淮工计算机网络课程设计.docx
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淮工计算机网络课程设计
淮海工学院计算机工程学院
课程设计报告
设计名称：
计算机网络课程设计
姓名：
张雪娟学号：
1110002234
专业班级：
网络102
系（院）：
计算机工程学院
设计时间：
2012.12.24~2012.1.5
设计地点：
计算机网络实验室
成绩：
指导教师评语：
签名：
年月日
一、课程设计目的
计算机网络课程设计是计算机及相关专业的实践环节之一，是学习完《计算机网络》课程后进行的一次全面的综合练习。
其目的在于加深对OSI七层模型、TCP/IP模型的各层功能和设计思想的理解，掌握组建计算机网络的基本技术，特别是网络规划、路由器等网络设备的基本功能与选型以及网络应用服务器的基本配置，提高学生的应用能力和动手实践能力。
二、设计题目及要求
任务：
以淮海工学院本部校园为背景，设计一个校园网方案。
淮海工学院的本部分为办公区、教学区和生活区三部分。
现假设：
办公区中各楼宇名为：
教务处楼，党政办公楼，图书馆，计算机系大楼、讲堂楼、机械楼、土木楼、海洋学院楼、大学生活动中心楼、教学主楼等，生活区中有学生公寓区和教师住宅区及各食堂。
假设办公区、教学区每个办公室、教室均预留2个信息点，生活区每个房间预留1个信息点，全校使用预留的一个B类Internet地址172.160.0.0，试根据本部校园网的应用需求和管理需求、各建筑物的地理分布、确定信息点个数及信息点分布，设计出本部的校园网方案。
方案中应明确学院网管中心的位置，确定拓扑方案，进行IP地址规划，完成设备选型，注明各种设备、设施和软件的生产商、名称、型号、配置与价格，并分别给出其价格的出处（如网站等），基本确定方案的预算。
要求：
（1）通过资料查阅和学习，了解园区网络规划、设计的一般方法。
（2）参考和研究一些公司和高校/企业园区网的规划和建设方案，结合《计算机网络》课程中所学知识，积极完成设计任务。
（3）认真完成需求分析，并根据需求分析完成园区网络的总体方案设计，确定网络逻辑拓扑结构和所采用的网络技术、主要设备的性能指标，进而完成设备的选型和经费预算。
（4）认真按时完成课程设计报告，课程设计报告内容包括：
课程设计目的、设计任务与要求、设计说明书、设计成果和设计心得五个部分，具体要求见设计报告模板。
三、设计说明书
1需求分析
计算机技术的发展迅速，人们对信息的共享以及传递的需求也不断增长。
使用群件技术（GroupWare）进而能够协同工作；多媒体数据的存储、传输、应用技术的不断成熟；以上这些计算机技术的发展对学校的计算机业务系统产生影响，使用户能更方便、更直观的使用系统，也使系统的性能更完善、功能更强大。
校园网建设的目标简而言之是将校园内各种不同应用的信息资源通过高性能的网络设备相互连接起来，形成校园局域网系统，对外通过路由设备接入广域网。
根据本校园实际情况主要应用需求分析如下：
1.1用户的应用需求
组建校园网的目的是让每一位用户能充分利用万维网信息并且实现共享资源。
用户可以方便地获取局域网和互联网上的学习资源，通过WWW服务器、电子邮件服务器、文件服务服务器、远程登录等实现教学和科研工作、与其他院校开展技术合作、学术交流、获取重要的科技资料和技术文挡、远程学习等活动。
为教务处及行政处提供教务管理、网络化教学平台、学籍管理、行政事务、办公管理、财务、资产等进行综合管理等，同时可以实现各级管理层之间的信息数据交换，实现网上信息采集和处理的自动化，实现信息和设备资源的共享等。
扩充各种网络应用多媒体课件系统、多媒体教学系统、网络教学系统、图书检索系统等，使其为各学科的教学和实验服务。
此外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，例如发布通知等。
1.2通信需求
在校园网中发生的信息流主要包括三个部分：
教学过程信息流和管理过程信息流和Internet信息流。
将各种不同应用的信息资源通过高性能的网络设备相互连接起来，形成校园区内部的局域网系统，对外通过路由设备接入广域网。
在校园网内部需要传输数据、视频信号、音频信号等，各子网内部传输信息量相对较小，而主干交换机与各子网主体交换机间的交换传输信息量频繁且数量较大，所以：
主干交换机连接到各子网用1000Mb/s光纤作为传输介质，各子网中以100Mb/s双绞线作为传输介质。
1.3信息点和用户需求
办公区：
文渊楼426，行政楼168，图书馆106，机械楼336，化工楼258，土木楼140，海洋学院楼256，计算机楼92，文予楼100；教学区：
工程训练楼262，讲堂楼18，教学主楼266，文通楼（包括A,B楼）198，大学生活动中心114；生活区：
学生宿舍3326，教工宿舍楼294，食堂8，医务室5，其他130。
学校建筑地理位置如图1：
图1学校建筑平面图
1.4性能需求
校园网的运作模式会带来大量动态的WWW应用数据传输，会有相当一部分应用的主服务器有高速接入网络的需求（目前为1000Mbps,今后可会更高）。
建立一个连接多媒体教室，图书馆，办公楼等地的校园网，该网的骨干速率为1000Mb/s。
建立教务管理服务器，以支持教师的移动办公。
教师在任何地方，在授权情况下都可以访问校内信息。
建立数据库服务器，方便用户登录、下载、分享资源。
作为整个校园网络系统的硬件基础，网络设备必须是具备安全性、稳定性和可靠性的特点。
要求校园网建设在系统设计时既要采用先进的概念、技术和方法，又要注意结构、设备、工具的相对成熟。
这里我们技术采用流行的层次化建网，三层结构技术的成熟满足网络的先进性。
1.5安全与管理需求
由于网络连接校区内部所有用户，网络系统应具有良好的安全性。
在网络设计时，将从内部访问控制和外部防火墙两方面进行相应的系统保密性建设保证我院校园网网络系统的安全。
在系统设计中，既考虑信息资源的充分共享，更要注意信息的保护和隔离，学生基本信息档案和重要的工作文件要求对数据存储、传输的安全性的性能较高，如图书管理、档案管理、学生管理、教学管理、财务管理、物资管理等可以通过分布式、集中式相集合的方法进行管理。
网络中的数据和信息流将按指数增长，需要网络有很好的可扩展性，并能随着技术的发展不断升级。
为了避免不必要的重复投资我们必须选择具有一定扩展能力的设备，能够保证在网络规模逐渐扩大的时候，不需要增加新的设备，只需要增加或更换一定数量的模块就行。
由于校园骨干网络系统规模庞大，应用丰富而复杂，需要网络系统具有良好的可管理性，网管系统具有监测、故障诊断、故障隔离、过滤设置等功能，以便于系统的管理和维护。
2网络系统的方案设计
2.1网络的规模和应用范围
我们设计的校园网将覆盖整个淮海工学院将包括：
主楼，各行政楼，图书馆，教学楼，大学生活动中心，各院系大楼和学生宿舍楼等。
根据我们的设计标准，将校园网分成3个部分：
办公区，教学区，生活区。
总体图如上图1。
2.2确定网络应用模式
考虑到地理位置和服务点等因素，将网络中心设在主楼，以主楼为中心，用光纤连接到其它建筑物，构成淮海工学院校园网光纤主干。
校园网络整体分为3个层次：
核心层、汇聚层、接入层。
如图2：
图2网络整体层次划分
核心层主要为相互通信的节点提供高速优化的带宽传输，为核心层提供必要的链路备份。
分布层介于在核心层和接入层之间，分布层提供基于统一策略的互连性，它是核心层和访问层的分界点，定义了网络的边界，对数据包进行复杂的运算。
接入层，主要功能为用户或工作组访问网络提供接入，在该层存在大量的局域网，设置和划分虚拟局域网，并可运用访问控制列表等技术来控制用户的数据传输。
通过提供基于策略的连接管理，实现接入层对核心层的可控制的访问。
根据实际需求，整个校园网采用星型结构，并分为核心层（分布于网管中心内）和访问层（分布在各宿舍楼、教学楼内）二层。
采用分布式的架构，校园网网络的总体框架，应该是分布式的，分成各个子网，分布在办公区，教学区和生活区三个部分中。
采用浏览器/服务器的模式，图形化的交互界面，这样既简单又方便，为在校的各类人员都能接受，方便地享受校园网带来的方便以上特点分层网络结构可以获得良好的扩展性。
2.3确定网络节点的设置与拓扑结构
（1）网络节点设置如表1：
以主楼为中心
地点
信息点
与中心距离（估算值）（m）
文渊楼
426
300
行政楼
168
400
图书馆
106
350
讲堂楼
18
200
教学主楼
266
0
机械楼
336
50
化工楼
258
150
土木楼
140
50
海洋学院楼
256
100
工程训练楼
262
700
计算机楼
92
150
文通楼（包括A,B楼）
198
50
大学生活动中心
114
200
学生宿舍
3326
600
教工宿舍楼
294
800
文予楼
100
700
食堂
8
300
医务室
5
300
其他
130
250
表1信息点分布
（2）拓扑结构设计方案
主干网是整个网络的信息传输的主干线，为了保证网络的联通，在主干网中设立一个备用核心交换机，接入网的用户采用星型拓扑结构。
本网络除了能够实现文件打印服务、网络数据通信、校园网络管理系统等一般网络的基本功能外，外部网络还可实现基于Intranet/Internet的信息服务。
提供Internet的访问、电子邮件服务等功能，如果需要还可提供远程访问的功能，同时可以在Internet上发布信息。
校园网整体拓扑图如图3
图3校园网总体拓扑图
主楼拓扑图4：
主楼含有266个信息点，核心交换机负责连接本楼接入交换机6台和其他汇聚交换机4台。
因为是网络管理中心，需要有电子邮件服务器，FTP服务器，WEB服务器，流化媒体服务器，数据库服务器，防入侵服务器。
图4主楼拓扑结构
行政楼拓扑图如图5：
有信息点168个，用4个48口交换机，此外还要有办公管理系统和数据库系统。
图5行政楼
图书馆拓扑图如图6：
有106个信息点需要3个48口交换机，有一个汇聚交换机连接其他楼（连接其他楼参照总拓扑图），同时还要有数据库和图书管理系统
图6图书馆
男生宿舍楼拓扑图如图7：
共有1477个信息点，每个楼需要2-4个48口交换机。
信息点如下B1142；B2143；B3142；B4143；B580；B680；B7136；B8134；B980；B1080；B1191；B12135；B1391；D区1161；D区2159；D区3137；D区4135
图7男生宿舍楼拓扑
女生宿舍楼拓扑如图8：
各个楼信息点如下A1159；A2192；A3159；A4192；A5115；A6115；A7115；A8115；A9115；A10115
图8女生宿舍楼拓扑
食堂，教师宿舍，医务室拓扑图如图9：
食堂信息点8；教师宿舍楼分别为64；130；100，医务室5个；
图9食堂、教职工宿舍、医务室拓扑
文渊楼拓扑图如图10：
426个信息点需要9台48接口交换机，还要有教务系统，办公管理系统以及数据库系统
图10文渊楼拓扑图
土木楼、大学生活动中心、文予楼拓扑方案如图11：
各个楼信息点为土木楼140；大学生活动中心114；文予楼100；各需3台48口交换机
图11土木楼等拓扑方案设计
讲堂楼拓扑方案图12：
信息点为18，只需要一个48口交换机
图12讲堂楼拓扑方案
计算机楼拓扑方案如图13：
信息点为92，只需要2台48口交换机。
数字化教学平台需要一台管理服务器。
图13计算机楼拓扑
机械楼拓扑方案如图14：
机械楼信息点为336，需要7台48口交换机
图14机械楼拓扑
工程训练楼、化工楼、海洋楼拓扑结构方案如图15：
信息点如下：
工程训练楼262化工楼258海洋学院楼256各需要6台48口交换机
图15工程训练楼，化工楼，海洋楼拓扑
文通楼拓扑方案图16：
信息点为198，需要4台48口交换机，一台8口交换机
图16文通楼拓扑
2.4确定网络环境和网络互连方案：
在校园网络的整个网络规划当中，VLAN的划分是非常重要的部分，很好的利用VLAN技术的功能，能起到事半功倍的效果，对整个网络的性能也是事关重要的。
网络管理系统采用完全独立的IP子网和VLAN，实现更加安全的对所有网络设备进行管理。
建立VLAN和IP子网的对应关系。
提高管理效率，实现虚拟的工作组，减少站点的移动和改变的开销。
VLAN间的子网访问，可以在三层交换机上实现，子网间的通讯也可以在汇聚设备上实行，分流核心交换机的三层交换，优化了组网。
子网划分如表2：
区域
地点
信息点
网络地址
男生宿舍楼
B1
142
172.160.0/24
B2
143
172.160.1/24
B3
142
172.160.2/24
B4
143
172.160.3/24
B5
80
172.160.4.0/25
B6
80
172.160.4.128/25
B7
136
172.160.5/24
B8
134
172.160.6/24
B9
80
172.160.7.0/25
B10
80
172.160.7.128/25
B11
91
172.160.8.0/25
B12
135
172.160.9/24
B13
91
172.160.8.128/25
女生宿舍楼
A1
159
172.160.10/24
A2
192
172.160.11/24
A3
159
172.160.12/24
A4
192
172.160.13/24
A5
115
172.160.14.0/25
A6
115
172.160.14.128/25
A7
115
172.160.15.0/25
A8
115
172.160.15.128/25
A9
115
172.160.16.0/25
A10
115
172.160.16.128/25
D区宿舍
D区1
161
172.160.17/24
D区2
159
172.160.18/24
D区3
137
172.160.19/24
D区4
135
172.160.20/24
教工宿舍区
楼1
64
172.160.21.0/25
楼2
130
172.160.22/24
楼3
100
172.160.21.128/25
教学教务区
文渊楼
426
172.160.32/23
机械楼
336
172.160.34/23
教学主楼
266
172.160.36/23
工程训练楼
262
172.160.38/23
化工楼
258
172.160.40/23
海洋学院楼
256
172.160.42/23
文通楼
198
172.160.23/24
行政楼
168
172.160.24/24
土木楼
140
172.160.25/24
大学生活动中心
114
172.160.26/24
图书馆
106
172.160.27/24
文予楼
100
172.160.28/24
计算机楼
92
172.160.29/24
讲堂楼
18
172.160.30.0/27
服务区
食堂
8
172.160.30.32/27
医务室
5
172.160.30.64/27
表2子网的划分
2.5确定安全与管理措施：
2.5.1.系统的安全性，可靠性。
由于学校自身的特点，系统必须具有较高的安全保密性能，本系统应针对不同的对象、环境、防止非法侵入和机密泄露。
①环境安全性:
主要是网络、微机所在环境的安全性，所以在主机房的设计方面一定要在UPS电源保障、通风设备、消防设备、烟火预警、监控等方面要考虑周全。
②设备安全性:
所选用的网络设备,服务器、微机设备，其质量必须稳定可靠、服务过硬，尽可能地减少电磁泄漏量，以保证数据的安全性。
对于学校来说，一个系统的正常运行尤为重要，一旦在关键时刻系统出现过障率小，便于维护。
在系统结构设计中应充分考虑到网络的负载，尽可能避免网络瓶颈，以及对过障点的隔离作用。
物理结构上采用双环树型和星型拓扑结构，其单点的过障不会对其他工作点产生、影响。
根据校园网安全策略和安全目标，规划设置正确的安全过滤规则，规则审核IP数据包的内容，包括协议、端口、源地址、目的地址、流向等项目，严格禁止来自外网的对校园内网的不必要的、非法的访问。
2.5.2.网络管理措施：
首先在从地理位置上考虑网络管理的中心的所在位置。
淮海工学院校园网分为办公区、生活区、教学区，网络管理中心设在主楼内。
其次，网络管理上可以购买相应的网络管理设备和软件，优化网络管理工作。
加强主机系统的抗入侵能力，尤其对服务器系统。
应用系统尽可能分布在不同的主机上，关闭不必要的端口，减少入侵途径，将应用系统合理地配置在主机系统上。
加强对外部用户的访问控制，主要依靠防火墙机制。
按应用需求应划分虚网，控制校内用户，各部门之间的访问权限。
按校领导、教师、学生等多个用户层次设置访问权限，加强安全管理。
加强监督机制，重视线上用户行为的监视和对系统日志的分析，能够及时发现入侵行为，和找到遭入侵后的解决办法。
对于接入层交换机设置VLAN技术，保证内部信息不外流。
对于服务器可设置相应的最大量链接数，保证安全。
也可以采用相应的软件进行管理。
对于本校园网上的其它资源，实行和学生学号、职工工号对应帐号密码访问的机制。
同时，对于校外IP的地址或非中国教育科研网用户IP地址可以进行限制访问策略。
2.6计算机系统设计：
对整个系统的服务器、工作站、终端以及打印机等进行配置和设计。
为了保证网络通信和服务一天24小时的不间断运转。
对于服务器，可以采用双服务器模式，以减轻主服务器的负担，即负载均衡；同时，作为后备服务器可在主服务器瘫痪时担负网络通信重任。
对于主干网的焦点是核心交换机（或路由器）。
为了提高可靠性、容错性，经费允许的情况下，主干网可采用双核心交换机，于接入层/分布层交换机分别连接。
双核心交换机结构解决了单点故障失效问题，不仅抗毁性强，同时也提供容错能力。
2.7软件与协议设计
2.7.1.软件设计
软件设计分析详见设备软件选型与设计。
2.7.2协议设计：
现在的园区网络一般都采用TCP/IP协议。
TCP/IP协议能够实现异构网络之间不同系统之间顺畅通信。
网络的运行离不开软件和协议，现在的园区网络一般都采用TCP/IP协议，但计算机系统还需确定操作系统、数据库系统、管理系统和开发平台等重要软件。
2.8结构化布线设计：
对网络传输电缆进行规范的结构化的布线。
楼宇间的连接线缆暴露在室外，考虑传输高速率和扩展的需求，及常年受到日晒雨林的影响和雷电的干扰，要选择抗干扰强，抗腐蚀强，高带宽及传输距离长的线路。
此外，主干网传输介质必须具有承载千兆速率的能力，需具备较好的抗干扰、可靠性、抗老化和高寿命等特点。
因此，校园网整体采用光线传输。
本校园网网络系统的设计采用层次化的设计方法，即核心层、分布层和访问层（接入层）。
第一层结构：
由中心机房到汇聚层交换机柜，如核心交换机到汇聚层交换机或中心通信交换设备至楼栋交接箱，通常采用单（多）模光纤（短距离内也可采用六类电缆）或几百对的大对数电缆进行连接。
第二层结构：
由汇聚层交换机柜到多个楼层交换机柜，如汇聚交换机到楼层交换机或楼栋交接箱至楼层交接箱，通常采用多模光纤（100米内的短距离采用双绞线）或几十对电缆进行连接。
第三层结构：
由楼层交换机柜内的配线架到用户端信息点接口，通常采用超五类线或六类线或少对数电缆与用户端设备进行连接。
3设备、软件选型与配置方案设计
3.1主楼（网络中心）
作为网络中心就要负责这个校园网规划建设、主干网络设备维护、主站点的建设。
还要提供邮件系统及FTP、WEB服务系统等在内的基本Internet服务。
因此需要以下软硬件支持：
（1）核心交换机：
CISCOWS-C6509-NEB-A（如图17所示）*1
价格：
￥3.82万
图17CISCOWS-C6509-NEB-A外观
CISCOWS-C6509-NEB-A重要参数：
产品类型
企业级交换机
应用层级
四层
传输速率
10/100/1000Mbps
背板带宽
720Gbps
VLAN
支持
网络管理
CiscoWorks2000，RMON，增强交换端口分析器（ESPAN），SNMP，Telnet，BOOTP，TFTP
包转发率
387Mpps
网络标准
IEEE802.3，IEEE802.3u，IEEE802.1s，IEEE802.1w，IEEE802.3ad
端口结构
模块化
交换方式
存储-转发
来源：
交换机引擎：
CISCOWS-X6K-S2-MSFC2/2（如图18所示）*2
价格：
￥5.76万
图18CISCOWS-X6K-S2-MSFC2/2外观
CISCOWS-X6K-S2-MSFC2/2重要参数：
产品类型
GBIC模块
产品概述
冗余引擎,2个GBIC,带MSFC-2卡和/PFC-2卡（非热插拔），适用于CISCOWS-C6500系列。
来源：
交换机电源：
CISCOWS-CAC-6000W（如图19所示）*1
价格：
￥2.1万
图19CISCOWS-CAC-6000W电源外观
CISCOWS-CAC-6000W重要参数：
产品类型
交换机模块
产品概述
CISCOWS-CAC-6000W交换机模块，适用于CISCOWS-C6500系列。
来源：
电口模块：
CISCOWS-X6316-GE-TX（如图20所示）*1
价格：
￥3.34万
图20CISCOWS-X6316-GE-TX外观
CISCOWS-X6316-GE-TX重要参数：
产品类型
交换机模块
产品概述
16端口1000TXGE模块,RJ-45
来源：
光口模块：
CISCOWS-X6516A-GBIC（如图21所示）*1
图21CISCOWS-X6516A-GBIC
来源：
光口模板至少需要六个光接口。
如图22：
图22CISCOWS-G5484
来源：
（2）接入交换机（48口）*6
考虑到主楼内有266个信息点，所以需要48
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