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大学校园网毕业设计论文
摘要
随着现代网络技术的飞速发展,计算机网络已经涉及到人们生活的各个方面。
校园网越来越普及,当前的学习、工作和通信方式已经完全实现了网络化。
本文首先介绍了有关网络的一些基本概念知识,让读者对网络有个大概了解。
然后对校园网的现状及未来发展进行分析,进而讨论了在设计与规划校园网时所要考虑的主要因素。
最后给出校园网方案的具体实施,这一部分包括逻辑拓扑、物理拓扑的规划,虚拟局域网(VirtualLocalAreaNetwork,VLAN)划分,IP地址规划以及校园网所具有的功能。
大学校园网是基于分层网络架构而设计的,实现了域名解析系统(DomainNameSystem,DNS)、动态主机配置协议(DynamicHostConfigurationProtocol,DHCP)、网络地址转换(NetworkAddressTranslation,NAT)等基本服务并启用认证授权记账(AuthenticationAuthorizationAccounting,AAA)服务。
校园网内部企业的远程用户可以通过虚拟专用网络(VirtualPrivateNetwork,VPN)穿越Internet与校园进行通信,移动用户可以通过PPPoE拨号接入访问Internet资源。
校园网内部各VLAN之间通过动态路由协议连通。
划分VLAN可以进行流量管理,并在一定程度上可以提供网络安全性,但为了维护VLAN信息的一致,各楼栋内接入交换设备采用VLAN中继协议(VLANTrunkingProtocol,VTP)。
校园网内还采用链路聚合技术增加网络冗余,以提高网络的稳定性和负载均衡;鉴于安全,维护人员需通过安全外壳协议(SecureShell,SSH)对校园网设备进行远程管理维护。
关键词:
虚拟局域网;逻辑拓扑;物理拓扑;分层网络;域名解析系统;动态主机配置协议;网络地址转换;认证授权记账;虚拟专用网络;动态路由协议;链路聚合;安全外壳协议
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofmodernnetworktechnology,computernetworkhasbeeninvolvedinallaspectsofpeople'slives.Thecommunitylocalareanetwork(LAN)isbecomingincreasinglypopular,andnowadaysourstudies,works,andcommunicationmodehasbeenfullyachievednetworkpartake.Atthebeginning,thisarticleintroducessomebasicconceptsaboutnetworkknowledge,sothatreaderswillhaveageneralideaofthenetwork.ThenwehavebeenfurtherdiscussedthemainfactorswhendesigningandplanningtheLANbyanalyzingthestatusandthefuturedevelopmentofcurrentlocalareanetwork.Finally,wegiveaconcreteimplementationofcommunityprograms,whichincludestheplanningoflogicaltopology,physicaltopologyandIPaddress,virtuallocalareanetwork(VLAN)divisionandthefuctionofthecommunityLAN.
Thecommunitynetworkofcollege,whichisbasedonthelayerednetworkarchitecture,achievestheDomainNameSystem(DNS),DynamicHostConfigurationProtocol(DHCP),NetworkAddressTranslation(NAT)andotherbasicservicesaswellasenablingAuthenticationAuthorizationAccounting(AAA).TheremoteusersinthecommunitybusinesscancommunicatewiththeenterpriseacrosstheInternetbyavirtualprivatenetwork(VPN),andthemobileuserscanhaveaccesstotheInternetresourcesbyPPPoEdial-up.Theconnectivityoftheinternalinter-VLANinthecommunitycometruebymakinguseofdynamicroutingprotocol.TheVLANisnotonlybeneficialtotrafficmanagement,butalsotosomeextentprovidesthenetworksecurity.InordertomaintaintheconsistencyoftheVLANinformation,alltheswithingequipmentsinthebuildingusetheVLANtrunkingprotocolmode.Besides,thereisalsotakingfulladvantageoflinkaggregationtoincreasenetworkredundancyandimprovenetworkstabilityandloadbalancing.Inviewofsafety,maintaincestaffshouldbebyvirtueofsecureshellprotocol(SSH)forremotemanagementandmaintenanceofequipment.
Keywords:
VLAN;logicaltopology;physicaltopology;layerednetworkarchitecture;DNS;DHCP;NAT;AAA;VPN;dynamicroutingprotocol;linkaggregation;SSH
第1章绪论
目前全球已掀起一股信息高速公路规划和建设的高潮,作为其雏形,国际互联网
(Internet)上相连的计算机已近达数千万台,全球有数亿人在Internet上进行信息交换和各种业务处理。
Internet上积累了大量信息资源,这些资源涉及人类面对和从事各个领域行业及社会公用服务信息,成为信息时代全球可共享的最大信息基地。
当前由于网络数据库及与之相关的应用技术不断发展尤其国际互联网(Internet)和内部网(Intranet)技术的广泛应用世界正在迈入网络中心计算(NetworkCentricComputing)时代。
人们传统的交互和工作模式正在改变。
处在不同地理位置的人们可以共享数据使用群件技术(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传统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。
教育—这个任何时代永恒的主题,也因现代高科技的发展而发生质的变化。
目前国内校园网建设的蓬勃发展正在告诉我们这样一个事实:
未来教育将从传统课堂教育向网上教育发展,而校园网的建设正是这一伟大转变的开端。
教育也要“上网“!
中国教育正以前所未有的速度和力度推进自己的电子化水平,利用现代信息技术实现计算机教学和远程教学,校园网、城域网、教育资源中心等项目正在全国各地如火如荼地规划、建设之中。
国家各级教育主管部门对此给予了大力的支持,从发展规划到政策保障都作了详细的部署。
校园网的建设是推进素质教育、迎接知识经济时代的需要。
在跨世纪教育改革中,世界各国都在加快教育现代化的步伐,其信息化程度的高低已成为当今世界衡量一个国家综合国力的重要标志。
要想把我国的教育信息化变革速度加快,就要将学校教育同家庭教育、社会教育,尤其是大众传播媒介的隐性教育融为一体,实现教育中人力、物力资源的多层次开发和合理配置。
而运用现代教育技术建设校园,网营造清新的校园网络文化氛围,就是从根本上落实教育的战略地位解放教师的生产力和师生的创造力,为现代教育增添创新优势建设一个高质量、高带宽、多服务、范围广的整体教育综合信息网络势在必行。
1.1课题背景
本课题主要致力于大学校园网络的设计和实现,阐述了大学校园局域网工程的设计。
旨在充分了解局域网组网技术的基础上,根据目前大学校园网络的发展趋势,对大学校园网络进行了详细的设计与构建。
1.2校园网的系统组成
大学校园网络局域网一般由接入网、信息服务中心和大学校园网络内部网络三部分构成,接入网指局域网与Internet的联接方式。
众所周知,Internet是纵横全球无边无际的“网络的网络”,地区用户接入方式可以有多种选择,可以由电信局、有线电视台或其它ISP(Internet)提供该业务。
信息服务中心是大学校园网络局域网的心脏,由路由器、防火墙、Internet服务器、数据备份设备、交换机、工作站等硬件设备和网络操作系统、Internet应用服务、数据库、网络管理、防火墙等软件以及针对校园网实际需要而二次开发的应用软件等组成。
大学校园是否具有信息服务中心应视建设规模和学校的投资情况而定,其功能和提供的服务通常是随着校园网建设和实际需要而逐步完善的。
大学校园内部网络是将学生和老师连接到信息服务中心的高速公路和运载工具,对于大学校园而言,采用快速以太网是最经济实用的选择,事实上这也是目前国际上最通行的局域网式。
以太网的特点是组网便宜、网络产品成熟、可支持各种不同媒体的标准、多供应商的产品能够混合使用,其星型结构利于系统的扩充、升级和维护,符合大学校园分期开发、分步扩充的特点。
快速以太网分交换式10Base-T以太网和共享式100Base-TX以太网两种,可支持铜线和光纤(不支持同轴电缆)。
1.3校园网的基本功能
大学校园局域网主要提供信息资源服务、校园网的教学应用、校园网的信息交流服务3个功能模块。
1.3.1信息资源服务模块功能
校内资源库:
可以实现学校内部资源的全面共享,真正实现校园网为学校服务的职能。
教师通过注册登录后,可以将手中的试卷、论文、教案、论文、课件以及各种作品、程序均可保存在学校网络中,即方便了同专业教师之间的交流,又方便了今后查找的困难。
人事工资考勤管理:
这是针对物业公司内部人员的管理,包括花名册、人事变动、工资、考勤、培训记录等。
学生管理库:
本模块可以同时实现教务管理中学生成绩管理与德育处学生学籍管理功能,另外还可实现学生在线查分的功能,提高了学校教务处与德育处的工作效率。
同时也真正体现了校园网为教学服务的思想。
实现方法为:
学生只能查看分数,不能修改,而教务处与政教处可以实现后台管理,实现学籍与分数的录入与更改。
网上办公库:
可实现学校内部办公,而且不受时间、空间限制。
尤其是可实现在线网上开会,只要大家同一时间登录网络,就可针对某一话题进行发言。
而且会议结束后自动生成会议记录,不需要专门的人员在旁记录。
会后可以修改会议记录,并以电子文档方式保存,省时省力,提高办公效率。
不足之处是目前尚不能实现语音对话,只能用汉字输入方式交流。
学校人事管理库:
对于一个学校,人事管理始终是一个极其复杂而又极其重要的工作。
原来那种传统的管理存档方法已经不适合发展的步伐。
在原来,往往为了找一个教师的档案找遍表单与档案薄。
为了作好一个年报,几个人费上好几天的时间才能完成,而且容易出错。
为此,增设本系统以服务于教务管理,减轻教务管理工作量,以便更好地管理好教学工作。
校园网:
作为学校的主要网页,内容涵盖面广,栏目布局合理,内容充实。
包括了学校所有的工作内容和学生学习及参与的一些情况。
具体情况见下面的栏目介绍。
1.校园公告栏:
我们在校园网的首要位置放置了“校园公告栏”,以及滚动通知,必要时通过弹出式通告窗口来达到提醒注意。
2.学校新闻栏:
及时反映学校最新动态,并通过交互方式实现共同参与,而不必将新闻内容输入归属于某一个人去做。
通过授权将新闻栏目开放给每个教研组,让各个教研组共同参与,及时将校内最新的人和事反映出来。
3.学校概况栏:
主要用于学校简介和学校组织结构情况等的介绍。
4.学校工作栏:
主要介绍学校最近工作,下设各个明细栏目,以求分门别类,条理细化作用。
增设“每周工作计划”细目,公布每周工作,以便广大教师员工及时了解每周计划。
5.教师天地栏;在本栏目中通过设立:
教师风采,教师培训,个人主页,教改动态,校内资源等子栏目,来展示我校名师风采,综合素质的普遍提高。
尤其是增设“校内资源”栏,为本校教师在教育教学中的各种经验结累提供了一个予以发表和存储的平台,而且还可实现校内资源共享。
6.家长学校栏:
由于教育不仅仅是学校的事,学校、家庭、社会的共同参与才有利于学生的健康成长。
尤其是在我校中尤为显得重要。
因些增设本栏,实现学校与家长及时沟通。
7.学生天地栏:
学生是学校的主体,有学生参与才能体现校园网的真正意义。
因此在此栏目中增设了一些与学生息息相关的一些栏目。
如校园白鹭文学社、校友录、学生个人主页、校园明星、以及学生比较关心的学习成绩查询系统等。
此栏目专门为学生所有,所有学生均可参与。
8.网上教程栏:
主要是为了实现网上教育的功能,充分利用网络资源的优势。
实现实时与非实时的在线或远程教育活动。
根据学科特点,分门别类地进行细化教程,以求最有效地实现网上教育。
另外通过开设网上考试,可实现对所学知识即时检测。
当然也可利用网上考试项目,实现对在外实习学生远程考核。
9.德育园地栏:
中学生正处于春青成熟期,各种生理和心理变化大,平时表现如果不正确的引导和教育,就有可能不利于学生身心的发展。
本栏目结合学校德育处开展德育工作的一些经验与体会及学校医务室的精心指导,现已经运行正常,受到学生的喜爱。
10.信息服务栏:
主要介绍信息中心一些工作及责职。
同时实现信息咨询与服务。
11.示范专业栏:
开设本栏目一是体现我校的特色。
12.招生就业栏:
强调我校的招生形势与特色,报导学生就业和管理现状,介绍实习与管理的各种制度和办法等。
13.网上办公栏:
实现我校无纸办公的的第一步。
14.学校图片栏:
开设“学校图片”栏目,及时将学校风貌和最新工作场景展示给广大的师生,给他们以美感和增强他们的责任感。
15.文件下载栏:
为广大教师员工和他人提供资源的共享。
16.校长信箱栏:
通过开设“校长信箱”,以电子邮件方式来创建与学校高层领导直接交流的平台。
17.资源中心栏:
实现与信息中心上的‘资源中心’直接链接,以利于广大教师及时登录和上传课件等资源于其中,实现与其他兄弟学校的交流与合作。
18.职中论坛栏:
设立与教学相关的在线反馈内容,以及设立与学生面对面的在线答疑和在线投稿、在线服务等内容,实现真正意义上的‘百家争鸣’,共同提高与发展目标。
19.过客留言:
主要为一些访客和一些已毕业学生提供一个信息反馈和交流的平台。
20.校内视频栏:
为了增强网站的吸引力和增强学生的兴趣,特开设了以校内网为基础架设的校视频点播系统,方便大家使用!
1.3.2校园网的教学应用模块功能
电子备课室:
为了方便同课头教师集体备课,增设了网上电子备课室栏。
在该栏目中教师可以上传教案,以及直接在上面输入内容,同时其他教师可以利用已经完成的教案进行直接教学,从而提高了课堂效率和实现资源共享。
网上考试库:
可以实现远程考试,实现远程教学管理。
通过各科教师将本专业试题事先输入数据库中,然后规定好时间和分数,通知在外实习或本校学生在某一时间点登录网上考试栏,就可实现网上考试。
学生交卷后分数就保存在服务器中,教师可以从后台观察到学生的分数,从而实现真正意义上的远程教育之目的。
公告栏:
管理处通过公告栏可向全校发布社区新闻、维修通知、服务推介等信息。
校内商家也可在公告栏上作广告吸引学生前往消费。
此外,所有师生都可在公告栏上自由发表意见和文章,活跃校园气氛……
网上图书馆:
网络是取之不尽的知识宝库,在Interner服务器上存有生活、艺术、网络、计算机、机械制造、青年读物等知识。
网络教育:
建立一套网上教学软件库。
可根据需要选读不同课程,是全面系统的自学服务。
软件下载:
住户可以把局域网提供的大量免费软件下载到自己的PC机上,如工具、教学、生活保健以及一些引人入胜的游戏软件。
住户意见箱:
管理处专门辟一电子信箱供住户对学校管理、服务、设施、收费等提出意见,可与住户加强沟通,改善服务质量和管理水平。
1.3.3校园网的信息交流服务模块功能
Internet:
可向住户提供Internet接入服务,住户可简便快速地上Internet,而且费用低廉,同时不影响打电话、看电视。
内部电子信箱:
可为每个人配置电子信箱,方便与世界各地的互联网用户通信,用户通过电子信箱还可以订阅各种电子杂志。
第2章网络概述
计算机与通信技术的结合正在推动着社会信息化的技术革命,人们通过连接各个部门、地区、国家,甚至全世界的计算机网络来获取、存储、传输和处理信息,广泛的利用信息进行生产过程的控制和经济计划的决策。
全国乃至全球范围的计算机互联网络不断高速发展并日益深入到国民经济的各个部门和社会生活的各个方面,计算机网络已经成为人们日常生活中必不可少的交际工具了。
2.1网络分类
计算机网络是利用通信线路把多个计算机系统和通信设备相连,在系统软件和协议的的支持下而形成的一种复杂的计算机系统。
网络系统使得在某地点的计算机用户能够享用另一地点的计算机系统所提供的数据处理功能和服务,从而达到资源共享和信息传递的目的。
所谓资源共享,就是指网络系统中的计算机用户可以利用网络内其他计算机系统中的全部或部分资源的过程。
根据网络的覆盖范围可把网络分为局域网、城域网和广域网。
局域网(LocalAreaNetwork,LAN)是专有网络,通常位于一个建筑物内,或者一个校园内,也可以远到几千米的范围,局域网组网方便,使用灵活,一般具有较高的传输速率。
城域网(MetropolitanAreaNetwork,MAN)一般是指建立在大城市、大都市区域的计算机网络,覆盖城市的大部分或全部区域。
广域网(WideAreaNetwork,WAN)跨越了一个很大的地理区域,通常是一个国家或者一个洲,广域网的规模大、功能强,但也很复杂,利用广域网可实现较大范围内的资源共享和信息传递。
根据网络的使用性质可把网络划分为公用网和专用网两类。
公用网是由电信部门或其他提供通信服务的经营部门组建、管理和控制,网络内的传输和转接装置可供任何部门和个人使用;公用网常用于广域网络的构造,支持用户的远程通信。
如我国的电信网、广电网、联通网等。
专用网是由用户部门组建经营的网络,不容许其它用户和部门使用;由于投资的因素,专用网常为局域网或者是通过租借电信部门的线路而组建的广域网络。
如由学校组建的校园网、由企业组建的企业网等。
2.2网络体系结构
网络体系结构是指通信系统的整体设计,它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。
典型的网络体系结构包括:
开放系统互连(OpenSystemInterconnection,OSI)参考模型和传输控制协议/互联网协议(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol,TCP/IP)参考模型。
尽管与OSI模型相关的协议已经很少在使用了,但是,该参考模型本身是非常通用的,并且仍然有效,在每一层上讨论的到的特性也仍然非常重要。
TCP/IP模型却有着不同的特点:
模型本身并不非常有效,但是协议却被广泛的使用开了。
2.2.1OSI参考模型
OSI参考模型分为七层,如图2-1所示。
各层功能描述如下:
应用层:
是OSI参考模型的最高层,也是用户访问网络的接口层,是直接面向用户的。
在OSI的环境下,应用层为用户提供各种服务,例如:
电子邮件、文件传输和远程登录等。
表示层:
负责处理不同的数据在表示上的差异以及相互转换,如ASCII与UNICODE之间的转换,不同格式文件的转换,不兼容终端的数据格式之间的转换以及数据加密、解密等。
会话层:
负责建立、管理和拆除进程之间的通信连接,“进程”是指电子邮件、文件传输等一次独立运行的程序。
传输层:
提供端到端的通信,它从会话层接收数据,进行适当的处理之后传送的网络层。
在网络另一端的传输层从网络层接收对方传来的数据,进行逆向处理后提交给会话层。
网络层:
负责提供连接和数据路由,包括处理输出报文分组的地址,解析输入报文的地址和维护路由信息,以便对通信链路的变化作出适当的响应。
数据链路层:
提供网络相邻节点间的可靠通信。
传输以帧为单位的数据包,向网络层提供正确无误的信息包的发送和接收服务。
物理层:
通过物理介质传送和接收原始的二进制位流。
2.2.2TCP/IP参考模型
TCP/IP参考模型共有四个层次,相对OSI参考模型要简单得多,因此在实际的使用中比OSI模型更具有实用性,所以它得到了更好的发展。
现在的计算机网络大多是TCP/IP参考模型结构。
图2-2所示为OSI参考模型与TCP/IP参考模型的对比。
TCP/IP模型所定义的4个层次的主要功能如下:
应用层:
为用户表示应用数据。
例如:
HTTP在如Internet浏览器的Web浏览器应用程序中为用户表示数据。
传输层:
支持设备间的通信和执行错误纠正。
Internet层(网际层):
确定通过网络的最佳路径。
网络接口层:
控制网络的硬件设备和介质。
2.2.3OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较
通过图2-2的对比很容易可以发现:
OSI的应用、表示、会话层的功能被合并到TCP/IP模型的应用层;网络的大部分功能存在于传输层和网络层,因而他们保留在独立的层里;OSI模型的数据链路层与物理层被合并到了TCP/IP模型的网络接口层。
OSI参考模型是一种过于理想化的体系结构,在实际的实施过程中有比较大的难度。
但它却很好的为我们担供了一个体系分层的参考,有着很好的指导作用。
TCP/IP参考模型是一个事实上模型,因其更具有实用性,所以它得到了更广泛的支持和应用,使得TCP/IP成为事实上的工业标准。
2.3常用网络连接设备
2.3.1网关(Gateway)
网关是指在采用不同体系结构或协议的网络之间进行互通时,用于提供协议转换、路由选择、数据交换等网络兼容功能的设施。
按照不同的分类标准,网关也有很多种。
TCP/IP协议里的网关是最常用的,在这里我们所讲的“网关”均指TCP/IP协议下的网关。
那么网关到底是什么呢?
网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。
比如有网络A和网络B,网络A的IP地址范围为“192.168.1.1-192.168.1.254”,子网掩码为255.255.2
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