校园网络的规划毕业设计说明书

/XX航天工业学院毕业设计〔论文题目：校园网络的规划与组建系别：信息工程系专业：计算机网络技术姓名：**************学号：**************指导教师：************20XX6月10日目录785摘要138601校园局域网技术介绍3118921.1计算机网络简介3231171.2计算机网络在校园的应用3318132需求分析70462.1网络设计目标633802.2设计原则7138442.3系统需求分析8199593校园网方案设计946473.1逻辑网络设计10326433.2拓扑结构设计1276363.3校园网接入Internet15115433.4校园信源点分布16237663.5网络设备的选择17146584校园网实现18123724.1交换机配置19242694.2路由器配置22118515校园网络的管理与安全23总结2611587致谢2711635参考文献28摘要随着互联网技术的蓬勃发展.设计一个切实可行并具有很好的安全性的校园网络是一件富有挑战性的工作。本文通过分析网络技术特点和目前校园网的普遍需求及实际应用.讲解了校园网络的基本知识.包括路由器.三层交换机.无线AP.服务器等网络设备.VLAN.和IP地址.同时对主要设备进行了选型。最后.对整个设计进行总结.分析校园网络中存在的问题和需要继续完善的地方。关键字：校园网；设计方案；方案实现AbstractWiththeflourishingdevelopmentofInternettechnology,itisaverychallengingjobtodesignafeasiblenetworkofcampuswithverygoodsecurity.Thistextpassesandanalysesnetworktechnologycharacteristicandthegeneraldemandforcampusnetworkatpresentandpracticalapplication,ithasexplainedthebasicknowledgeofthecampusnetwork.includingtherouter.thirdlayerofnetworkswitch,wirelessAP,computerServernetworkequipment.VLAN.andIPaddres.havingcarriedontheselectingtypetothecapitalequipmentatthesametime。IsummarizetheentiredesignandanalyzetheproblemexistinginthecampusnetworkandthePlacesthatneedtobeimproved.Keywords:Campusnetwork<CN>;designplan;implementation1校园局域网技术介绍1.1计算机网络简介计算机网络是一种地理上分散的.具有独立功能的计算机通过通信设备和线路连接起来.在配有相应的网络软件的情况下使各个计算机系统能相互自由通信.实现资源共享的系统。从计算机单机本身来看.它虽然可以在很短的时间内处理大量的信息.但是单台的计算机只能在自己有限的范围内工作.即使它的存储容量再大也是极其有限的.因此.便产生了在计算机之间交换数据的需求.此外在如何节约使用外部设备等需求.也导致了计算机网络技术的产生.实质上计算机网络技术是信息传播技术和信息处理技术结合的产物。计算机网络如按网络的组建规模和延伸范围来划分的话.可分为局域网<LocalAreaNetwork,LAN>、城域网<MetropolitanAreaNetwork,MAN>、广域网<WideAreaNetwork,WAN>。我们经常用到的因特网<Internet>属于广域网.校园网属局域网。未来的网络技术将向着使用简单、高速快捷、多网合一、安全保密方向发展。1.2计算机网络在校园的应用当今世界.各种先进的科学技术飞速发展.给人们的生活带来了深远的影响.它极大的改善我们的生活方式。在以计算机技术为代表的信息科技的发展更是日新月异.从各个方面影响和改变着我们的生活.而其中的计算机网络技术的发展更为迅速.已经渗透到了我们生活的各个方面.人们已经离不开计算机网络.并且随着因特网的迅速普及.给我们的学习与生活条件带来更大的方便.我们与外部世界的联系将更加的紧密和快速。在二十一世纪.普及信息科技.是提高素质教育的一项十分重要的内容.网络技术为提高我们的学习条件具有重要作用。图1所示为校园网应用体系模型。资源共享资源共享互联网接入应用平台电子图书课件系统教务管理办公学习远程教学多媒体教学图1校园网应用体系模型概括起来校园网四个方面的典型应用：第一.校园网是为学生学习活动服务的.是一种学习工具。她不但是学生与他人之间的交流工具.同时也是学习资源的提供者.有利于学生进行探索学习和协作学习。第二.校园网是为教师的教学和科研活动服务的.如提供教学资源、辅助教师备课.参与课堂教学活动和支持教师再学习活动等。第三.校园网是为学校教育教学管理服务的.如辅助学校的学生学籍管理、人事管理、财务管理等。第四.校园网是沟通学校与外面的窗口.利用她既可以从校外获取各种信息.也可以向外发布各种信息。综上所述.我们可以将校园网定义为：一种为学校学习活动、教学活动、科研活动和管理活动服务的校园内局域网络环境。且它是建构在多媒体技术和现代网络技术之上并与因特网连接的。目前教育改革已将计算机网络引入到学校教学的各个环节.引起了教学方法.教学手段.教学工具的重大变革.这些变革为实现教育现代化起到了巨大的推动作用.因此大力发展计算机教育特别是计算机网络教育。建设校园计算机网络系统已成为我国各教育部门.各级学校都已建成或正在拟建各种教学网络.发展和建设校园计算机网络将成为今后发展的必然趋势。2需求分析2.1网络设计目标目前.教育信息化已经不仅仅是教学手段的更新.它对整个教育模式产生了一种根本性的变革。为此.我校希望能紧跟信息化校园网建设的脚步.构建一个独具特色的校园网络.要求是建设一个具有数字化、智能化、高性价比、管理方便灵活、安全度高的校园网络.同时要具备教学、管理和通信三大功能.实现整个校园范围内的信息资源和软硬件资源共享.并从中获得丰富的网络信息服务.以推动整个校园的数字化、信息化建设。把计算机多媒体技术和网络信息技术应用到教学、学习和管理等各个环节中去。其中.能够实现以下主要应用是此次网络构建工程的目标：校园网实现高速的Internet和CERNET接入出口；校园网提供DNS、WWW、FTP、E-mail等多项Internet服务；校园网内部能够实现高速的视频会议、VOD点播、多媒体教学等服务；校园网在管理上拥有灵活的、安全的管理模式.做到分级别、分权限、分地点的管理；校园网拥有透明的出口措施.能够详细地记录上网访问日志；实现网络的计费管理和帐号管理；在校园网上能实现远程教学管理、教务管理、科研管理、设备管理、图书管理；应对校园网进行全面的系统安全设计.包括防火墙、网络防病毒、入侵检测、漏洞扫描、数据的灾难恢复等；整个校园网主干实现千兆传输。2.2设计原则2.2.1先进性为了达到最好的教学效果.所以网络速度和稳定性相应要比较高。为了能够达到最加效果.本着最小投资的原则.在本方案中决定采用cisco的网络设备。这样可以最大的节约成本和最大限度的提高设备的质量。由于在校园网中存在大量的网络设备.为了保障整个网络的正常运作.学校安装了cisco的网管软件来对整个网络的运作进行监控。此网管系统支持SNMP、RMON等网络管理协议.能对网络中的设备进行远程监控.通过探测每台网络设备的工作状态.来保证整个网络的可靠性。一旦网络设备出现问题.网管系统会及时准确地发现问题所在.并发出警告信息。通过此软件不但可以帮助学校网管人员及时排除故障.又能大大降低学校在网络维护费用上的支出。2.2.2可靠性校园网建设的可靠性是非常重要的.在选型时候.明确提出要求网络设备厂商具备"自主研发和自主生产"的能力.这样才能够保证网络产品的可靠运行.同时保证后期设备的维护和升级。2.2.3安全性内外网通讯安全考虑到校园内部网络的安全性.在Internet入口处加装了cisco设备的防火墙.它能自动进行对不明数据包的检测.可拒绝所有未经授权的网络访问尝试.并生成实时报警和报告.避免了未经授权访问和其他来自因特网的外部威胁和黑客侵袭。网络设备安全整个校园网络所采用的cisco产品都具有不同级别的密码保护.网络管理员可以根据不同的需要制定多样的安全级别来保护网络设备自身的安全性.例如指定哪种类型用户可以获得何种级别的权限、对网络设备进行哪些方面的修改等.从而最大程度地保护设备的安全。VLAN划分保证内网访问安全由于整个校园网节点数多达2000多个.从保证内网的访问安全和便于管理的角度考虑.对整个校园网进行了VLAN的划分。网络中的各节点按相同职能部门或者相同的应用划分到同一个VLAN当中.不同VLAN之间的用户是不能互相访问的。譬如学校领导和普通教师之间.由于职能的差异.互相之间数据不能共享.因此将他们划分到不同的VLAN当中.这样不会造成数据的错误传播以及不必要的数据泄漏.并能有效避免广播风暴的形成。2.3系统需求分析不同应用及数据流所占用带宽分析：基础信息服务约占用100MB视频电话、网络会议、数字音频约占用100~500M视频流媒体播放 500~1000MWWW、FTP、E-Mail服务约占用 10M文件传输、Internet访问约占用15M由以上数据可以满足所有应用要求.单个用户所独占的网络带宽必须在10M以上.加上网络上固有的广播风暴.设计目标是使单用户在某一个时间独占的带宽不小于100M。这样就足以实现网络视频播放、计算机网络和各种网络服务合一.而且也符合现今主流的10M/100M自适应网络的要求。3校园网方案设计3.1逻辑网络设计3.1.1IP地址规划及VLAN设计所谓IP地址就是给每一个直接与Internet相连的主机分配一个在全世界范围惟一的网络地址。目前.大多使用的是32位的IPv4地址.寻址时路由器先按IP地址中的网络号net-id把网络找到；当找到目的网络后.再用ARP协议用主机号host－id找到主机。实际上.由于一台主机可能有多个IP地址.因此IP地址只是标志了一台计算机的某个接口。虚拟网络〔VLAN.VirtualLocalAreaNetwork技术在校园网络中起到举足轻重的作用.应为VLAN技术可以提高校园网的效率和安全性.便于对用户的管理。VLAN的技术优势主要体现在以下几个方面：增加了网络连接的灵活性；控制网络上的广播；加强了网络的安全性；网络管理简单、直观；根据VLAN在交换机上的实现方式.在本方案中我们采用了基于端口的静态VLAN。本设计采用三层交换结构.两台核心交换机.两台汇聚交换机.四十二台接入交换机.目前现在的配置可以满足整个校园的需求。详细情况请参照图2：图2校园网拓补图IP和VLAN分配表：VLANID网段IP网关IP描述2图书馆3一号教学楼4二号教学楼51-9、15栋宿舍610-14栋宿舍715-18栋宿舍819-22栋宿舍91-3办公楼104-6办公楼11一号实验楼12二号实验楼13食堂3.2拓扑结构设计3.2.1层次型结构的提出层次型网络设计是一种使用分层的、模块化的模型设计校园网的技术。层次型网络设计模型可以按层设计拓扑结构.每层的重点集中于特定的功能上.有利于分配和规划带宽和选择适当的系统和功能。层次型拓扑设计具有如下好处。减轻网络中设备的CPU负载降低网络成本简化每个设计元素并且易于理解容易更改层次结构提高设备的利用率图3三层模型示意图3.2.2核心层结构设计核心层是校园网互联网络的高速交换主干.用来实现远程站点之间的优化传输.对协调校园网的通信非常重要。核心层负责完成网络各汇聚节点之间的互联及高效的数据传输、交换、转发及路由分发。核心层结构有以下特点：提供高可靠性和冗余性；②提供故障隔离；③迅速适应升级；④提供较少的滞后和较好的可管理性；⑤具有有限和一致的直径。目前校园网核心层设备一般采用万兆核心以太网交换机.万兆以太网交换机构成了网络的骨干部分。核心交换机还可以下接许多百兆或千兆交换机作为汇聚层交换机.汇聚层交换机在通过100Mbps传输介质连接工作站。一般核心层设备采用高性能的交换网芯片以及高性能的网络处理器芯片.要求有极高的系统总吞吐量和背板容量.可支持多个千兆端口。核心交换机安放在网络中心方便管理.网络核心层设备的以太网交换机应具有以下功能：、高可靠性②、大容量高密度③、线速转发性能④、完善的QoS功能⑤、完善的安全机制⑥、强大的业务能力3.2.3汇聚层结构设计网络汇聚层是网络接入层和核心层之间的分界层.包括园区主干网络及所有连接的路由器。汇聚层负责将各种接入业务集中起来.除了进行局部数据的交换、转发以外.还能通过高速接口将数据传输到核心层.在更大范围内进行数据的路由以及处理。汇聚交换机分别位于一、二号教学楼.如图4：图4汇聚层交换机汇聚层多下将接入层交换机的数据进行汇聚.对上通过高速接口将数据传输到核心交换机上.起到承上启下的作用。设计汇聚层时根据汇聚层的主要功能.应考虑到以下几点：汇聚层设备要有足够的带宽；具有三层和多层交换特性；具有灵活多样的业务能力；必须具有冗余和负载均衡能力；汇聚层设备要进行VLAN之间的通信.因此一般为支持三层或三层以上的多层交换设备.汇聚层设备的多层以太网交换机应具备以下特点：支持三层交换对上连接提供多种千兆端口模块化组网支持丰富的二层协议完善的安全机制丰富的QoS支持实用方便的网管能力3.2.4接入层结构设计接入层为用户提供多网络本地网段的访问.它的主要作用事将工作组与汇聚层连接起来.主要完成逻辑网络分段、基于工作组或LAN隔离广播通信量以及在多个CPU之间分布服务。介入层设备位于网络的末端.对下提供对工作站的接入.对上连接到汇聚层交换机。接入层设备提供各种标准接口将数据接入到网络中.完成基于业务系统之间的隔离和安全性控制、认证管理等功能。网络接入层设备应具有如下特点：提供各种不同数量的100Mbps端口到用户.提供1000Mbps或1Gbps〔电口、光口上行端口到上层交换机；高性能.低成本.所有端口支持全线速二层交换；支持标准以太网协议.支持丰富的业界标准.充分考虑兼容现有网络设施；网络设备可扩展性好.可平滑升级；支持丰富的业务特性.如VLAN、VLANTrunk、链路聚合、端口镜像、QOS多播、安全特性等；方便实用的网管。3.3校园网接入Internet在信息化飞速发展的今天需要考虑校园网与互联网的连接问题。一但接入互联网.就会涉及到很多管理、安全等方面的问题.校园网除了接入CERNET以外.还同时选择了中国网通作为出口接入点.校园网有两条出口.一个是光纤接入教育网.另一个是中国网通100Mbps专线。考虑到IP地址匮乏的原因校园网内部采用NAT地址装换方式提供Internet访问服务。NAT的主要功能包括以下几个方面：转换内部局部地址。在内部局部地址和内部全局地址之间建立映射关系；内部全局地址复用。可以通过润许TCP连接或UDP会话中的原端口进行转换而节省内部全局地址.用各个内部主机的TCP或UDP端口号区别；TCP负载均衡。对于某些外部网络发起的与内部网络的通信数据流.可以为其配置一种目的地址转换得动态形式。3.4校园信源点分布信源点分布表地理位置信源点个数图书馆200一号教学楼200二号教学楼2001-9、15栋宿舍78010-14栋宿舍40015-18栋宿舍20019-22栋宿舍3001-3办公楼1004-6办公楼100一号实验楼100二号实验楼100食堂20合计2700根据校园的情况.由于图书馆地理位置特殊.处在中心位置.我们选定它作为网络中心。我们在里安放核心交换机2台.接入交换机2台.路由器2台.服务器4台.防火墙设备：1套。我们把校园的建筑虚拟的分为两个组.一组包括〔1-15栋宿舍.图书馆.二号教学楼.另一组包括〔一、二号实验楼.一号教学楼.1-6号办公楼.15-22栋宿舍.食堂一组：我们在二号教学楼安放一台汇聚.所有的接入交换机都汇聚在这里.在这一组里信息源点分布较多.所以在这一组里放置24台接入交换机。二组：我们在一号教学楼安放一台汇聚交换机.这组其他建筑的接入交换机都汇聚在这里.在这组里我们放置18台接入交换机。3.5网络设备的选择产品种类产品名称用途主要特点使用数量服务器IBMX2368841-ICC主服务器与视频服务器在CPU、内存和I/O能力方面.各项指标都比较高.可以满足视频点播等高负载的工作压力。4数据库服务器部门级高端服务器产品.可以作为中小企业运行关键业务的中心服务器.大型网络的前端接入服务器和中间层服务器。1资源服务器和Web服务器1网络设备CiscoCatalyst6506核心层交换机千兆端口.支持第二/三/四层交换。第三层交换可以实现在数据中心.网络分布点中的部署。2Cisco3550汇聚层交换机Catalyst3550-12T交换机为1.5个机柜单元的高度.具有10个10/100/1000BaseT端口和2个基于千兆位接口转换器〔GBIC的1000BaseX端口。2Cisco2610接入层交换机42防火墙保证网络安全1Cisco3662路由器用于Internet接入电源系统UPS电源组用于专门的高级上机考试机房特别选择了高容量电池组以满足考试中突然掉电.此外UPS对电流不稳定现象起到了很大克服作用。1网线超五类线网络连接若干米光纤多模光纤主干网络连接若干米

4校园网实现4.1交换机配置4.1.1核心层配置配置基本参数在全局模式下.用conft.进入配置模式.进行以下配置：#conft

#clocktimezoneGMT8

；配置时区

#clockset13:30:2131JAN2004

；配置交换机时间

#clockcalendar-valid

；使能硬件时钟同步

#servicetimestampsdebugdatetimelocaltime

；配置系统debug记录时间格式

#servicetimestampslogdatetimelocaltime

；配置系统日志记录时间格式

#servicepassword-encryption

；配置使用加密服务.主要针对口令加

#hostname123

；配置交换机名

#enablesecret

0123456

；配置enable口令

#copyrunstart

；将配置信息保存到NVRAM中.重启动不会丢

#linevty04

；配置telnet

#exec-timeout300

#password0

123456

#login

②配置核心层交换机的管理IP、默认网关#interfacevlan1#noshutdown#exit③配置核心层交换机的端口参数核心层交换机Switch1通过自己的端口FastEthernet4/3同广域网接入模块〔Internet路由器相连。同时.核心层交换机Switch1的端口GigabitEthernet3/1～GigabitEthernet3/2分别下连到分布层交换机Switch1和DistributeSwitch2的端口GigabitEthernet0/1。#interfacerangefastethernet0/1–24#dupexfull#speed100#switchportmodeaccess#switchportaccessvlan1#spanning-treeportfast#interfacerangegigabitEthernet3/1–2#switchportmodetrunk此外.为了提供主干道的吞吐量以及实现冗余设计.在本设计中.将核心层交换机Switch1的千兆端口GigabitEthernet2/1、GigabitEthernet2/2捆绑在一起实现2000Mbps的千兆以太网信道.然后再连接到另一台核心层交换机CoreSwitch2。#interfaceport-channel#switchport#interfacegigabitEthernet2/1–2#channel-group1modedesirublenon-silent#noshutdown④配置核心层交换机Switch1的路由功能核心层交换机Switch1通过端口FastEthernet0/3同广域网接入模块〔Internet路由器相连。因此.需要启用核心层交换机的路由功能。同时.还需要定义通往Internet的路由。这里使用了一条缺省路由命令。其中.下一跳地址是Internet接入路由器的快速以太网接口FastEthernet0/0的IP地址。#iprouting注：Switch2的配置步骤、命令和witch1的配置类似〔略4.1.2汇聚层配置配置汇聚层交换机的端口基本参数Switch1<config>#interfacerangefastethernet0/1–24Switch1<config-if-range>#dupexfullSwitch1<config-if-range>#speed100Switch1<config-if-range>#interfacerangefastethernet0/1–10Switch1<config-if-range>#switchportmodeaccessSwitch1<config-if-range>#switchportaccessvlan100Switch1<config-if-range>#spanning-treeportfastSwitch1<config-if-range>#interfacerangefastethernet0/23–24Switch1<config-if-range>#switchportmodetrunkSwitch1<config-if-range>#interfacerangegigabitEthernet0/1–2Switch1<config-if-range>#switchportmodetrunk②配置汇聚层交换机的3层交换功能Switch1<config>#interfacevlan2Switch1<config-if>#ipaddressSwitch1<config-if>#noshutdownSwitch1<config>#interfacevlan3Switch1<config-if>#ipaddressSwitch1<config-if>#noshutdownSwitch1<config>#interfacevlan4Switch1<config-if>#ipaddressSwitch1<config-if>#noshutdownSwitch1<config>#interfacevlan5Switch1<config-if>#ipaddressSwitch1<config-if>#noshutdownSwitch1<config>#interfacevlan6Switch1<config-if>#ipaddressSwitch1<config-if>#noshutdownSwitch1<config>#interfacevlan7Switch1<config-if>#ipaddressSwitch1<config-if>#noshutdownSwitch1<config>#interfacevlan8Switch1<config-if>#ipaddressSwitch1<config-if>#noshutdownSwitch1<config>#interfacevlan9Switch1<config-if>#ipaddressSwitch1<config-if>#noshutdownSwitch1<config>#interfacevlan10Switch1<config-if>#ipaddressSwitch1<config-if>#noshutdownSwitch1<config>#interfacevlan11Switch1<config-if>#ipaddressSwitch1<config-if>#noshutdownSwitch1<config>#interfacevlan12Switch1<config-if>#ipaddressSwitch1<config-if>#noshutdownSwitch1<config>#interfacevlan13Switch1<config-if>#ipaddressSwitch1<config-if>#noshutdown4.1.3接入层配置配置接入层交换机的基本参数#enablesecret123Switch/设置交换机口令Switch1<config>#linevty015/设置登录虚拟终端线时的口令Switch1<config-line>#loginSwitch1<config-line>#passwordyouguess②配置接入层交换机的管理IP、默认网关Switch1<config>#interfacevlan1Switch1<config-if>#noshutddown③配置接入层交换机的VLAN及VTPSwitch1<config>#vtpmodeclientSwitch1<config>#interfacerangefatchernet0/1–24Switch1<config-if-range>#duplexfullSwitch1<config>#interfacerangefatchernet0/1–24Switch1<config-if-range>#specd100④配置接入层交换机的访问端口Switch1<config>#Interfacerangefastchernet0/1-10Switch1<config-if-range>#switchportmodeaccessSwitch1<config-if-range>#switchportaccessvlan10Switch1<config>#Interfacerangefastchernet0/11-20Switch1<config-if-range>#switchportmodeaccessSwitch1<config-if-range>#switchportaccessvlan20Switch1<config>#Interfacerangefastchernet0/11-20Switch1<config-if-range>#spanning-treeportfast⑤配置接入层交换机AccessSwitch1的主干道端口Switch1<config>#Interfacerangefastchernet0/23-24Switch1<config-if-range>#switchportmodetrunkSwitch1<config>#spanning-treeuplinkfast/冗余设计Switch1<config>#spanning-treeBackbonefast/加快生成树的收敛4.2路由器配置4.2.1NAT配置随着网络的日益扩大.将要面临着IP地址的缺乏.对于这样一个问题.要用到一个NAT地址转换技术.这是针对地址缺乏而用的。在学校内部有很多学生要上网.老师办公要上网.只要使用内部网络地址即可.可在外部网络里面使用的都是公网地址.这里只需要将内部网络地址转换为公网地址就可以上网。这里使用了端口复用来实现地址转换.配置如下：Router<config-if>#exitRouter<config>#intf0/0Router<config-if>#ipnatinsideRouter<config-if>#ints0/0Router<config-if>#ipnatoutsideRouter<config-if>#exitRouter<config>#access-list2permitanyRouter<config>#ipnatinsRouter<config>#ipnatinsidesouRouter<config>#ipnatinsidesourcelist2interfaces0/0overload4.2.2静态路由配置做NAT地址转换的时候在内网以默认路由方式将内部网络的全部数据包发送到外网外部网络要做回路由进行通信。具体配置如下：Router<config>#iproute192.168.18.1Router<config>#iproute192.168.18.1Router<config>#iproute192.168.18.1Router<config>#iproute192.168.18.1Router<config>#iproute192.168.18.1Router<config>#iproute192.168.18.1Router<config>#iproute192.168.18.1Router<config>#iproute192.168.18.1Router<config>#iproute192.168.18.1Router<config>#iproute192.168.18.1Router<config>#iproute192.168.18.1其是是管理IP4.2.3ACL的配置、外部网络均可访问学校WEB服务器②、内部网络均可访问学校的内部服务器.均可访问外网。③、各部门之间能进行互相访问Router<config>#access-list101denytcpanyhosteq80Router<config>#access-list101permit