校园网的组建与实施方案

校园网的组建与实施方案 毕业设计论文 一 前言 在现在这个知识爆炸的社会中 对于合格人才的要求越来越多 需 要他们掌握大量的各类知识 在教育中需要提高教学效率 现在出 现了许多新的教学方法 以各种方式提高学生对知识的掌握速度 在与前人同样的时间内 掌握比前人更多的知识 而这些教学方法 需要利用计算机网络才能实现 这就要求校园网是一个具有交互功能和专业性很强的局域网络 多 媒体教学软件的开发平台 多媒体演示教室 教师备课系统 电子 阅览室以及教学 考试资料库等 都可以通过网络运行工作 如果 一所学校包括多个专业学科 也可以形成多个局域网络 并通过有 线方式连接起来 校园网是指利用网络设备 通信介质和组网技术和协议以及各类系 统管理软件和各种终端有效地集成在一起 并用于教学 科研 学 校管理 信息资源共享和远程教学等方面的计算机局域网系统 校园网应具有教学 管理和通信三大功能 对于目前的校园网建设 来说 主要侧重于教学和通信 难以实现以数字化校园为核心的管 理领域 二 需求分析 2 1 建网需求 西安航空职业技术学院 为了紧追时代步伐 发展与校际互联 静 态资源共享 动态信息发布 远程教学和协作工作的阶段 发展对 学校教育现代化的建设 决定建设自己的校园网 争取尽早实现教 育信息化 校园网建成后 将计算机引入教学各个环节 从而可以 引起教学方法 教学手段 教学工具的重大革新 对提高教学质量 推动我国教育现代化的发展起着不可估量的作用 网络又为学校的 管理者和老师提供了获取资源 协同工作的有效途径 校园网将会 是学校提高管理水平 工作效率 改善教学质量的有力手段 也就是 解决信息时代教育问题的基本工具 通过对学校信息化建设专业人员沟通 了解到校园宽带网用户集中 且网络流量大 关注网络的可运营和可管理特性 校园网建网需求 如下 1 教学区 宿舍区用户对校园网 教育网 INTERNET 的访问有相 应的路由策略 2 校园网 存在 多个出 口需 求 校 园网 至少要 提供 中国教 育科 研网 CERNET 和 INTERNET 两个出口 3 校园网安全性要求较高 要求设备能够实现用户识别和动态绑定 功能如通过 IP MAC 端口 三元组的动态绑定来识别用户 4 校园网 WEB 页面可实现以下功能 用户 Web 自助服务功能 用户 可通过 Web 自助服务页面 进行个人资料的查询 密码修改 上网 明细查询 缴费记录查询以及在线预注册 5 校园网要求能对每个用户的使用情况能进行事后审计 能够定位 到 IP 地址以及用户所连接的端口和登录的用户名 限定帐号的使用 端口 6 校园网要求能实现对用户带宽的动态控制 7 校园网要求实现组播业务 8 校园网要求在学校规模不断扩大中 用户数在持续增加 要求网 络具有很好的扩展性 能够根据需要逐步平滑升级到万兆的骨干连 接 9 网管平台实现网络资源的管理 网络安全访问的控制 并且在平 台上能方便地 开发所需网络应用 10 校园网建成后将实现以下基本功能 计算机教学 包括多媒体教学和远程教学 网络下载 网络聊天等 电子邮件系统 主要进行与同行交往 开展技术合作 学术交流 等活动 文件传输 FTP 主要利用 FTP 服务获取重要的科技资料和技术文 挡 INTERNET 服务 学校可以建立自己的主页 利用外部网页进行学 校宣传 提供各类咨询信息等 利用内部网页进行管理 例如发布 通知 收集学生意见等 图书馆的访问系统 用于计算机查询 计算机检索 计算机阅读 等 2 2 网络环境 学校现有学生宿舍 13 幢 每幢楼 5 层 每层有学生寝室 30 间 每 间寝室提供一个网络节点 教师宿舍 2 幢 216 户 共 18 层 每 户提供 1 个网络节点 教学楼 5 幢 共 5 层 每层有 10 间教室 每 间教室提供 1 个网络节点 图书馆和电子阅览室在同一幢楼 共有 1 间电子阅览室 每间电子阅览室需要 10 个网络节点 实训楼共 7 层每层需要 20 个节点 要求校园网主干采用 1000Mb s 光纤 100Mb s 交换到桌面 2 3 设计目标 本项目的实施将会大大改善学校的教学和科研条件 系统完成后将 达到以下目标 1 建立一个连接多媒体教室 图书馆等地的校园 网 该网的骨干速率为 100Mb s 2 建立 VPN 服务器 以支持教 师的移动办公 教师在任何地方 通过 Modem 拨号 在授权情况下 都可以访问校内信息 3 建立学校本身的 WWW 服务器 提供学校 的主页 4 提供学校图书馆数目的联机查询 5 建立邮件服 务器 为全校师生提供电子邮件服务 6 提供文件传输服务 三三 校园网结构的设计校园网结构的设计 根据学校实际情况和特点 进行校园网的建设 在设计过程中 注 意校园网的实用性与先进性的结合 并且采用成熟的网络技术 保 证校园网的实用性 3 1 总体设计原则 由于学校资金并不是很充足 不可能一步到位 另一方面 学校的 应用水平较参差不齐 某些系统即使安装了也利用不起来 因此 在校园网的建设过程中 系统建设应始终贯彻面向应用 注重实效 的方针 坚持实用 经济的原则 该学校网络需要完成包括图书信息 学校行政办公等综合业务信息 管理系统 为广大教职工和学生提供一个在网络环境下进行教学和 科研工作的先进平台 校园网覆盖整个学校校园 网络设计遵循下 列 5 个基本原则 可靠性和高性能网络必须是可靠的 包括网元级的可靠性 如引擎 风扇 单板 总计等 以及网络级的可靠性 如路由 交换的汇聚 链路冗余 负载均衡等 网络必须具有足够高的性能 满足业务的 需要 可扩展性和可升级性 系统要有可扩展性和可升级性 随着业务的增 长和应用水平的提高 网络中的数据和信息流将按指数增长 需要 网络有很好的可扩展性 并能随着技术的发展不断升级 设备应选 用符合国际标准的系统和产品 以保证系统具有较长的生命力和扩 展能力 满足将来系统升级的要求 易管理 易维护 由于校园骨干网络系统规模庞大 应用丰富而复杂 需要网络系统具有良好的可管理性 网管系统具有监测 故障诊断 故障隔离 过滤设置等功能 以便于系统的管理和维护 同时应尽 可能选取集成度高 模块可通用的产品 以便于管理和维护 这里 我们选用的设备是思科可网管的交换机 防火墙 安全性 保密性 网络系统应具有良好的安全性 由于校园骨干网络 为多个用户内部网提供互联并支持多种业务 要求能进行灵活有效 的安全控制 同时还应支持虚拟专网 以提供多层次的安全选择 在系统设计中 既考虑信息资源的充分共享 更要注意信息的保护 和隔离 因此系统应分别针 不同的应用和不同的网络通信环境 采 取不同的措施 包括系统安全机制 数据存取的权 限控制等 在次 校园网假设中 通过划分子网 在交换机上实现 Vlan 达到网络安全 性 灵活性 综合性 通过采用结构化 模块化的设计形式 满足系统及 用户各种不同的需求 适应不断变革中的 要求 以满足系统目标与 功能为目标 保证总体方案的设计合理 满足用户的需求 同时便 于系统使用过程中的维护 以及今后系统的二次开发与移植 3 2 校园网设计的层次化模型 所谓 层次化 模型 就是将复杂的网络设计分成几个层次 每个 层次着重于某些特定的功能 这样就能够使一个复杂的大问题变成 许多简单的小问题 层次模型既能够应用于局域网的设计 也能够 应用于广域网的设计 为了更加清楚地理解分层设计的重要性 最好能够理解 OSI 开放 系统互联 参考模型 OSI 模型能够简化计算机之间通信的要求 同样 使用层次化模型设计网络也能够简化联网的要求 3 3 层次化网络设计 1 节省成本 在采用层次模型之后 各层次各司其职 不再在同一 个平台上考虑所有的事情 层次模型模块化的特性使网络中的每一 层都能够很好地利用带宽 减少了对系统资源的浪费 2 易于理解 层次化设计使得网络结构清晰明了 可以在不同的层 次实施不同难度的管理 降低了管理成本 3 易于扩展 在网络设计中 模块化具有的特性使得网络增长时网 络的复杂性能够限制在子网中 而不会蔓延到网络的其他地方 而 如果采用扁平化和网状设计 任何一个节点的变动都将对整个网络 产生很大影响 4 易于排错 层次化设计能够使网络拓扑结构分解为易于理解的子 网 网络管理者能够轻易地确定网络故障的范围 从而简化了排错 过程 四 解决方案四 解决方案 根据学校各楼宇之间的平面分布 中心机房可设置在实训楼 由于 该楼有 7 层 可设置在中间楼层部分 比如 4 6 楼中的某一层 其余个幢楼的汇聚层交换机通过光纤与中心机房的核心交换机相连 4 1 网络拓扑结构 根据网络环境 我们可以绘制校园网的拓扑结构 其中 我们使用 路由器同 Internet 连接 并且选购了一台硬件防火墙来保护内网 在网络拓扑结构图中 可以看到讲多台服务器划分到一个 VLAN 中 校园网络拓扑见图 4 1 4 1 校园网络拓扑图 4 2 校区各栋楼信息需求 校园网主干采用光纤介质 这里选用 1000 BASE LX 1000 BASE LX 通常采用支持长距离 传输的多模光纤和单模光纤 光纤接至各楼层配线间汇聚层交换机 各楼层设计情况如下 1 学生宿舍楼 学生宿舍楼共五层 每层 30 间寝室 每个寝室 1 个信息节点 按此 可以在每层楼安装一 台接入层交换机 各楼层选用悬空机架 选择思科接入层交换机 catalysit 2924 配线间设置在一楼 线缆选用超五类非屏蔽双绞 线 UTP 2 教职工宿舍楼 教师宿舍 2 幢 18 层 每层 6 户 共 216 户 每户提供 1 个网络节 点 选择 5 台思科接入 层交换机 catalyst 2924 每 3 层一台交换机以达到节约线缆的目的 由于在住户楼层没有多余的房间用于设置配线间 配线间可设置在 地下室 3 图书馆及电子阅览室 图书馆和电子阅览室在同一幢楼 共有 1 间电子阅览室 每间电子 阅览室需要 10 个网络 节点 同样使用一台接入层交换机 4 教学楼 教学楼 5 幢 共 5 层 每层有 10 间教室 每间教室提供 1 个网络节 点 共 250 个信息节点 每层配置一台接入层交换机 配线间设置 在一楼 放置汇聚层交换机 线缆同样选择超五类非屏蔽双绞线 5 实训楼 实训楼共 7 层每层需要 20 个节点 由于网络中心在实训楼 两台汇 聚层交换机做级联 每层只需配置一台接入层交换机 线缆选择超五类 UTP 双绞线 4 2 方案说明 校园网网络系统从结构上分为核心层 汇聚层和接入层 核心层的 功能主要是实现骨干网络之间的优化传输 骨干层设计任务的重点通 常是冗余能力 可靠性和高速的传输 因学校存在大量的语音和视 频传输 据此 考虑汇聚层对 QoS 有良好的支持并且能提供大的带 宽 接入层设备是最终用户的最直接上联的设备 它应该具备即插 即用特性以及易于维护的特点 五五 网络设备选型网络设备选型 5 1 交换机 校园网采用千兆以太交换网 配置 1 台中心交换机和 7 台二级交换 机 各交换机均支持光纤扩充端口并带有扩充模块槽 校园网络主 干为千兆网络 百兆交换到桌面 保障所有用户同时调用服务资源 时都能快速 流畅 充分发挥多媒体课室教学的作用 同时保证所 有用户同时上网顺畅 使校园网络的功能发挥得淋漓尽致 本网络工程交换机的数量和基本性能要求如表 5 1 表 5 1 交换机的数量和基本性能要求 8G L3 中心交换机 Catalyst 2948G L3 交换机是为 IP 协议 互联网包交换协议 IPX 和 IP 组播提供线速交换的固定配置第三层 L3 以太网交换机交换机 这种新的 Catalyst 交换机为拥有适当端口密度的中型园区主干网 提供所需的高度性能 它非常适合集合多个配线间或工作组交换机 例如 Catalyst 2900 Catalyst 1900 Catalyst 3500 Catalyst4000 或 Catalyst 5000 交换机的多协议流量 Catalyst 2948G L3 交 换机不仅为 IP IPX 及 IP 组播提供无阻塞路由和交换 同时也为不 可路由的协议提供线速第二层交换 例如 NetBIOS 和 DECnet 局域 传输 LAT 这 7 种功能允许网络管理员通过 Catalyst 2948G L3 扩展它们的多协议主干网 而无须像仅采用 IP 交换机那样 通 常需要建立并行网络 其特性有 48 个专用 10 100Mb s 以太网端口 以及两个支持千兆位接口转换 器 CBIC 的 1000Base X 千兆位以太网端口 所有端口都拥有第三 层交换功能 高性能 超过 IP IPX 交换机及 IP 组播的 10Mb s 第 三层交换和路由 24Gb s 无阻塞交换矩阵 带有 CISCO IOS 系统软 件的高性能 CPU 服务质量 QoS 带有加权轮询 WRR 调度的多个阵列 基于标 准 CISCO WORKS2000 应用程序的全面管理工具 可选的冗余外部电 源 线速第三层交换机 CISCO Catalyst 2950 系列工作组交换机 Catalyst 2950 系列交换机属于快速以太网桌面交换机 CISCO Catalyst 2900 系列 可以为局域网 LAN 提供极佳的性能 和功能 独立的 10 100Mb s 自适应交换机能够提供增强的服务质 量 QoS 和组播管理特性 所有的这些都由易用 基于 Web 的 CISCO 集群管理套件 CMS 和集成 CISCO IOS 软件来进行管理 带 有 10 100 1000Mbase T 上行链路的 CISCO Catalyst 2950 千兆位 铜线 可为中等规模的公司和企业分支机构办公室提供理想的解决 方案 以使他们能够利用现有的 5 类铜线从快速以太网升级到更高 性能的千兆位以太网主干 Catalyst 2900 系列常见的产品包括 12 个 10 100M 端口独立式 24 个 10 100 端口独立式 24 个 10 100M 端口加 2 个 100Base FX 端 口 12 个端口加 2 个 GBIC 端口 24 个 10 100 端口加 2 个 10 100 1000Base T 端口 支持所有 Cisco IOS 功能 5 2 服务器 网络中心配置 2 台部门级服务器 分别做应用服务器和 Web 服务器 其配置和性能如下 1 Web 服务器 1 台配置单见表 5 2 2 应用服务器 1 台配置单见表 5 3 5 3 其他设备 其他设备技术要求见表 5 4 六六 网络设备的配置网络设备的配置 网络中心形成的主干网 是整个校园网的总结点 并提供连接广域 网和拨入服务 在主干网系统采用以太网结构 采用这一方式的主 要优点是 千兆位交换式以太网可以为每个端口提供 1Gb s 的带宽 完全可以 满足用户对速度的需要 使用经济 具有较高的性价比 千兆位以 太网已经获得广泛支持 从现有的传统以太网可以平滑地过渡到千 兆位以太网 不需要掌握新的配置 管理等技术 千兆位以太网技 术有良好的互操作性 并具有向后兼容性 在方案中 中心机房防止着中心交换机 服务器群 路由器等网络 设备 这些设备以中心交换机为中心 以星形拓扑结构通过无屏蔽 双脚电缆连接在一起 网络中心与子网的连接 是根据与子网的距 离 通过光纤盒无屏蔽双脚电缆线将中心交换机和子网的交换机连 接起来 6 1 交换机的配置 VLNA 分别在网管中心的 Cisco2948G L3 核心交换机 学生宿舍的 Cisco2950 交换机 教学楼的 Cisco2950 交换机 实训楼教学楼的 Cisc