校园网设备选型与设计.docx
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校园网设备选型与设计
引言
校园网是在学校范围内，在一定的教育思想和理论指导下，为学校教学、科研和管理等教育提供资源共享、信息交流和协同工作的计算机网络。
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。
然后，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。
近年来，校园网络的建设在高等院校中掀起一股热潮，许多学校都建起了自己的校园网，形成了一个覆盖全国的计算机网并通过专线与Internet连通。
这一方面加强了学校与国内外的联系，有利于及时了解国内的信息，有助于提高学校的科研教学水平，另一方面，校园网的建立及以其为基础的管理信息系统的开发，也有利于各学校管理水平的提高。
建设校园网对每个学校来说都不是一件容易的事情，校园网不只是涉及技术方面，而是包括网络设施、应用平台、信息资源、专业应用、人员素质等众多成份的综合化、信息化教学管理环境系统。
应此每个校园网的设计、建设都要经过周密的论证、谨慎的决策和紧张的施工。
网络设备选型就在校园网中占据着重要的作用，一个校园网的网络设备选的好的话将直接影响校园网未来的规划和校园的安全建设.为了更好的服务师生，校园网络设备选型应当受到人们的重视。
由于校园网的开放性和可互动性，校园网的安全也被越来越多的人受到关注。
但是，随之而来的安全问题也为校园网带来了前所未有的挑战。
一方面，恶意代码、病毒、黑客、不良网站、人为干扰等不安全因素对校园网的正常发展造成了一定的障碍；另一方面，由于对安全问题的考虑，许多校园网对互联网的使用做了许多限制，这种限制对教学也造成了一定程度的影响。
第一章校园网概述
校园网是在学校范围内，在一定的教育思想和理论指导下，为学校教学、科研和管理等教育提供资源共享、信息交流和协同工作的计算机网络。
校园网除了需要有必备的硬件设备和操作系统平台外，利用全面的校园网络管理软件、网络教学软件，实现学校多媒体教学资源、教师备课系统、电子图书阅览检索、多媒体教学软件开发平台、校园网站和教学资源网站建设等功能。
为学校提供教学、管理和决策三个不同层次所需要的数据、信息和知识的一个覆盖全校管理机构和教学机构的基于Internet/Intranet技术的大型网络系统。
校园网应该具有较先进的水平，体现现代教育思想，要把建设校园网的规划与学校的长远发展规划统一起来，同时把服务教学作为网络建设的着眼点和落脚点。
校园网还应具有教务、行政、总务管理功能，可以进行课程管理、学生成绩与学籍管理、图书资料管理等教学教务管理，也可以进行档案管理（含人事、教师档案等）、处室管理等行政事务管理，总务后勤管理包括财务管理、设备、房产等。
校园网是不以盈利为目的的。
校园网上提供大量的免费资源，供广大师生工作学习之用，它所涉及的范围并不局限于校园内部。
有些人认为：
校园网就是大学校园围墙里面的网，即围墙里面的就是校园网，围墙外面的就是公网。
这种看法是错误的。
校园网的界限，并不是以用户终端所处的地理位置范围来的界定的，而是以校园网提供的接入服务范围来界定的。
在校园围墙内可以有公网，在校园围墙外也可以有校园网，应满足对内对外的通信功能。
第二章校园网设备选型
2.1校园网设备选型对校园网建设的重要意义
一个完整的校园网建设主要包括两个内容：
技术方案设计；应用信息系统资源建设。
技术方案设计主要包括：
结构化布线与设备选择、网络技术选型等。
应用信息系统资源建设主要包括：
内部信息资源建设、外部信息资源建设等。
在这里我重点说一下设备选择的重要意义。
设备选择这一环节做的好的话首先可以为学校节约大笔的校园网建设费用，其次为校园网网络规模的扩大和校园网服务的扩展提供了较大空间，最后可以为综合布线节约大部分时间。
2.2校园网设备的分类
校园网的网络设备分为交换机，路由器，网络服务器，专业网管软件等。
2.3校园网设备选型的原则
校园网设备我简单的把它总结为需要硬件设备和软件设备，硬件设备包括交换机，路由器，网络服务器等.软件设备包括专业网管软件.对于中小规模的网络，设备选型时应遵循以下一些基本原则
（1）标准化原则：
所选择的设备必须基于国际标准或行业标准。
因为只有基于标准的产品才有可能和其他厂商的产品互连互通（需要指出的是，并非只要基于标准的产品，彼此之间才能够互连互通）。
（2）技术简单性原则：
对网络需求必须十分明确。
对于普通用户而言，在满足需求的前提下，尽可能选择简单实用的技术和设备。
否则，今后的运行管理、故障诊断等，都需要请专业人员，开销巨大，运行效果不见得好。
（3）环境适应性原则：
不要轻信外国某些机构的评测报告，其中不乏商业因素。
而且，即使是权威机构的评测报告，也只是在特定网络环境下取得的结果，不能作为产品选型的全部依据。
（4）可管理性原则:
对于大型网络而言，这一点是至关重要的，他不但关系到系统的性能指标，甚至关系到系统的可用性。
主要考查网管系统对所选设备的监管、配置能力，连同设备能够提供的统计信息和故障检测手段，如骨干交换机必须具备端口映像能力。
这对于故障诊断，连同今后的网络规划具备特别重要的价值。
（5）容错冗余性原则:
除了在网络设计时要考虑冗余，骨干设备的容错冗余也是必须的。
所谓容错，就是设备的某一模块出现故障时，是否会影响其他模块，乃至其他设备的正常工作；是否支持热插拔；是否支持备份设备的自动转换等。
所谓冗余，就是配置的设备，是否能够安装多个相同功能的模块，在工作正常的情况下实施负载分担，当其中一个出现问题时自动转换。
（6）满足需求:
满足需求不是指简单地满足用户现有的需求，而应该综合考虑用户在将来的一段比较长的时间内的扩展性。
大多数时候，单位投资都是分期进行的，但规划必须尽可能一步到位；不能出现一期满足需要，到了二期就不能再扩的情况，设备选型必须在最大程度上保护用户的投资。
（7）实用:
当然，设备选型也不能太超前，一定要经济实用。
对于模块化的网络设备，要注意模块的有效利用，同时建议要用的时候再购买模块。
2.4校园网交换机选择
2.4.1交换机的分类标准
（1）根据网络覆盖范围可把交换机分为局域网交换机和广域网交换机。
（2）根据传输介质和传输速度可把交换机分为以太网交换机，快速以太网交换机，千兆位以太网交换机，10千兆位以太网交换机，ATM交换机，FDDI交换机和令牌环交换机。
（3）根据网络层次可把交换机分为企业级交换机，校园网交换机，部门级交换机和工作组交换机，桌机型交换机。
（4）根据交换机接口结构可把交换机分为固定接口交换机和模块划交换机。
（5）根据工作层协议可把交换机分为第二层交换机，第三层交换机和第四层交换机。
（6）根据是否支持网管功能可把交换机分为网管型交换机和非网管型交换机。
2.4.2交换机的性能参数
（1）背板带宽：
交换机的背板带宽，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量.背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，单位为Gbps,也称为交换带宽.一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但同时设计成本也会越高。
（2）包转发率：
包转发率标志了交换机转发数据包能力的大小。
单位一般为pps（包每秒）.其实交换机的背板带宽就决定了包转发率，及交换机的背板带宽越高，交换机处理数据的能力就越强，交换机的包转发率就越高。
（3）VLAN支持：
VLAN是虚拟局域网的的意思。
它从逻辑上把网络划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组（单元）的数据交换能力。
通过给局域网划分VLAN可以有效的减少广播风暴，广播碰撞问题和网络带宽资源的浪费等问题，它还具有很高的灵活性和安全性，是局域网安全建设的一个重要环节。
（4）MAC地址表：
MAC地址表存放于交换机的缓存中，并记住这些地址，这样一来当需要向目的地址发送数据时，交换机就可在MAC地址表中查找这个MAC地址的节点位置，然后直接向这个节点发送。
所谓MAC地址数量是指交换机的MAC地址表中可以最多存储的MAC地址数量，存储的MAC地址数量越多，那么数据转发的速度和效率也就越高。
（5）交换机内存：
交换机中可能有多种内存，例如FLASH（闪存），DRAM（动态内存）ROM（只读内存），RAM（可读，可写的存储器）。
2.4.3交换机的网络参数
（1）交换机所支持的网络标准协议。
（2）交换机的数据传输数率：
交换机的数据传输速率是指交换机接口的数据交换速率.目前常见的有10Mbps,100Mbps.1000Mbps等几类。
2.4.4交换机的接口
（1）交换机的接口类型：
接口类型是指交换机的接口是以太网，令牌环，FDDI还是ATM等类型，一般来说，固定接口交换机只有单一类型的接口，适合中小企业或个人用户使用，而模块化交换机由于可以有不同类型的介质可供选择，故接口类型更为丰富，类交换机适合部门级以上级别的用户选择。
（2）交换机的接口数：
选择交换机设备时选择合适的交换机接口数有利于交换机和电脑的分配。
2.4.5其它参数
（1）是否支持全双工：
支持全双工的交换机可以同步发送和接收数据。
（2）是否支持网管功能：
网络管理，是指网络管理员通过网络管理程序对网络上的资源进行集中化管理的操作，包括配置管理，性能和记账理，问题管理，操作管理和变化管理等。
一台设备所支持的管理程度反映了该设备的可管理性和可操作性。
常见的网络管理方式有SNMP管理技术，RMON技术，基于WEB的管理技术等。
（3）堆叠：
为了使交换机满足大型网络对端口数量的要求，一般需要交换机支持堆叠模式。
堆叠技术一方面增加了用户端口，能够在交换机之间建立一条较宽的宽带链路，能避免级联方式的瓶颈；另一方面多个交换机能够作为一个大的交换机，便于统一管理。
2.5校园网路由器选择
2.5.1路由器的分类标准
（1）从档次上分，路由器可分高、中和低档路由器，不过各厂家划分并不完全一致。
（2）从性能上分，路由器可分为线速路由器以及非线速路由器。
（3）从结构上分，路由器可分为模块化结构与非模块化结构。
模块化结构可以灵活地配置路由器，以适应企业不断增加的业务需求，非模块化的就只能提供固定的端口。
（4）从功能上划分，可将路由器分为核心层（骨干级）路由器，企业级路由器和访问层（接入级）路由器。
（5）从应用划分，路由器可分为通用路由器与专用路由器。
一般所说的路由器皆为通用路由器。
专用路由器通常为实现某种特定功能对路由器接口、硬件等作专门优化。
2.5.2路由器的性能参数
（1）CPU
CPU是路由器最核心的组成部分。
不同系列、不同型号的路由器，其中的CPU也不尽相同。
处理器的好坏直接影响路由器的吞吐量（路由表查找时间）和路由计算能力（影响网络路由收敛时间）。
（2）内存
路由器中存在多种内存，例如例如Flash（闪存）、DRAM（动态内存）等。
内存用作存储配置、路由器操作系统、路由协议软件等内容。
路由表可能存储在内存中。
通常来说路由器内存越大越好（不考虑价格）。
但是与CPU能力类似，内存同样不直接反映路由器性能与能力。
（3）吞吐量
吞吐量是指在不丢包的情况下单位时间内通过的数据包数量，也就是指设备整机数据包转发的能力，是设备性能的重要指标。
路由器吞吐量表示的是路由器每秒能处理的数据量，是路由器性能的一个直观上的反映。
（4）线速转发能力
所谓线速转发能力，就是指在达到端口最大速率的时候，路由器传输的数据没有丢包.线速转发是路由器性能的一个重要指标。
简单的说就是进来多大的流量，就出去多大的流量，不会因为设备处理能力的问题而造成吞吐量下降。
（5）支持的网管协议
在路由器中最常见的路由协议是SNMP。
中文名称为简单网络管理协议.支持的网关协议越多，越容易管理网络。
（6）带机数量
带机数量很好理解，就是路由器能负载的计算机数量。
在厂商介绍的性能参数表上经常可以看到标称自己的路由器能带200台PC、300台PC的，但是很多时候路由器的表现与标称的值都有很大的差别。
（7）是否支持VPN
VPN是虚拟专用网的简称。
VPN是一种快速建立广域联接的互联和访问工具，也是一种强化网络安全和管理的工具。
VPN功能的路由器主要作用于远程访问本地局域网。
（8）是否支持QoS
QoS的英文全称为"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。
在正常情况下，如果网络只用于特定的无时间限制的应用系统，并不需要QoS，比如Web应用，或E-mail设置等。
但是对关键应用和多媒体应用就十分必要。
当网络过载或拥塞时，QoS能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。
（9）是否内置防火墙
防火墙是隔离本地和外部网络的一道防御系统。
路由器支持防火墙功能可以有效地提高网络的安全性。
第三章校园网网络规划与设计
3.1大学的背景
大学是一所极具现代意识，以现代化教学为特色的地方。
为了更好地使用电脑这一现代化的高科技产物，使其在教学、管理等方面发挥应有的作用，学校计划在校内建立校园网并与国际互连网（Internet）相连。
3.2校园网用提供功能
（1）连接校内所有教学楼，学生宿舍，教师宿舍，财务室等的pc。
（2）同时支持约5000用户浏览Internet。
（3）提供丰富的网络服务，实现广泛的软件，硬件资源共享，包括：
提供基本的Internet网络服务功能：
如电子邮件、对外个人主页服务、ftp服务、域名服务等。
3.3校园网对主机系统的主要要求
（1）主机系统应采用国际上较新的主流技术，并具有良好的向后扩展能力。
（2）主机系统应具有高的可靠性，能长时间连续工作，并有容错措施。
（3）支持通用大型数据库，如SQL、Oracle等。
（4）具有广泛的软件支持，软件兼容性好，并支持多种传输协议。
（5）能与Internet互联，可提供互联网的应用，如WWW浏览服务、FTP文件传输服务、E-mail电子邮件服务等服务。
（6）支持SNMP网络管理协议，具有良好的可管理性和可维护性。
3.4校园网络系统设计方案应满足如下要求
（1）网络方案应采用成熟的技术，并尽可能采用先进的技术。
（2）采用国际统一标准，以拥有广泛的支持厂商，最大限度的采用同一厂家的产品。
（3）方案应合理分配带宽，使用户不受网上“塞车”的影响。
（4）应充分考虑未来可能的应用，如桌面将承受大型应用软件和多媒体传输需求的压力。
（5）该网络方案要具有高扩展性,能为用户未来数目的扩展具有调整、扩充的手段和方法。
3.5校园网对网络设备的要求
（1）高性能:
所有网络设备都应足够的吞吐量。
（2）高可靠性和高可用性:
应考虑多种容错技术。
（3）可管理性:
所有网络设备均可用适当的网管软件进行监控、管理和设置。
（4）采用国际统一的标准。
（5）高性价比:
尽最大可能提高设备的性价比。
3.6网络设计
3.6.1目前各主流网络结构概述
快速以太网实际上是10Mbps以太网的100Mbps版本，所以它的运行速度要比10Mbps以太网快十倍。
在用户已经很熟悉传统以太网的情况下，快速以太网相对其他高速网络技术更容易被掌握和接受，它可以应用在共享式和主干环境下，提供高带宽的共享式网络或主干连接，同时也可以应用在交换式环境下，提供优异的服务质量（QoS）。
快速以太网与传统的以太网技术相似，毋庸赘言，此外它还具备以下优点：
（1）快速以太网和普通以太网同样遵循CSMA/CD协议，现有的10BaseT网络设备可以相当简便地升级到快速以太网，保护用户原有的投资，与其它新型网络技术相比，更方便地使现有的10MbpsLAN无缝连接到100MbpsLAN上。
（2）100BaseT集线器和网络接口卡，只需要比10BaseT同样的设备多花少量费用就可提供比普通以太网高10倍的性能。
因此，100BaseT具备较高的性能价格比。
（3）快速以太网（100BaseT）已得到IEEE任命标准为802.3u，并得到了所有的主流网络厂商的支持。
3.6.2千兆以太网技术
千兆以太网是相当成功的10Mbps以太网和100Mbps快速以太网连接标准的扩展。
IEEE已批准千兆位以太网工程IEEE802.3z。
千兆位以太网和已充分建立的以太网与快速以太网的节点完全匹配。
最初的以太网规范由帧格式定义，且支持CSMA/CD协议、全双工、流控制和由IEEE802.3标准定义的管理项目，千兆位以太网将使用所有这些规范。
总之，千兆位以太网和管理员以前使用和了解的以太网相同，所不同是仅仅是比快速以太网快十倍和它与当前的高带宽需求应用程序相协调的额外特性，而且和日益增强的服务器和台式计算机的功能相匹配。
我们可以看到主干和各网段及桌面已实现了无缝结合，网络管理变得不再让用户望而生畏。
3.7网络总体规划
综上所述，此次校园网设计主要采用千兆以太网的设计方案在网络方案的选择上，采用千兆以太网作为校园网的网络总体结构无论在高带宽、可适应性、可扩展性、高性价比、良好的管理性和维护性等各方面都是最明智的选择，成为学校校园网完整的、经济的解决方案。
3.8网络总体设计方案
为了实现网络设备的统一，本设计方案中完全采用同一厂家的网络产品，即Cisco公司的网络设备构建。
全网使用同一厂商设备的好处是可以实现各种不同网络设备功能的互相配合和补充。
本校园网设计方案主要由以下四大部分构成：
交换模块、广域网接入模块、远程访问模块、服务器群。
整个网络系统的拓扑结构图如图1-1所示。
在后面的几节中我们将根据此图分块进行介绍。
3.9网络产品定型
3.9.1网络设备中的产品定型
（1）主干交换机的定型
根据前面的设备选型原则和结合校园的实际情况分析，两个校区的主干交换机均选择CISCOWS-C4948-S,CISCOWS-C4948-S具有48个10/100M快速以太网和4个千兆以太网端口，具备第三层交换的特性，高线速，低延迟是它最基本的特征。
它还支持所有常见的网络标准，符合高智能化的交换机定位。
对于安全方面也有巨大的优点。
（2）汇聚层交换机的定型
根据前面讲的汇聚层交换机选型原则和校园的实际情况分析，核心层计算机打算使用CISCOWS-C2960-48TT-L，CISCOWS-C2960-24TT-L。
交换机名称
CISCOWS-C2960-48TT-L
CISCOWS-C2960-24TT-L
传输速率
10Mbps/100Mbps/1000Mbps
10Mbps/100Mbps/1000Mbps
端口数量
48
24
背板带宽
6.8Gbps
4.4Gbps
包转发率
10.1Mpps
6.5Mpps
网络协议
IEEE802.3、IEEE802.3u、IEEE802.1x、IEEE802.1Q等
IEEE802.3、IEEE802.3u、IEEE802.1x、IEEE802.1Q等
内存
64Mb
64MB
尺寸（mm）
44*445*236
44*445*236.
重量（Kg）
3.6.
3.6.
（3）接入层交换机的定型
作为低端交换机产品，接入交换机产品同质化现象比较严重。
用户要从自身需求，供应商服务情况及产品功能4个方面认真加以权衡，选择合适的产品。
接入层交换机打算使用华为2024C。
华为2024参数：
传输速率：
10Mbps/100Mbps.端口数量：
24个10/100M以太网电口。
背板带宽：
9.6Gbps.包转发率：
3.87Mpps.支持VLAN和网管功能。
尺寸（mm）:
436*42*240.重量（Kg）：
<3kg。
3.9.2校园网络出口设备定型
Cisco 7206VXR路由器两台。
Cisco 7206VXR也提供了目前路由器常用的一些功能，如虚拟服务器，IP过滤等功能，能够很好的实现校园内部网络和互联网之间的连接。
这款路由器的性能非常强劲，每秒钟可以交换30万个数据包，而且采用了机箱模块，可以轻松的实现8000台计算机连接。
强劲的语音功能更是这款路由器的一大亮点。
加在远程访问路由器防火墙是思科公司著名的软硬件结合的专用安全设备，也是本方案的亮点之一，它体现出用户对网络安全的极度关注。
所有流经PIX的数据都必须接受严格而全面的检验，检验内容包括数据的源和目标地址、TCP随机序列号、TCP端口号和附加标志等，只有满足特定条件的数据才能穿过这道防火墙。
相对集成在路由器上的防火墙和软件防火墙而言，PIX使用自己专有的软件系统，不需借助于外部操作平台，内核技术不公开，因此能更有效地阻止网络黑客的攻击;而配套的硬件组成使其数据处理效率更高;此外，PIX还支持网络地址翻译的功能，能够实现内部IP到合法IP的转换，方便更多的用户利用有限地IP地址资源作Internet访问。
第四章网络技术介绍
4.1VLAN构建
4.1.2VLAN的介绍
VLAN，是英文VirtualLocalAreaNetwork的缩写，中文名为"虚拟局域网"，VLAN是一种将局域网（LAN）设备从逻辑上划分（注意，不是从物理上划分）成一个个网段（或者说是更小的局域网LAN），从而实现虚拟工作组（单元）的数据交换技术。
VLAN这一新兴技术主要应用于交换机和路由器中，但目前主流应用还是在交换机之中。
不过不是所有交换机都具有此功能，只有三层以上交换机才具有此功能，这一点可以查看相应交换机的说明书即可得知。
VLAN技术的出现，使得管理员根据实际应用需求，把同一物理局域网内的不同用户逻辑地划分成不同的广播域，每一个VLAN都包含一组有着相同需求的计算机工作站，与物理上形成的LAN有着相同的属性。
由于它是从逻辑上划分，而不是从物理上划分，所以同一个VLAN内的各个工作站没有限制在同一个物理范围中，即这些工作站可以在不同物理LAN网段。
由VLAN的特点可知，一个VLAN内部的广播和单播流量都不会转发到其他VLAN中，从而有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性。
VLAN除了能将网络划分为多个广播域，从而有效地控制广播风暴的发生，以及使网络的拓扑结构变得非常灵活的优点外，还可以用于控制网络中不同部门、不同站点之间的互相访问。
4.1.3VLAN的作用
（1）端口的分隔。
即便在同一个交换机上，处于不同VLAN的端口也是不能通信的。
这样一个物理的交换机可以当作多个逻辑的交换机使用。
（2）网络的安全。
不同VLAN不能直接通信，杜绝了广播信息的不安全性。
（3）灵活的管理。
更改用户所属的网络不必换端口和连线，只更改软件配置就可以了。
4.1.4VLAN在交换机上的实现方法
VLAN在交换机上的实现方法，可以大致划分为六类:
（1）基于端口的VLAN
这是最常应用的一种VLAN划分方法，应用也最为广泛、最有效，目前绝大多数VLAN协议的交换机都提供这种VLAN配置方法。
这种划分VLAN的方法是根据以太网交换机的交换端口来划分的，它是将VLAN交换机上的物理端口和VLAN交换机内部的PVC（永久虚电路）端口分成若干个组，每个组构成一个虚拟网，相当于一个独立的VLAN交换机。
对于不同部门需要互访时，可通过路由器转发，并配合基于MAC地址的端口过滤。
对某站点的访问路径上最靠近该站点的交换机、路由交换机或路由器的
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