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1500字论文格式模板（通用5篇）

无论是在学习还是在工作中，大家最不陌生的就是论文了吧，通过论文写作可以培养我们独立思考和创新的能力。相信许多人会觉得论文很难写吧，以下是我为大家收集的1500字论文格式模板（通用5篇），欢迎大家分享。

1 计算机网络的定义

计算机网络就是利用通讯设备和通信线路将地理位置不同的、具有独立功能的多台计算机系统遵循约定的通信协议互连成一个规模大、功能强的网络系统，用功能完善的网络软件(即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统等)来实现交互通信、资源共享、信息交换、综合信息服务、协同工作以及在线处理等功能的系统。

2 计算机网络的分类

1)计算机网络按照地理范围划分为：局域网、城域网、广域网和互联网四种;2)按拓扑结构划分为：总线型、星型、环型、树型和网状网;3)按交换方式划分为：线路交换网、存储转发交换网和混合交换网;4)按传输带宽方式进行划分为：基带网和宽带网;5)按网络中使用的操作系统分为：NetWare网、Windows NT网和Unix网等;6)按传输技术分为：广播网、非广播多路访问网、点到点网。

3 计算机网络系统的构成

计算机网络系统通常由资源子网、通信子网和通信协议三个部分组成。资源子网在计算机网络中直接面向用户;通信子网在计算机网络中负责数据通信、全网络面向应用的数据处理工作。而通信双方必须共同遵守的规则和约定就称为通信协议，它的存在与否是计算机网络与一般计算机互连系统的根本区别。

4 计算机网络的主要功能

资源共享：计算机网络的主要目的是共享资源。共享的资源有：硬件资源、软件资源、数据资源。其中共享数据资源是计算机网络最重要的目的。

数据通信：数据通信是指利用计算机网络实现不同地理位置的计算机之间的数据传送，运用技术手段实现网络间的信息传递。这是计算机网络的最基本的功能，也是实现其他功能的基础。如电子邮件、传真、远程数据交换等。

分布处理：是指当计算机网络中的某个计算机系统负荷过重时，可以将其处理的任务传送到网络中的其它计算机系统中，以提高整个系统的利用率。对于大型的综合性的科学计算和信息处理，通过适当的算法，将任务分散到网络中不同的计算机系统上进行分布式的处理。促进分布式数据处理和分布式数据库的发展。利用网络实现分布处理，建立性能优良、可靠性高的分布式数据库系统。

综合信息服务：在当今的信息化社会中，各行各业每时每刻都要产生大量的信息需要及时的处理，而计算机网络在其中起着十分重要的作用。

5 计算机网络的常用设备

网卡(NIC)：插在计算机主板插槽中，负责将用户要传递的数据转换为网络上其它设备能够识别的格式，通过网络介质传输。

集线器(Hub)：是单一总线共享式设备，提供很多网络接口，负责将网络中多个计算机连在一起。所谓共享是指集线器所有端口共用一条数据总线，因此平均每用户(端口)传递的数据量、速率等受活动用户(端口)总数量的限制。

交换机(Switch)：也称交换式集线器。它同样具备许多接口，提供多个网络节点互连。但它的性能却较共享集线器大为提高：相当于拥有多条总线，使各端口设备能独立地作数据传递而不受其它设备影响，表现在用户面前即是各端口有独立、固定的带宽。此外，交换机还具备集线器欠缺的功能，如数据过滤、网络分段、广播控制等。

线缆：网络的距离扩展需要通过线缆来实现，不同的网络有不同连接线缆，如光纤、双绞线、同轴电缆等。

公共电话网：即PSTN(Public Swithed Telephone Network)，速度9600bps～，经压缩后最高可达，传输介质是普通电话线。

综合业务数字网：即ISDN(Integrated Service Digital Network)，是一种拨号连接方式。低速接口为128kbps(高速可达2M)，它使用ISDN线路或通过电信局在普通电话线上加装ISDN业务。ISDN为数字传输方式，具有连接迅速、传输可靠等特点，并支持对方号码识别。

专线：即Leased Line，在中国称为DDN，是一种点到点的连接方式，速度一般选择64kbps～。专线的好处是数据传递有较好的保障，带宽恒定。

网：是一种出现较早且依然应用广泛的广域网方式，速度为9600bps～64kbps;有冗余纠错功能，可靠性高，但由此带来的副效应是速度慢，延迟大。

异步传输模式：即ATM(Asynchronous Transfer Mode)，是一种信元交换网络，最大特点是速率高、延迟小、传输质量有保障。ATM大多采用光纤作为连接介质，速率可高达上千(109bps)。

调制解调器(Modem)：作为末端系统和通信系统之间信号转换的设备，是广域网中必不可少的设备之一。分为同步和异步两种，分别用来与路由器的同步和异步串口相连接，同步可用于专线、帧中继、等，异步用于PSTN的连接在计算机网络时代。

6 结语

人们对计算机和互联网的利用必将会渗透到社会生产和生活的各个方面，通过计算机和网络的功能，将会给企业的生产和经营活动的开展以及老百姓的工作和生活带来极大的便利。在互联网的联系和沟通下，各种信息传播的速度将加快，企业和个人对网络信息的依赖程度也将不断加深，信息需求程度相对较大的部门将成为未来社会中创造高附加值的行业。并通过他们带动相关知识产业的进步和发展，甚至带动全社会的经济结构的优化调整，推动社会经济的全面进步。

计算机网络取得今天的发展成就，是人类文明进入到更高阶段的标志，它推动着人类社会向更现代化的方向发展，同时推动了知识经济时代的到来，人们通过计算机网络的连接，打破了原先在时间和空间上的阻隔，在无形中拉近了人与人之间的距离，也在一定程度上扩大了我们生存的空间，网络给我们提供了超乎寻常的方便和成功。但是，网络也给社会带来了更多的挑战，它要求我们要以更高的层次去面对新的生活和环境，同时不断地改变我们的思想和行为，我们要抓住网络时代带给我们机遇，不断努力推动人类社会向更的高阶段发展。

1摘要

“摘要”是对整篇论文的缩写，建立在通读全文、理解全文的基础之上。评审专家评阅论文时，总是先看摘要，摘要给专家留下第一印象，是评奖的敲门砖。“摘要”包括: 问题背景，要达到什么目标，解决问题的思路、方法和步骤，模型的主要内容、算法和结论，模型的特色。好的“摘要”能很快吸引评审专家的注意力，它建立在多次修改、反复推敲的基础之上，具有统揽全文、层次分明、重点突出、文笔流畅的特点。

2问题提出

“问题提出”也可写作“问题重述”。是将竞赛试题所给定的问题背景和解题要求用论文书写者自己的语言重新表述。在美国的数学建模竞赛中，这一部分称为 Background或者 Introduction。

3模型假设

任何问题的求解都有它的背景和适用范围，建模试题来自于现实问题，同样受到各种外在因素的约束。“模型假设”就是界定一个范围，或给出几个约束条件，一使得问题的解决过程不至于太复杂，二使得其他人在使用该模型时知晓它的适用范围。“模型假设”不是凭空臆造的，是在建立模型的过程中挖掘、提炼出来的。

4符号说明

数学符号是数学语言的基本元素，具有抽象性、准确性、简洁性的特点。数学模型由数学符号组成，模型的求解通过符号的运算来完成。可见，在建立数学模型时根据需要随时引入必要的数学符号是多么重要的事情。根据竞赛要求，在建立模型的过程中所引入的数学符号要在本模块给出说明，最好的说明方式是列一个表格。

5问题分析

众所周知，解决数学问题最难、最重要的一步就是明确解题思路，确定解题方法。而“分析”，则是迈出这一步的关键。数学建模也这样。建模试题往往由几个子问题组成，这时的“问题分析”既要有全局分析，也要有局部分析。“问题分析”包括: 分析解决该问题需要用到哪些专业背景知识; 分析解决问题的切入点、重点和难点; 分析解决问题的思路、方法、工具和步骤。这样的分析对于“如何建立模型? 采用哪些数学理论或公式? 怎样求解? 会遇到哪些困难?”具有指导作用。

6模型建立

“模型建立”就是将原问题抽象成数学的表示式，主要步骤:

第一步，根据问题的实际背景和专业背景，选择适当的数学理论或工具。例如，如果是变化率问题，则考虑借助于导数或微分方程的手段; 如果涉及面积、体积、曲线弧长、功、流量等几何量或物理量，则考虑运用积分元素法，将问题转化为定积分、或重积分、或曲线曲面积分; 如果是随机数据的处理，则考虑统计分析的方法。

第二步，确定常量、变量，用符号来表示这些量。

第三步，建立数学模型，即建立常量、变量之间的关系。这种关系可以是方程、函数或表格。

7模型求解

少数模型可能是简单的数学式子，求解起来比较容易。有些模型虽然也可用数学式子表示，但其中含有难以析出的参数，求解很困难，有的模型面对的就是一堆数据，对于这两种情形，就需要借助于软件 Matlab，Mathematic，Maple，SAS，SPSS中的某一个编程求解。

8模型检验

数学建模竞赛的题目来自于科技、工程、经济、社会等领域的实际问题。由于问题的复杂性和方法的局限性，所建立的数学模型与实际情况之间会有差距，模型可靠性的检验成为必然。为了检验提交的数学模型与实际情况吻合的程度，竞赛题中往往会提供一些来自于背景问题的实验数据。“模型检验”就是将给定的数据代入模型，计算相对误差和绝对误差，如果误差较大，就要返回去调整模型以提高可靠性。

9模型评价

该标题也可写成“模型的优缺点分析”。分析模型有哪些优点，缺点是什么。也有人将这里的标题改写为“模型评价、推广与改进”。其中的“推广”是将前述“模型假设”中的某些条件适当放宽，看看结果会怎样。“改进”是指对模型或算法做出某种改进。

10参考文献

列式参考的主要文献。

11附录

详细的软件程序、程序运算过程、运算结果; 用于模型检验的数据表格; 其他不宜放在正文中的数据表格。

1、研究背景

中国的教育体制我想就是每个人都沿着固定的模式一路走来，在同一个阶层的人们所掌握知识水平都差不多，如果父母或师长告诉你，这件事是不应该做的，那么他就会牢记一辈子。致使他会把他的经验告诉他的孙子，我们丢失了正常能力，失去了用自己独特的方式观察世界的能力。替而代之的是，我们把世界概括成一套简单的题目，头脑中的固定模式从不会使我们感到惊讶，因为在我们标准形象不一致的时候，我们几乎视而不见，所以，当我们把所有劳工领导人归类为势力小人，把所有诗人看作梦想家，把所有政治家视为虚情假意的欢迎者，就暴露了我们的局限性。

教育是关系国家和民族前途命运的大事，和我们每个人都有着极为密切的关系。作为国家的主人和民族的一分子，曾经或现在的受教育者或教育者，我们每个人都应当关注教育。

2、对于教育制度，受教育者或教育者都认为有进一步完善的必要。

对于应试教育有些人可能这样理解：应试教育有利的一面是能加快孩子们对知识的记忆与理解。但诸如个人能力、综合素质、创造性等则起不到太大的作用，弊端相当多。

应试教育的最直接后果是导致教育产品供给的短缺。其结果导致教育的高收费，更重要的是，它仿佛是一架考试的机器，因为它推动着学历教育向前迈进；它使得学生从小学到大学一直为考试忙不停。否则，就会因考试不及格宁被淘汰。在这种体制下，孩子们努力学习知识，以通过各种考试。

学校考试以其对学习成果的显示，对学习方向引导，对学生的激励，在这一过程中起了控制器，调节器和加速器的作用。当然考试的控制、调节、加速效应是应接作用与学生学习的考试不但对学生学习的促进、调节作用，在学校教育中，它还集中体现着人的智力、技能在某种程度上是学生自我表现的需要。因此，它在一定意义上体现了人的本恒。但现实生活中，我国的学校考试出现了异化现象，产生了与人的本性、人的社会化过程相分离的运动。考试本来是促进学生社会化过程的手段，却被当成了追求的目的，学生的发展倒成了争取考试合格的手段。考试过程中所有自然形成的关系却变成了分数关系。考试成为学生学习的一种强制力量，学生失去了自身学习的动力。最终学生把考试视为自己的对立面，把自己看成被分数奴役的人。

面对如此问题，无庸置疑，考试要改革，考试要面向未来的教育，考试要与社会发展同步，考试要服务与人类的自我特点，这是考试的基本方向。考试改革的基本出发点是：考试要体现教育使学生全面发展的目的，要创造一个使学生个体全面发展的环境。

目前，我们的学校教育是典型的应试教育，而学校教育主要存在三个方面的问题：第一重视很多智力好的学生的教育，而忽略了大多数学生的教育；第二重视知识的教育，忽略了能力的培养；第三重视智商，忽略了德育、体育、美育等方面的教育。对诸多弊端，中共中央国务院在《中国教育改革和发展纲要》中明确指出："中小学要由应试教育转向全面提高国民素质的轨道，面向全体学生，全面提高学生的思想道德文化科学，劳动技能和身体心理素质，促进学生生动活泼的发展，办自各自特色"。

3、素质教育这一教育方式应运而生。

"素质教育"这个次越来越广泛应用，与此同时，要求对统治教育上干年的所谓"应试教育"进行改革的呼声也越来越高，那么什么是素质教育？又这样把应试教育向素质教育改革呢？

所谓素质教育，既培养一个人的中和素质，使学生学习的知识技能与社会生活紧密结合，让学生步入社会不会有一种贪图和盲从感，这样培养出的人才才能既有广泛的知识又有各方面的技能和创造力，这才是我们社会真正需要的复合型人才。

由于传统的应试教育思想在人们的头脑中已经根深蒂固，形成了一整套应试机制和模式。因此，要实现由应试教育向素质教育转轨，必须打破已有应试教育机制，建立起强有力的素质教育运行机制，以素质教育取代应试教育。实施素质教育是当前世界各国教育改革的总趋势，也是我国深化改革的核心问题，只有实施素质教育才能从根本上革除传统教育的弊端，达到教育的根本目的提高全民族的素质。

摘要：当今社会在古代文学中强化人文素质教育与培养，具有特别重要的现实意义，使古典的精华力量在现代社会依然熠熠生辉，这样才有利于学生人文能力、人文精神的全面发展与提升，具备良好的心智水平，更好地适应未来的职业与社会。

关键词：人文素质;古代文学;教育与培养

一、完善课程体系

依据人文素质教育理念，在原有课程体系基础上修改和完善，无需另建一套课程体系，而是使新增设的人文素质教育课程与原有的课程相互照应，融于同一个大的课程体系中，形成一个有机的课程整体，使课程结构更合理、更科学。具体如下：一是在通识课程中增设最基本的人文素质教育必修课程，如人文素质教育通论、现代社交礼仪、美学与美育、中国通史、古典名著导读与鉴赏、实用书法书写与欣赏、世界名曲欣赏等，并给予相应的学分。二是结合学科课程渗透人文素质教育。如古代文学教师可以结合专业必修课、专业选修课、公共选修课等在教学中对文学院以及全学院学生进行人文素质教育。三是根据专业特点开设与其相对应的人文素质教育课程。可以在专业必修课中增设相应的专业人文素质教育课程，并给予相应的学分，如开设哲学史、戏剧史、教育史等。

二、调整教学内容

这是强化大学生素质教育与培养的关键。文学是民族文化的魂魄，中国古代文学披露的是华夏民族的精气神、炎黄子孙的奋斗史、华夏江山的正气歌，其中蕴含着深厚的人文精神财富。古代文学教学内容要彰显人文素质的精华。既要固守文化传承，使古代文学的精华得以继承和发扬，培养深厚的人文底蕴，还要强化古代文学中的创新精神和创新意识，古代文人提出众多创新思想：“守旧无功”“质疑问难”“濯去旧见以来新意”“不泥古”等。古代文学中的创新精神和创新意识，成为培养创新人才精神上的根基和文化价值取向，古代文学把创新作为新型人文人才的培养目标，使学生树立创新意识，与时俱进。更要关注情商教育，培养现代人文精神。提升思想境界，发展健康个性，塑造健全人格，使之成为学生面对社会压力、人生挫折的动力源泉。

三、建设师资队伍

教师是学生人文素质教育的主导，师者深厚的人文素质储备，是教师队伍建设的关键。师者应具有广博而深厚的文化底蕴，融文学、史学、哲学、艺术、审美、天文、地理等各领域为一炉，以敏锐深邃的时代感受，形成对生命、对生活、对社会的独特体悟。教师的人文素养，便是教之内功、师之根本。师资队伍建设，要注意师资来源，应尽量从本校现有的授课教师中挑选，个别的可外聘;师资培训，可采取校内、校外两种方式。从事必修课和专业课讲授的教师可参加校外举办的高级培训班或培训中心的学习。一般的授课教师要参加校内普通培训班的学习，以了解人文教育的指导思想、基本内容、基本方法等知识，提高全体教师的人文素养和教育水平。

四、营造文化氛围

重视社会实践环节，拓展人文素质教育的培养空间。校园环境的文化氛围，对学生人文素质教育与培养具有强大的潜移默化的作用。开展多元文化活动，使学生的人格得到塑造，个性得到发展，精神得到升华。如请专家学者作系列人文讲座或学术报告，引导学生提高人文素养;以校报、校园网和广播站为载体，开设人文教育专栏，拓展校园文化活动空间;建立人文社团，如新闻、文学、楹联、艺术等协会或社团;开展健康向上、格调高雅、内容丰富的校园文化生活，包括开展古典名著读书报告会、经典诵读和演讲比赛等活动。老师还应充分利用现有的空间来营造浓厚的人文氛围，使学生从中学习知识、开阔视野、美化心灵、娱乐身心，是培养学生人文底蕴、塑造学生人文情怀的有效途径。

五、结语

总之，当今社会在古代文学中强化人文素质教育与培养，具有特别重要的`现实意义，使古典的精华力量在现代社会依然熠熠生辉，这样才有利于学生人文能力、人文精神的全面发展与提升，具备良好的心智水平，更好地适应未来的职业与社会。

参考文献

1、论中国古代的文体学传统——兼论古代文学文体研究的对象与方法钱志熙北京大学学报(哲学社会科学版)2004-09-2069

2、文学传播学的创建与中国古代文学传播研究曹萌沈阳师范大学学报(社会科学版)2004-09-3048

一、教育理念与现实情况结合

在以前旧式的教育下，学生勤奋的学习只是为了应付考试，给家长和老师一个交代，然而数学比较实用，体现智力价值的内容，却在教科书没有学到。应试教育的弊端逐一体现出来，表明当前我国数学教育体系的情况严重落后，拖慢社会的发展，必须重视新课改和新的教学理念。从“新课标下高中数学的改革”看来，我们要从死板的教科书中走出来，开拓学生的视野，运用新的理念来改变旧式的数学教育体系。从数学哲学方面讲，数学史最含有生命力和统摄力的教学体系，是否学好数学，不是从数学成绩分数的高低来判断，最重要的是要以他如何看待数学，如何去学好数学，能否充分了解数学，熟练运用数学观念和方法分析日常生活现象，去解决问题。

在现实中，不同的人具有不同的数学观念，不同观念会导致人们不同行为和工作。一个学生如果对数学产生艰深难懂、枯燥乏味、很难学好的思想，必然会导致逃避数学，逃避数学老师，不去接触数学读物自行封闭行为。一个教师如果认为数学只是公式、法则、考试，那么他的课堂教学就是填鸭式的。但实践教学能让学习回归生活，注入新鲜的血液。体现在：1.让人们知道学习数学是未来社会发展的需求，对其制定和安排教学目标。2.制定符合现阶段学生适应的大众化和生活化的教学内容。3.让学生在生活和活动中，找到学习数学的兴趣，丰富其教学内容。

二、课堂教育方法的改变

课堂作为课改的主要阵地，是新课改是否有成效的直接体现。课堂教育的改变要从体现出来的问题入手，让课堂的学习氛围活跃起来，让教学变得趣味些，不再一味的枯燥，提高学生的学习激情和积极性，让学生学会自主学习，提高学习的效率。在教学上，教师不是讲完一个课时就觉得万事大吉了，但也不是讲得越多越好，要以学生接受能力为前提，要有质量的保证，要让学生明白教师只是讲了主要教学重点，其余要让学生自主学会学习，不懂再去问教师，切实提高课堂讲课的效率性。教师要学会“精讲”，把主要教学内容讲清楚，如重点、关键性的问题等。

在上课时的要求：(1)内容要简洁。扣住主题要求，突显重点、关键问题、难点;(2)方式得当。既要能体现出教学目标，又能复合学生的实际情况;(3)言语简洁明了。趣味生动，其提示作用，不要一味的死板，引起学生兴趣和思考。“多练”，是指在教师的指导下，学生能反复的练习，用口、动手、动脑充分运用课堂知识去解决问题，在练习的过程中，教师要起监督和指导作用，练习的内容要得当，要有一定的难度和深度，不要机械重复去练习，要有分寸。通过练习，让学生稳定熟练的掌握所学知识，培养其全面能力，形成技能、技巧。

学生学会思考，去质疑问题，思维的驱动在于质疑，能成为学生的动力，能激发学生的求知欲，让学生变得活跃起来。而以前的旧式教学是以事先确定好的老师问学生答的模式，使得课堂气氛僵硬，学生的问答完全按照教师的套路，根本没什么价值所在，又不能有效的省时,这值得我们去反省。在新的教学中，要让学生自主的去探讨，在自己思考问题过程中，才能发现问题，反之，没有经过自己大脑思考，是不会产生深刻问题的。教师的提问有利于养成自主思考问题的好习惯，提高学生学习效率的一条捷径，那些具有提问思考能力的学生是学到了一项学习能力，因此，我们要激发学生质疑的意识，让他们敢于提问和思考。

比如，①让教师去引导，提出问题让学生找到问题的关键点去解决，在此过程发现问题，进而去思考和解决问题。②教师要提倡学生主动预习，在预习中发现问题，从学习的重点、关键点发现问题，学会从书上的例题中找到解决的方法。③新旧知识的联系。数学知识点都是前后联系的，有许多新的知识是在旧的知识基础上拓展开来的，只要认真思考就能产生许多问题，所以复习旧的知识，也是学习新知识的必要手段。

三、结束语

总之，高中数学课程改革是现代社会发展必然需求，这关系到社会对培养人才的要求。教育改革是一个漫长且艰辛的过程，这就要求教师们要以积极的心态投入进去，要正面看待课堂教学，正确认识教学理念，必须身体力行，努力做一个优秀的教师，培养出社会需要的全面人才。

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+++++++++++++++人家问的是英文论文啊！！！UNIX 发展史分析After over thirty years of use, the UNIX computer operating system from Bell Labs is still regarded as one of the most powerful and flexible operating systems in the computer world. Its popularity is due to many things. One of which was the ability to run a wide variety of machines, from single user workstations to supercomputers. Also UNIX’s portability led to its adoption by many manufacturers. The system also made a distinctive approach to software design by solving a problem with interconnecting simpler tools, instead of creating large application development and evolution led to a new philosophy of computing. Computer systems didn't talk to each other in the early days of computing. Even the various computes made by the same company often needed interpreters. And forget about interoperability of systems by different vendors. Most operating systems very often performed only limited tasks, and only on the machines for which they were written. If a business upgraded to a bigger, more powerful computer, the old operating system usually wouldn't work on the new computer, and often the company's data had to be entered again into the new try to develop a convenient, interactive and useable computer system that could support many users. A group of computer scientists from Bell Labs and GE in 1965 joined the effort underway at MIT on what was called the Multics (Multiplexed Information and Computing Service) mainframe timesharing system. This project was a failure because the group effort initially failed to produce an economically useful system. Bell Labs withdrew from the effort in 1969. Four people Ken Thompson, Dennis Ritchie, Doug McIlroy, and J. F. Ossanna at the Bell Labs Computing Science Research Center continued to work on the project and eventually created the UNIX operating first version of UNIX was written in assembler language, but Thompson's intention was that it would be written in a high-level language. Thompson first tried in 1971 to use FORTRAN but gave up after the first day. Then he wrote a very simple language he called B it worked but there were some problems. Because the implementation was interpreted it was always going to be slow. Ritchie added types to B, which for a while was called NB for "New B," and then he started to write a compiler for it. The first phase of C was really these two phases B and NB. The second phase was rewriting UNIX in started in the summer of 1972 but had two problems. Figuring out how to run the basic co-routines of how to switch control from one process to another. The second was the difficulty in getting the proper data structure, since the original version of C did not have structures. The combination of these things made Thompson give up over the summer. Over the rest of the year Ritchie added structures and over the next summer they made the concerted effort and did redo the whole operating system in C.剩余部分在一共3页，可以删剪

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==================论文写作方法===========================

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【英文篇名】 Switch Router Operating System Based on a General Operating System 【下载频次】 ☆ 【作者】潘登; 徐佩霞; 【英文作者】 PAN Deng; XU Pei xia （Department of Electronic Engineering and Information Science; University of Science and Technology of China; Hefei; 230027; China）; 【作者单位】中国科学技术大学电子工程与信息科学系; 230027; 【文献出处】数据采集与处理 , Journal of Data Acquisition & Processing, 编辑部邮箱 2003年 04期期刊荣誉：中文核心期刊要目总览 ASPT来源刊 CJFD收录刊【中文关键词】交换式路由器; 通用操作系统; 路由器操作系统; 【英文关键词】 switch router; general operating system; router operating system; 【摘要】提出了一种将通用操作系统及其上层路由软件移植到交换式路由器平台上的方案。此方案可以向上屏蔽交换式路由器与传统的路由器体系结构上的区别 ,从而把通用操作系统及其上层路由软件移植到交换式路由器的平台上 ;同时兼顾数据通信和管理维护方面的需求 ,为上层路由软件提供了与传统路由器相同的接口 ,从而使基于通用操作系统的路由软件可以在不损失可升级性的条件下快速移植到交换式路由器上。实际应用证实了该方案具有良好的灵活性和兼容性【英文摘要】 A new solution to port general operating systems and their routing software to switch router is presented. The solution shields the architecture difference between traditional router and switch router to application level software, thus it may support general operating system and their routing software on switch router platform. The solution is also considered as requirements of both data communication and control functions. And same ways of the access and control of the router are provied as traditional ro... 【基金】国家 8 63计划 ( 863 -3 1 7-0 1 -99)资助项目【DOI】 CNKI:SUN: 【分类号】【正文快照】引言路由器最重要的工作是根据 IP包头和路由、过滤规则转发 IP包。其他功能还包括路由表的维护与路由器系统的维护。实际上路由器可以看成是一种针对 IP网络路由需求而设计的专用计算机。随着因特网所承载的业务的演进 ,因特网对于路由器性能的要求也日渐提高。在交换式路看看这一篇文章编号: 100429037 (2003) 0420450205一种基于通用操作系统的交换式路由器操作系统实现潘登, 徐佩霞(中国科学技术大学电子工程与信息科学系, 合肥, 230027)摘要: 提出了一种将通用操作系统及其上层路由软件移植到交换式路由器平台上的方案。此方案可以向上屏蔽交换式路由器与传统的路由器体系结构上的区别, 从而把通用操作系统及其上层路由软件移植到交换式路由器的平台上; 同时兼顾数据通信和管理维护方面的需求, 为上层路由软件提供了与传统路由器相同的接口, 从而使基于通用操作系统的路由软件可以在不损失可升级性的条件下快速移植到交换式路由器上。实际应用证实了该方案具有良好的灵活性和兼容性。关键词: 交换式路由器; 通用操作系统; 路由器操作系统中图分类号: TN 915105; TP393 文献标识码:A 基金项目: 国家863 计划(8632317201299) 资助项目收稿日期: 2003203229; 修订日期: 2003206215Switch Router Operating System Based ona General Operating SystemPA N D eng , X U P ei2x ia(Department of Elect ronic Engineering and Info rmat ion Science,U niversity of Science and Techno logy of Ch ina, Hefei, 230027,Ch ina)Abstract: A new so lu t ion to po rt general operat ing system s and their rou t ing sof tw are tosw itch rou ter is p resen ted. The so lu t ion sh ields the arch itectu re difference betw een t radit ionalrou ter and sw itch rou ter to app licat ion level sof tw are, thu s it may suppo rt general operat ingsystem and their rou t ing sof tw are on sw itch rou ter p latfo rm. The so lu t ion is also con sidered asrequ iremen t s of bo th data commun icat ion and con t ro l funct ion s. A nd same w ays of the accessand con t ro l of the rou ter are p rovied as t radit ional rou ter, so rou t ing sof tw are of the generaloperat ing system may be po rted to sw itch rou ter p latfo rm rap idly w ith the upgradeab lef lex ib ility. P ract ical design app roves that the so lu t ion has a good compat ib ility and f lex ib words: sw itch rou ter; general operat ing system; rou ter operat ing system引言路由器最重要的工作是根据IP 包头和路由、过滤规则转发IP 包。其他功能还包括路由表的维护与路由器系统的维护。实际上路由器可以看成是一种针对IP 网络路由需求而设计的专用计算机。随着因特网所承载的业务的演进, 因特网对于路由器性能的要求也日渐提高。在交换式路由器中, 包转发等绝大多数处理已经转移到以端口为中心的硬件中完成, 只有路由规则的生成与维护、网络管理和系统维护等比较复杂的工作仍由软件部分完成。实用中路由器所采用的操作系统可分为三大类: (1) 以Cisco 的IO S 为代表的专用操作系统, 常见于网络骨干节点; (2) 以V xWo rk s 为代表的嵌入式系统, 常见于小型办公ö家用接入设备上; (3)采用通用操作系统的则在骨干节点和用户接入设备上都有这类设备。例如Jun iper 的路由产品就采用L inux 作为操作系统。通用操作系统上的各种路由、网管软件的开发已经有相当长时间, 其功能、性能、稳定性和升级灵活性都很优秀, 但这些软件仍第18卷第4期2003 年12 月数据采集与处理Journal of Data A cquisit ion & P rocessingVo l. 18 No. 4Dec. 2003然是针对传统路由器体系结构开发的, 无法直接应用于新的路由器体系结构。本文提出在通用操作系统的驱动栈中插入一个中间层, 这样对系统内核及和运行在其上的路由、网管等上层软件屏蔽了下层硬件的特殊性, 从而把上层软件和高速硬件平台结合起来。该方案已经应用于高速边缘路由器中, 并表现出了良好的实用性和可扩展性。1 交换式路由器与传统路由器在体系结构上的差别路由器工作在网络的第三层, 其处理工作主要涵盖七层模型中的下三层, 包括: 物理接口处理、数据链路层处理、网络层的路由查找、转发以及队列管理等[1 ]。在传统的路由器体系结构中, 硬件部分只实现物理层的处理, 其余工作需要消耗系统计算资源完成: 包括CPU 周期、内存容量和总线带宽等, 因此性能也受限于这些资源。而在交换式路由器中, 路由处理机仅处理系统维护、路由表维护等少量工作, 数据流的处理都由相对独立的硬件完成, 不再受限于系统计算资源, 因此其性能远优于传统路由器[2 ]。如图1 所示。(a) 传统路由器体系结构(b) 交换式路由器体系结构图1 路由器的逻辑结构传统路由器和交换式路由器在体系结构方面有明显的区别: 在传统路由器中, 所有的物理接口直接挂接在总线上, 内核可以通过总线直接访问这些接口; 而在交换式路由器中, 只有控制卡是直接挂接在总线上的, 内核必须通过控制卡间接访问各个接口。这导致操作系统内核中代表网络接口的驱动对象的区别: 在传统路由器中, 内核存在若干网络设备驱动对象实例, 每个实例通过总线直接维护一个端口, 为内核及其上面的上层软件提供基本操作支持。而在交换式路由器中, 普通的网络设备驱动对象无法直接维护端口, 也无法支持系统内核和上层软件操作。因此, 交换式路由器体系结构的特殊性使得通用操作系统和上层软件无法直接应用。针对这个问题有两种解决办法: (1) 大量修改内核和各种相关软件的源代码以适应新的体系结构。这种做法存在开发工作量大、周期长、局限性强的缺点, 丧失了使用通用操作系统的灵活性; (2) 在驱动栈中增加一个中间层, 支持普通网络驱动对象所能支持的一切操作, 这样系统内核和上层软件基本上不必修改就可以运行在交换式路由器上。这就是本文所提出的中间层方案。这种方案克服了第一种方法的复杂性, 在保持灵活性的基础上, 可以快速地把通用操作系统及上层软件移植到交换式路由器的硬件平台上。2 中间层设计中间层功能包括数据通信和控制两个方面。从数据通信方面考虑, 每个端口的功能都等效于传统路由器中的一个网络接口, 所以每个物理端口在内核中都应有对应的网络驱动实例。这样才能支持各种上层软件运行, 满足数据通信功能的需要。从控制功能方面考虑, 对上要把每一种可能的逻辑操作映射成硬件操作; 对下要能够和多个设备通信。上层应用包括系统维护、路由软件、网管软件; 下层设备包括处理引擎和端口。控制功能的具体实现和硬件平台有关。考虑到多种应用可能同时操作一个硬件设备, 一种应用也可能同时操作多个设备, 在实现时必须考虑到对于多并发操作的支持。基于上述考虑, 中间层由控制卡驱动模块和若干网络驱动实例组成。在图2 (a, b) 中分别给出了传统路由器的结构与驱动方式以及本文所提出的中间层所处的位置与驱动方式。第4 期潘登, 等: 一种基于通用操作系统的交换式路由器操作系统实现451图2 中间层的位置与驱动方式控制卡驱动模块作为中间层的核心, 维护控制卡上所有的端口、内存映射、中断和循环缓冲队列资源。它实现了数据通道和控制通道。对下直接驱动控制卡、与各个端口、处理引擎通信; 对上, 一方面通过内核调用陷阱方式提供控制通道接口; 另一方面向虚拟网络驱动实例提供数据通道接口。虚拟网络驱动实例在操作系统内核为各个物理端口实现网络驱动实例。它们工作在控制卡驱动模块的基础上, 并不直接控制硬件, 故称为虚拟网络驱动实例。虚拟网络驱动实例封装控制卡驱动模块提供的数据传输功能, 并为内核和上层软件提供与普通网络驱动实例相同的调用接口。下面分别给出数据通道和控制通道的实现方案。211 数据通道的功能与实现虚拟网络驱动实例和物理端口是一一对应的。内核数据收发的功能包括3 个方面:(1) 发往某虚拟网络驱动实例的数据包应该由其对应端口输出;(2) 这个端口所收到的包也通过该虚拟网络驱动实例向系统内核提交;(3) 中间层也可以对虚拟网络驱动实例进行流控操作, 以避免因拥塞导致数据丢失。注意到图2 (b) 中的交换结构以定长信元交换数据, 其格式如图3 所示, 其中信元头占4 字节, 包括处理引擎号和端口号域。对于收ö发信元, 处理引擎号和端口号分别为该信元的源端口的和目的端口的对应值。根据图2 (b) 所示的系统结构可知: 由处理引擎号和端口号可以确定端口的物理位置。控制卡驱动模块在其内部的驱动信息数组中维护虚拟网络驱动实例和端口之间的对应关系。图3 数据信元结构发送数据时, 虚拟网络驱动实例从内核网络部分获取待发送的数据, 偕同指向该实例自己的指针一起提交给控制卡驱动模块。一方面, 控制卡驱动模块通过这个指针可以对虚拟网络驱动实例进行流控设置; 另一方面, 控制卡驱动模块根据虚拟网络驱动实例指针查驱动信息表得到目标端口物理位置信息, 包括处理引擎号和端口号。端口物理位置信息将被填充到所有用来承载待发送数据包的信元头中。控制卡驱动模块通过控制卡把信元送到交换结构, 而交换结构和处理引擎分别根据处理引擎号和端口号将信元转发到到目标端口。最后端口从接收到的信元中恢复出原始数据发出。接收数据时, 端口也会将数据拆分到若干信元中逐级上传。考虑到交换结构的循环优先机制, 一个数据包上传的过程可能被来自其他端口的数据抢断。所以控制卡驱动模块对于接收到的信元按源端口位置信息(包括处理引擎号和端口号) 保存到不同的缓冲区中。当接收到该数据包相关的全部信元, 控制驱动模块即可重组该数据, 并根据源端口位置信息查驱动信息表以得到指向该端口对应虚拟网络驱动实例的指针, 进而激活该虚拟网络驱动实例接收数据。虚拟网络驱动实例从控制卡驱动模块中获取数据后, 按照网络驱动的常规方式调用net if- rx 接口向内核提交数据。数据收发实现结构如图4 所示。值得注意的是, 在交换式路由器中, 处理引擎通过交换结构交换的是IP 包; 而通用操作系统中452 数据采集与处理第18 卷图4 数据收发实现结构网络驱动通常处理链路层的帧。即控制卡驱动模块数据通道对上对下的数据格式是不同的。因此, 在发送数据时控制卡驱动模块需要从得到的链路帧中提取IP 包再转发到端口; 而接收数据时则对来自端口的IP 包进行链路帧封装再向上提交。以以太网为例, 需要恢复的包括源和目标站的物理地址、载荷类型和帧校验[3 ]。对于承载IP 包的以太帧, 显然其目标站物理地址和载荷类型[4 ]都是已知的。实现时采用的操作系统是L inux, 通过在虚拟网络驱动源代码中进行设置可以使内核不进行帧校验[5 ]。所以只有源站物理地址未知。如果要求硬件给出真实的源站物理地址, 则增加了硬件的复杂度; 而若在控制卡驱动模块中伪造源物理地址, 则可能导致内核的ARP 管理混乱。为简化硬件设计, 实现时采用了在控制卡驱动模块中伪造源物理地址的办法, 同时修改虚拟网络驱动源代码, 重载帧头处理函数[6 ]。这样内核ARP 表就不受伪造地址的影响, 其获取和刷新通过查询端口ARP 记录实现。212 控制通道的功能与实现控制功能的通信也是基于信元的, 其操作包括维护管理和表同步两类。维护管理主要是进行各种查询, 通常通过若干次双向通信完成。每次通信有效载荷都只有几个字节, 由一个信元即可承载。而表同步则是将上层软件维护的表复制到相关硬件中, 包括ARP 表、路由和分类表等。表同步操作涉及大量数据传输, 需要由多个信元承载。控制功能都是针对设备进行的, 所以在控制ö反馈信元中也必须包括目标设备的物理位置信息。在实际运行期间, 所有的上层应用和设备之间的控制通信复用控制通道, 其特点为:(1) 不同的应用可能同时访问同一设备;(2) 一个应用也可能同时访问多个设备;(3) 同一应用对于同一个设备的操作一般都是顺序的。为支持这种复用操作, 所有承载控制信息和反馈信息的头部除包括目标硬件的物理位置和操作指令外, 还包括命令类型、应用类型信息。控制ö反馈用信元结构如图5 所示。图5 控制ö反馈信元结构图5 中: 处理引擎号和端口号, 确定设备的物理位置; 收ö发信元分别为该信元的源端口的和目的端口的对应值; 命令码在设备和应用之间定义。每种可能的操作分配一个代码; 应用码在控制卡驱动模块和上层应用之间预定义。每种可能的应用分配一个代码。这些应用包含网管、路由维护、硬件维护和ARP 信息获取等。上层应用通过内核调用陷井( IOCTL ) 发起控制通道操作, 同时给出目标设备物理位置、命令类型代码和应用类型代码。控制卡驱动模块把这些信息填充到控制信元中再将其发往设备。设备把这些代码直接复制到反馈信元中, 再在后面追加上反馈信息。控制卡驱动模块为每一种应用分配一个循环缓冲区, 把收到的反馈根据应用类型排入相应队列中。上层应用从其所对应的循环缓冲区中读取反馈信元, 然后根据信元中的物理位置信息、命令码就可以确定该反馈对应的原始命令, 从而对反馈数据进行适当处理。这样就实现了各种控制功能对控制通道的复用。如图6 所示。第4 期潘登, 等: 一种基于通用操作系统的交换式路由器操作系统实现453图6 控制通信实现结构3 结论鉴于传统路由器体系结构和交换式路由器体系结构的区别, 通用操作系统及在其上开发的路由软件无法直接应用于交换式路由器。本文提出的中间层方案可以有效地解决这个问题。该方案全面考虑了数据通信和管理维护方面的需求, 为上层提供了与原有模型基本相同的接口, 并使得路由软件在不损失其灵活性和可升级性的条件下直接应用于交换式路由器中。虽然该方案只是在特定的平台和特定的操作系统上得到了实现, 但是不难看出, 这种思路对操作系统并没有特殊的依赖性, 完全可以移植到其他通用操作系统上。本文提出的方案已经在国家863 项目实用化综合接入系统的高速边缘路由器的研制中取得了良好的实际效果。本文为国产高性能路由器的软件开发提出了一种高效快捷的解决方案, 该方案具有良好的应用前景。参考文献:[1 ] Kuro se J F, Ro ss KW. Computer netwo rk ing: a top2dow n app roach featuring the internet [M ]. A ddisonW esley Longman′s P ress, 2001. 332～ 341.[ 2 ] 梁阿磊, 等. 路由器体系结构及其发展[J ]. 小型微型计算机系统, 2001, 8: 943～ 945.[3 ] M edia access cont ro l frame st ructure [S ]. IEEE Std80213, 1998. 36～ 40.[ 4 ] Charles Ho rnig. RFC 894: a standard fo r the t rans2m ission of IP datagram s over Ethernet netwo rk s[S ].198411～ 2.[5 ] Bovet D P. U nderstanding L inux kernel[M ]. O reil2ley P ress, 2002. 683～ 685[ 6 ] Rubini A. L inux device drivers. 2nd edit ion [M ].O r2eilley P ress, 2001. 455～ 458作者简介: 潘登(19772) , 男, 博士研究生, 研究方向: 网络体系结构、网络安全, E2mail: pandeng@mail. ustc. edu. cn;徐佩霞(19412) , 女, 教授, 博士生导师, 研究方向: 音频视频编码、非线性处理、下一代网络。454 数据采集与处理第18 卷