校园网建设方案设计.docx
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校园网建设方案设计
校园网建设方案设计
第一章：
需求分析
1.1、校园网建设思路与规划
1.2、校园网建设目标
1.3、校园网设计要求
1.4、网络技术简述
第二章；总体设计思路
2.1、模块化设计
2.2、层次化设计
第三章：
网络系统设计
3.1、网络拓扑结构
3.2、子网规划
3.3、网络设备
3.4主要传输介质介绍
3.5核心交换机介绍
3.6网络的安全性设计
结束语
第一章：
需求分析
1.1、校园网建设思路与规划
一、应用特点及需求分析
随着现代化教学活动的开展和与国内外教学机构交往的增多，对通过Internet/Intranet网络进行信息交流的需求越来越迫切，为促进教学、方便管理和进一步发挥学生的创造力，校园网络建设成为现代教育机构的必然选择。
校园网大都属于中小型系统，以园区局域网为主，一个基本的校园网具有以下的特点：
高速的局域网连接——校园网的核心为面向校园内部师生的网络，因此园区局域网是该系统的建设重点，由于参与网络应用的师生数量众多，而且信息中包含大量多媒体信息，故大容量、高速率的数据传输是网络的一项基本要求；
信息结构多样化——校园网应用分为电子教学（多媒体教室、电子图书馆等）、办公管理和远程通讯（远程教学、互联网接入）三大部分内容：
电子教学包含大量多媒体信息，办公管理以数据库为主，远程通讯则多为WWW方式，因此数据成分复杂，不同类型数据对网络传输有不同的质量需求；
安全可靠——校园网中同样有大量关于教学和档案管理的重要数据，不论是被损坏、丢失还是被窃取，都将带来极大的损失；操作方便，易于管理——校园网面向不同知识层次的教师、学生和办公人员，应用和管理应简便易行，界面友好，不宜太过专业化；
经济实用——学校对网络建设的投入有限，因此要求建成的网络应经济实用，具备很高的性能价格比。
校园内各建筑互连形成园区主干；各建筑物内再扩展面向用户的局域网。
园区主干连接为100M/1000Mbps，建筑物内部的用户局域网提供到桌面的10/100Mbps网络带宽。
因此需要一个高速的、具有先进性的、可扩展的校园计算机网络以适应当前网络技术发展的趋势并满足学校各方面应用的需要。
作为校园网，需要连接多少个节点，怎样使用各种网络设备使分布在不同地理位置的节点连接到一个统一的网络中，怎样使整个网络上的节点相互连通，这些问题仅仅是校园网需要解决问题中的一部分，更重要的问题如何将这些资源有序地组织起来，需要实现什么功能，以满足现在和未来在教学、科研、管理、交流等方面的需求。
形成在校园内部、校园与外部进行信息沟通的体系，建立满足教学、科研和管理需求的计算机环境，为学校各种人员提供充分的网络信息服务，在网络环境中进行教学、研究、收集信息等工作。
校园需要的基本功能有：
●计算机教学，包括多媒体教学和远程教学；
●网络下载、网络聊天等；
●电子邮件系统：
主要进行与同行交往、开展技术合作、学术交流等活动；
●文件传输FTP：
主要利用FTP服务获取重要的科技资料和技术文挡；
●INTERNET服务：
学校可以建立自己的主页，利用外部网页进行学校宣传，提供各类咨询信息等，利用内部网页进行管理，例如发布通知、收集学生意见等。
●图书馆的访问系统，用于计算机查询、计算机检索、计算机阅读等；
●对带宽的要求：
音频信号和视频信号对网络带宽要求最严的数据信号，而且突发性很大，在网络中要求实时的和高质量的传输。
当网络规模比较大，网络用户比较多，网络中的多个用户同时发起音频、视频信号和其它各种数据信号的传输时，往往会对网络带宽带来压力，令网络带宽不堪负荷，造成网络拥塞，严重时会导致阻塞，使网络通信停顿。
为了解决网络拥塞问题，必须对各种网络技术进行选择，以符合用户对网络实际应用所提出的各项要求，以最高的性价比，实现网络功能。
二.校园网建设思路与规划
确立校园网建设的目标，不仅要考虑技术方面，更要考虑环境、应用和管理等，必须与学校各方面改革、建设相结合，与学校长远发展相结合，科学论证和决策。
根据这样的使用要求：
建设一个技术先进、扩展性强、能覆盖全校主要楼宇的校园主干网络，将学校的各种PC机、工作站、终端设备和局域网连接起来，并与有关广域相连，形成结构合理、内外沟通的校园计算机网络系统。
在此基础上建立的校园网应具备以下三点应用目标：
首先，学校的目的是通过教学过程来培养人才，因此对教学过程提供直接支持应是校园的基本功能。
其次，校园网必须能够支持学校的日常办公和管理。
再次，与Interent的联接也是校园网的基本功能之一。
联接Interent可以使学校把目光投向更广阔的社会空间。
大大扩展师生获取知识的途径，还可以增强校内外的沟通以及自由地发布教育消息。
在此，我们以教学楼，实验室楼，院系楼，图书馆楼、食堂楼及行政楼为例。
图书馆、院系部门到计算机网络中心之间的距离大于500米，总计3000台，三个设备间和一个网络中心。
通过路由进行资源共享，同时租用一个外部IP地址，用虚拟映射方式实现局域网上网。
以提供丰富的网络服务，实现广泛的软件，硬件资源共享。
1.2、校园网建设目标
1）建设数字化新校园，为学校各下属系部、教学和科研部门、管理部门、后勤部门的教学、科研、行政管理提供快捷有效的信息服务、提供良好的通信环境。
2） 实现集中式数据存储，实现在网络系统上的高速互连互通，及信息资源和软硬件资源高度共享。
3） 为新校园创造安全、高效、便捷的教学环境、科研环境和生活环境。
1.3、校园网设计要求
校园网应以宽带ＩＰ网为目标，具有数据、语音、图形、图像等多种信息媒体传递功能，具备性能优越的资源共享功能。
校园网主干传输带宽应达到1000Mbps要求，楼宇之间千兆连接。
校园网子网包括教学子网和功能教室子网，子网采用交换式百兆以太网方案，教室、办公室（科室）、功能教室等单元场所应有充足的信息节点并具有快速交换功能。
建设校园网的同时必须考虑到与城域网的连接，要按统一规划接入教育城域网，接入带宽不小于100Mbps。
不得游离于教育信息网之外，以保证网络安全、资源共享和带宽的要求。
校园网内用户能访问教育城域网上资源，城域网内用户至少能访问该校的WWW服务器、资源服务器。
1.4.网络技术简述
一、计算机网络
计算机网络是指通过传输媒休连接的多部计算机组成的系统，使登录其上的所有用户能够共享软硬件资源。
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。
二、局域网简介
局域网是同一建筑、同一校园、方圆几公里远的地域内的专用网络。
局域网通常用来连接公司办公室或企业内部的个人计算机和工作站，以共享软、硬件资源。
美国电气和电子工程师协会（IEEE）局域网标准委员会员会曾提出局域网的一些具体特征：
局域网在通信距离有一定的限制，一般在1~2Km的地域范围内。
比如在一个办公楼内、一个学校等。
较高传输率的物理通信信道也是局域网的一个主要特征，在广域网中用电话线连接的计算机一般也只有20~40Kpbs的速率。
因为连接线路都比较短，中间几乎不会爱任何干扰，所以局域网还具有始终一致的低误码率。
局域网一般是一个单位或部门专用的，所以管理起很方便。
另外局域网的拓扑结构比较简单，所支持连接的计算机数量也是有限的。
组网时也就相对很容易连接。
三、网络的体系结构
网络通常按层或级的方式来组织，每一层都建立在它的下层之上。
不同的网络，层的名字、数量、内容和功能都不尽相同。
但是每一层的目的都是向它的上一层提供服务，这一点是相同的。
层和协议的集合被称为网络体系结构。
作为具体的网络体系结构，当前重要的和使用广泛的网络体结构有OSI体系结构和TCP/IP体系结构。
OSI是开放系统互连基本参考模型OSI/RM（OpenSystemInterconnectionReferenceModel）缩写，它被分成7层，这7个层次分别定义了不同的功能。
几乎所有的网络都是基于这种体系结构的模型进行改进并定义的，这些层次从上到下分别是应用层、表示层、会话层、运输层、网络层，数据链路层和物理层，其中物理层是位于体系结构的最低层，它定义了OSI网络中的物理特性和电气特性。
TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol,传输控制协议和互连网协议）缩写，TCP/IP体系结构是当前应用于Internet网络中的体系结构，它是由OSI结构演变来的，它没有表示层，只有应用层、运输层，网际层和网络接口层。
四、网络协议
网络协议是通信双方共同遵守的约定和规范，网络设备必须安装或设置各种网络协议之后才能完成数据的传输和发送，在校园局域网上用到的协议主要有，ICP/IP协议、IPX/SPX协议等。
（1）TCP/IP协议
TCP/IP协议是目前在网络中应用得最广泛的协议，ICP/IP实际上是一个关于Internet的标准，并随着的Internet广泛应用而风靡全球，它也成为局域网的首选协议。
TCP/IP是一种分层协议，它共被分为个4层次，大约包含近期100个非专有协议，通过这些协议，可以高效和可靠地实现计算机系统之间的互连。
TCP/IP协议中的核心协议有TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）和IP（因特网协议）
TCP协议可以在网络用户启动的软件应用进程之间建立通信会话，并实现数据流量控制和错误检测，这样就可以在不可靠的网络上提供可靠的端到端数据传输。
UDP协议是一种无连接的协议，它在传输数据之前不建立连接，也不提供良好的可靠性和差错检查，只仅仅依赖于校验来保证可靠性。
UDP不进行流量控制，没有序列或者确认，因此它处理和传输数据的速度快，还被用来传输关键的网络状态消息。
IP协议的基本功能是提供数据传输、数据包编址、数据包路由，分段等。
通过IP编址约定，可以成功地将数据通过路由传输到正确的网络或者子网。
每个网络站点具有一个32位的IP地址，它和48位MAC地址一起协作，完成网络通信，IP协议也是一种无连接的协议。
（2）超文本传输协议（HTTP）
HTTP（HyperTextTransferProtocol）,超文本传输协议）是WWW浏览器和WWW服务器之间的应用层协议，是用于分布式协作超文本信息系统的、通用的、面向对象的协议，HTTP协议还是基于TCP/IP协议之上的应用层协。
（3）文件传输协议（FTP）
FTP（FileTransferProtocol,文件传输协议）是由支持Internet文件传输的各种规则所组成的集合。
这些规则能使网络用户把文件从一个主机拷贝到另一个主机上，FTP是采客户/服务器方式服务的。
（4）远程登录协议（Telnet）
远程登录协议的目的是提供一个全面的、双向的、面向8个比特字节的通信工具，其主要目标是提供终端设备与面向进程接口的标准方法，Telnet是应用层的协议，采用客户/服务器模式工作的，Telnet不仅允许用户登录到远端主机上，还允许用执行远端主机的命令，这样用户就能以极小的网络资源代价完成大型的网络应用。
五、常用网络设备
网络设备主要是指硬件系统，各种网络设备之间是有着相互关联而不是相互独立的，每一部分在网络中有着不同的作用，缺一不可，只有把这些设备通过一定的形式连起来才能组成一个完整的网络系统，网络设备主要包括网卡、集线器、交换机、路由器、传输介质等。
（1） 网卡
网卡（简称NIC），也网络适配卡或网络接口卡，网卡作为计算机与网络连接的接口，是不可缺少的网络设备之一。
无论是双绞线网络、同轴电缆网络还是光缆网络，都必须借助于相应类型的网卡才能实现与计算机的连接，是计算机与局域网相互连接的惟一接口。
每块网卡上都有一个世界惟一的ID号，也就是MAC（MediaAccessControl）地址，计算机在连入网络之后，就是依靠这个ID号才能实现在不同计算机之间的通信和信息交换。
网卡有很多种，不同类型的网络需要使用不同种类的网卡，不同速度的网络需求也要使用不同的网卡。
如根据带宽来分的话，有10Mbit/s网卡、10/100Mit/s自适应网卡和1000Mbit/s网卡；如按总线分，有ISA总线、PCI总线、PCMCIA总线网卡等。
从目前校园网建设的实际情况来看，工作站网卡选择PCI总线的10M/100Mbit/s自适应网卡最适合。
（2）交换机
交换机，也称交换式集线器，是专门设计的，使各计算机能够相互高速通信的独享带宽的网络设备。
作为高性能的集线设备，随着价格的不断降低，交换机已逐步取代了集线器而成为集线设备的首选。
由交换机构建的交换式网络系统不仅拥有高速的传输速率，而且交换延时很小，使得信息的传输效率大大提高，适合于大数据量并且使用非常频繁的网络通信，被广泛应用于各种类型的多媒体和数据传输网络。
交换机具有很强的网络管理功能，它能自动根据网络通信的使用情况来动态管理网络，因为交换机采用了独享网络带宽的设计。
（3）路由器
路由器除了有连接不同的网络物理分支和不同的通信媒介、过滤和隔离网络数据流及建立路由表，还有控制和管理复杂的路径、控制流量、分组分段、防止网络风暴及在网络分支之间提供安全屏障层等到功能。
根据路由设备的组成可以分为软路由和硬路由。
根据路由表的设置方式可以将路由器分为静态的和动态的。
路由器工作在网络层，因此它可以在网络层交换和路由数据帧，访问的是对方的网络地址。
当数据帧到达路由器后，路由器查看数据帧的目标地址，并在路由表查看到达目标地址的路径，根据路径的代价，选择一条最佳的路径，然后把数据帧沿这条路径发送给目标地址。
（4）传输介质
网络要求把各个独立的计算机连接起来的，这样就必然要求有一种介质将计算机连接起来，这就是传输介质，局域网的传输介质可分为有线介质和无线介质两种，一般情况下都是用有线介质的，因为它的稳定性高，连接可靠，无线介质只是在特殊环境下才使用的传输方式。
常用的有线介质主要有以下几类。
一、同轴电缆
同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料。
这层绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又覆盖一层保护性材料。
同轴电缆有许多种不同的规格，最常用是细同轴电缆和粗同轴电缆。
细同轴电缆主要用于建筑物内的网络连接，而粗同轴电缆则常用于建筑物间相连。
它们的区别在于粗同轴电缆屏蔽更好，能传输更远的距离。
同轴电缆是由中心导体、绝缘材料层、网状织物构成的屏蔽层以及外部隔离材料层组成。
二、双绞线
双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质。
双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。
把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消，与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。
目前，双绞线可分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线。
三、光纤
光纤是一种直接为50~100um的柔软的、能传导光波的介质，一般由玻璃制造。
光纤分为：
传输点模数类分单模光纤（SingleModeFiber）和多模光纤（MultiModeFiber）。
单模光纤的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。
多模光纤是在给定的工作波长上，能以多个模式同时传输的光纤，与单模光纤相比，多模光纤的传输性能较差。
（5）服务器
校园网中的服务器主有数据库服务器和代理服务器，数据服务器与代理服务器主要是面向校园网内部用户的服务，对来自Internet的用户服务也很多，主要是对校园网内部用户进行Internet代理服务。
目前，绝大多数校园网都要求内部服务用户通过代理访问Internet，这样内部用户就不能直接访问Internet，同时代理服务器保存着内部用户访问Internet的日志，以作为记费的依据。
由于用户数量非常大，也非常集中，所以在选型代理服务器时，主要考虑的是要有较大的容量、较高的处理速度和较高的稳定性，一般来说都选用大型服务器作为代理服务器。
（6）网络设备选型:
见3.3网络设备
第二章；总体设计思路
2.1模块化设计
所谓模块化就是将把整个网络按功能和安全需求分为若干个组件，这些组件之间有一定的安全边界，组件内部有完整的网络设计。
模块化设计的好处在于：
1.解决各网络之间的冲突问题；
2.简化安装和后台设备管理；
3.易于故障检测和分离问题；
4.易于执行不同类型的服务和安全方针；
5.易于扩展或代替原来的技术。
一个完整的模块化设计如下图所示：
2.2层次化设计
层次化网络设计模型
对于大型网络，可以采用通用“的核心层-汇聚层-接入层”层次化网络设计模型。
2.2.1核心层
核心层的主要提供不同网络模块之间优化传输服务，将分组尽可能快地从一个网络传到另一个网络，通常要保证核心层具有很高的可靠性、最佳的网络性能。
汇聚层到核心层要具备冗余传输链路，任何单条链路断连不影响网络的可用性。
作为所有网络流量的传输中枢，核心层除了要求高性能交换设备和高带宽传输链路外，还需考虑选用支持负载均衡或负载分担特性的设备实现负荷均衡。
此外，为了避免网元故障对网络造成冲击，需要网络采用支持快速聚合的特性，一旦主用通路断开，可以很快的切换到备用通路。
2.2.2汇聚层
汇聚层顾名思义就是作为访问层到骨干层的汇聚，通常为访问层与骨干层实现基于策略的网络间连接。
汇聚层主要由三层交换机组成，提供对网络流量模式控制、服务访问控制、QoS、定义路由路径度量（pathmetric）和路由协议网络通告控制。
2.2.3接入层
接入层作为各模块到交换骨干的连接，根据不同模块进行逻辑子网划分，并通过VLAN技术实现子网之间的隔离。
访问层主要功能在于隔离模块间的广播流量，避免不同模块之间相互影响。
访问层主要通过二层交换机组成。
第三章：
网络系统设计
3.1网络拓扑结构
目前该校园网正在计划组建阶段，按照目前该校的基本情况，对该校园网的组建可以以如下方案进行：
（1）该校园网将以千兆以太网的星型拓扑结构组建主干网络，各个主要建筑之间以千兆光纤连接，连接到行政部门3楼网络中心，传输速率1000Mbps。
（2）各个主要建筑内部组建子网，子网划分并编号，以便将来的管理，另外需要预留一些网络号，以便未来一段时间内的扩建网络并便于管理未来组建的网络。
（3）按照各个建筑内的设施来组建网络，以便达到组建网络的需求，并且能够节省成本。
（4）各个主要建筑内部的网络用快速以太网的标准建设，使网内达到100Mbps的传输速率。
网络拓扑结构如下：
在校园网中，根据学校的具体情况，得出了这个设计图。
从图中可以看到，行政部门、图书馆、院系之间以1000Mbps的速率与核心交换机相连，组成主干网络，考虑到各主要建筑到网络中心的距离以及传输介质的实际功能，在主干网中，教学楼、办公楼和图书馆选用1000Base-LX标准的单模光纤作为传输介质，并且该光纤对应于802.3z标准，既可以使用单模光纤也可以使用多模光纤。
其中使用多模光纤的最大传输距离为550m，使用单模光纤的最大传输距离为70km。
1000Base-LX采用8B/10B编码方式，最大传输距离为5km，选用该介质完全符合学校计算机中心与每个建筑物之间的距离超过500-1500m的实际情况。
另外，每个主要建筑内的设备间交换机需要支持光缆接口以及1000Mbps的传输要求。
在行政部门里，每个部门里的计算机台数不超过20台，因此为了节约成本，只需在设备间每层安装一个二层交换机，再将每个部门的20端口交换机连接到设备间交换机就可以了，这样可以减少许多开销。
传输介质选用100Base-TX标准的5类非屏蔽双绞线（最大传输距离是100米）将部门交换机连接到设备间交换机。
在院系内，由于每个院系的计算机台数不超过240台，因此在每个院系放置一台交换机，将每层的计算机连接到该层的交换机后，再连到设备间交换机，计算机连接到层交换机和层交换机连接到设备间交换机都可以选用100Base-TX标准的5类非屏蔽双绞线连接。
在图书馆内，由于电子阅览室300台机子，为了使布线更合理，可以每个机房一台交换机，再由交换机连接到设备间交换机，计算机连接到每个机房交换机，然后连接到设备间交换机都可以选用100Base-TX标准的5类非屏蔽双绞线连接。
还有图书馆借阅管理系统的50台机子，通过两台交换机连接到设备间交换机，传输介质还是选用100Base-TX标准的5类非屏蔽双绞线。
3.2子网规划
校园网中所有的主机数不超过3000台。
计算机的基本地域分配是：
行政部门200台、所有院系2400台、图书馆350台。
而一个C类子网有254个可以让用户正常使用的IP地址，所以申请2个C类IP地址即可满足这个校园网需求，然后再将申请到得2个子网C类IP地址再分配成若干子网，满足各个网络的要求。
具体地址分配如下：
1）行政部门（200台），分配一个C类子网。
对于下属的10个部门再进行子网分配，由于每个部门的计算机台数不超过20台，所以每个部门分配6个IP地址。
2）图书馆（350台），分配一个C类子网。
然后将此子网再划分成8个小的子网，提供给电子阅览室6个，主控室1个，预留一个。
3）所有院系（2400台），分配一个完整C类IP地址。
对于10个独立的院系，每个院系先分配10个子网，每个子网有14个IP地址供自己自由分配。
还有多余的IP地址提供给服务器、交换机、防火墙等。
设学校申请的C类子网的IP地址为192.168.0.0和192.168.1.0
地理位置
子网编号
IP地址范围
备注
行政部门
校办
行政楼4楼
192.168.0.0
192.168.0.1
192.168.0.6
预留IP地址
192.168.0.81~126
人事处
行政楼4楼
192.168.0.8
192.168.0.9
192.168.0.14
划分之处的子网掩码为
255.255.255.248/29
财务处
行政楼3楼
192.168.0.16
192.168.0.17
192.168.0.22
学生处
行政楼3楼
192.168.0.24
192.168.0.25
192.168.0.30
教务处
行政楼2楼
192.168.0.32
192.168.0.33
192.168.0.38
科技处
行政楼2楼
192.168.0.40
192.168.0.41
192.168.0.46
设备处
行政楼2楼
192.168.0.48
192.168.0.49
192.168.0.54
党委
行政楼1楼
192.168.0.56
192.168.0.57
192.168.0.62
团委
行政楼1楼
192.168.0.64
192.168.0.65
192.168.0.70
考务办
行政楼1楼
192.168.0.72
192.168.0.73
192.168.0.78
图书馆
图书馆主控室
192.168.0.128
192.168.0.129
192.168.0.6
预留IP地址
192.168.0.241~254
图书馆阅览室
192.168.0.144
192.168.0.145
192.168.0.158
划分之处的子网掩码为
255.255.255.240/28
升级会员 