38基于吉比特以太网的校园网规划和设计.docx
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38基于吉比特以太网的校园网规划和设计
基于吉比特以太网的校园网规划和设计
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摘要
校园网的建成和使用,能够提高教学和科研的质量、改善教学和科研条件、加快学校的信息化进程,开展多媒体教学与研究以及使教学多出人才、科研多出成果。
本论文针对校园网组建所需要的基础知识、实战方法和操作技巧进行说明。
论文由8个章节构成,分别介绍了校园网组建必须了解的基础知识,校园网的规划,学校的需求、校园网组建的分析、校园网解决方案的基本内容及制订的基本原则和建议、IP地址划分和VLAN划分,其中内容丰富,叙述清楚,详细而系统的介绍了基于吉比特以太网的校园网组建和管理校园网方面的技术知识,建设了一个经济适用,技术先进、开放性能良好、投资强度合理、与国内外网络互联、能长期、稳定运行的高性能的校园网络。
关键词:
校园网;吉比特以太网;IP地址;VLAN
ABSTRACT
Bythecompletionofthecampusnetwork,toimprovethequalityofteachingandresearch,teachingandresearchtoimprovetheconditionsforschoolstospeeduptheprocessofcarryingoutmulti-mediateachingandresearch,andteachingsothatmorepeople,moreresearchresultsThepapersneededfortheformationofthecampusnetworkbasedknowledgeandcombatmethodsandtechniquesforoperatingon.Fullpapersby8chaptersconstitute,respectively,introducedtheformationofthecampusnetworkmustunderstandthebasicknowledge,thecampusnetworkplanning,theschoolneeds,acampusnetworkanalysis,campusnetworksolutionandformulatethebasicelementsofthebasicprinciplesandrecommendations,IPaddressdivision,VLANdivision,whichisrichincontentandclearlydescribed,detailedandintroducedthecampusnetworksystemandtheformationofthecampusnetworkmanagementexpertiseonGigabitEthernet(Gbe).Buildinganeconomicapplicationofadvancedtechnology,openingupgoodperformance,reasonableinvestmentintensity,anddomesticandinternationalnetworkinterconnection,long-term,stableoperationofhigh-performancecampusnetwork.
Keywords:
Campusnet;GigabitEthernet(Gbe);IPAddress;VLAN
1前言
学院作为一所极具现代意识、以现代化教学为特色的公办高校,为了推进教育的信息化和现代化,学院计划在校内建立内部网。
学院按照“统一规划、讲究实效、安全可靠”的原则,进行校园网综合系统设计,以满足校园内计算机网络系统的需要。
对于学院来说,由于将有越来越多的资料信息和管理平台放到校园网上,越来越多的用户使用校园网,校园网的可扩展性和可靠性等成为规划设计的重要标准。
校园网为全校教师、科研人员、管理人员、学生提供一个先进的计算机网络环境,并将计算机引入教学、科研、管理和学习等各个领域;改善学校教学科研、管理和学习环境,提高其水平;熟悉现代化的工作环境和掌握先进的教学、科研、管理和学习手段,有利于培养面向世界、面向未来的高层次人才。
学院着重进行了校园网的接入,并与电化教室相结合,配合多媒体设备,使学院的信息化建设跨上了一个新台阶。
本方案是针对校园网建设的具体需求,结合学院的的未来发展需要,所作的校园网具体设计方案。
根据学院的具体需要,我们提供了主干吉比特以太网解决方案,并通过帧中继与其它校区互连。
根据系统建设目标及应用系统的特点,当前计算机网络普遍采用结构化三层设计,即核心层,分布层,接入层。
鉴于Internet技术的迅猛发展及其在信息系统领域的广泛应用,我们在系统中同时提供Internet环境和应用开发平台。
Internet的Mail技术和FTP等技术将直接应用于信息的采集和传输。
建立Web站点,利用WWW技术是实现校园信息查询服务的有效手段,同时利用WWW技术还能较好的实现远程教学,实现教、学双方的交互[1]。
该方案主要基于一种高性能网络的设计思路,主要特点在于:
1以交换技术为核心,构造一个既能覆盖本地又能与外界进行网络互通、共享信息的计算机网络主干网;
2选用技术先进、具有容错能力的网络产品,在投资和条件允许的情况下也可采用结构容错的方法;
3完全符合开放性规范,将业界最优秀的产品集成于该综合网络平台之中;
4具有较好的可扩展性,为今后的网络扩容作好准备。
2用户需求分析
计算机网络在当今的信息时代扮演着越来越重要的角色,高可靠性的计算机网络为学院的计算机管理提供了稳定的平台,信息化建设目标的建设不但应考虑现有的硬件、软件,同时还应考虑学校教师的信息化教育能力;不但网络要建起来,软件也要贴近应用,同时还应加强教师培训,才能逐步实现教育由应试教育转向素质教育转化。
校园网建设的总体目标是:
建立物理上覆盖学校教学楼与办公楼的千兆主干校园网,百兆交换到桌面,使学校所有部门的网络和计算机都能够方便地连接到网络;配置必要的计算机网络设备、布线设备和辅料,为学校的教学、管理和研究提供服务。
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[2]。
对于学院本部校区校园网建设的应用系统设计,应该包含以下三个部分。
1)学院办公自动化系统该系统能够处理院办日常工作,实现办公自动化,并能对工作流程进行全程记录。
主要功能包括公文管理、公共信息管理、个人信息管理和会议管理。
2)学院综合教务管理系统该系统能够处理学院教学管理的常规工作,能够适应学院教学体制的改革和学分制的实施,主要功能包括教学计划管理、学籍管理、选课管理、教学调度管理、成绩管理、教材管理以及教学信息的收集与发布等方面的内容。
3)学院图书馆自动化管理系统该系统能够实现图书馆业务的自动化管理,主要功能包括采访管理、编目与典藏管理、阅览室与管际互借管理、流通管理、期刊管理和公共查询等方面的内容。
学院局域网的功能要求包括能够高速、安全、及时地传送文本、音频和视频等多种媒体信息,能够支持一定程度的突发访问。
在性能和安全性上应满足10000人的网络应用需求,对响应时间不作特殊要求;为了存储数据和备份数据,网络中心需要建立磁盘列阵;为保障网络中心设备的安全运行要求在网络中心提供不间断电源;在遵循经济实用、成熟先进和安全可靠的设计原则下,最大限度地考虑采用符合发展趋势的新技术;网络设备必须采用成熟先进的技术,所采用的标准要求统一,支持目前业界最新的网络协议,,网络的标准必须符合国际/国家标准,并且拥有广泛的支持厂商;网络设备要求具有高可靠性、高稳定性和高可用性;网络设备要求提供足够的宽带,以适应校园网上信息结构多样化,要求支持虚拟网和第三层交换,形成公布式三层交换网;网络设备要求具有扩展性和可升级性,能够适应用户数量的扩展,能够保证未来网络升级时的平稳衔接,保证网络通信介质、网络基本设计核心的向后兼容性;要求网络易于管理,支持网络的拓扑视图、网段与端口的监控;网络流量及错误统计,具备计费管理、故障定位、诊断、修复和自动隔离等功能;要求网络具有高的安全性。
在要求网络具有开放性的同时,要求保证其安全性。
在广域网选择上考虑学院的实际需求我们的校园网将通过光纤接入Internet网[3]。
校园网的近期建设要达到以下的目标:
1在学院建成一个适合于信息采集、共享的内部网络,在此基础上建立起供教学及人员培训使用的内部网络以及内部办公网络;
2将现有的计算机机房,多媒体教室能共享内部网络资源;
3快速以太网接入各间教室,方便教师多媒体教学;
4实现到Internet的接入,实现信息在Internet的发布。
校园网网络建成以后,要实现以下这些功能:
1WWW服务,作为信息服务的平台;
2Email服务,作为信息传递和与外界交流的主要手段;
3FTP服务,作为教学资源的共享方式;
4学生宿舍接入校园网,为学生营造一个更好有学习环境;
5使用DHCP服务器为学生宿舍接入校园网动态分配IP地址;
6视频电话会议,便于多个校区的统一管理。
综上所述,本网络的网络建设必须采用当前最新的网络技术。
学院网络主要组成部分:
整个网络主要分为六个部分
一.计算机网络中心:
计算机中心位于图书馆是整个网络的核心。
校园网核心交换机,服务器,接远程接入路由器,以及防火墙INTERNET接入均至于计算机网络中心,便于统一管理。
另图书馆内还须接入现有的四个电子阅览室,以及图书查寻系统。
二.主教学楼:
主要教学场所,其中包括除艺术系以外的教室,办公室,计算机机房,多媒体教室,学生处等。
三.美术楼:
艺术系教室,办公室,多媒体演示室,多媒体教室。
四.行政楼:
院领导办公室,财务后勤等院级各部门办公室,视频会议中心。
五.学生宿舍楼。
六.教师宿舍楼。
学院平面图如图2-1所示:
图2-1校园网平面图
根据学院的数据得出表2-1(网络接入点数目及流量分析)做为选择设备和选择链路的依据,具体内容如下,网络接入点数目及流量分析如表2-1所示:
表2-1网络接入点数目及流量分析表
接入点
接入类型
接入点数目
流量类型
带宽需求(至中心)
总需求
图书馆
服务器
4
内部
1000M
1000M
四个电子阅览室
200
外部
100M
图书查寻系统
20
内部服务器
100M
主教学楼
八个计算机机房
400
内部+外部
1000M
1000*2
50个普通教室
50
内部
100M
2个多媒体教室
2
内部
100M
20个办公室
20
内部+外部
100M
行政楼
10个院领导办公室
10
内部+外部
100M
1000M
财务部
5
内部
100M
后勤,食堂
15
内部
100M
其它
20
内部+外部
100M
美术楼
普通教室
40
内部
100M
1000M
多媒体演示室
5
内部
100M
办公室
8
内部+外部
100M
学生宿舍
1栋(宿舍区一)
80
内部+外部
100M*2
1000M*2
2栋(宿舍区一)
60
内部+外部
100M*2
3栋(宿舍区一)
90
内部+外部
100M*2
4栋(宿舍区二)
60
内部+外部
100M*2
5栋(宿舍区二)
60
内部+外部
100M*2
6栋(宿舍区二)
60
内部+外部
100M*2
7栋(宿舍区三)
60
内部+外部
100M*2
教师宿舍
教师宿舍区
200
内部+外部
1000M
1000M
接入点合计:
1469
3网络总体设计方案
3.1网络方案设计原则
网络系统的设计我们遵循如下原则:
1、网络系统采用开放、标准的网络协议。
2、网络系统要有足够的带宽和处理能力,不造成应用系统的“瓶颈”。
3、网络系统要有一定的冗余,局部的故障不能造成系统瘫痪。
4、网络系统要有足够的隔离与安全机制。
5、网络系统要有足够的扩充能力,便于网络规模的扩大,同时有利于向新技术升级。
6、网络系统要有一定的先进性,保证刚建立的网络系统不会因为技术落后立即被淘汰。
7、在满足要求的情况下,尽可能采用简单的网络拓扑结构,尽量利用原有布线系统及相关网络设备和通信设备[4]。
3.2吉比特以太网组网方案
针对需求分析及网络接入点数目流量分析对网络性能提出了很高的要求,为此采用了吉比特以太网组网方案。
根据层次化网络设计原则在链路方面,核心层与分布层之间链路带宽达到1000M,部分链中如中心至主教学楼,中心至学生宿舍区一更是使用1000M*2的链中带宽。
分布层与接入层之间采用100M链路带宽接入方式,部分流量集中接入点采用了1000M链路带宽。
设备方面,为了保证 网络的高性能,高可靠心,核心层采用世界第一大网络厂商CiscoCatalyst4500系列高档多层交换机WS-C4506。
分布层仍是大量数据集中点,所以采用CiscoCatalyst3500系列中档三层交换机WS-C3550-24-EMI和WS-C3550-24-FX-SMI。
接入层因数据相对较少则采用性价比较好的D_LinkDES-1024R+交换机[4]。
校园网网络拓扑结构图如图3-1所示:
图3-1校园网网络拓扑结构简图
3.2.1吉比特以太网骨干
网络采用星形结构,l台CISCO的4500系列WS-4507交换机作为局域网的主干交换机,WS-4507采用千兆级以太网体系结构。
双引擎,双电源,7个扩充插槽,这种体系结构可扩充到60Gps,吞吐量高达数千万PPS,因而可提供建立大型交换式内部网所需的扩展性、灵活性和冗余性。
WS-4507可作为功能丰富的可升缩吉比特太网交换机用于骨干网应用中。
骨干拓扑图如图3-2所示:
图3-2校园网骨干拓扑图
3.2.2信息点连接
本方案通过在CISCOWS-4507的端口上接入CISCOWS-C3550-24-EMI和CISCOWS-C3550-24-FX-SMI的方式来提供各信息点的提供。
对于服务器直接挂接到WS-4507上以实现高速连接的需要,图书馆电子阅览室交换机。
1主教学楼
主教学楼学院的教学中心内包括计算机机房;多媒体教室;除艺术系以外的各系教室,系部办公室集中处。
据上述情况特采用1台CISCOWS-C3550-24-FX-SMI三层高性能交换机通过双1000M口上连中心CISCOWS-4507交换机。
对于学院校园网成本的考虑将接入层采用多台性价比较好的D_LinkDES-1024R+交换机做为接入。
为接入多个计算机机房在机房交换机与分布层交换机与接入层交换机之间用连接特使用捆绑技术将三根百兆捆绑并在相应的接口开启全双工模式使其带宽达到600M,而接入层交换机与分布层交换机用1000M线上连。
每层楼一到楼层交换机为各系部办公室,教室提供校园网接入。
主教学楼拓扑图如图3-3所示:
图3-3校园网主教学楼拓扑图
2美术楼
艺术系做为学院最有特色的一个系,其美术楼包括多媒体演示机房,多媒体制机房,及教师办公室教室。
通过D_LinkDES-1024R+交换机连接CISCOWS-C2950G-24-EI交换机接入校园网,多媒体机房采用了捆绑两根百兆线增加其带宽.
美术楼拓扑结构如图3-4所示:
图3-4美术楼拓扑图
3行政楼
其拓扑结构如图3-5所示:
图3-5行政楼拓扑图
4学生教师宿舍
学生教师宿舍在管理上有一定的局限为了加强管理采用了由中心DHCP服务器动态分配IP地址的方法,解决了部分学生乱设IP地址造成IP地址冲突的现象。
在防火墙上针对学生教师宿舍开放一定的权限。
使学生在不影响学习的前提下能访问外界互连网获得更多信息。
文学社,论坛,广播站可以通过WWW服务器更加丰富学生的课余生活,其拓扑结构如图3-6所示:
图3-6学生教师宿舍区拓扑图
3.2.3广域网连接方案
本网络和Internet经过Cisco高性能防火墙FIX515E以太网方式接入电信网络,一台Cisco2603路由器通过2M专线与其它校区连接。
3.2.4其他
WS-4507提供对VLAN的支持,因此,可以通过VLAN将教学和办公等若干个区域的PC划分到若干个VLAN上,确保办公区域的信息的安全性。
方案中使用两台HPMLML350G3的机器作为对外服务的主服务器,以微软的WindowsNT4.0作为软件平台,以IISSERVER来提供Web平台,EXCHANGE作为MAIL系统;同时使用SQLServer作为后台的数据库的支持,在此平台上提供对外的教学及科研等服务。
以满足学院内各部门网络环境的需要[4]。
4IP规划与VLAN
4.1IP规划
4.1.1规划原则
一个好的IP地址规划可以带来如下优点:
1网络维护更高效
对网络的设备、设备之间的互连地址、应用类地址进行清晰的划分。
在维护的过程中可以很容易的知道你所需要的IP地址是设备地址还是网间网地址或某一类应用类地址,或者该地址的地理位置,从而避免查阅厚厚的IP记录表,快速的定位和隔离故障。
2网络扩容具有弹性
在有更多设备、用户加入网络时,对IP地址的需求增长不会导致IP地址的重新规划和混乱。
3方便路由的归纳,减少了路由表条目。
当采用了好的规划,我们在子网边界更容易对路由进行归纳,减少了路由器的路由表条目。
在使用访问控制列表控制数据访问时,可以减少ACE数量,提高设备效能。
4.1.2IP地址的具体规划
该校园共有六个子网:
主教学楼子网(LAN1);图书馆子网(LAN2);学生宿舍子网(LAN3);教师楼子网(LAN4);行政楼子网(LAN5);美术楼子网(LAN6)
向电信局申请的公网IP分别是202.103.91.100,接Internet的对端接口为202.103.91.101
全局IP地址划分如表4-1所示:
表4-1全局IP地址划分表
地点
所需地址数
范围
掩码
图书馆网络中心
224
172.16.1.1-172.16.1.254
/24
主教学楼
472
172.16.2.1-172.16.3.254
/16
美术楼
53
172.16.2.1-172.16.3.254
/26
行政楼
50
172.16.4.1-172.16.4.254
/26
预留空间
255
172.16.5.1-172.16.5.254
/24
学生宿舍楼
470
172.16.6.1-172.16.7.254
/23
教师宿舍楼
200
172.16.8.1-172.16.8.254
/24
骨干管理地址
255
172.16.9.1-172.16.9.254
/24
4.2VLAN技术
4.2.1VLAN产生的原因,如图4-1所示:
图4-1VLAN产生原因
在图4-1这样一个二层的网络中,主机A为了和主机B通讯,必须先广播一个ARP请求,以获取主机B的MAC地址;这时主机A上联的那台交换机收到ARP广播后,会将它转发给除接收端口外的其他所有端口,也就是Flooding泛洪了;接着,其它的收到这个广播帧的交换机也会作同样的处理,最终ARP请求会被转发到同一网络中的所有主机上;此时如果这个2层网络中的其它主机也要和别的主机进行通讯的话,必然会产生大量的广播风暴,如此一来,一方面广播信息消耗了网络整体的带宽,另一方面,收到广播信息的计算机还要消耗一部分CPU时间来对它进行处理,这就无谓消耗了网络带宽和大量的主机CPU运算能力。
为了解决这一问题,就提出了VLAN的概念,以隔离广播风暴。
VLAN的划分可以基于端口、MAC地址、协议和子网这四种方式,目前最常用的是基于端口的VLAN划分。
4.2.2VLAN的作用
隔离广播包,即广播包只在本VLAN中传播,从而在一定程度上可以提高整个网络的处理能力;
虚拟的工作组,通过灵活的VLAN设置,可以把不同物理地点的用户划分到同一工作组内;
提高安全性,一个VLAN内的用户和其它VLAN内的用户不能互访,提高了网络的安全性。
4.2.3VLAN中继协议
VLAN要求用中继来传输VTP信息。
中继是指以太网交换机端口与其他网络设备之间点到点的连接。
中继的功能在一个连接上传输多个VLAN的信息以及将VLAN互联网络上加以扩展。
如果没有VTP和中继,IP子网就不能分散在不同的交换机,VTP中继可以有效地将两个广播域连接在一起。
在此设计中,必须要划分VLAN1至VLAN6,并开启VLAN中继
基本信息配置如下:
Router>enable
Router#configterminal
Router(config)#hostnameSW1
SW1(config)#noipdomain-lookup//禁用域名查找
SW1(config)#lineconsole0
SW1(config-line)#loggingsynchronous
//配置console信息显示自动换行
SW1(config-line)#nologin//配置console口登录不认证
SW1config-line)#privilegelevel15
//配置console口登录为最高特权级别,enable不需要密码
SW1(config-line)#linevty04
SW1(config-line)#nologin//配置Telnet登录不认证
SW1(config-line)#privilegelevel15
交换机的VLAN配置如下:
(以VLAN2为例,)
SW1(config)#vtpmodetransparent//VTP透明模式
SW1(config)#vlan2//vlan2:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
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