计算机网络课程设计(大作业)

摘 要随着社会的发展，信息技术将彻底的改变我们的学习、生活和工作方式，现行教育体制面临着严重挑战。 本次设计针对辽宁工程技术大学葫芦岛校区的校园网建设的规划和设计多方面展开论述，包括校园网络现状描述，校园网建设需求分析，校园网网络结构整体规划与详细设计等关键环节，并将结合实际情况对本校给出具体方案，对于加快学校的信息化建设有一定的借鉴作用。关键词：需求分析；数字化校园； 设计方案； 目录一、 概述.3二、具体设计步骤1. 需求分析41.1建网需求41.2网络环境51.3设计目标62.校园网结构的设计62.1总体设计原则62.2 校园网设计的层次化模型72.3层次化网络设计73. 校园网搭建93.1中心机房93.2网络拓扑结构93.3IP地址规划10三、心得体会.10四、总结11五、参考文献11一、 概述概述随着经济的发展和国家科教兴国战略的实施，校园网络建设已逐步成为学校的基础建设项目，更成为衡量一个学校教育信息化、现代化的重要标志。目前，大多数有条件的学校已完成了校园网硬件工程建设。然而，多年来都对校园网的认识不够全面，甚至存在很大的误区。例如：认为网络建设越高档越好，在建设中盲目追求高投入，对校园网络建设的建设缺乏综合规划及开发应用；认为建好了校园网络，连接了Internet，就等于实现了教学和办公的自动化和信息化，而缺乏对校园网络的综合管理、技术人员和教师的应用培训，缺乏对教学资源的开发与积累等等。所有这些，都极大地阻碍了校园网络在学校管理、教育教学中所应发挥的实际效益。 概括地讲，校园网是为学校师生提供教学、科研和综合信息服务的宽带多媒体网络。首先，校园网应为学校教学、科研提供先进的信息化教学环境。这就要求：校园网是一个宽带 、具有交互功能和专业性很强的局域网络。多媒体教学软件开发平台、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，都可以在该网络上运行。如果一所学校包括多个专业学科(或多个系)，也可以形成多个局域网络，并通过有线或无线方式连接起来。其次，校园网应具有教务、行政和总务管理功能。学校概况辽宁工程技术大学原名阜新矿业学院，始建于新中国成立前夕，是国务院确定的全国首批88所重点院校之一。现设有22个学院，在校生42万人，有116个本科和高职专业，现有3个博士后流动站，4个一级博士学位授权点，12个一级学科硕士学位授权点，有22个二级学科博士授权点，16个工程硕士学位授权领域，52个硕士学位授权点，现有专任教师1700余人，具有副高级职称人员1000余人。在国家科教兴国和人才强国的战略方针指引下，现已成为集人才培养、科学研究、社会服务于一体，拥有工、管、理、经、文、法、农等多学科，办学设施完善，师资力量雄厚的著名高等学府。学校在辽宁省阜新市和葫芦岛市分设校区，统一管理。 葫芦岛校区北依首山，南临海天一色的渤海辽东湾，占地156万多平方米。经过九年的建设和发展，一个布局合理、功能齐全、设施先进、现代化的花园式新校区已经傲然矗立在渤海之滨。目前，校区共设有8个二级学院、2个研究院所，2个一级学科博士学位授权点，9个二级学科博士学位授权点，5个一级学科硕士学位授权点，14个二级学科硕士学位授权点，6个工程硕士授权领域，29个本科专业（方向），3个省级重点学科，4个省级高校重点实验室，3个国家级特色专业。2个辽宁省高校创新团队，3个辽宁省教学团队 。全日制在校博士生、硕士生、本科生、留学生已达12000余人。现有专任教师 550人，其中具有教授副教授等副高级以上职称人员197人，具有博士、硕士学位教师366人。 在充满希望与挑战的新世纪，辽宁工大人正在以昂扬的斗志、豪迈的情怀、创新的精神，高举中国特色社会主义伟大旗帜，以科学发展观为指导，努力把学校建成优势学科特色鲜明、多学科协调发展、教学科研水平高、综合实力强、社会贡献大、在国际上具有重要影响的高水平、特色型大学，为实现突破辽西北战略、振兴辽宁老工业基地、全面建设小康社会，提供人才保障和科技保障，做出新的，更大贡献。二、 具体设计步骤1. 需求分析1.1建网需求设计校园网的目标是：不仅要建设一个以办公自动化、计算机辅助教学、现代计算机校园文化为核心，以现代网络技术为依托、技术先进、扩展性强、覆盖全校主要楼宇的校园主干网络，将学校的各种PC机工作站、终端设备和局域网连接起来，并与有关广域网相连；在网上宣传和获取教育资源；在此基础上建立能满足教学、科研和管理工作需要的软、硬件环境；开发各类信息库和应用系统，为学校各类人员提供充分的网络信息服务；系统总体设计本着总体规划、分布实施的原则，充分体现系统的技术先进性、高度的安全可靠性、良好的开放性、可扩展性，以及建设经济性。而且还要依据学校规模大小，结合学校教学科研的内容及其发展的需要，制定一个在未来十年中的近期、中期及长期的建设规划，以保持网络建设的延续性，并保护先前的投资(含各种硬件、软件及信息资源)，能融入不断涌现的新技术和新应用。下面我们具体分析一下校园网各个方面的需求。一般情况下，校园网络应能为用户提供如下服务：（1）电子邮件系统：主要进行与同行交往、开展技术合作和学术交流等活动。（2）文件传输FTP：以获取重要的科技资料和技术文档。（3）通过Internet服务，学校可建立自己的主页，利用外部网页来进行学校宣传、提供各类咨询信息等，利用内部网页进行管理（如收发通知、收集学生意见等）。（4）计算机教学：包括多媒体教学和远程教学。（5）图书馆访问系统：用于计算机查询、检索、阅读等；其他应用，如大型分布式数据库系统、超性能计算机资源共享/管理系统等。（6）教务办公：使校领导能及时、全面、准确地掌握全校的教学、科研、学籍考绩、一般管理、财务和人事等方面的情况。（7）Internet接入：通过实现与CERNTE、Internet的互联，使教职员工和学生在宿舍上网，重事家庭办公、课外学习和资料查询等。（8）应用成本：在保证系统功能实现的同时也需要考虑成本的问题。（9）网络安全：现在网络运用的扩展使越来越多的业务在网络上完成，因此，网络的安全性能在网络设计中已经占有非常重要的地位。（10）远程访问：自己的电脑不能随时带在身边，通过网络对自己电脑资料的访问也将是组网时考虑的范围。网上数据流特点大学校园网具有网络互联的广泛性和使用多样性等特点，广播包将对数据流产生较大的影响，校园网的数据并发性，一般是呈现波峰波谷的，绝大多数情况下，存在高并发性访问的因素，除了周末或者夜间学生晚自修之后的时间，某些特殊的应用也有可能对负荷有突发要求，如使用空间数据，大范围数据搜索，视频方面的应用等，这些突发的负荷有相当一部分转移到应用设备上。这些流量的转移对于网络设备提出了较高的要求，必须要求核心（汇聚）设备均支持万兆技术。1.2网络环境辽宁工程技术大学葫芦岛校区需要进行网络连接的建筑楼群如下图：注：尔雅楼、耘慧楼、静远楼（包括图书馆）为教学楼，综合楼里包括移动，联通，电信等营业厅。A B C D E楼为学生宿舍区，行政楼为学校行政办公地主。各个网络接入点具体需要如下表地点现在PC数备注主要要求网络中心（耘慧楼）较多网络管理及教研稳定、安全图书馆较多文献查询与检索服务安全、稳定尔雅楼较多教学、软件使用、多媒体使用安全、稳定静远楼较多教学、办公、多媒体使用稳定、安全宿舍楼较多互联、娱乐流量、速度、稳定综合楼较少营业稳定，安全行政楼较多办公安全，稳定1.3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、行政楼及学生宿舍的校园网（2）建立学校本身的WWW服务器，提供学校的主页。（3）提供学校图书馆数目的联机查询。2.校园网结构的设计2.1总体设计原则由于考虑到学校资金问题，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。先进性、成熟性 当前计算机网络技术发展很快，设备更新淘汰也很快。这就要求校园网建设在系统设计时既要采用先进的概念、技术和方法，又要注意结构、设备、工具的相对成熟。只有采用当前符 国际标准的成熟先进的技术和设备，才能确保校园网络能够适应将来网络技术发展的需要，保证在未来若干年内占主导地位。这里我们技术采用流行的层次化建网，三层结构技术的成熟满足网络的先进性。设备选用思科主流交换机，保证4年内设备不被淘汰。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。2.2 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。2.3层次化网络设计对于大型网络，可以采用业界通用“核心层-汇聚层-接入层”层次化网络设计模型，如下图所示：核心层核心层主要提供不同网络模块之间优化传输服务，将分组尽可能快地从一个网络传到另一个网络，通常要保证核心层具有很高的可靠性，最佳的网络性能。汇聚层到核心层要具备冗余传输链路，任何单条链路锻炼不影响网络的可用性。汇聚层汇聚层顾名思义就是作为访问层到骨干层的汇聚，通常为访问层与骨干层实现基于策略的网络间连接。汇聚层主要由三层交换机组成，提供对网络流量模式控制、服务访问控制、QoS、定义路由路径度量（path metric）和路由协议网络通告控制。接入层接入层作为和模块到交换骨干的连接，根据不同模块进行逻辑子网划分，并通过VLAN技术实现子网之间的隔离。访问层主要功能在于隔离模块间的广播流量，避免不同模块之间互相影响。在校园网设计中，使用层次化模型，有许多好处，列举如下：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。一个层次化设计的网络有三个层：核心层（用于提供站点之间的最佳数据传输）、分布层（提供基于策略的连接）、接入层（将终端用户接入网络）。每一层都为网络提供了必不可少的功能。在实际设计中，三个层中的某两个层可以合并为一个层，比如核心层和分布层，但是为了使性能最优，最好采用层次式结构。3. 校园网搭建3.1中心机房学校的中心机房设在耘慧楼。3.2网络拓扑结构主干网连接3.3IP地址规划IP 地址规划是整个网络设计中的重要组成部分，地址规划的科学性和合理性将直接反应网络拓扑的设计思想，对网络的稳定起到至关重要的影响。好的地址规划同科学的分层网络拓扑设计相辅相承，共同形成整体的网络设计解决方案。假设学校申请了一个IP地址为/17楼名子网号子网掩码行政数/21尔雅楼/21耘慧楼/21静远楼/21综合楼/21A楼/21/21B楼/21/21C楼/21D楼/21/21E楼/21/21注:由于ABDE网络用户数较多,因而为每幛楼分配两个子网.对于宿舍楼即ABCDE楼,对其再划分子网时,由于每间宿舍最能住四个人,因而为每个宿舍分配一个网络号,其中网络号为29位,主机号为3位。对于其它的楼可以根据实际情况。比如教学楼中的实验机房由于其内部的PC机大部分时间不需要连入因特网，只需要与内部主机通信，这样如果还按照全求IP地址去分配，则会大在浪费IP地址。因而可以用以下专用地址：10.0.0555555作用其专用网内部的IP地址，然后利用NAT装饰专用网内部使用的本地IP地址转换成有效的外部全球IP地址，使得整个专用 网只需要一个全球IP地址就可以与因特网连通。三 、心得体会本次网络课程设计的主要内容是校园网的构建，包括需求、规划部分。网络系统的规划和设计，首先要进行用户的需求分析，确定建网目标与要求，然后才能确定选用何种网络技术，确定网络系统的方案，进行设备的选型与经费的预算。所以，前期需求分析很重要。需求分析部分主要包括如下几个部分：用户的应用需求、通信需求、信息点和用户需求、性能需求、安全与管理需求和现有网络分析。用户的应用需求：主要弄清用户期望网络系统能为他们做些什么工作，实现什么功能。一般情况下，园区网络应能为用户提供常用的服务，如WWW服务、电子邮件、文件服务、远程登录、电子邮件等等，此外还根据用户单位的具体工作职能提供各种应用服务，如校园网常为用户提供教务管理、学籍管理、办公管理等。应用需求的分析为网络服务器的硬软件和主要节点网络设备的确定提供重要依据。通信需求：分析用户通信的类型和通信量，如在网络上传送数据、视频信号、音频信号等，以及数据通信量的大小、数据的流向。通信需求的分析是传输技术选择的重要依据。信息点和用户需求：分析未来的网络系统中信息点的数量，以及各个站点的地理分布情况与距离，将来哪些站点将为单位提供服务，哪些站点将从