校园网升级改造方案的设计与实施-以高职校园为例

摘要

随着社会的不断发展和计算机技术的快速提升，为了进一步提升高职院校网络

水平，将对学校网络展开改造实施工程。本次网络升级改造工程将采取科学、规范、

严谨的实施工作方式，确保工程质量和效果。本课题的目标是为老师和学生提供更

全面的网络服务，以协助学校提高教学水平和研究能力。

通过分析原校园网的现状与存在的问题并结合院校需求将拓扑网络进行了全新

的设计和规划，采用了更为合适的三层网络结构，对核心设备（交换机和防火墙）

进行更新换代。校园网改造提升了新旧设备的兼容性。解决了服务器运维难度大的

问题，提升了设备管理水平和数据可靠性。针对设备数量增多导致机房不足的问题,

对新教学楼进行设备选材和对旧教学楼进行更换设备。同时建设数据中心机房并列

举出选材清单。当校园网的改造计划付诸实施后，对实施效果分析可知网络的安全

性和可依赖性大大增强，整个校园网络的运行也变得更加健康有序。总的来说，这

个升级计划的实施结果是令人满意的。

关键词：校园网；方案改造；防火墙；网络安全

Abstract

Numerousnewtechnologiesarecontinuallybeinghighlightedasaresultofthsrapid

advancementofcomputertechnologyandtheongoinggrowthofsociety.Wewillupgrade

Gigabitaccessoverwirednetworksandstreamlinethecampusnetworkarchitectureinorder

tokeepupwiththerisingnetworkdemand.Thiswillgreatlyincreasenetworkefficiency

andperformance,includingaccessspeedandreliability.Theultimateobjectiveofthistopic

istoofferteachersandstudentsmorecomprehensivenetworkservicesandtoencouragethe

developmentofadigitalcampusinformationinfrastructureinordertoassistschoolsin

raisingthecalibreoftheirinstructionandresearchcapabilitiesandtherebybetterserve

societyandtheeconomy.

Inthisessay,acampusnetworkforhighereducationisexamined.Thetopological

networkhasbeenentirelybuiltandplannedafteranalysingthepresentstateandexisting

issuesoftheoriginalcampusnetworkandcombiningwiththeneedsofcollegesand

universities.Tomodernisetheswitchandfirewallfundamentalcomponents,athree-layer

networktopologyisimplemented.Thecompatibilityofnewandolddeviceshasimproved

asaresultofthecampusnetwork'stransition.Itfixestheissueofchallengingserver

operationandupkeepandraisesthebarforequipmentmanagementanddatadependability.

Theequipmentmaterialsofthenewteachingbuildingarechosentoreplacetheequipment

oftheoldteachingbuildingduetothelackofcomputerroomsbroughtonbythegrowthin

technology.Adatacentrecomputerroomisconstructedatthesametime,andalistof

materialoptionsispresented.Theexaminationoftheimplementationeffectrevealsthatthe

securityanddependabilityofthenetworkhavebeensignificantlyimproved,andthe

operationoftheentirecampusnetworkhasbecomehealthierandmoreorganised.The

outcomesofthisimprovementplan'simplementationareremarkableoverall.

Keywords:transformationplan;networksecurity:campusnetwork;firewall

ii

目录

1绪论.......................................................1

1.1研究背景及意义.......................................................1

1.1.1研究背景.........................................................1

1.1.2研究意义与目的...................................................1

1.2国内外研究现状......................................................2

1.2.1国外研究现状.....................................................2

1.2.2国内研究现状.....................................................2

1.3研究方法............................................................3

1.4研究内容............................................................4

1.5研究架构............................................................4

1.6本章小结............................................................5

2相关技术介绍..........................................................6

2.1多核心技术...........................................................6

2.2虚拟局域网技术......................................................6

2.3防火墙技术..........................................................7

2.4三层交换技术........................................................8

2.5本章小结............................................................8

3高职校园网络现状研究及需求分析..............................9

3.1高职校园网发展......................................................9

3.2高职校园网络结构现状................................................9

3.3校园网存在问题分析.................................................10

3.3.1网络的基础设施和网络安全的担忧.................................11

3.3.2控制服务器和保护数据...........................................11

333中央机房较陈旧..................................................11

3.4校园网总体需求分析.................................................12

3.5网络改造目标.......................................................12

3.6校园网改造原则.....................................................13

3.7本章小结...........................................................14

4高职校园网络升级改造方案的设计.............................15

4.1规划设计............................................................15

4.1.1网络拓扑规划....................................................15

4.1.2技术方案规划....................................................15

4.1.3IP地址规划......................................................16

ill

4.2网络分层设计思想...................................................17

4.2.1核心层的设计....................................................18

4.2.2汇聚层的设计...................................................21

4.2.3接入层的设计...................................................22

4.3本章小结............................................................23

5高职校园网络升级改造方案的实施...................................24

5.1施工前期准备.......................................................24

5.1.1项目可行性分析..................................................24

5.1.2设备选材........................................................24

5.1.3工具选材........................................................25

5.2教学楼改造实施.....................................................27

5.2.1改造原则........................................................27

5.2.2改造方案........................................................27

5.2.3设备采购数量...................................................28

5.3中心机房建设实施...................................................29

5.3.1建设原则........................................................29

532项目实规戈ij.............................................................................................................29

5.3.3改造方案........................................................3()

5.3.4设备采购数量...................................................30

6结论与展望...........................................................33

参考文献...............................................................34

致谢....................................................

附录A....................................................................................................

附录B....................................................................................................

IV

1绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

随着国家教育资源投入的不断增加，校园网建设迎来了发展的新时期。许多高

职院校需要建立其独特的校园网络功能，表现出前所未有的速度和力量。伴随着诸

多原由带来的影响，高职院校面临着诸多难题。最初，不合理的网络结构规划，致

使核心设备资源被大批占用，随着应用较以往更多元化，网络运行需求不断增多，

而现有网络处理能力没有得到提升，因此网络拥堵现象时有发生。其次，由于设备

线路陈旧且数量众多，为了满足用户不断扩大的需求，防止被过度扩展。同时还频

繁出现故障，急需进行改造升级。第三，网络环境日趋复杂，网络安全问题也日益

凸显，传统设备已无法满足安全保障的要求⑴。第四，在信息化应用中，需要存储

的数据量越来越大，如何有效且安全地保存重要数据成为管理者面临的重要考验。

但随着信息共享脱节现象在许多高校中日益明显，尤其是多个校区的高校面临着跨

校区数据传输的难题，安全和有效性问题更加凸显。这些问题已经逐渐浮现，对问

题的要求给当前校园网带来了严峻考验⑵。在校园网络的建设中，会出现一些问题。

比如，一些基础设施不够完善、网络规划简单和安全性不足等。校园网络的早期建

设受到技术限制，需要通过研究校园网络的升级方法来改善这种状况⑶。

L1.2研究意义与目的

本文研究具有以下两个意义：

1.最初的校园网可以采用最先进的管理方法进行升级，以适应学校的需要，即

某高职院校根据现状和需要，通过使用高端网络设备和校园网改造这两种先进的校

园网方案，满足学校需求，可适应未来校园新网的发展⑷。

2.职业高中的网络升级正在计划和实施，这将有助于其他需要进行类似改造的

学校。职业高中的校园网建设是教育信息化的重要组成部分之一，是中国信息基础

设施建设的重要领域。校园内的网络已经得到了改善，通过合理的网络规划，互联

网用户得到了有效的处理，优化了校园网的使用，提高了利用率。

本次研究目的是：为了建立一个更安全、稳定、更高效的校园网络，以高职院

校网络为例，对当前校园网存在的问题进行了分析和讨论。结合企业信息化却学校

信息化的基本需求，提出了未来10年网络现代化建设的目标和规划。本课题介绍了

高职院校网络从最初建设到现在的共同问题，学校网络建设是其典型代表，而高职

院校则承担了相应的网络建设任务⑸。

1.2国内外研究现状

在当前经济发展形势下，高职校园建设的热度持续上升，其中校园网建设和改

造的重要性和紧迫性更加突显。要实现高质量的教育信息化，必须构建一个高效稳

定、可靠、并具有广阔升级空间的校园网络⑹。当前，网络技术不断发展和升级，

各种管理技术不断创新推出，人们的习惯也因这些变化而发生了微妙的转变。

1.2.1国外研究现状

我国在校园网和网络技术的发展方面落后于其他国家。20世纪90年代初，从

80年代中期开始，一个基本完成功能和结构的校园网络系统己经建立起来。国外高

校在增加网络终端和计算机站数量的同时.，尽量减少对骨干网络硬件的投资，这就

提高了计算机进入网络的人均费用。校园网络可以到达他们所有的工作、学习和居

住地点。即使在学生的宿舍里，他们也能随时浏览互联网。比如，美国的一所大学

有14500名本科生，1900名学术人员，35000名网络用户，和15000台接入设备。

巴西的一所大学有38000名学牛，7000名教职员工，11000名网络用户，3000台网

络设备⑺。

很显然，国际高校的校园网应用享有相当的知名度，网络的硬件和软件资源都

得到了最大限度的利用。NingguoShen等人根据无线网络技术的进步和发展，将校

园网设备稳定运行，用户上网速度明显加快，师生对校园网的满意度明显提高，在

教育机构、高等院校、政府部门等方面的应用逐渐增多网。WernerGotz团队在欧洲

打造最大的5G展场，并配备自己的5G校园网，经现场逐步建设，来展示5G通信

基础设施在校园网中的功能⑼。对一些发达国家，例如澳大利亚、美国，加拿大等,

校园无线网络已经发展成为提高教育信息资源利用、教学效果和质量、学习的互动

性和适应性的重要平台”叫因此，国外的校园网络也主要呈现以下特点：一是覆盖

面积广，除了良好的整体覆盖之外，校园内的覆盖率和使用率也很高"L第二，提

供了广泛的服务利应用，拥有尖端的硬件、丰富的软件和工具，给用户带来了更便

捷的用户体验，并鼓励网络不断发展和完善。第三，与企业有更多的合作和交流，

双方成功地创造了一个双赢的局面，它支持教育数字化的推进。由于无线技术和移

动网络的发展，许多国家已经实现了有线和无线网络的无缝连接，为教育信息技术

的发展提供了灵活和便利।⑵。

1.2.2国内研究现状

在国内，网络技术引入较晚，致使校园的网络发展也相对滞后。中国大多数高

校的网络信息点都在30€0个以上，其骨干线路一般每条都有1万个千兆的连接。包

括北京大学、清华大学、中山大学等在内的众多中国知名大学都已经开发了数字校

园，并积累了大量的专业知识。目前，校园网的建设正在不断完善，发展中的高校

2

也在积极向创建数字校园的方向发展“，

然而，随着国内网络的快速发展，高校校园网络成为了主力军，它经历了早期、

中期和后期的发展阶段。在早期阶段只实现了网络连接。由于缺乏技术和设备，它

无法满足用户的需求。网络硬件很先进，技术在中期一直在改进。然而，网络有些

复杂，由于基本架构不合理，管理技术不完善，许多人经历了危机。后来，网络将

有很大的安全性，这将改善用户体验。直到目前，只有少数高校实现了像清华大学、

西安交通大学、北京大学和复旦大学这样的网络发展C

皮宗辉等学者以喀什大学新校区网络建设为例，对新校区有线、无线网络提出

了系统的规划设计方案，并对校园网建成后运行过程中存在的问题进行了性能优化

调整，为学校的教育信息化打下坚实的基础【⑷。姚圣军学者以湖北经济学院宿舍楼

升级为例，为防止校内设备线路老化，在网络建设中引入全光园区网网络技术“支

马玉芳学者以青海民族大学为例，因传统数据中心机房在能源消耗、机房制冷、安

全管理等各方面已经不能满足发展需要，在对数据中心机房建设中，建设多个信息

点实现多个校区光互联，同时建成了校园一卡通管理系统“叫卢宏才等人以甘肃工

程职业技术学院为例，为建设一个的良好的校园网络环境，并对现有情况分析，开

展校园网建设，有效地保障了校园网的安全性，极大地方便了管理人员对整个网络

的管理，提高了校园网的可靠性［⑺。何振华学者就高校智慧校园网络建设研究探讨。

以湖南高速铁路职业技术学院为例对校园全光网络进行升级改造，网络机房集中管

理，保障校园无线网全场景的无线覆盖，大幅度提高了全光方案的网络带宽“力

为了建立稳定高效的网络环境并提供良好的用户体验，针对高校网络建设，需

从多个方面入手。为了满足当前网络的需要，首先要把核心层到汇聚层的连接能力

提升到万兆级I⑼。其次，为了完成一人一号的任务，必须保证认证和收费的安全性。

此外，随着网络的成熟，IPv4将逐渐消失，不能再支持目前网络的需求。为了实现

多业务和高安全性，在下一次升级改造中，校园网络必须逐步以IPv6为基础进行建

设囹。

1.3研究方法

1.文献研究法

文献研究法是通过收集现有数据和实证数据进行研究，目的是用科学的方法同

答问题或推断结果。在本研究中，查阅相关文献，收集近年来有关校园网升级改造

的实证数据和相关资料，并通过对这些数据和资料的分析和研究，提炼出其特点和

规律，为本课题的结论提供有利的依据。

2.问卷调查法

问卷调查法需要向被调查者发送一份问卷，了解其对研究对象的看法、杰度和

意见的方法°在本研究中，使用问卷调杳法对高职院校学牛、教师进行调杳，以了

3

解其对校园网升级改造的需求和期望。通过分析问卷调查结果，进一步完善本研究

的理论和建议，提出更加符合实际情况和研究对象需求的方案。

3.访谈法

访谈法是在借助访谈的方式，了解校园网改造的必要性、实施过程、目标和预

期效果等方面的内容。该研究方法通过深入访谈校园网相关的领导、技术人员、学

生和教师等不同群体，获取一手、准确的信息，帮助研究人员更好地理解校园网改

造的复杂性和可能遇到的问题，并提出对策和建议。

1.4研究内容

首先，本文以高职院校校园网络建设为例。在查阅大量文件时，本文描述了国

内外校园网络发展的总体情况，并彻底研究了目前高职院校的缺陷。在学习了相关

的理论和实践方法后，根据高效的现状，制定了更新和改造校园网络的计划。

然后，高职院校网络的总体架构是新安排和筹划的。选择更符合的三层网络架

构，以提高校园网络上新设备和旧设备的兼容性。

其次，评估了高校网络的现状，研究了当前的问题，提出了改进和改造高校网

络的建议，并提出了相关的设备和选择指南。增加了网络的规划和设计，以建设必

要的无线网络，提高服务器的可靠性和安全性。确保校园网的正常运行。

最后，根据改造方案进行数量采购，依据采购清单进行现场布线实施，并对实

施后的效果进行分析。

1.5研究架构

本课题对校园网的升级改造进行深入探讨，共分为六个章节。主耍概况如下：

第一章：绪论。描述所选题目的背景、意义和目的。它详细解释了论文的关键

概念、技术和实质。

第二章：相关技术的介绍。本文介绍了校园网络技术的现代化和相关理论知识

的应用。阐述了原理及相关技术。

第三章：主要分析高职院校网络发展的现状和问题。分析现有的校园网络业务,

找出校园网络发展的缺陷，并为校园网络的转型提供想法。通过对校园网络问题的

分析，全面分析了校园网络升级业务，提出了改造目标和改造原则。

第四章：校园网升级改造方案的设计。首先设计了高职教育校园网的建设架构。

阐述了IP地址的调度，切换核心部件配置，防火墙配置，虚拟局域网的配置与实现

并对校园网的总体结构进行了分层设计。提出来详细的无线网络构建方案，覆盖模

式和具体措施。

第五章：改造升级方案的实施。主要从校园网的布线，项目实施以及设备的采

购进行了详细的分析，最后对实施后的效果总结。

4

第六章，结论与展望。对本次研究的不足与后续工作的展望，首先根据第五章

实例验证结果对评估方法进行工作总结。其次，对后续进一步的研究进行展望，并

进行对应技术更进。

1.6本章小结

本章节详细阐述了学校网络的基本情况，校园网的研究背景、意义及国内外研

究现状。通过对校园网建设的分析，阐述了如何完善和提升现有校园网的问题，阐

明了建设高品质和高效率校园网的重要性。在研究内容方面，本文采用实例分析，

以某高职院校校园网建设为案例，分析存在的问题，并提出了适用于该高职院校现

状的升级改造方案。同时，本文还通过对国内外校园网发展现状的比较，分析了各

种校园网体系结构的优缺点，并提出了改善校园网建设的策略。此外，本章节还详

细描述了本文的章节结构安排，通过对每章的主要内容进行概述，为读者提供了整

体的阅读指引，以便更好地了解和理解本文的研究内容和结论。

5

2相关技术介绍

2.1多核心技术

核心层交换机是整个校园网的关键，整个网络性能的优劣由其性能决定C当基

本交换设备发生故障或连接发生故障时，整个校园网将瘫痪。因此，在校园网络建

设的早期阶段，由于技术和财务因素，单核网络通常是一种较为常见的架构。但在

创建核心层的同时，我们必须坚持高可靠性、高稳定性和冗余备份的理念，这适合

于用户少、资源少、网络流量少的网络。网络一直在稳定地扩展，单核网络无法满

足当前大规模校园网络的需求，单个网络的拥堵和稳定性差很容易成为整个网络发

展的瓶颈，并且容易失败。所以，为了进行更新，我们会选用一些双核心双环的网

络，采用备份两个基本交换机的策略来提高网络的可靠性，因为双核和双环网络的

结构更清晰、更简单，提供冗余的网络设备备份，冗余的网络连接备份，以及冗余

的网络管理和电源模块备份。链路负载平衡可用于在网络数据流量突然激增时最大

限度地提高网络的稳定性和可靠性，使校园网每周七天都能稳定可靠地运行。

2.2虚拟局域网技术

VLAN是一种将与第二层切换端口相连的网络使用者进行逻辑组合与划分的技

术。VLAN根据位置、角色、部门或应用程序和协议对网络用户进行分组。VLAN

技术通过改造能够解决局域网中的作战环境，广播环境和带宽等问题。一般而言，

在一个共用介质的Ethernet和SwitchingEthernet中，所有的使用者都在频率范围内,

这将导致网络性能下降，带宽浪费。利用VLAN技术，可以控制VLAN内的风暴，

减少广播域，提高网络性能。通过网络路由器实现VLAN之间的数据传输。VLAN

技术可以对交换机的整个端口进行控制，达到对网络资源访问的控制。通过交换第

三层和第四层，提供出更好的安全需求，灵活性和可扩展性。常用的划分VLAN的

方法包括以端口、IP地址、网络层和MAC地址为基础，不同的信息节点不能相互

交换数据，增强了网络的安全性。使用路由器、三层交换机和两层交换机可以实现

VLAN技术，VLAN技术可以大大改善网络管理和安全功能。在校园网升级改造中,

VLAN技术可以提高网络灵活性和安全性，同时解决网络广播风暴问题。为了实现

VLAN技术，项目人员可以使用路由器、三层交换机和两层交换机，校园网络的更

新和现代化是一项复杂的工程，然而，VLAN技术可以大大改善校园网的管理和安

全能力。图2-1描述了虚拟局域网的基本拓扑结构：

6

图2TVLAN结构图

2.3防火墙技术

最初，防火墙技术作为一种保障措施，防止互联网的安全危险。通过在内部和

外部网络之间建立一个安全网关，防火墙可以限制外部网络中未经授权的用户对内

部网络的访问。防火墙是一种计算机硬件和软件的混合体，可以保护公共网络不受

未经授权的用户访问。服务访问策略、认证工具、过滤和应用网关是构成防火墙的

四个组成部分。防火墙将计算机的硬件或软件与网络连接起来，从它位于两者之间

的地方。能够监视、调节和控制网络通信。防火墙可以根据几种提法分为网络防火

墙和PC防火墙。网络防火墙，通常被称为过滤路由器，是一种站在内部网络和外

部网络之间的安全设备。

网络防火墙可以发现和过滤信息协议，目的地址，端口和信息传输类型中不符

合外部信息规定的内容。同时，防火墙网络还可以通过网络向用户公开信息,防火

墙技术的进步有助于保障计算机网络的保密性，避免因网络攻击而造成的数据泄露

和资产损失。防火墙技术不断地更新和升级，可应对不断变化的网络环境和攻击方

式，具重要的应用价值。如图2-2所示：

计

用

算

外

户

机

部

计

防

网

算

火

络

机

墙

图2-2防火墙示意图

7

2.4三层交换技术

三层交换技术是对传统交换模式的一种替代。它已经在网络模型的第三层实现,

并且能够正常发送数据包。三层交换技术的发展解决了传统路由器速度慢、复杂度

高造成的网络过载问题，以及在局域网中划分网段后依靠控制路由器的子网的问题。

三层交换工作在网络层中。具有相同标志的服务流包，通过第二层的数据连接

层传输，第三层协议的IP包报头用于标记后续的业务流。在源IP地址和目标IP地

址之间铺平道路。这条路穿过连接层二。使用此路由，笫三层交换机可以运行转发

包并交换数据流，而无需解每个包来确定路由。三层交换技术的应用可以使网络更

加高效，交换机可快速、自动识别网络设备和端口，并实现高速转发和路由选择。

这样可以大大提高网络的性能和灵活性，使网络更加可靠和稳定。

2.5本章小结

本章主要介绍了校园网组网中经常应用的基本技术概念，如网络基础设施分析

与研究、VLAN技术、防火墙技术、三层交换技术等°这些理论是改善和改造校园

网的重要基础。

8

3高职校园网络现状研究及需求分析

3.1高职校园网发展

某高等职业学院成立于2003年，是一所专注于工程应用的职业院校，同时培养

工程专业人才。校园占地约800英亩，约有7000名学生。2003年高等院校于2005

年开始建设校园网。当时华为使用锐捷的出口网关和核心交换机将设备间的建筑物

连接起来，用光纤连接，但仍有一些建筑物没有建成核心网络。自2008年起增加了

一系列新系统和服务器以及相应的网络设备。学校现在使用中国电信作为其出口，

并拥有100M的互联网连接容量。采用了RG-NPE50,以适应防火墙的功能。现在，

我校拥有五栋教学楼、四栋宿舍楼、一栋办公楼、一栋图书馆、一栋报告厅却两栋

实训楼，共计18个学生机房。如图3-1所示。

图3-1高职院校布局图

3.2高职校园网络结构现状

根据问卷调查结果显示，超过60%的用户对当前的校园网络速度表示不满意或

非常不满意，而约有40%的用户表示网络稳定性较差，在使用中经常遇到断网、卡

顿、中央机房陈旧以及上课机房设备年限较长等问题。

根据与老师访谈可知，校园网存在许多问题：中心机房隐患多由于起初资金紧

张，机房的配电、消防、监控、防火、空调等均未按标准IT机房进行建设。中心机

房面积严重不足，网络设备数量超标，机房运行安全隐患大。机房建设技术手段落

9

后，不符合绿色节能环保建设标准，缺乏有效的机房运行及安全管理措施，运行管

理效率较低。校园网出口只有电信和教育网，无法进行多运营商选择，既不能满足

用户需求，又不能保证其安全可靠。校园网建设初期学校仅有不足5000个信息点，

原有的500M带宽远无法满足用户信息化教学、科研、学习等的需求。

而某高职学院网络采用的三级结构，包括核心层，接入层和汇聚层。校园网出

口使用具有特定防火墙功能的RG-NPE50设备。主交换机RG-S6506采用锐捷产品，

并融合了各种教育建筑、宿舍和图书馆等交换机.收敛开关通过光纤连接到主交换

机，接入层交换机采用锐捷的类似产品。此外，每个楼层都有不同的牌子，E音中添

加了不同的开关。由12台室内服务器对接校内各个楼点。原校园网拓扑结构如图3・

2所示：

图3-2高职院校原网络结构图

3.3校园网存在问题分析

为了明确校园网络的相关业务，通过实地访谈与学校老师进行了沟通。在沟通

过程中，本人了解到当前校园网络存在许多问题。由于斗」心地区的计算机房有限，

无法运输额外服务器和网络设备的能力，以及没有UPS（不间断电源）和防雷装置,

大学和网络服务器是有风险和不稳定的。由于企业系统正在不断发展增长，服务器

也跟着每年倍增。智能存储系统的设备已经严重老化，使用寿命长，故障率逐渐上

升，这对数据安全造成了极大的威胁。

因此，诸多严峻的问题日益显现。针对这些问题，本人初步分析出以下几点：

1.网络结构不明确，设置不合理，并存在网络安全威胁、网络广播风暴和应用

10

程序攻击等事故。

2.学校可用的网络空间数量受到限制，而使用量却在逐年增加，导致管理和使

用规范不完善，网络经常拥堵。使用铁芯开关负载大以及开关不足来实现单个核心

的稳定性。

3.网络安全设备过时，没有人能应对复杂的网络安全状况。可是，目前的管道

和线路网络并没有完全覆盖，只有少量的光纤能够满足数字广播和网络监控系统的

要求。

4.总体规划后的中心机房无法满足当前和下一步发展对设备的需求。

3.3.1网络的基础设施和网络安全的担忧

整个校园网的基础设施作为网络的核心。现有的基础网络结构受到制约，没有

备用设备，一旦有一台主机发生故障，整个网络就会瘫痪，这对校园网的正常运行

能力有很大影响。此外，锐捷现有的网络出口设备采用了2005年购买的NPE-50。

尽管有特定的防火墙功能，但随着设备的老化，安全能力也更加薄弱，其控制和接

口配置更是不够友好，弄且缺乏对硬件配置和操作的支持。此外，对于这个设备，

没有服务质量（QoS）的应用，无法有效管理和控制网络行为，也无法满足校园改

造网络设计的专业需求。与此同时，学校的网络带宽越来越有限，用户经常遇到网

络过载和访问延迟等问题。然而，网络设备的行为缺乏战略控制，无法有效控制和

控制网络用户的行为，此外，不合理甚至是非法的网络行为也无法被阻止。

3.3.2控制服务器和保护数据

服务器的数量也同样随着大中小学和信息技术的进步而逐年增长。目前高校服

务器数量急剧增加，也给服务器管理带来了新的问题。计算机机房的开支越来越大,

提供、管理和服务变得更加困难。对于每个操作系统都为其他操作系统提供了成吨

的知识，旧的存储已经不能满足需求。为了保证高水平的统一、财务和系统的数据

安全和稳定，需要更先进的存储解决方案。目前，由于锐捷2-12智能内存长时间提

供大量的内存和安全，导致备份数据在硬盘被破坏后也能被激活，但在扫描却重建

过程中，另一块硬盘驱动器也被破坏，致使数据存储系统的损坏，导致安全问题随

之增加。

3.3.3中央机房较陈旧

在早期，校园网络设备很少，中央计算机室位于教学楼的顶层机房，房间内通

过杂乱的线序连接到一个服务器机柜并与多个网络机柜相连。高清网络数字监控系

统、多功能教务系统、学生信息数据库是学校信息化建设规划中要建设的重要内容。

事实证明，房间里没有任何进一步的设备了。由于校园网的支持资源少，机房的配

备没有UPS电源和防雷系统，学校陷入了雷区。每年夏天，该设备经常受到雷电的

11

伤害。事实证明，房间里没有更多的设备了。由于校园网络的支持资源有限，以及

机房没有配备防雷系统和UPS电源，学校在矿井里。每年夏天，设备经常被闪电损

坏。最近几年，随着吹风设备以及取暖设备在学校宿舍的广泛使用，用电量急剧增

加，原来的电源系统无法加载，学校停电是由于变压器和其他型号的过载操作多次

失败导致的。如果核心机房发生故障，网络设备和服务器会突然停止工作，这将极

大威胁设备和数据的安全性。

3.4校园网总体需求分析

由于技术的进步，为了进步数字校园的信息化建设，目前的有线网络无法支持

教员和学生的移动工作和学习等网络应用，提高全校师生的网络应用体验，需要升

级网络设备。本课题的目的是建立快速，安全，方便，绿色的校园网，提高芍线网

络的千兆利用率。无线校园网与有线网络的融合实现了校园网的统一网络控制和认

证，网络结构进一步简化，网络性能明显提高，包括接入速度和效率。校园网虽然

已经运行了近十余年，但仍然存在着许多问题。由于建筑资金的限制，本次升级改

造仅针对关键部分进行，其它问题逐步解决。改造涉及该院校的教学、办公、宿舍

和公共区域等区域，提出以下要求：

1.组网原则：使用802.11ac技术构建无线网络，并根据各种应用情况选择合适的

解决方案进行部署，实现用户漫游服务。

2.网络模式：具有双层结构的无线网络，包括无线控制器和无线基站。所有配

置文件都由无线控制器控制，该控制器在活动状态和待机状态下工作，以确保无线

校园网络的可靠运行。

3.信号强度：所有无线数据点的输出功率都在国家允许的范围内，信号的内部

和外部功率分别相当于-66dbm和-72dbm.

4.电缆部分：千兆连接和万兆收敛电缆网络，升级电缆网络，并使用万兆互联

骨干网络和必要的设备连接两条线路。

3.5网络改造目标

为满足老师与学生的需求方便更好的为学生和教师提供更高效的信息资源支持

和服务，对这所高职院校的校园网络进行了考察和研究，发现存在着一些重大问题。

因此，以下因素应该是网络更新需要入手的方向，以解决这些难题：

1.设备升级：旧设条需要升级换代，以提升校园网整体性能和带宽，以适应现

有网络必须在满足用户需求的同时可靠而有效地运行。校园网的骨干部分速度、运

行可靠性和稳定性最为重要。目前，这所高职院校有900()名学生，近60()名教职员

工，800台有独特互联网需求的终端，以及多达10400名对服务有综合需求的用户。

如果这所高职院校的无线网络全面部署，需要网络连接的终端数量可能达到2万个。

12

正因为如此，在这次升级中，首先要考虑的是如何保证校园网用户可以不受干扰地

使用网络，即使有大量的用户，网络也能稳定可靠地运行。

2.新的Wi-Fi网络：随着智能终端设备的不断发展和成熟，校园用户的需求也越

来越多地转向了无线网络。由于移动应用的发展迅速，浮现出移动、开放、便携式

场馆等，对Wi-Fi网络的需求也随之愈加迫切，此前与传统的有线网络相似的解决方

案已经无法满足用户的日益增长的需求。因此，目前中国大部分高校都在升级和改

造校园网，其中包括对校园无线网络的建设°安装无线网络可以纠正有线网络接入

技术的弊端，解决有线网络布线难的问题，实现未来智能校园和数字校园的发展。

因此，某高职院校不得不扩大其无线网络。这次网络更新的目标是提供一个具有高

性能、高可靠性和高安全性的全校园Wi-Fi网络。

3.统一网络管理：各种类型的网络设备，如核心交换机、防火墙、路由器、无

线控制器、无线接入点等，在教学楼统一改造升级后都会加入学校的网络。在这种

情况下，需要一个管理网络硬件的平台。最好是能同时管理图的平台。因此，本文

提出建立一个单一的校园网络信息平台。

4.操作员设备均匀地连接到校园网：这所高职院校的三个运营商在早期就加入

了校园网。学生可以通过这三个运营商的网络访问外网。他们的主要操作方法是通

过运营商进入校园。但网络是由运营商建立的，与大学网络分开运行。运营商的网

络设备应该连接到校园网核心交换机上，因为这样做有很多问题需要考虑。

根据调查问卷结果可知，我们也需要提升校园网络的网络速度和稳定性，加大

学校网络设备更新和维护力度，提升网络的传输速度和稳定性，确保用户顺畅地使

用网络。

3.6校园网改造原则

高职校园改造网络的项目应以“建设大学职业和技术学校的国有计划''为基础，

从学校的最初需求着手，考虑到校园网络用户的需求，考虑到校园网络的安全水平,

并考虑到可扩展性和经济实用性原则。

1.统一规划：为保证校园网升级改造的有序进行，应从整体着手，按照相关标

准进行统一规划与施工，遵循“两个统一''的原则，确保整个过程顺利无差错，从而

满足学校的整体需求。

2.安全保护：这个校园网升级计划非常强调整个网络整体结构设计的网络安全,

并规定所有核心设备必须是国际公认的品牌，采用双活的网络结构，确保校园网的

安全和稳定运行，对于校园网的用户，创造一个更安全、更可靠的互联网环境。

3.预留扩展接口：本次网络升级改造方案中需充分考虑未来的发展，通过规划

设计，预留扩展接口，为未来五到十年的校园网发展提供保障，确保校园网能够满

足未来不断增长的网络需求。

13

4.经济实用：校园网的升级应完全考虑到经济原则。利用既有设备及基础设施,

通过选购够用、质量可靠的设备、减少不必要的开支等措施，保证本次网络升级改

造方案的经济实用性。

综上所述，本次校园网升级改造方案应综合考虑学校的整体需求，遵循“两个

统一”原则，重点考虑安全保障、预留扩展接口和经济实用等因素，制定合理的网

络升级改造方案，为学生和教职员工提供更加优质、高效、安全、稳定的校园网络

服务°

3.7本章小结

本章节阐述了高职院校的升级改造方案。针对现有网络存在的问题，文章采用

强大的防火墙、虚拟服务器和高效储存方案等解决方案，以加强网络安全性却数据

保护。随后，本文详细介绍了校园网升级和改造的确切要求，包括网络整体结构、

安全性和无线网络等方面的改进。同时，本文提出了规划中应该遵循的原则，包括

规划统一、安全保障、预留扩展接和经济实用等方向。最后，本章又给出关于校园

网络改造实现措施的方案。

14

4高职校园网络升级改造方案的设计

4.1规划设计

4.1.1网络拓扑规划

建立一个有效的、有用的、可靠的、可扩展的有线和无线综合校园网，是下一

代校园网改造的主要目标。为此，我们必须首先升级和更换校园网的核心硬件，然

后增加冗余单元和通信单元，以提高网络的整体稳定性和弹性。为了实现集中控制,

无线WIFI网络也采用了两段式结构。AC能够稳定地处理和控制网络中的所有无线

接入点。某高职院校校园网改造升级的目标结构图具体显示在以下图4-1中所示：

图47高职院校网络改造结构图

从图中可以看出，新一代校园网改造需在现有基础设施的基础上实现，加强校

园网的可靠性、安全性和灵活性。其中，核心骨干网络采用分布式冗余高可用性设

计，通过增加冗余链路和设备，实现网络的高可用性和容错性。同时，在无线网络

方面，采用两级结构和集中控制的方式来实现对无线网络设备的管理和控制，以提

高网络整体的效率和稳定性。为了创建一个有效的、现实的、可靠的、可扩展的有

线和无线综合校园网，某高职院校选择了一些优化方案对校园网进行升级和改造，

为教学、科研和科学创新提供了强有力的技术援助。

4.1.2技术方案规划

1.外网流量采用双出口，连接到电信和移动运营商，路由滞上进行NAT转换。

15

实现内部和外部网络的访问互通。

2.在两个出口路由器上使用NQA和默认路由联动，当其中一个外网出口中断时,

自动切换到另一个出口。同时，在电信和移动之间选择电信作为默认出口路径。

3.在校园网局域网和外部出口路由器之间添加网络安全防火墙，加强内部网络

的安全保护。

4.校园网采用的三层层次架构，包括核心层、汇聚层、接入层。核心层使用主

备双机,，对网路故障天牛容错能力，便用MSTP牛成树协议进行环路平衡°

5.服务器部署在数据中心区域，通过网络安全防火墙加强数据中心网络的安全

保护。

6.核心层、数据中心、出口防火墙、路由器之间使用OSPF动态路由协议，确保

网络路由的高效性和自动性。

7.进行校园网划分VLAN,每个VLAN设置一个独立的IP网段，方便网络的管理

和维护。

8.无线网络采用企业WLAN方式部署，统一由AC控制器进行管理，使用同一个

SSID信号，实现校园网络的无缝自动漫游。

4.1.31P地址规划

校园网升级计划中的IP地址规划分为三个部分。首先是规划校园网主干设备的

IP地址，其次是规划无线AC管理地址，最后是规划各楼宇的地址。

根据学校规模，规划在学校使用/16的IP网段，再划分成/24位的子网,

每个子网使用最后一个172.*.*.254的IP地址作为本网段的通信网关。无线网段使用

/22位的子网掩码，IP地珏具体规划如表4-1所示：

1.业务IP地址规划：

表4-1校园网IP规划

序号名称IP子网掩码VLAN网关

1办公楼154

2教学楼2172.16.2,254

3实验室3172.16.3,254

4图书馆4172.16.4,254

5宿舍楼5172.16.5,254

6食堂6172.16.6,254

7体育场7172.16.7,254

16

2.接口IP地址规划：

路由器、防火墙、核心交换机、数据中心之间运行OSPF动态路由，这些网络

设备需要配置用于OSPF通信的接口1P地址，接口IP地址具体规划如下表所示：

表4-2校园网IP规划

名称接口IP名称接口IP

Core3GE0/0/24/30FW3GE1/0/0/30

FW3GE1/0/1/30Core1GE0/0/22(VLAN201)/30

FW3GE1/0/2/30Core2GE0/0/22(VLAN201)0/30

FW1GE1/0/13/30Core1GE0/0/23(VLAN202)4/30

FW1GE1/0/27/30Core2GE0/0/23(VLAN202)8/30

FW2GE1/0/11/30Core1GE0/0/24(VLAN203)2/30

FW2GE1/0/25/30Core2GE0/0/23(VLAN203)6/30

FW1GE1/0/09/30ARIGE0/0/00/30

FW2GE1/0/03/30AR2GE0/0/04/30

4.2网络分层设计思想

比较复杂的校园网是分层组织的，按照自上而下的设计原则，参考OSIRM模型

和TCPIP协议模型，分为三层。每一层都执行其独特的功能。图4.2和图4-3显示了

分层的情况。

应用层<------->用户应用层

传输层系统服务层

网络层

<------->网络基础层

网络接口层

图4-2网络分层比较

17

图4-3网络分层结构

整个网络的性能是由核心层来保证的。这些工具包括核心层的交换机、路由器

和防火墙。核心交换机的目的是实现快速的数据传输，因此机器必须无故障运行。

如高效、可靠、容错、灵活的管理平台等，且需具备高吞吐量的万兆交换机°汇聚

层主要负责连接楼宇接入层硬件，这就要求有很强的稳定性和快速转发数据包的能

力。一般采用工作于二层的交换机设备。接入层是用户接入网络的底层，交换机设

备应具有成本低、端口多、即插即用功能、日常维护方便等特点。建议在改造校园

网时使用廉价的交换机设备，以确保网络的稳定性、高效性和易维护性。

4.2.1核心层的设计

为了支持智慧校园的各种应用需求，并为其建设打下坚实的基础，校园网进行

了改造。改造计划提出了使用校园网锐捷N18K核心交换机来代替原有的华为S9605

核心层设备。通过虚拟化技术将两台物理交换机拆分为虚拟交换单元（VSU）。只

要它们反转两个不同的开关，它们就具有一定的吞吐量和抗损坏性，对校园网没有

负面影响是非常重要的。核心交换机的功能包括作为校园网的网关和VLANo要使

用Supervlan+Subvlan技术来分割一个VLAN,这意味着在Supervlan中放置多个子

vlan,另外，给Supervlan分配一个IP地址，为校园内所有的DHCP用户服务。接

入层的Subvlan可以通过限制广播场和降低广播风暴来提高校园网的性能。园区网

和AP的用户也可以通过核心交换机访问DHCP服务，它应该具有相当大的ARP表

和认证表能力。在设备选型时，应考虑以下性能指标。

表4-3核心交换机性能指标

指标项详细性能指标要求

硬件规格有2个主控板槽位，4个交换网络板槽位，8个业务槽位。

性能指标交换带宽80Tbps,数据包转发lOOOMpps

支持的路由协议包括BGP-4、RIP、OSPF和IS-IS。还支持动态

路由功能

路由协议，包括0SPFv3、BGP4+和RIPng。

18

表4-3核心交换机性能指标（续）

指标项详细性能指标要求

1.集中认证解决方案支持多种认证模式，例如Portal、MAC认

证和免认证等，并能统一认证有线或无线设备。

2.支持短信或二维码认证方式，能无感知地对终端类型进行识

别和管理。整个系统支持至少9万个并发在线用户终端，能够

处理多个整机速度。

扁平化认证网关功能3.如果集中认证不能由核心交换机完成，本项目需要设置BRAS

集中认证网关。硬件性能需包括整机交换容量不少于19Tbps,

包转发率不少于7000Mpps<.

4.该设备支持多种认证方式，还支持PAP、CHAP等协议。支

持网络方和用户方的操作。为了保证所有的接口都能实现这一

功能，必须选择集成了用户认证的接口卡模块。

该设备能够利用现代数据中心的特点和能力，如N:1和1:N虚

拟化技术，并具有必要的虚拟化许可。为了使核心网络轻松过

渡到SDN,该设备可以实现OpenFlowvl.3协议。

数据中心功能

支持TRILL、DCB无损以太网和以太网光纤通道协议，并设置

必要的数据中心功能许可。

1.配置两台设备，每台设备需要实际配置万兆SFP+光口、52个

即图萝求