiàn)Linux(Red Hat Enterprise Linux 4)操作系統(tǒng)上的雙節(jié)點集群[6]。集群環(huán)境下實現(xiàn)多機共享數(shù)據(jù)庫，以保證應(yīng)用的高可用性。同時可以自動實現(xiàn)并行處理及均分負載，還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫在故障時的容錯和無斷點恢復(fù)。

    5 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

圖 2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    雖然比較依附于校園網(wǎng)的一卡通網(wǎng)絡(luò)平臺，CCCS網(wǎng)絡(luò)更穩(wěn)定，安全性更高，但是任何網(wǎng)絡(luò)本身都不是絕對可靠的，在CCCS 系統(tǒng)使用過程中，同樣可能會有許多突發(fā)事件，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸失敗，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備結(jié)點故障。為了確保CCCS 系統(tǒng)正常運營，讓管理人員隨時掌控運營狀況，一旦出現(xiàn)故障，管理人員能及時獲取故障點的具體時間地點與故障原因信息，以及時排除險情，因此在CCCS 系統(tǒng)中設(shè)計設(shè)備故障報警監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的。具體實現(xiàn)監(jiān)控結(jié)構(gòu)如圖2 所示。該系統(tǒng)采用Delphi+SQLserver 進行開發(fā)，C/S 設(shè)計模式，系統(tǒng)主要功能：在工作區(qū)任一位置中，具備對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備添加，修改，刪除功能；設(shè)置輪詢設(shè)備時間；故障報警；日志記錄等。系統(tǒng)對各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)測通過ICMP 協(xié)議實現(xiàn)[7]。ICMP(因特網(wǎng)控制報文協(xié)議)全稱Internet Control Message Protocol。它是TCP/IP協(xié)議族的一個子協(xié)議，工作在OSI 的網(wǎng)絡(luò)層，向數(shù)據(jù)通訊中的源主機報告錯誤。實現(xiàn)原理：ICMP 回顯請求和ICMP 回顯應(yīng)答報文是配合工作的。當(dāng)源主機向目標(biāo)主機發(fā)送了ICMP 回顯請求數(shù)據(jù)包后，源主機期待著目標(biāo)主機的回答。目標(biāo)主機在收到一個ICMP 回顯請求數(shù)據(jù)包后，它會交換源、目的主機的IP 地址，然后將收到的ICMP 回顯請求數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)部分原封不動地封裝在自己的ICMP 回顯應(yīng)答數(shù)據(jù)包中，然后發(fā)回給發(fā)送ICMP 回顯請求的一方。如果校驗正確，源主機便認為目標(biāo)主機的回顯服務(wù)正常，也即網(wǎng)絡(luò)連接暢通。具體的主要程序代碼如下：

    6 小結(jié)

    CCCS 系統(tǒng)對于建設(shè)數(shù)字化校園網(wǎng)絡(luò)提供了穩(wěn)定、安全的共享數(shù)據(jù)信息的保障。該系統(tǒng)在我校已試行了一年多，通過分析試行階段的各項數(shù)據(jù)記錄，證明該系統(tǒng)已實現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)，具有在各高校普遍推廣的價值。（文/杭州師范大學(xué)電教網(wǎng)絡(luò)管理中心 何來坤 馮亦山 鐘鳴 徐淵）

    參考文獻
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