计算机网络课程设计校园网的规划设计.docx
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计算机网络课程设计校园网的规划设计
摘要
本次设计主要以***为背景，从校园网的背景和相关计算机网络技术入手，根据网络的功能需求，信息点分布，局域网的安全问题等方面，结合工作实践，进行了分区、分层规划，实施布线方案，利用软件画出网络拓扑图，最后根据网络调查确定设备选型、报价，并考虑了目前网络的发展趋势，以系统化和工程化的思想较为详细地阐述了校园网的规划设计及实现的过程。
关键词：
网络拓扑图；校园网；网络设计；IP地址；网络设备；VLAN
前言
本次课程设计要求本人根据实际情况，选择合适的地点进行校园局域网的规划设计，通过该课程设计，熟悉路由器、交换机的配置及相关命令。
根据网络案例设计出包括网络拓扑结构图、IP分配及规划、特殊网络应用技术。
本次课程设计选择的是******新校区进行校园网的规划与设计。
******新校区昆明***新城大学园区东南部，占地面积大约3300亩，建筑面积达100万平方米，学生20000人，符合中小型局域网的规模。
针对******新区，本人首先调查了学校的地理位置，学生人数，校园建筑物分布，并通过分区、分层设计来确定校园网络的设计，通过网络调查确定了校园网主干网采用10Gbps高速千兆以太网技术，选用Edraw这个软件来画出网络拓扑图，最后根据网络调查和实际情况分析选出合适的设备并做出了报价。
通过本次课程设计，本人熟悉了路由器、交换机的配置及相关命令，学会了如何全面细致地规划校园网，正确地画出网络拓谱图，并正确地分配IP网址，并结合网络调查选择合适的设备。
提高了设计方案的分析、设计、论证、实现及文档规范书写的能力和解决实际问题的能力。
目录
摘要I
前言II
第1章校园描述1
1.1校园网络的地理分布1
1.2校园网组织结构图1
第2章需求分析4
2.1校园网络4
2.2校园网的功能4
2.3校园网的建设原则5
2.4QoS5
2.5校园网的信息点分布5
2.6校园网的安全问题5
2.7校园网安全解决方案6
第3章校园局域网的构建8
3.1主干网传输方案设计8
3.2Internet接入方案9
3.3综合布线方案10
3.4校园网分层设计12
3.5校园网分区设计13
3.6网络设备选型15
3.6.1选型原则15
3.6.2核心交换机设备选型16
3.6.3汇聚层设备选型16
3.6.4接入层设备选型16
3.6.5防火墙选型16
3.6.6服务器的选型16
3.7校园网VLAN以及IP的划分17
第4章网络管理19
第5章系统主要设备报价20
参考文献21
课程设计总结23
第1章校园描述
1.1校园网络的地理分布
***位于昆明市***新区，占地面积约3000亩，现在大约有20000台教学、科研、办公和服务用的PC机、工作站、服务器等需要联网。
网络的地理范围：
教学办公大楼2栋；学生宿舍园区有3个片区，每个片区7栋宿舍楼；每栋7层楼，每层30间宿舍；学院办公大楼20栋；实验楼3栋；食堂目前4栋；图书馆等范围。
以上各个片区在本次的校园网的设计、建设中都要将其考虑在布线的地理范围中。
综合布线系统是网络建设的基础。
此次校园网建设主要以******校区的综合布线系统以学生事务中心的网络机房管理中心为中心，连接其他的教学办公楼、实验楼、学生宿舍楼等建筑大楼，将整个校区的各建筑楼连成完整网络。
1.2校园网组织结构图
按照******新校区现有的建设情况及未来的建设发展需求，主要将校园网的布线范围划定在一下区域。
其中主要包括教学区的办公大楼、学生宿舍园区、学院办公大楼、图书馆等。
并选取部分进行了详细的扩充，在实际的校园网接入中还应该更为详细。
根据教育部门有关文件精神，结合学院实际情况，学院信息化建设工作的核心目标在于充分利用信息技术，建立多层次、高可靠、可管理、可运营的开放式的数字化校园，促使其提高办学质量和效益。
重点体现在以下几个方面。
教学方面：
利用多媒体、网络技术实现高质量的教学资源、信息资源和智力资源的共享和传播，同时促进高水平的师生互动，促进主动式、协作式、研究型的学习，从而形成开放、高效的教学模式，更好地培养学生的信息素养、问题解决能量和创新能力。
管理方面：
利用信息技术实现职能信息管理的自动化，实现上下级部门之间更迅速、便捷的沟通，实现不同职能部门之间的数据共享与协调，提高决策的科学性和民主性，减员增效，形成充满活力的新型管理机制。
科研方面：
促进科研资源共享，加快科研信息传播，促进院内外学术交流。
公共服务体系方面：
建设和维护好覆盖学院教学、科研、管理、生活等各个区域的宽带网络环境，提供面向全院师生的基本网络服务，建设高质量的数字化图书馆等应用信息资源库，以及服务于学院中心工作的基本信息资源库，实现身份认证等院内公共管理、服务功能。
而在移动通信方面：
为移动用户提供通信的语音服务和高质量的数据服务。
有效地解决通信运营商关心的若干问题：
如室内覆盖不足，数据速率平偏低。
******校区的校园网组织结构如图1.1所示。
昆明理工大学呈贡校区
邮件收发室
怡园学生食堂
辅导员室
教务处
办公室
怡园7栋
怡园2栋
怡园1栋
财务处
教务处
网络机房管理中心
外国语学院
学院办公大楼接入网
教学办公区接入网
学生事务中心
土木学院
计算中心
办公大楼
恬园片区接入网
憬园片区接入网
怡园片区接入网
现代教育中心
图书馆
学生宿舍园区
学生处
图1.1校园网组织结构图
第2章需求分析
2.1校园网络
计算机网络，简单地说，就是通过电缆、电话线或无线通讯将两台以上的计算机互连起来的集合。
它包括：
计算机、网络操作系统、传输介质（可以是有形的，也可以是无形的，如无线网络的传输介质就是空气）以及相应的应用软件四部分。
计算机网络如按网络的组建规模和地域范围来划分的话，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。
校园网是以现代网络技术、多媒体技术及Internet技术等为基础建立起来的计算机网络，一方面联结学校内部子网和分散于校园各处的计算机，另一方面作为沟通校园内外部网络的桥梁。
校园网为学校的教学、管理、办公、信息交流和通信等提供综合的网络应用环境。
另外，不能把校园网简单地比校园网简单地理解为一个物理意义上的由一大堆设备组成的计算机设备组成的计算机硬件网络，而应该把校园理解为学校信息化、现代化的基础设施和教育生产力的劳动工具、是为学校的教学、管理、办公、信息交流和通信等服务的。
校园网必须有大量先进实用的应用软件来支撑，软硬件的充分结合是校园网发挥作用的前提。
2.2校园网的功能
校园网主要为学校提供如下功能：
校园内部的网络环境；信息交流传递渠道；利用信息化环境实施教育过程；实现信息化管理；与城域教育网络环境的沟通渠道，上传数据，下载信息。
具体的功能表现在以下方面：
多媒体报告厅/教室、多媒体电子教室/网络教室、教师备课室、电子图书馆、电子阅览室、教学实时监控室、信息化办公室、校园卡环境、教师/学生、教育主管部门远程接入系统、网上学校、与Internet连接。
2.3校园网的建设原则
校园网建设是一项综合性非常强的系统工程，它包括了网络系统的总体规划、硬件的选型配置、系统管理软件的应用以及人员培训等诸多方面。
因此在校园网的建设工作中必须处理好实用与发展、建设与管理、使用与培训等关系，从而使校园网的建设工作健康稳定地开展。
首先，校园网的建设是一个为学校教育教学活动长期服务的工作，因此在校园网的规划建设过程中，必须从学校长远发展规划出发，以服务于教育为基本点，结合学校当前教育教学的实际需要，做出科学的规划部署。
在校园网的规划建设中，一般学校应遵循“统一规划、整体设计、分步实施”的原则。
其次在校园网的建设中必须坚持硬件建设与组织管理协调发展的原则，在重视硬件建设的同时，加强网络的组织管理水平，不断开发网络的功能，从而充分发挥校园网络的功效，提高校园网对学校教育的服务水平。
2.4QoS
QoS（英文全称为"QualityofService"，中文名为"服务质量"。
）QoS是网络的一种安全机制,是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。
保证随着网络中多媒体的应用越来越多，这类应用对服务质量的要求较高，本网络系统应能保证QoS，以支持这类应用。
2.5校园网的信息点分布
******新校区学生宿舍园区有3个片区，每个片区7栋宿舍楼共21栋学生宿舍，每栋7层，每层30间宿舍，约有4410个信息点，其中，憬园、怡园、恬园平均各分配1470个信息点，每栋楼210个信息点。
教学办公大楼2栋，每栋7层，约300个信息点；学院办公大楼20栋每栋5层楼，共约1000个信息点；实验楼3栋约500个信息点；食堂目前4栋，共约50个信息点；图书馆共约50个信息点。
2.6校园网的安全问题
由于学校校园网的建设主要以教学为目的的，所以校园网的安全问题就主要的表现为以下几个方面：
（一）高校网络信息安全存在的主要隐患
操作系统存在的安全问题，现在使用的网络操作系统有UNIX、WINDOWS和Linux等，每一个操作系统都有自己不同的安全问题，很多病毒都是利用操作系统的漏洞进行传染和传播的。
如果操作系统不及时的更新和弥补漏洞，计算机就会受到侵害。
局域网用户的安全意识淡薄，很大学生用户上不良网站在使用是动硬盘的时候将病毒带入校园网中有事将在Internet网上使用过的笔记本电脑在未经杀毒情况下私自接入内部局域网络，这样就会将病毒带入。
这是病毒转播的主要途径之一。
（二）病毒的危害
计算机病毒会影响到计算机系统的正常运行、破坏系统软件和文件系统、破坏网络资源、使网络速度变慢、甚至造成计算机和网络系统的瘫痪，使校园网受到他人的控制来散布恶意的谣言盗取有用的资料。
（三）防护的措施
即使采用的各种安全措施能防止很多恶意的入侵，但是由于各种操作系统和服务器软件漏洞的不完善，还有攻击方法的层出不穷，厉害的黑客还是能突破层层的保护网，来获得系统的控制权，给校园网络造成不必要的损失。
在这样的情境下切实的保护网站的措施主要还是要把最重要的内容进行备份，然后启动检测机制，检查文件是否被人入侵过，如果被入侵就需要进行及时的恢复。
2.7校园网安全解决方案
（一）加强人员的安全的培训
安全维护是一个漫长的过程，它是一个汇集了硬件、软件、网络、人员等等的系统。
我们要确保信息得到确实的保护，就必须注重把每个环节都做到最充分，那么就需要我们使用者和管理人员共同的合作而我们在使用时就是网络安全中最薄弱的环节，然而这个环节的改善又是最见成效的。
所以必须加强对使用网络的人员在意识上的管理合提高，培养高素质的大学生。
大学生主要是收发邮件、聊天、下载等操作，他们的网络安全防范意识薄弱，缺乏足够的网络安全防御技术和能力，就会在不知不觉间感染病毒并加以传播，对校园网造成严重影响甚至瘫痪。
因此对校园网用户进行安全培训就显得尤为重要了，只有每一个使用者的意识提高才能保证把我们在最脆弱的环节上真正的加强了，同时提高他们的安全技能是每一个人都能保护校园网络。
这样才能更好的保证校园网络的安全，还要及时得发放病毒警告通知，提醒大家对电脑进行及时的修复，只有这样才能从本质上保护校园网络的安全。
网站服务器和其他机之间设置经公安部认证的防火墙，并做好安全策略，拒绝外来的恶意攻击，保障网站正常运行。
在网站的服务器及教师机上均安装防病毒软件，对计算机病毒、有害邮件有整套的防范措施，防止有害信息对网站系统的干扰和破坏。
做好生产日志的留存。
网站具有保存60天以上的系统运行日志和用户使用日志记录功能，内容包括IP地址及使用情况，主页维护者、邮箱使用者和对应的IP地址情况等。
交互式栏目具备有IP地址、身份登记和识别确认功能。
网站信息服务系统建立备份，一旦主系统遇到故障或受到攻击导致不能正常运行，保证备用系统能及时替换主系统提供服务。
关闭网站系统中暂不使用的服务功能，及相关端口，并及时用补丁修复系统漏洞，定期查杀病毒。
服务器平时处于锁定状态，并保管好登录密码;后台管理界面设置超级用户名及密码，并绑定IP，以防他人登入只有切实的做到这样才能够保证校园网站的安全。
我们还要不断地关注校园网站的安全随时作出调整保证我们有一个稳定的校园网站环境，让我们都能够参加到保护校园网站的安全行动中去。
第3章校园局域网的构建
本次无线网络规模庞大，涉及的楼宇众多，分别包含教学区，办公区，科研试验区，宿舍区以及运动场等开阔地区。
在这些地区中，办公区、教学区以及实验室是负责学校正常运转的重点区域，对于运动场，体育场等室外休闲区域，由于上网人数少且分散，则是尽量提高覆盖面，保证覆盖效果。
因此，在无线网络设计中，将区域分为重点和非重点进行按需要覆盖，按照“保证所有无线用户都能上网”的设计原则，最大程度控制网络建设成本。
3.1主干网传输方案设计
在******新校区网络的建设中，主干网选择何种网络技术对网络建设的成功与否起着决定性的作用。
选择适合***网络需求特点的主流网络技术，不但能保证网络的高性能，还能保证网络的先进性和扩展性，能够在未来向更新技术平滑过渡，保护用户的投资。
目前流行的局域网、城域网技术主要包括交换式以太网、快速以太网、ATM（异步传输模式）、FDDI、千兆以太网以及最新崛起的万兆以太网技术等等。
FDDI是一种共享式宽带网络，其网络协议比较复杂，安装和管理都相对困难。
ATM能提供面向连接的网络，并且其服务质量QoS可以保证。
但ATM的标准过于复杂，特别是通信量的管理非常复杂，而ATM的成本一直偏高，也缺乏能直接在ATM上运行的应用程序，不能轻易地从现有网络升级，几乎所有的设备都要更新。
千兆以太网提供1000M/bps的通信带宽，最大的优点在于它对现有以太网的兼容性。
通10兆以太网一样，千兆以太网适用与10兆以太网相同的帧格式和帧大小以及相同的CSMA/CD协议。
广大的以太网用户可以对现有的以太网进行平滑的、无需中断升级。
在这些技术中，千兆以太网以其在局域网领域中支持高带宽、多传输介质、多种服务、保证QoS等特点正逐渐占据主流位置。
根据学校的实际需求，综合考虑主干网性能，服务质量、易移植性、新技术的成熟性建设费用和以后发展等几个方面的因素，校园网主干网采用10Gbps高速千兆以太网技术。
为了提供可靠的网络服务，所建成的***新校区的主干网采用VRRP实现双核心结构，所有汇聚交换机均可以同时与两台交换机连接。
DHCP服务器等供校内访问的服务器采用双机热备份，主服务器群部署在***新校区学生事务中心的网络机房管理中心，备用服务器群部署在老校区。
这样即使出现两个校区间网络中断的情况，每个校区内的计算机都能访问到本校区内的服务器。
根据逐步实现网络安全覆盖的需求，考虑到建设成本，无线网络与有线网络的连接采用就近接入方案，不采用在整个校区内部署无线专网的方案。
但移动终端接入无线网络必须经过严格的身份验证，以保证校园网的安全。
3.2Internet接入方案
******新校区对网络进行了分层、分区设计，分层设计中按照H3C三层模型原则将校园整体结构分为核心层、汇聚层和网络层的三层结构：
分区设计中包括了教学办公区、学生宿舍园区、学院办公区、图书馆四个部分。
此次校园网设计中采用了千兆以太网作为校园网的网络总体结构。
无论在高带宽、可适用性、可扩展性、高性价比、良好的网络管理和维护性等方面都是不错的选择。
按照校园网分区划分结果，根据各个分区以及分区中共不同建筑、不同办公地点、用户需求的不同，在主干网络千兆以太网的基础上，可以根据实际的、需求建立局域网、无线网络，在学生事务中心以及办公大楼等地点同时设有Internet、局域网、无线网络。
此外，在千兆以太网作为主干网络的同时，根据不同的应用需求将校园网分割成不同的子网。
在这种分区分层的划分下，***校区校园网的拓扑结构如图3.1所示：
图3.1校园局域网拓扑图
3.3综合布线方案
整个结构化布线系统由工作区子系统、水平干线子系统、管理子系统、主干子系统、设备间子系统及建筑群子系统等六个子系统构成，方案设计时充分考虑了高度的可靠性、先进性、灵活性、可扩充性、易管理性及性能价格比高等优点。
布线系统结构如图3.2所示：
图3.2综合布线方案
根据综合布线国际标准ISO11801的定义，综合布线系统可由以下子系统组成：
（1）工作区子系统（WorkAreaSubsystem）
工作区子系统由信息插座延伸至用户终端设备的布线组成，包括信息插座和相应的连接软线。
用户能方便地把计算机、电话、传真等不同的终端设备接入大楼的通信网络系统。
（2）水平布线子系统（HorizontalSubsystem）
水平布线子系统由楼层配线间延伸至信息插座的布线组成，通常可采用超五类双绞线，我们这里采用的是超五类双绞线，也可采用光缆以满足高传输带宽应用或长传输距离的要求。
水平布线提供大楼网络通信系统到用户终端设备的信息传输。
（3）建筑物主干子系统（BuildingBackboneSubsystem）
建筑物主干子系统由大楼配线间延伸至各楼层配线间的布线组成。
该子系统亦包括各配线间的配线架，跳接线等。
采用的线缆是超五类双绞线。
大楼配线间和楼层配线间通常也用于放置网络设备和其他有源设备。
建筑物主干子系统提供大楼内通信网络信息交换的主干通道。
（4）建筑群布线子系统（CampusCablingSubsystem）
建筑群布线子系统由建筑群配线间延伸至各大楼配线间的布线组成。
采用的线缆为光纤，建筑群配线间通常也用于放置电信接入设备和广域网连接设备。
建筑群布线子系统提供了各建筑物间通信网络连接和信息。
3.4校园网分层设计
校园网是一个复杂的系统，为了便于实施和管理，减少网络中各部分的相关性，在设计时应将其按功能划分成若干层次，每个层次完成相对独立的功能，各个层次之间通过接口协议完成整个校园网的功能需求。
由于***网络发展规模较大而且应用比较复杂，未来需提供多媒体办公、图书资料检索、远程互联、视频会议等复杂的网络应用，普通的平面网络设计模型难以满足校区网络设计的要求，由于层次性模型的网络设计模型的良好伸缩性、易于实现、易于排出故障、可预测性、协议支持、易于管理等特点。
可充分满足校园网网络的长期需求。
因此，此次校园网采用经典的“三层层次模型”，校园网具有三级网络结构，即核心层、汇聚层、接入层，如图3.3所示。
图3.3H3C三层模型
根据这一分级模型可设计出最佳的校园网，这个模型可以简化网络的管理，同时具备很好的伸缩性，支持网络规模的有序扩大。
三个层次的功能如下：
（1）接入层
接入层的主要目标是为最终用户提供对网络的访问途径，提供了带宽共享、交换带宽、MAC层过滤、网段微分等功能。
接入层的主要原则是能够通过低成本、高端口密度的设备提供这些功能。
在校园环境中，接入层具有如下的功能：
共享或交换的带宽；
第二层服务，如基于广播或MAC地址的VLAN设置和数据包过滤；
（2）汇聚层
汇聚层提供基于统一策略的互联性，定义了网络的边界，可以对数据报进行复杂的运算。
汇聚层的千兆位交换机、防火墙和服务器群、网络管理终端及主干链路均可采用千兆模块进行生成数冗余链路连接。
局域网内的汇聚层主要提供了地址的汇聚、部门和工作组的接入广播域/组播传输域的定义、VLAN路由、任何媒体的转化、安全控制等功能。
在校园环境中，汇聚层具有如下的功能：
VLAN聚合；
部门级或工作组级接入；
广播域或多点广播域的定义；
VLAN间路由；
介质转化。
（3）核心层
核心层的任务是为其他两层提供优化的数据传输功能。
核心层由一个高速的骨干网组成，其作用是尽可能快的交换数据报。
核心层的主干交换机一般采用最快速率的连接技术在与分层骨干交换机相连时要考虑建立在生成树基础上的多链路冗余连接，以保正与骨干交换机之间存在备份连接和负载均衡，完成高带宽、大容量网络层路由交换功能。
在校园环境中，汇聚层具有如下的功能：
连接交换区段；
到其他区块的连接；
尽可能快地交换数据帧或数据包。
3.5校园网分区设计
******新校区校园网的需求按照园区的地理位置及不同的网络应用，我们把校园网按照用户群体的不同划分为以下的分区：
（1）教学办公区
教学办公区网络应用大概包括学校职能管理业务和电子教学两方面。
包括学生事务管理中心和行政大楼两栋楼，学校职能管理业务主要的办公业务面积有学校办公与决策支持系统、教务管理系统、财务管理系统、人事管理系统等。
而电子教学主要体现在多媒体教学等，这部分业务流量较大，大量的数据、语音以及视频穿插在校园网内部。
教学办公区网络的需求包括：
在保证校内资源信息共享的同时实现网络安全；
内部网络高速交换；
NAT地址转换;
完善的QoS支持能力。
（2）学生宿舍区
学生宿舍园区的用户群体网络应用为学生社区实现信息检索、资料查询、对外联网、资源共享、校园网信息系统的访问。
网络流量为校园网内部以及Internet的访问。
***新校区的学生宿舍园区主要有怡园学生社区、憬园学生社区和恬园学生社区三个部分，每个社区大概分为7栋学生宿舍楼以及学生食堂等。
这部分的网络需求应包括：
网络安全性要求高，VLAN的划分；
用户的管理性要求比较严格，对学生宿舍区上网的控制；
NAT地址转化的需求；
带狂的控制；
计费需求；
网络管理等。
（3）学院办公区
学院办公区主要为新校区各学院的办公提供网络连接，这部分的网络对网络速率、网络流量的要求也相对比较高，这部分分区中，按照各学院的不同需求根据实际的需求接入Internet并进行局域网络的组建。
学生办公区主要有现代教育中心（多媒体教学楼）、外国语学院（博文楼）、计算中心、信息工程与自动化学院（信自楼）等部分。
这部分的网络需求包括：
网络性能要求较高，特别像计算中心等外网的接入点；
对部分学院办公区需进行LAN局域网的划分，如博文楼；
NAT地址转化的需求；
完善的QoS支持能力；
网络管理等。
（4）图书馆
新校区图书馆在网络接入中要有Internet以及内部网络的接入，这部分网络主要为在校学生提供数据查找、电子图书馆系统网络应用、用户信息管理等。
这部分网络数据流量大，而且应方便管理人员的工作。
对网络的需求有：
完善的QoS支持能力；
带宽的控制;
保证校内资源共享的同时实现网络安全；
网络管理等。
3.6网络设备选型
3.6.1选型原则
我们在网络系统设计时考虑如下特点：
稳定可靠的网络只有运行稳定的网络才是可靠的网络，而网络的可靠运行取决于诸多因素，如网络的设计，产品的可靠，而选择一个具有运营此类网络规模经验的网络合作厂商则更为重要。
要求有物理层、数据链路层和网络层的备份技术。
（1）高带宽
为了支持数据、话音、视像多媒体的传输能力，在技术上要到达当前的国际先进水平。
要采用最先进的网络技术，以适应大量数据和多媒体信息的传输，既要满足目前的业务需求，又要充分考虑未来的发展。
为此应选用高带宽的先进技术。
（2）安全性
网络系统应具有良好的安全性，由于网络连接园区内部所有用户，安全管理十分重要。
应支持VLAN的划分，并能在VLAN之间进行第三层交换时进行有效的安全控制，以
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