希望中学网络规划与设计

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1.项目背景......................................................1

1.1学校简介...................................................1

1.2项目简介...................................................1

2.需求分析......................................................2

2.1目的及要求................................................2

2.2预期目标..................................................2

3.相关技术原理..................................................3

3.1VLAN技术..................................................3

3.2DHCP技术..................................................3

3.3NAT技术...................................................4

3.4OSPF技术..................................................5

3.5VRRP技术..................................................6

4.网络规划与设计................................................7

4.1网络拓扑设计..............................................7

4.2IP地址规划与设备互联规划...................................7

4.3设备选型..................................................8

5.项目实施......................................................8

5.1设备改名..................................................9

5.2VLAN配置...................................................9

5.3DHCP配置..................................................11

I

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5.4NAT配置...................................................13

6.结果测试.....................................................15

6.1DHCP的结果................................................15

6.2网络连通性...............................................17

7.小结.........................................................17

参考文献........................................................18

II

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1.项目背景

1.1学校简介

希望中学是是经上级教育主管部门批准成立的一所完全中学制全日制寄宿

式优秀公办学校，学校自1996年创办以来受到社会各界的认可，多次被评为教

学质量信得过的优秀民办学校，家长放心、社会认可的教学先进示范校。学校

拥有两个校区：现有几千余名学生，包含幼儿园、小学、初中、高中，新校区

投资亿元，并于2018年5月投入使用，新校区前身是位于县城中心的老牌名校

希望小学。学校创建于1999年，目前两个校区，教职员工200余人。学校共占

150亩，建筑面积近4万多平方米。学校拥有单体面积大的古典风格教育教学

综合楼,市内规模最大的舞蹈排练室、学术报告厅和图书馆”！新校区位于风景

秀丽、柳树成荫的大道北段西侧，交通便利，环境优美，空气清新。春夏，青

草碧树、掩映成趣;金秋，硕果飘香，沁人心脾;我校四季常绿，四季花开，环

境幽静，有浓厚的文化气息，是一所花园式学校！

1.2项目简介

建设一个现代的中学校园网络，实现办公自动化。

校园网必须能够支持学校提升网络带宽和稳定性：通过升级网络设备、扩

容带宽等措施，提高校园网络的带宽和稳定性，确保师生在任何时间、任何地

点都能流畅访问网络资源。拓展覆盖范围：优化网络覆盖结构，覆盖校园内各

个角落，包括教学楼、宿舍区、图书馆、体育场等，确保全校师生都能方便地

接入网络。加强网络安全防护：建立完善的网络安全体系，包括防火墙、入侵

检测系统、漏洞修补等，保障校园网络的安全稳定运行，防范各类网络安全威

胁。提升网络管理效率：引入网络管理系统，实现对网络设备、带宽利用、流

量监控等的实时管理和调优，提高网络资源利用效率，降低管理成本。支持教

学和科研创新：为教师和学生提供稳定高效的网络环境，支持在线教学、远程

会议、科研数据传输等应用，促进教学和科研创新。

1

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2.需求分析

2.1目标及要求

校园网连接了包括综合楼、实训楼、实验楼、老楼、学生宿舍等大量的信

息点，学校管理、教育科研、电子教学、远程教育和互联网的引入以及对外技

术交流与合作服务等大量的业务，要求校园网必须是一个实用的、高可靠、高

效率、高扩展性、高安全性系统。

为实现校园网络高质、高效互联的目标要求，在网络设计构建中，应始终

坚持以下建网原则：

覆盖范围和容量规划：确定校园网络覆盖的范围，包括教学楼、宿舍、图

书馆等区域，并根据学校规模和使用需求规划网络容量，确保网络能够满足日

常使用和未来扩展的需求。

安全性：确保网络安全是校园网络规划的重要目标之一。这涉及到防火墙、

入侵检测系统、加密技术等安全措施的部署，以保护学校网络免受恶意攻击和

未经授权的访问。

性能和可靠性：校园网络需要具备良好的性能和可靠性，能够满足带宽需

求、保持稳定连接，并能够快速应对故障和故障恢复。

无线覆盖：随着移动设备的普及，无线网络覆盖变得越来越重要。校园网

络规划需要考虑到无线覆盖的需求，包括密集区域的覆盖、漫游支持等。

管理和维护：确保网络的易管理性和可维护性也是重要目标。这包括网络

设备的统一管理、监控系统的部署、定期维护和更新等。

成本效益：最后，校园网络规划需要考虑成本效益，确保在满足上述要求

的同时，尽可能节约成本，提高资源利用效率。

2.2预期目标

1.高速稳定的网络环境:为学生、教师和管理人员提供高速、稳定、安全的

网络服务，满足教学、科研和管理的需要。

2.全面的网络覆盖:实现校园内教学科研、生活区域的网络覆盖，包括教室、

实验室、图书馆、宿舍、食堂等场所，确保网络信号的强度和稳定性。

了.灵活扩展的网络架构:构建易于扩展的网络架构，适应学校未来发展需

求，为新增设备和用户接入提供便利。

4.简化运维管理:通过集中管理方式简化网络运维流程，提高工作效率降低

2

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运维成本。

5.信息化应用支持:为各类信息化应用提供良好的基础支持，包括在线教

学、资源共享、校园一卡通等。

3.相关技术原理

3.1VLAN技术

VLAN（VirtualLocalAreaNetwork）即虚拟局域网，是以局域网交换机

为基础，通过交换机软件实现根据功能，部门，应用等因素将设备或用户组成

虚拟工作组或逻辑网段的技术，其最大的特点是在组成逻辑网时无需考虑用户

或设备在网络中的物理位置。解决交换机进行局域网互联时无法限制广播的问

题，从而实现了虚拟工作组的技术。

3.2DHCP技术

DHCP（动态主机配置协议）是一种网络管理协议，允许网络设备自动获取

IP地址和其他网络配置参数。DHCP是一种C/S模式的网络协议，它使用UDP协

议进行通信，具体端口号为67和68。DHCP客户端通常位于网络中的设备上，

而DHCP服务器负责分配网络配置参数。这些参数通常包括IP地址、默认网关、

DNS服务器地址等。

DHCP的工作原理如下：

基于客户端-服务器模型。DHCP服务器是网络中的一个节点，负责分配IP

地址和其他网络配置信息。当一个设备加入网络时（例如，计算机启动或移动

到新的网络），它会向网络发送一个DHCP请求。DHCP请求通常是一个UDP数据

包，其中包含一个特殊的DHCP报文，称为DHCPDiscover报文。这个报文被广

播到网络中的所有DHCP服务器。当DHCP服务器收到这个请求后，它会回复一

个DHCPOffer报文，其中包含一个可用的IP地址以及其他网络配置信息。设

备收到DHCPOffer报文后，通常会向其中一个DHCP服务器发送一个DHCP

Request报文，请求使用该提供的IP地址。在接收到这个请求后，DHCP服务器

会回复一个DHCPAcknowledgement报文，确认该设备可以使用提供的IP地址。

3

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通过这种方式，DHCP允许网络管理员轻松地管理IP地址分配，而无需手动配

置每个设备的网络参数。这对于大型网络特别有用，因为它可以减少管理工作

量，并确保网络中的设备都能够正确地通信。

3.3NAT技术

NAT技术的基本原理是通过将内部网络的私有IP地址映射到公共IP地

址上，实现内部网络与外部网络的通信。具体来说，当内部网络的主机想要与

外部网络的主机通信时，NAT设备（如路由器）会修改数据包的源IP地址，将

其从内部的私有地址转换为公共IP地址。同时，NAT设备会记录会话信息，以

便在外部网络对内部主机进行响应时，能够正确地将数据包转发回内部主机。

NAT的工作方式可以分为以下几个步骤：

地址转换：NAT会在路由器或防火墙上维护一个地址转换表，将内部私有

IP地址和外部公共IP地址进行映射。当内部设备发送数据包到外部网络时，

路由器会将数据包中的源IP地址替换为路由器的公共IP地址，同时在地址转

换表中记录下相应的映射关系。当外部网络返回响应时，路由器会根据地址转

换表将响应的目标IP地址转换为内部设备的私有IP地址。

端口转换：NAT还可以进行端口转换，允许多个内部设备使用同一个公共

IP地址与外部网络通信。它通过修改数据包的源端口和目标端口来实现多个设

备之间的区分。这种方式称为端口地址转换（PAT）或端口映射。

连接跟踪：NAT通常会跟踪每个连接的状态，以便正确地将响应数据包转

发回正确的内部设备。这种连接状态跟踪能力使得NAT能够在大多数情况下正

确地处理传入和传出的数据包。

总的来说，NAT通过地址转换和端口转换实现内部私有网络与外部公共网

络之间的通信，从而有效地解决了IPv4地址短缺的问题，并提高了网络安全性。

3.4OSPF技术

OSPF（OpenShortestPathFirst）是一种用于在IP网络中确定最短路径

的动态路由协议。它在内部使用了Dijkstra算法来计算最短路径，并且支持

VLSM（可变长度子网掩码）和CIDR（无类别域间路由）等高级功能。OSPF是一

个开放的标准协议，可以运行在各种操作系统和网络设备上。

OSPF通过建立邻居关系和交换链路状态信息（LSA）来维护网络的拓扑信

息，并通过计算最短路径来选择最佳的路径。下面是OSPF工作的一般步骤：

4

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1.邻居发现：在网络中，OSPF路由器需要通过发送和接收Hello消息来

发现其他OSPF路由器并建立邻居关系。Hello消息包括路由器的ID、优先级、

IP地址等信息。

2.状态传输：建立邻居关系后，邻居之间开始交换链路状态信息（LSA）。

LSA包含了该路由器所知道的网络拓扑信息，例如路由器ID、相邻路由器ID、

链路成本等。

3.数据库同步：收到LSA后，路由器会将LSA信息存储在自己的链路状态

数据库（LSDB）中，并通过LSDB同步机制将LSA信息传播给其他邻居。通过同

步LSDB，所有路由器的拓扑信息保持一致。

4.最短路径计算：每个路由器使用Dijkstra算法计算从自己到达其他网

络的最短路径，将计算结果存储在路由表中。最短路径的选择是基于链路成本，

可以通过管理员配置来调整。

5.路由选择：根据路由表中的最短路径信息，路由器可以选择最佳的路径

来转发数据包。OSPF支持多路径，即可以将数据包同时发送到多个路径上，提

高网络的可靠性和负载均衡能力。

6.拓扑更新：如果发生拓扑变化（例如链路故障、网络拓扑改变等），OSPF

路由器会通过Hello消息和LSA来检测和传播拓扑变化，从而更新路由表中的

最短路径信息。

总的来说，OSPF通过建立邻居关系、交换拓扑信息、计算最短路径和更新

路由表等步骤来实现网络中的路由选择。它具有快速收敛、支持大规模网络、

高可靠性等特点，被广泛应用于企业、运营商等各种网络环境中。

3.5VRRP技术

VRRP（VirtualRouterRedundancyProtocol）是一种用于提供路由器冗

余的协议。其原理是通过多台路由器组成的虚拟路由器，提供冗余的默认网关，

确保在一台路由器发生故障时能够无缝切换到备用路由器。

VRRP的原理是将多台路由器配置为一个VRRP组，并分配相同的虚拟IP地

址。其中一台被指定为Master路由器，其他路由器作为Backup路由器。

Master路由器会周期性地发送VRRP广播，通知其他路由器自己仍然是

Master。Backup路由器则监听这些广播消息，一旦停止收到Master路由器的

广播，就会开始选举一个新的Master路由器。

选举新的Master路由器的过程是根据优先级来进行的。每个路由器都有一

5

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个预先配置的优先级，优先级高的路由器有更高的可能性成为Master路由器。

当路由器成为Master后，它会发送一个VRRP广播，通知其他路由器有一个新

的Master出现。

当一台路由器发生故障或被禁用时，VRRP会自动完成故障检测，并将其排

除在备用路由器之外，直到故障恢复或重新启用。

通过VRRP，客户端设备可以无感知地访问到虚拟路由器提供的冗余默认网

关。当Master路由器发生故障时，备用路由器会自动接管并提供无缝的网络服

务，确保网络的连通性和可靠性。

总结来说，VRRP通过使用虚拟路由器和备用路由器的冗余配置，提供了一

种高可用性的网络路由器解决方案。它可以通过在故障发生时自动切换到备用

路由器，确保网络的可用性，并减少对网络用户的影响。

4.网络规划与设计

4.1网络拓扑设计

图1项目拓扑图

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4.2IP地址规划与设备互联规划

描述VLAN网段子网掩码网关IP地址

PC1vlan1026277

PC2Vlan20902761

PC3Vlan302273

PC4Vlan50582729

Clinet1Vlan50302729

Clinet2Vlan406275

Clinet3Vlan109277

PC6/24/

表1PC端IP地址划分表

内网地址为/24，其中vlan304050的主机数<30，vlan10

2060的主机数<12，每个网段的第1个地址作为各网段的网关地址

4.3设备选型

产品TP-LINK产品图片

型号TL-SF1016D

产品快速以太网交换

类型机

端口非模块化

结构

端口16个

数量

需求3台

数量

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端口16个10/100MbpsRJ45端口

描述

表2交换机的选型

产品TL-ER6120产品图片

型号

产品

类型VPN路由器

端口非模块化

结构

接口6个

数量

需求3台

数量

网络TCP/IP，DHCP，ICMP，NAT，PPPoE，SNTP，HTTP，DNS，H.323，

协议SIP，DDNS

表3路由器的选型

5.项目实施

5.1设备改名

Router(config)#hostname修改设备名称为AR1

AR1

Router(config)#hostname修改设备名称为ISP

ISP

Router(config)#hostname修改设备名称为

LSW4LSW4

Router(config)#hostname修改设备名称为

LSW1LSW1

Router(config)#hostname修改设备名称为

LSW2LSW2

Router(config)#hostname修改设备名称为

LSW3LSW3

表4设备改名

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5.2VLAN配置

[LSW5]vlanbatch1020；在LSW5中创建VLAN1020

[LSW5]inte0/0/2

[LSW5-Ethernet0/0/2]portlink-typeaccess；设置e0/0/2端口类型

为acces

[LSW5-Ethernet0/0/2]portdefaultvlan10；用来配置接口的默认

VLAN并同时加入这个VLAN。

[LSW5-Ethernet0/0/2]inte0/0/3；另一个端口同理

[LSW5-Ethernet0/0/3]portlink-typeaccess

[LSW5-Ethernet0/0/3]portdefaultvlan10

[LSW5-Ethernet0/0/3]inte0/0/4；配置VLAN20

[LSW5-Ethernet0/0/4]portlink-typeaccess

[LSW5-Ethernet0/0/4]portdefaultvlan20

[LSW5-Ethernet0/0/4]inte0/0/1

[LSW5-Ethernet0/0/1]portlink-typetrunk；端口e0/0/1为trunk

口

[LSW5-Ethernet0/0/1]porttrunkallow-passvlan102030405060；

trunk允许通过vlan102030405060

[LSW2]vlanbatch30

[LSW2]inte0/0/3

[LSW2-Ethernet0/0/3]pla；定为access口

[LSW2-Ethernet0/0/3]pdv30；划分到vlan30

[LSW2-Ethernet0/0/3]inte0/0/1

[LSW2-Ethernet0/0/1]plt

[LSW2-Ethernet0/0/1]ptav102030405060

[LSW2-Ethernet0/0/1]inte0/0/2

[LSW2-Ethernet0/0/2]plt

[LSW2-Ethernet0/0/2]ptav102030405060

[LSW3]vb40

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[LSW3]inte0/0/3

[LSW3-Ethernet0/0/3]pla

[LSW3-Ethernet0/0/3]pdv40

[LSW3-Ethernet0/0/3]inte0/0/2

[LSW3-Ethernet0/0/2]plt

[LSW3-Ethernet0/0/2]ptav102030405060

[LSW3-Ethernet0/0/2]inte0/0/1

[LSW3-Ethernet0/0/1]plt

[LSW3-Ethernet0/0/1]ptav102030405060

[LSW4]vb50

[LSW4]inte0/0/2

[LSW4-Ethernet0/0/2]pla

[LSW4-Ethernet0/0/2]pdv50

[LSW4-Ethernet0/0/2]inte0/0/3

[LSW4-Ethernet0/0/3]pla

[LSW4-Ethernet0/0/3]pdv50

[LSW4-Ethernet0/0/3]inte0/0/1

[LSW4-Ethernet0/0/1]plt

[LSW4-Ethernet0/0/1]ptav102030405060

[LSW1]vb102030405060

[LSW1]intg0/0/2

[LSW1-GigabitEthernet0/0/2]pla；vlan60和LSW1直连

所以用access

[LSW1-GigabitEthernet0/0/2]pdv60；划分到vlan60

5.3DHCP配置

Vlan10

[AR1]dhcpenable；开启DHCP

Info:Theoperationmaytakeafewseconds.Pleasewaitfora

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moment.done.

[AR1]ippool10；创建全局

地址池

Info:It'ssuccessfultocreateanIPaddresspool.

[AR1-ip-pool-10]network6mask27；配置全局

地址池下可分配的网段地址

[AR1-ip-pool-10]gateway-list7；配置网关地

址

[AR1-ip-pool-10]dns-list14

[AR1-ip-pool-10]leaseday0

[AR1-ip-pool-10]intg0/0/0.10

[AR1-GigabitEthernet0/0/0.10]disthis

#

interfaceGigabitEthernet0/0/0.10

dot1qterminationvid10

ipaddress724

arpbroadcastenable

#

return

[AR1-GigabitEthernet0/0/0.10]dhcpselectglobal；选择全局配置

模式

Vlan20

[AR1]ippool20；再创建一个地址池名为20

Info:It'ssuccessfultocreateanIPaddresspool.

[AR1-ip-pool-20]network60mask27

[AR1-ip-pool-20]gateway-list61

[AR1-ip-pool-20]dns-list14

[AR1-ip-pool-20]leaseday0

[AR1-ip-pool-20]intg0/0/0.20

[AR1-GigabitEthernet0/0/0.20]dhcpselectglobal

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Vlan30

[LSW1]dhcpenable

[LSW1]intvlan30

[LSW1-Vlanif30]disth

interfaceVlanif30

ipaddress324；已经配置了网关

#

return

[LSW1-Vlanif30]dhcpselectinterface；接口模式DHCP

[LSW1-Vlanif30]dhcpserverdns-list14

[LSW1-Vlanif30]dhcpserverleaseday0

Vlan50

[LSW1-Vlanif40]intvlan50

[LSW1-Vlanif50]dhcpselectinterface

[LSW1-Vlanif50]dhcpserverdns-list14

[LSW1-Vlanif50]dhcpserverleaseday0

5.4NAT配置

模拟设置互联网中的另一端的主机的ip为

子网掩码

网关为54

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图2设置PC6的ip

[AR1]acl2000

[AR1-acl-basic-2000]rulepermitsource55

[AR1]intg0/0/2

[AR1-GigabitEthernet0/0/2]natoutbound2000

Info:TheNATaddresspoolisempty

[AR1-GigabitEthernet0/0/2]ipadd24

[AR1-GigabitEthernet0/0/2]disth

[V200R003C00]

#

interfaceGigabitEthernet0/0/2

ipaddress

natoutbound2000

#

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Return

[ISP]intg0/0/0；进入与AR1相连的端口g0/0/0

[ISP-GigabitEthernet0/0/0]ipadd24；添加端

口地址与AR1相连的端口处于同一网段

[ISP]intg0/0/1；模拟互联网中另一端口连接的主机

[ISP-GigabitEthernet0/0/1]ipadd5424；设置与

此端口相连的主机的网关地址

[AR1]iproute-static

[LSW1]iproute-static25

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6.结果测试

6.1DHCP的结果

图3教学楼连通性测试图

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6.3网络的连通性

图4网络连接测试图

7.小结

通过上述安全设备及安全技术，经实际运行检测，较大程度的保护校园网

络安全。任何一个网络安全体系的构建都不会是无懈可击、劳永逸的，随着网

络技术的发展，各种新型的网络攻击手段会层出不穷。因此，这需要不断的发

展和研究新的网络安全技术，以应对可能出现的新问题。

校园网络规划是一项重要的工作，它直接影响到校园的教学质量和师生的

使用体验。首先，我们需要明确校园网络规划的目标，即为师生提供稳定、高

速、安全的网络服务。为了实现这一目标，我们需要对校园网络进行整体规划，

包括网络架构设计、设备选型、网络布线等。

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在网络架构设计上，我们需要考虑到校园的规模、建筑物的分布以及师生

的网络需求，设计出一个合理的网络架构。设备选