网络工程课程设计中学校园网的设计.doc

网络工程课程设计报告题目：*实验中学校园网络系统设计专 业： 网络工程 班 级 设计时间： 2012年7月13日学 号： 学生姓名： 指导教师： 计算机科学与信息学院2012年 7 月 13目录目录I第一章 需求分析11.1 建设目标11.2 建设原则11.3 功能需求11.4 性能需求21.5 服务管理需求21.6 安全需求21.7 组网技术分析2第二章 逻辑设计22.1网络拓扑规划22.1.1 物理分布图22.1.2 网络拓扑32.2 IP规划和命名模型设计42.2.1 网络地址分配42.2.2 命名设计52.3 交换和路由协议设计规划62.3.1 交换协议的选择62.3.2 路由协议选择62.4 安全策略设计72.5 管理策略设计82.5.1 配置管理82.5.2 认证管理82.5.3 计费管理82.6 应用服务设计92.6.1 Web服务92.6.2 教务管理系统92.6.3 图书管理系统92.6.3 远程访问10第三章 物理设计103.1 网络设备选型103.3 服务器选型113.4 安全设备选型12第四章 综合布线设计134.1 综合布线施工134.1.1 参照标准134.1.2 施工要求144.2 综合布线预算154.3 综合布线测试174.3.1 验证测试184.3.2 认证测试20第五章 验收测试205.1工程验收准备205.2工程验收检查205.3工程竣工验收215.4 验收标准22第六章 设计过程及心得22第一章 需求分析1.1 建设目标设计一个完整的校园网络，校园网建成以后能满足学校实现现代化教学和管理的需要，提高教学水平，通过计算机信息管理提高学校日常管理的效率，通过计算机系统加强学校与学校之间的资源共享。 1.2 建设原则先进性，先进的设计思想、网络结构、开发工具，具有市场覆盖率高、标准化和技术成熟的软硬件产品；实用性，建网时应考虑利用和保护现有的资源、充分发挥设备效益；扩展性，综合布线采用模块化设计，布线系统中除固定于建筑物内的水平线缆外，其余所有的接插件都是积木标准件，易于扩充及重新配置，因此当用户因发展而需要增加配线时，不会因此而影响到整体布线系统，可以保证用户先前在布线方面的投资；可靠性，具有容错功能，管理、维护方便。对网络的设计、选型、安装、调试等各环节进行统一规划和分析，确保系统运行可靠；经济型，投资合理，有良好的性价比。1.3 功能需求校园网应实现以下功能：（1）Internet接入，学校各职能部门接入（教务处、政教处、后勤处、各教研室、计算机实验室等的接入）,教师宿舍接入（视具体情况），学生宿舍的接入（视具体情况）。教师宿舍和学生宿舍实施收费。（2）Internet服务，学校建立web服务器，提供对外信息发布和学校基本情况的介绍等。（3）办公系统：学校的财务、教务、教学、图书阅览等办公系统，提供远程办公接入。（4）网络服务：提供校内外、地址解析服务，地址分配服务，安全保护服务，网络管理与运维服务等。1.4 性能需求独立的网络环境要求；网络具有足够的扩展能力；高度的网络环境要求；应具有一定的安全机制，防止滥用。1.5 服务管理需求 根据校园网络设计，宿舍楼，教学楼，综合楼，需纳入校园网络中。要设置一间网络管理中心来管理，对网络能跟方便地进行统一管理和控制。 1.6 安全需求 安全是一个多方位的问题，主要包括信息安全、安全管理和网络系统安全。根据需要结合网络、应用、资源管理等统一考虑，综合利用防火墙等措施。 1.7 组网技术分析 随着校园网用户数目与新的应用需求不断增加，特别是网上多媒体及远程教育应用的展开，对校园主干网宽带提出了更高的需求。因此希望新的校园网主干采用具有第三层交换功能的千兆以太网，以满足广大用户的各种需求；新的主干建设应能保护校园网的已有投资；满足远程教育的需求；支持虚拟网络（VLAN）；网管软件应具备对接入层交换设备进行远程可操作的能力。第二章 逻辑设计 2.1网络拓扑规划 2.1.1 物理分布图如图2.1所示，文惠实验中学拥有综合楼一栋，教学楼一栋，教师宿舍一栋，学生宿舍两栋。其中综合楼内部设图书阅览室、教务处、财政处，教学楼内设计算机教室、实验室。网络管理中心定在综合楼，需连通这些建筑，接入Internet。图2.1 *实验中学主要建筑平面图 2.1.2 网络拓扑 现代的校园网建设要实现内部全方位的数据共享，应用三层交换，提供全面的Qos保障服务，使网络安全可靠。本方案网络分为三个层次，核心层、汇聚层、接入层。为了保证数据的安全性，采用双DMZ结构。以千兆主干，学校规模较小，可采用多模光纤和双绞线进行干线的布置，百兆到桌面，享受高速度的带宽。由于学校较小，没有必要购买特定的DNS和DHCP服务器，所以我们采用DHCP中继完成，校园网网络拓扑结构，如图2.2所示。图2.2 *实验中学网络拓扑图 2.2 IP规划和命名模型设计 2.2.1 网络地址分配 IP地址的合理规划是校园网设计中的重要一环，大型计算机网络必须对IP 地址进行统一的规划并得到实施。IP地址规划的好坏，影响到网络路由协议算法的效率，影响到网络的性能，影响到网络的扩展，影响到网络的管理，也必将直接影响到网络应用的进一步发展。IP地址规划根据所分配的公网IP地址和内部私网IP地址分配。校园网的普通用户，使用内部地址192.168.*.*，不能和互联网直接发生联系，不能避开计费系统；申请的公网IP地址为55.16.06.*/24，用于接入互联网。由于校园网的用户流动性大、用户人数多、用户增长快，采用动态分配IP地址。VLAN的划分同时也是非常重要的部分，很好地利用VLAN技术的功能，能起到事半功倍的效果。在校园网内部划分虚拟局域网，实现逻辑隔离。为了便于配置和管理，采用按校园网的应用方式划分虚拟局域网，并给每一个虚拟网络指定一个子网号。表2-1 VALN划分地址图部门vlan号网络地址子网掩码网关宿舍区（教师宿舍）Vlan2/24宿舍区（学生宿舍）Vlan3/24综合楼（办公室）Vlan4/24.综合楼（财务处）Vlan5/24综合楼（教务处）Vlan6/24综合楼（图书室）Vlan7/24教学楼（计算机教室、实验室、多媒体教室）Vlan8/24 2.2.2 命名设计便于网络管理员进行高效地管理网络，给设备端口进行编号，以便出故障时，能及时地查到故障点所处的位置。表2-2主要设备命名设备名字路由器Router A汇聚层交换机Switch A接入宿舍区的交换机Switch B接入综合楼的交换机Switch C接入教学楼的交换机Switch D2.3 交换和路由协议设计规划2.3.1 交换协议的选择高层交换技术的引入不但提高了园区网数据交换的效率，更大大增强了园区网数据交换服务质量，满足了不同类型网络应用程序的需求。VLAN技术将广播域限制在单个VLAN内部，减小了各VLAN间主机的广播通信对其他VLAN的影响。在VLAN间进行通信时，可以利用VLAN间路由技术实现，当网管人员需要管理的交换机数量纵多时，可以使用VLAN中继协议（Vlan Trunking Protocol，VTP）简化管理，它只需在单独一台交换机上定义所有VLAN。然后通过VTP协议将VLAN定义传播到本管理域中的所有交换机上。这样，大大减轻了网络管理人员的工作负担和工作强度。 2.3.2 路由协议选择RIP（Routing Information Protocols，路由信息协议）是应用较早、使用较普遍的内部网关协议，适用于小型同类网络，是典型的距离矢量（distance-vector）协议。RIP协议以跳数作为衡量路径开销的，RIP协议里规定最大跳数为15。RIP在构造路由表时会使用到3种计时器：更新计时器、无效计时器、刷新计时器。它让每台路由器周期性地向每个相邻的邻居发送完整的路由表。路由表包括每个网络或子网的信息，以及与之相关的度量值。这里采用RIP2. 配置路由器A端口地址RouterA# config tRouterA(config)#interface FastEthernet 0/0 RouterA(config-if)#ip address RouterA(config-if)#no shutdown RouterA(config-if)#exit RouterA(config)# RouterA(config)#interface serial 0 RouterA(config-if)#ip address 55.16.06.1 RouterA(config-if)#no shutdown RouterA(config-if)#exit 配置路由器RouterA。RouterA(config)#ip routingRouterA(config)#router rip (进入RIP协议配置子模式)RouterA(config-router)#network （声明网络/24）RouterA(config-router)#network 55.16.06.0 RouterA(config-router)#version 2RouterA(config-router)#exit 2.4 安全策略设计由于校园网用户的流动性大，信息点存在随意接入使用的问题，学生及外来不明身份的用户在校园网中找到任一信息点，就可以进入校园网，可以肆意干扰和破坏校园网网络平台及应用系统的正常运行。另外还需考虑外网及内网不同应用系统之间的安全访问控制。为了发生安全事件后，能够有效快捷地处理事故，采用上网审计手段是十分有效的。VLAN的设计为局域网内部提供了最大的安全性。各VLAN网段的主机被限定在本网络内部可以自由访问，跨虚拟网段的访问必须经过交换机，符合访问规则集的数据包才会被转发。使用公共子网隔离内部网络和外部网络，将公共Web服务器放在公共子网，在内部与外部网络之间提供防火墙。远程用户访问校园网内部资源均使用支持VPN技术的网关，创建安全的专用网连接。允许内部用户通过代理主机访问Internet，降低了内部主机的可跟踪性。防火墙可有效保护网络免遭未经授权访问和其他来自Internet的外部威胁和侵袭。 2.5 管理策略设计 2.5.1 配置管理本校园网的配置管理主要实现路由器的配置管理、防火墙的配置管理主机的配置管理。路由器配置管理具体包括获取路由器的常规配置参数，获取路由表信息、地址表信息、地址转发表信息、接口表信息以及接口状态表信息等。防火墙配置管理具体包括访问控制列表的制定，不同区域安全级别的规定以及接口状态信息等。 2.5.2 认证管理 在没有完成认证以前，交换机的端口是关闭状态的，用户不能享用任何网络资源，用户的认证信息到达接入交换机后，交换机向认证服务器发出验证信息，认证服务器判断用户是否合法，如果合法则发出认证通过的信息给交换机，交换机的端口就出于打开状态，用户可以访问网络资源，如果用户信息没有通过验证，认证服务器向交换机发出拒绝信息，交换机拒绝用户认证请求，并把认证服务器返回的拒绝理由输入到客户端认证程序上；用户完成认证上网后，计费服务器开始对账号进行计费，在本案例中，认证和计费部署在同一台管理服务器上。 2.5.3 计费管理 计费管理记录网络资源的使用，目的是控制和监测网络操作的费用和代价。它可以估算出用户使用网络资源可能需要的费用和代价，以及已经使用的资源。网络管理者还可以规定用户可使用的最大费用和使用时段，从而控制用户过多地占用和使用网络资源。计费管理的操作：建立和维护一个目标机器地址数据库，能对数据库中的任意一台机器或IP地址进行计费；能够对指定IP地址进行流量限制，当超过使用限额时，即可将其封锁，禁止其使用；能够按天、按月、按IP地址或按单位提供网络的使用情况，在规定的时间到来（如一个月）的时候，根据本机数据库中的E-mail地址向有关单位或个人发送账单；可以将安装有网络计费软件的计算机配置成Web服务器，允许使用单位和个人随时进行查询。这里是服务器进行计费管理，包月计算。 2.6 应用服务设计 2.6.1 Web服务构建一个安全的Web服务平台是保障学校各项工作顺利开展的基础，是学校实现现代化教学的前提，也是保障整个互联网健康发展的一个重要因素。Web服务器经常要被访问，Web服务器所采用的操作系统，高性能、 高可靠性和高安全性是其必备要素。关闭系统默认共享、网络配置中禁用危险端口和软件限制策略等都可以提高Web服务的质量2.6.2 教务管理系统教务系统管理平台充分利用互联网络B/S管理系统模式，以网络为平台，为各个学校教务系统的管理提供一个平台，帮助学校管理教务系统，用一个账号解决学校教务教学管理，并且学校可以自由选择学校需要的教务管理系统，灵活地定制符合学校自己实际情况的教务系统。一般情况下，中学的教务管理系统涉及到学生信息管理、教师信息管理、财务信息管理、班级信息管理、课程信息管理、成绩信息管理、综合信息查询等模块。通过B/S模式，老师学生即可以在学校WEB网站上进行信息的查询，由于本校WEB服务器对外开放，故校内校外均可查询相关信息，方便教学管理。 2.6.3 图书管理系统设计中学学校的图书管理系统，一般应用的工作流程主要是：首先在电子标签内写入详细的图书资料信息，然后把电子标签粘贴在相应的图书资料上，当需要对图书资料进行借还、查找、盘点等操作时，读写器就会读取资料上电子标签的信息并将信息传送到服务器上，从而实现对图书资料的管理。 2.6.3 远程访问采用VPN技术进行远程访问，可提高信息传输的安全性，实现校外师生对学校内部资源的访问，给校外师生的学习工作提供方便。以及方便家长对学生在校内的情况有所了解。第三章 物理设计 3.1 网络设备选型路由器选型交换机选型 3.3 服务器选型 3.4 安全设备选型第四章 综合布线设计4.1 综合布线施工 图4.1 结构化综合布线系统总图 4.1.1 参照标准综合布线工程设计遵循以下标准或规范：DBJ08-59-95：智能建筑设计标准ANSI/EIA/TIA-568A:：民用建筑电信布线系统标准ANSI/EIA/TIA-569：电信走道和空间的民用建筑标准ANSI/EIA/TIA-606：民用建筑电信设施的管理标准ANSI/EIA/TIA-607：民用建筑电信设施接地标准TSB-67：UTP布线现场测试标准ISO/IEC 11801：电信布线系统标准GB/T 50312-2000：建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范JGJ/T 16-92：中国民用建筑电气设计规范 4.1.2 施工要求 工程实施分成工程设备采购阶段：工程设备安装调试阶段；工程的验收测试阶段；工程的维护服务阶段；网络系统独立运行阶段。工程设备采购阶段，主要包括工程设备订购清单的确认，向国内外设备供应商采购设备，学校的光缆及楼内布线系统的材料采购、实施及测试验收，网络设备安装现场的场地准备，细化工程实施方案和实施计划。工程设备安装调试阶段，主要工作包括连接网络设备，调试网络系统尤其是调试网络管理系统，设置虚拟网结构和虚拟网之间的访问控制功能，开通基本的Internet服务，主要校园内拨号访问服务，最终对网络系统的全面测试。维护和服务阶段，该阶段的工作包括施工单位工程技术人员现场网络系统的维护，现场网络管理和维护技术培训、网络管理和维护技术的培训。该阶段主要的目标是施工单位调整优化网络配置，处理突发性的网络故障，尽快培训用户自己的技术人员，尽量在三个月时间内将网络管理交给用户自己技术人员负责，施工单位技术人员从负责到配合，逐步在实践中培养出用户自己的网络管理员和系统管理员。系统独立运行阶段，该系统交给业主自己管理，施工单位仍提供技术服务和技术支持。4.2 综合布线预算表4-1 信息点分布区域名称楼层数每层房间数信息点总信息点宿舍区教师宿舍6636180男生宿舍61272女生宿舍61272办公区办公室（一楼）16624财务处（二楼）166教务处（三楼）166图书室（四楼）166教学区实验室（一楼）1121236多媒体教室（二楼）11212计算机教室（三楼）11212总结点数 240图4.2 学生宿舍平面示意图 工作区子系统宿舍区一般通过集线器接入校园网网络，因此为了节省工程造价，每个宿舍只安装一个单口信息插座。需插座180*（1+0.05）=189个水晶头2*180（1+0.15）=414个综合楼采用增强型布线标准，实际使用过程使用一个信息点，另一个备用。插座24*（1+0.05）=26个水晶头2*24（1+0.15）=56个教学楼也是增强型插座36*（1+0.05）=38个水晶头2*36（1+0.15）=83个为了方便用户接入网络，信息插座安装的位置结合房间的布局及计算机安装位置而定，原则上与强电插座相距一定的距离，安装位置距地面30cm以上高度，信息插座与计算机之间的距离不应超过5米。水平子系统综合布线系统的水平干线子系统可以考虑采用屏蔽双绞线、非屏蔽双绞线、光缆。光缆价格过高不予考虑。教师宿舍所需5类双绞线数量C=0.55*（L+S）+6*n=0.55*（40+10）+6*36=1206米学生宿舍C=0.55*（L+S）+6*n=0.55*（40+10）+6*72*2=4824米综合楼C=0.55*（L+S）+6*n=0.55*（40+10）+6*48=1608米教学楼C=0.55*（L+S）+6*n=0.55*（40+10）+6*72=2412米考虑到实施布线的建筑物都没有预埋管线，所以建筑物内的水平干线子系统全部采用明敷PVC管槽，并在槽内布设超5类非屏蔽双绞线缆的布线方案。原则上PVC管槽的敷设应与强电线路相距30cm，由于特殊情况PVC管槽与强电线路相距很近的情况下，可在PVC管槽内安装白铁皮然后再安装线缆，从而达到较好的屏蔽效果。干线子系统综合布线系统的干线子系统一般采用大对数双绞线或光缆，将各楼层的配线架与设备间的主配线架连接起来。由于大多数建筑物都在6层以下，考虑到采用超5类非屏蔽双绞线缆作为主干线缆。对于宿舍、综合楼、教学楼，要开凿直径20cm的电缆井并安装PVC管，然后再布设垂直主干电缆。宿舍区所需电缆C=（H+D)*(1+0.15)*N=18*（3.5+15)*(1+0.15)*1=396米综合楼C=（H+D)*(1+0.15)*N=6*（3.5+20)*(1+0.15)*2=325米教学楼C=（H+D)*(1+0.15)*N=3*（3.5+15)*(1+0.15)*2=128米 综上，所需信息插座253个，信息模块总价格：253 *45=11385元所需水晶头553个，水晶头总价格：553*1=553元所需超五类双绞线10719米，即36箱超五类双绞线总价：36*460=16560元另外接入Internet所用光纤为单模光纤1000米价格为1000*17=17000元综合布线总成本为44945元。4.3 综合布线测试测试主要有两个目的：一是提高施工的质量和速度；二是向用户证明他们的投资得到了应有的质量保证。 从工程的角度，可将综合布线工程的测试分为两类：验证测试和认证测试。4.3.1 验证测试一般是在施工的过程中由施工人员边施工边测试，以保证所完成的每个连接的正确性。1接线图（Wire Map） 接线图是用来检验每根电缆末端的八条芯线与接线端子实际连接是否正确，并对安装连通性进行检查。测试仪能显示出电缆端接的线序是否正确。2长度（Length） 基本链路的最大物理长度是94米，通道的最大长度是100米。基本链路和通道的长度可通过测量电缆的长度确定，也可从每对芯线的电气长度测量中导出。3衰减（Attenuation） 衰减是信号能量沿基本链路或通道传输损耗的量度，它取决于双绞线电阻、分布电容、分布电感的参数和信号频率。衰减量会随频率和线缆长度的增加而增大，单位用dB表示。信号衰减增大到定程度，将会引起链路传输的信息不可靠。引起衰减的原因还有集肤效应、阻抗不匹配、连接点接触电阻以及温度等因素。4近端串扰损耗（NEXT） 串扰是高速信号在双绞线上传输时，由于分布电感和电容的存在，在邻近传输线中感应的信号。近端串扰是指在一条双绞电缆链路中，发送线对对同一侧其它线对的电磁干扰信号。NEXT值是对这种耦合程度的度量，它对信号的接收产生不良的影响。NEXT值的单位是dB，定义为导致串扰的发送信号功率与串扰之比。NEXT越大，串扰越低，链路性能越好。5直流环路电阻 直流环路电阻是指一对双绞线电阻之和。当信号在双绞线中传输时，在导体中会消耗一部分能量且转变为热量，100屏蔽双绞电缆直流环路电阻不大于19.2/100m，l50屏蔽双绞电缆直流环路电阻不大于12/100m。常温环境下的最大值不超过30。直流环路电阻的测量应在每对双绞线远端短路，在近端测量直流环路电阻，其值应与电缆中导体的长度和直径相符合。6特性阻抗（Impedance） 特性阻抗是衡量出电缆及相关连接件组成的传输通道的主要特性的参数。一般来说，双绞线电缆的特性阻抗是一个常数。我们常说的电缆规格：100UTP、120FTP、150STP，这些电缆对应的特性阻抗就是：100、120、150。一个选定的平衡电缆通道的特性阻抗极限不能超过标称阻抗的15%。7衰减与近端串扰比（ACR） 衰减与近端串扰比是双绞线电缆的近端串扰值与衰减的差值，它表示了信号强度与串扰产生的噪声强度的相对大小，单位以dB表示。它不是一个独立的测量值而是衰减与近端串扰(NXET-Attenuation)的计算结果，其值越大越好。衰减、近端串扰和衰减与近端串扰比都是频率的函数，应在同一频率下进行运算。8综合近端串扰（Power Sun NEXT，PSNT） 在一根电缆中使用多对双绞线进行传送和接收信息会增加这根电缆中某对线的串扰。综合近端串扰就是双绞线电缆中所有线对对被测线对产生的近端串扰之和。例如，4对双绞电缆中3对双绞线同时发送信号，而在另1对线测量其串扰值，测量得到串扰值就是该线对的综合近端串扰。9等效远端串扰Equal Level FEXT，ELFEXT 一个线对从近端发送信号，其它线对接收串扰信号，在链路远端测量得到经线路衰减了的串扰值，称为远端串扰(FEXT)。但是，由于线路的衰减，会使远端点接收的串扰信号过小，以致所测量的远端串扰不是在远端的真实串扰值。因此，测量得到的远端串扰值在减去线路的衰减值后，得到的就是所谓的等效远端串扰。10传输延迟（Propagation delay）11.回波损耗（Return Loss，RL） 4.3.2 认证测试是指对布线系统依照标准例行逐项检测，以确定布线是否能达到设计要求，包括连接性能测试和电气性能测试。认证测试需要注意的问题（1）布线工作完成之后要对各信息点进行测试检查 （2）全部测试完成之后，把平面图进行清理，最后做出完全正确的标号图，以备查用。第五章 验收测试5.1工程验收准备 工程竣工完成后，施工单位应向用户单位提交一式三份的工程竣工技术文档，具体应包含以下内容。（1）竣工图纸 （2）设备材料清单 （3）安装技术记录 （4）施工变更记录 （5）测试报告。 5.2工程验收检查 工程验收检查工作是由施工方、监理方、用户方三方一起进行的，根据检查出的问题可以立即制定整改措施，如果验收检查已基本符合要求的可以提出下一步竣工验收的时间。工程验收检查工作主要包含下面内容。（1）信息插座检查。 记是否齐全； 息插座的规格和型号是否符合设计要求； 息插座安装的位置是否符合设计要求； 息插座模块的端接是否符合要求； 座各种螺丝是否拧紧； 屏蔽系统，还要检查屏蔽层是否接地可靠。（2）楼内线缆的布设检查。 缆的规格和型号是否符合设计要求； 缆的布设工艺是否达到要求； 槽内布设的线缆容量是否符合要求。（3）管槽施工检查。 装路由是否符合设计要求； 装工艺是否符合要求； 果采用金属管，要检查金属管是否可靠地接地； 查安装管槽时已破坏的建筑物局部区域是否已进行修补并达到原有的感观效果。（4）线缆端接检查。 息插座的线缆端接是否符合要求； 线设备的模块端接是否符合要求； 类跳线规格及安装工艺是否符合要求； 纤插座安装是否符合工艺要求。（5）机柜和配线架的检查。 格和型号是否符合设计要求； 安装的位置是否符合要求； 外观及相关标志是否齐全； 各种螺丝是否拧紧； 接地连接是否可靠。6）楼宇之间线缆布设检查。 线缆的规格和型号是否符合设计要求； 线缆