现代交换技术课程设计.docx
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现代交换技术课程设计
目录
第一章:
概述········································································2
1.1组建校园网的重要性和必要性···············································2
1.2设计原则·································································2
1.3校园网的总体设计思想····················································4
第二章:
方案说明····································································5
2.1采用核心技术····························································5
2.2传统以太网技术··························································5
2.3千兆以太网技术··························································6
2.4ATM网络技术····························································7
第三章:
设备选择····································································9
3.1服务器··································································9
3.2工作站·································································10
3.3集线器·································································11
3.4防火墙·································································11
3.5交换式集线器···························································12
第四章:
系统构成图··································································13
第五章:
系统报价····································································13
概述
组建校园网的重要性和必要性
网络技术的发展,尤其是Internet的出现,使我们校园生活、学习、工作和环境发生了巨大的变化。
利用学校计算机网络,采用先进的管理软件,可规范学校的管理行为,通告管理水平和工作效率;在减轻工作量的同时,利用计算机存储容量大、处理速度快速准确的特点,为学校的决策提供准确及时的信息,在学校的办公、信息交流和通信方面充分发挥计算机网络的作用,在软件的支持下实现网上协同工作。
计算机网络使教学模式上有比较大的突破,原来的老师、学生和网络三者之间的关系将发生变化,教师不再是知识的唯一拥有者和权威者,把知识传授给学社。
学生应是学习的主体,校园网为学生的探索模式学习提供情景和资源,老师只做学生学习的指导者。
在教学过程中将采用网络技术、多媒体技术将文本、声音、图像、动画和视频技术融为一体,使得教学活动变得生动且形式多变,从而提高学生学习的积极性、效率和效果。
设计原则
校园网的建设,要为教育教学服务,为促进学校教育现代化服务。
要紧密结合教育教学的需要和实际的经济承受能力,本着高效、适用的原则,有计划、有重点、分地区、分层次,积极稳妥地推进校园网的建设。
要严格规范校园网建设及相应的软件开发标准,确保信息化校园的整体建设和管理要求的落实。
校园网建设应做到培训在先,建网建库同行、重在应用。
切实做好学校老师、技术与管理及行政人员的不同层次的培训,形成一支能使校园网充分发挥使用效益的应用队伍、教学软件开发队伍和保证校园网正常持续运行的软、硬件管理队伍。
积极开发和推广使用教育教学软件,建设信息资源库,充分发挥校园网的使用效益。
在建设校园网的同时,要充分利用原有设施设备,继续实施实验教学和电化教学。
并努力将TCP/IP网络与原有闭路电视网和广播网紧密结合,保证资源优化配置和合理使用。
根据校园网的需求分析,我们制定以下系统设计的指导原则:
1.稳定性
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。
2.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。
3.先进性
网络硬件、软件平台的先进性,要注意选择性能价格比好的先进技术和硬件和软件组网,保证系统的基础环境十年不落后。
4.标准性和开放性
选择统一性的网络结构与软件硬件平台,有利于系统的建立与开发。
制定信息管理的规范,在学校领导下,组织有关人员对管理信息系统进行系统分析,制定数据流图和数据结构,为信息系统的开发奠定基础。
为了实现与各种网络互访的要求,要选择开放的网络体系结构,既要选择当前的主流产品,又要具有开放性,以利于今后的扩充。
5.可扩展性
系统要有可扩展性和可升级性,随着业务的增长和应用水平的提高,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。
易扩展不仅仅指设备端口的扩展,还指网络结构的易扩展性:
即只有在网络结构设计合理的情况下,新的网络节点才能方便地加入已有网络;网络协议的易扩展:
无论是选择第三层网络路由协议,还是规划第二层虚拟网的划分,都应注意其扩展能力。
6.容易控制管理
因为上网用户很多,如何管理好他们的通信,做到既保证一定的用户通信质量,又合理的利用网络资源,是建好一个网络所面临的首要问题。
7.经济性
充分利用原有的软件、硬件资源,减少投资浪费,做到高性能价格比。
8.安全性
网络系统应具有良好的安全性,保证数据的安全及网络使用的安全。
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,以保证系统的安全性。
9.符合IP发展趋势的网络
在当前任何一个提供服务的网络中,对IP的支持服务是最普遍的,而IP技术本身又处在发展变化中,如IpV6,IPQoS,IPOverSONET等等新兴的技术不断出现,校园网络必须跟紧IP发展的步伐,也就是必须选择处于IP发展领导地位的网络厂商。
校园网的总体设计思想:
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以及信息化教学环境系统。
因此,在总体上如何筹划、组织网络建设和开发应用的设计思想是校园网建设中的最重要的问题。
总体设计是校园网建设的总体思路和工程蓝图,是搞好校园网建设的核心任务。
进行校园网总体设计,首先是进行对象研究和需求调查,弄清学校的性质、任务和改革发展的特点,对学校的信息化环境进行准确的描述,明确系统建设的需求和条件;其次,在应用需求分析的基础上,确定学校Intranet服务类型,进而确定系统建设的具体目标,包括网络设施、站点设置、开发应用和管理等方面的目标;第三是确定网络拓朴结构和功能,根据应用需求、建设目标和学校主要建筑分布特点,进行系统分析和设计;第四,确定技术设计的原则要求,如在技术选型、布线设计、设备选择、软件配置等方面的标准和要求;第五,规划安排校园网建设的实施步骤。
网络系统是校园网的基础设施,主要包括结构化综合布线、服务器和终端机、内外连接设备以及软件平台的选择和建设。
近年来,多媒体技术的应用,对网络的传输能力提出了更高的要求,联网技术由此取得了长足的发展。
其中影响技术选择的主要因素包括:
网络规模、网络服务类型、速度、可靠性、使用与维护管理的方便性、价格、国际标准、未来前景等。
设计校园网络时,应综合考虑和权衡上述各种因素,在若干成熟的技术中进行选择和集成,以便能以最快的速度、最优的价格建成一个技术先进、功能丰富、运作可靠、使用维护及升级方便的校园网。
方案说明:
采用的核心技术
随着计算机科技的不断进步,现代计算机网络传输技术已取得突飞猛进的发展。
在局域网和城域网中有多种可选的主流网络技术,以下我们将针对不同技术类型,简单阐明其特点,为我们的技术选型提供科学的依据。
主要有:
传统以太网技术、千兆以太网技术、ATM网络技术等等。
传统以太网络技术
早期局域网技术的关键是如何解决连接在同一总线上的多个网络节点有秩序的共享一个信道的问题,而以太网络正是利用载波监听多路访问/碰撞检测(CSMA/CD)技术成功地提高了局域网络共享信道的传输利用率,从而得以发展和流行的。
特别是近几年交换式以太网和100M快速以太网产生和应用,使以太网络成为当今局域网应用较为广泛的主流技术之一。
然而,以太网络在发展早期所提出的共享带宽、信道争用机制限制了网络后来的发展,即使是近几年发展起来的链路层交换技术(即交换式以太网技术)和提高收发时钟频率(即快速以太网技术)也不能从根本上解决这一问题,具体表现在:
1、不提供服务质量保证(QualityofService)
以太网提供的是一种所谓"无连接"的网络服务,网络本身对所传输的信息包无法进行诸如交付时间、包间延迟、占用带宽等等关于服务质量的控制。
这种传送方式就象邮局递送信件一样,信息包一旦交给传输介质,无论是发送端还是接收端都无法再对中间的传输过程进行任何有效控制,这就是所谓没有"服务质量保证(QoS)"。
而且以太网的包(帧)长度本身是不确定的,这就导致网络设备对每一个帧的处理和转发延迟处于随机、不可控状态。
这两个因素的存在,使得以太网的帧在传输时的延迟和延迟的突发变化(抖动)就显得非常严重。
我们知道,多媒体信息(音频、视频等等)与时间的关系非常紧密,如视频要求每秒钟固定数量的画面、音频要求每秒钟固定数量的量化比特流等等,这些定时性很强的信息在传送时并不要求在某一个瞬间提供"过多"的带宽,但要求在长时间内能够保持一直有"不多不少正合适"带宽,否则视频的画面就会有"跳动",声音就可能"结巴"。
显然,以太网对传输过程的不可控性和对帧处理延时的过多抖动都不适于现在大量涌现出的具有较强定时性要求的多媒体信息的传输。
2、带宽利用率较低
对信道的共享及争用机制导致信道的实际利用带宽远低于物理提供的带宽,虽然基于CSMA/CD机制的以太网可以使网络节点对带宽的争用以一种"秩序"进行,但其带宽有效利用率仍低于10%。
以太网的交换技术可以降低争用的机率,但为了与原有网卡及应用软件的兼容,CSMA/CD仍必须存在,且交换中对转发端口的定位是在于动态学习动态刷新中进行的,这就使在统计上仍存在大量的包是以共享争用的方式传递的,交换技术可使利用率提高至20%~50%。
除以上两点以外,以太网传输机制所固有的对网络半径、冗余拓扑和负载平衡能力的限制以及网络的附加服务能力薄弱等等,也都是以太网络的不足之处。
但以太网以成熟的技术、广泛的用户基础和较高的性能价格比,仍是传统数据传输的网络应用中较为优秀的解决方案。
千兆以太网络技术
千兆位以太网(GigabitEthernet)是IEEE802.3以太网标准的扩展,传输速度为每秒1000兆位(即1Gbps)。
应用于大型校园网,能把现有的10Mbps以太网和100Mbps快速以太网连接起来。
它可取代100MbpsFDDI网,也是ATM技术的强劲对手。
千兆位以太网采用同样的CSMA/CD协议,同样的帧格式,是现有以太网最自然的升级途径,使用户对以太网原有设备管理工具的投资得以保护。
千兆位以太网是超高速主干网的一种选择方案。
在数据、话音、视频等实时业务方面它虽然不能提供真正意义上的服务质量(QoS),但千兆位以太网频宽较高,能克服原以太网的一些弱点,提供服务保证等特性。
IEEE802.3Z工作组已确定了以下一组规范,统称为1000Base-X。
1.1000Base-LX:
多模光纤传输距离为550米,单模光纤传输距离为3000米。
2.1000Base-SX:
62.5微米多模光纤传输距离为300米,50微米多模光纤传输距离为550米。
3.1000Base-CX:
用于短距离设备的连接,使用高速率双绞铜缆,最大传输距离为25米。
4.1000Base-T:
5类铜缆传输最大距离为100米。
千兆位以太网支持交换机之间、交换机与终端之间的全双工连接,支持共享网络的半双工连接方式,使用中继器和CSMA/CD冲突检测机制。
千兆位以太网联盟(GEA)为千兆位以太网的应用提出以下几种方案:
1.更新快速以太主干网:
更换核心交换机,全面提高原有网络性能。
2.用于交换机到服务器链路:
服务器使用千兆位以太网卡,直接与千兆位以太网交换机相接,提供每秒百万个包的处理能力。
3.千兆位以太网到桌面台式机。
高性能工作站安装千兆位以太网卡,直接与千兆位以太网相连。
4.用于交换机之间的链路。
千兆位以太网交换机用光纤相接,提供一条高性能主干线路。
5.更新FDDI主干:
保留现有光缆,提高带宽10倍。
ATM网络技术
“ATM(异步传输模式)”这一名词最早就为与电话中继通讯中常用的技术“STM(同步传输模式)”相对应而产生的,它既汲取了话务通讯中电路交换的“有连接”服务和服务质量保证,又保持了以太、FDDI等传统网络中带宽可变、适于突发性传输的灵活性,从而成为迄今为止适用范围最广、技术最先进、传输效果最理想的网络互连手段。
概括起来,ATM技术具有如下特点:
1.实现网络传输有连接服务,实现服务质量保证(QoS)
这是ATM先进于其他网络交换技术、最有魅力的特点所在。
以太网、FDDI等传统网络由于受当时技术所限,传输机制主要围绕解决信息包冲突碰撞问题、保证发端的信息包能够到达收端就可以了,并不考虑“如何到达”。
而提出ATM技术的主要目标则是为了解决传输的服务质量问题,不仅要能够到达,还要控制如何到达,因而ATM技术是网络通讯技术中革命性的突破,具有其他技术在产生时所不具备的"天生优势"。
2.交换吞吐量大
ATM交换理论在建立时,充分利用了当时刚刚成熟的超大规模集成电路(VLSI)技术,其定长的帧结构使所有交换工作能用纯硬件完成,因而ATM交换机本身硬件交换性能就远大于一般传统网络交换设备。
3.带宽利用率高
ATM是有连接的网络服务,内部交换是通过建立"虚电路"完成的。
每一个虚电路所需带宽由服务质量保证体系按需分配,不同的应用要求分配不同的信道带宽。
一经分配,该带宽就由所属应用以统计的方式所占用,有传输则提供始终如一的持续带宽,无传输则自动让出带宽给其他通讯使用,因而带宽分配灵活,利用率极高,可达90%以上。
4.具有灵活的组网拓扑结构和负载平衡能力,伸缩性、可靠性极高
由于ATM采用有连接的网络服务,因而在ATM网络中可以存在多条冗余链路,实现环接、并行连接等冗余拓扑结构,在传输时可同时传输,带宽按链路冗余数目加倍,使全网具有极高的可伸缩性和可靠性,这在传统网络中都是难以做到的。
比如:
以太网是不能同时启动两条和两条以上的冗余链路的,这样会导致永无休止的“回环包”占据所有有用带宽,让网络崩溃。
一旦网络中出现冗余,则必须启动一种称之为SpanningTree算法的寻径技术,堵塞住所有冗余链路端口。
用这种算法重新拓扑后的网络不仅会失去所有负载平衡功能,而且还会带来额外的网络负担,降低网络性能。
5.局域网与广域网技术统一
ATM是现今唯一可同时应用于局域网、广域网两种网络应用领域的网络技术,两种技术的统一是网络未来发展的趋势,也是实现宽带综合业务数字网(B-ISDN)这一计算机网络未来的宏远目标的必由之路,具有广阔的发展前景。
在整个业界的充分重视下,ATM近八年的发展已使其走向一个成熟稳定发展的轨道,逐步占据网络市场的主流。
ATM是一个在现有技术水平上已获得成熟的发展、同时兼具有新技术所特有的勃勃生命力的技术。
不过,ATM有一个不足之处就是,采用ATM技术来构建网络主干,需要较高的成本。
其经济可行性较差,对XX中学所建的中等规模偏小的校园网络就更是如此。
首先根据最先进技术和最佳性能优化的设计原则,技术已很久停滞不前、性能相对偏低FDDI已不适应校园网的需求了。
剩下可选的则是快速以太网、千兆以太网和ATM这两种(共三个)当今主流主干网络技术。
从前面需求分析我们可以看到用户的网络应用可分为管理、教学、科研以及其它的Internet/Intranet应用服务系统,其中网络教学应用具有很强的实时性,要求有长时间稳定的带宽;而管理、科研和Internet/Intranet应用则非常复杂,它们不仅具有传统计算机通信的文件的传输、数据的查询等等,还根据信息发展的需要加入了大量图像、视频、声音等多媒体应用,比如Web浏览、视频会议、语音电子邮件等等,这就需要网络不仅具有传送大量突发性数据的充裕带宽,还应当对实时性较强的多媒体信息的传送保持均匀的低延迟传输特性,从这方面来看,具备对传统数据服务和多媒体信息都有最佳传输效果的ATM交换技术和快速以太网和千兆以太网技术无疑都可作为理想的解决方案。
从另一方面来讲,我们还必须考虑到建设的成本、未来维护的能力和不同网络应用类型的搭配等各种因素。
端到端全ATM在国外的先进地区虽有成功的案例,但对于900个点左右的Intranet而言需要更大的投资和较高水平的维护力量,我们的应用仍是传统应用加新型多媒体应用共存的模式,多媒体传输不可忽视但而且将来会占绝对的主体,因此我们从发展的眼光来看,虽然目前应用还不是太多,快速以太网能够满足需要,但根据经验,在基础设施建立以后,带宽的需求将飞速增长,所以我们建议采用千兆以太网技术,达到最近五年不过时的标准。
设备选择
服务器:
服务器除稳定性外重点考虑的是硬盘速度和内存大小,硬盘一定要用适合并发数据请求的SCSI接口;内存则尽可能的增大。
建议采用性能价格比较高的国产专用服务器,上速方案采用的是联想万全T168G6S34302G/500S
联想万全T168G6S34302G/500S主要参数
服务器类型:
塔式
服务器级别:
工作组级
CPU类型:
IntelXeonX3430
标称主频:
2.4GHz
内存容量:
2GB
内存描述:
DDR3
标配硬盘容量:
500GB
标配硬盘类型:
SATA,3.5英寸
存储控制:
集成6口SATA300控制器
工作站:
我们采用的是惠普的Z400,因为它具有处理速度快,硬盘、内存容量大等的特点,可以更好的解决数据吞吐量大时的带来的数据拥塞等问题。
工作站CPU:
Intel至强四核W3503
工作站主频:
2.4GHz
内存描述:
2GB(2x1GB)DDR3-1333ECCRAM
硬盘描述:
160GBSATA72001stHDD
显卡核心:
NVIDIAQuadroFX380
显存容量:
256MB
光驱:
HPSATADVD-ROM光驱、HPSATADVD+/-
RAID支持:
RAID0、1、5,10
存储控制:
支持SATA控制
保修时间/方式:
3年质保
网络存储:
采用的DELL的MD3000i
主要参数
SAN网络存储类型SAN网络存储
网络端口2口
RAID支持0,1,5和10
存储管理110/100以太网连接(RJ45),用于"带外"盘柜管理功能
集线器:
我们采用的是3Com3C16611
集线器类型:
100兆以太网集线器
端口类型:
RJ-45
集线器端口数:
24个
可堆叠性:
是
传输速率:
10/100Mbps
重量:
2.66kg
网络标准:
IEEE802.3,IEEE802.3u
网络协议:
SNMPRFC1157ARPRFC826IPRFC792UDPRFC768TCPRFC793TFTPRFC783SLIPRFC1055
传输介质:
24个RJ-45端口支持在两对Category3、4或5UTP线缆上进行10BASE-T传输,或在两对Category5UTP/STP线缆上进行100BASE-TX传输
防火墙:
CiscoASA5500系列在一个平台中有力地提供了多种已经获得市场验证的技术,无论从运营角度还是从经济角度看,都能够为多个地点部署各种安全服务。
利用其多功能安全组件,企业几乎不需要作任何两难选择,也不会面临任何风险,既可以提供强有力的安全保护,又可以降低在多个地点部署多台设备的运营成本。
主要参数:
设备类型:
参数纠错企业级防火墙
并发连接数:
参数纠错25000
网络吞吐量(Mbps):
参数纠错150
安全过滤带宽:
参数纠错100Mbps
网络端口:
参数纠错8端口
用户数限制:
参数纠错无用户数限制
安全标准:
参数纠错UL60950,CSAC22.2No.60950,EN60950IEC60950,AS/NZS60950
控制端口:
参数纠错console,RJ-45
管理:
参数纠错思科安全管理器(CS-Manager),Web
VPN支持:
参数纠错支持
SwitchHub:
D-LinkDES-1016D
该桌面型交换机专为SOHO及较大规模的工作组网络设计。
该交换机提供16或24个10/100Mbps端口,可与16/24台工作站或服务器连接。
集线器也可以与该交换机连接。
所有端口都能自动适应计算机或集线器的网络速率,使之可以10Mbps速率运行,也可以100Mbps速率运行。
所有端口也都能够在全/半双工模式之间自动适应,并且支持流量控制。
通过MDI/MDIX上行链路端口进行扩展非常容易,可以通过该端口把几台交换机级联到一起,来获得更多的端口。
流量控制能够允许几台服务器直接与该交换机进行连接,进行快速、可靠地数据传输。
在200Mbps全双工模式下,该交换机能够向服务器提供高速率数据传输通道,使数据传输的损失率降到最低。
交换机:
桌面型百兆以太网交换机
应用层级:
二层
传输速率:
10/100
交换机接口:
RJ45
网管功能:
不支持网管功能
背板带宽:
3.2Gbps
包转发率:
10Mbps:
14,800pps,100Mbps:
148,8...
MAC地址表:
16K
VLAN功能:
不支持
网管支持:
非网管型
端口结构:
固定端口
接口数量:
16个
网络标准:
IEEE802.310BASE-T,IEEE802.3u100BASE-...
堆叠功能:
不可堆叠
系统构成图
系统报价
- 配套讲稿:
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