简单校园网的设计与实现.docx

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简单校园网的设计与实现

****课程设计说明书

学院名称：

计算机与信息工程学院

班级名称：

网工131

学生姓名：

*****

学号：

2013211509

题目：

简单校园网的设计与实现

指导教师

姓名：

******

起止日期：

2015.06.23-2015.06.25

计算机网络课程设计任务书

学院

计算机与信息工程

专业

网络工程

课程名称

计算机网络

题目

简单校园网的设计与实现

完成期限

自2015年6月23日至2015年6月25日共1周

内

容

及

任

务

一、项目的目的

掌握构建基于三层交换技术的校园网络的主要实现过程，培养学生的实践和主动思考能力。

二、项目任务的主要内容和要求

（1）每部门1个单独的子网，自定义子网需要的IP地址数，至少有4种不同的地址规模；

（2）使用私有地址满足校内计算机的接入需求，统计需要多少个C类的IP地址段，并从192.168.0.0/16中选择连续的地址来使用；

（3）计算每个部门的网络地址、掩码，并指定网关地址；

（4）每个子网1个单独的VLAN，并使用三层交换机互连各VLAN。

三、项目设计（研究）思路

（1）查阅相关资料，掌握校园网设计与实现所涉及的主要技术，如IP地址的规划、VLAN技术、三层交换机实现VLAN互联技术等；

（2）根据项目需求，规划校园网各个部门所在的IP子网,设计网络拓扑；

（3）根据网络拓扑，每个部分设计划分一个VLAN，实现VLAN配置及利用三层交换技术实现VLAN通信配置；

（4）测试验证各部门之间的连通性。

四、具体成果形式和要求.

（1）校园网各部门属于单独子网,利用发送PING包测试各部门之间的连通性；

（2）根据课程设计要求撰写简单校园网的设计与实现方案的说明文档。

进度

安排

起止日期

工作内容

2015.06.23-2015.06.23

对课程设计要求进行分析，讨论出总体规划。

2015.06.25-2015.06.25

设计出一个最佳校园网络规划。

2015.06.29-2015.06.29

完善拓扑图，编写、修正，测试。

主要参

考资料

[1]谢希仁.计算机网络（第5版）[M].北京:

电子工业出版社.2008.

[2]满昌勇.计算机网络基础（第3版）[M].北京:

清华大学出版社.2010.

[3]李环.计算机网络（第2版）[M].中国铁道出版社.2012.

[4]胡道元.计算机网络（第5版）[M].北京:

清华大学出版社.2010.

指导教师

意见

（签字）：

×年×月×日

系（教研室）主任意见

（签字）：

×年×月×日

正文部分

1．选题背景

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。

本校园网是学校发展的重要基础设施，是提高学校教学和科研水平不可缺少的支撑环境。

校园网一方面它为学校提供各种本地网络应用，另一方面它是沟通学校校园网内外部网络的桥梁。

通过实践和结合有关学校网络的实际情况进行了系统分析，我们就校园网的建设构建比较切实可行的设计方案。

根据小组的实地调查，我校现占地1500余亩，现有在校生14000多名，教职员工800多名。

学校主要建筑分布如下图1－1所示。

图1-1学校主要建筑分布图

2.方案论证

本校园网将采用三层交换技术，三层交换机技术与传统的路由技术不同，传统的路由技术是通过一定的路由算法来选择到达各个子网的最佳路径，实现路由选择和网络的互连；而三层交换机技术是利用第三层（网络层）中的IP数据的包头信息来加强二层交换，以便解决路由技术中转发效率较低的技术“瓶颈”。

本校园网的组建中，中心（核心）交换机选择支持三层交换技术的交换机，同一VLAN之间的数据包传输直接由内网普通交换机来实现，不需要经过核心交换机，不同VLAN之间的数据包传输则经过三层交换机实现交换技术，可以减轻核心交换机的负担，提高网络利用效率。

在搭建网络环境时，使用了服务器连接核心交换机，三层交换机也可通过路由器连接外网进行通信，在局域网内二层交换机使用六个普通交换机分给不同的建筑，每个建筑内使用一台主机代表一个部门，同一个部门划分为一个独立的子网，一个子网使用一个vlan，交换机之间采用交叉线通过trunk链路进行网内、网间数据传输，交换机与主机之间采用直通线相连。

3.过程论述

3.1校园网IP地址规划

根据互联网络技术发展的趋势，结合学校网络目前真实IP地址的现实情况，将IP地址规划遵循如下原则来设计：

（1）服务器区采用私IP地址，NAT后供人员远程访问；

（2）与internet互联设备IP地址采用真实IP地址；

（3）部分内部互连采用私有IP地址。

3.2校园网络拓扑图

参考上述设计方案，通过TracketPacker仿真软件实现方案的具体规划，使用相应的网络配置命令，模拟真实的校园网网络环境，使用了一个三层交换机，一个服务器，六个普通交换机，十二台主机，交换机与主机之间使用直通线相连，交换机与交换机之间使用交叉线相连。

具体的校园网模拟环境如下图3-2所示。

图3-2校园网络拓扑图

3.3VLAN的划分

（1）将不同建筑内的多媒体教室和机房划为同一个VLAN，方便于日常课程的学习和资料的共享。

（2）将不同建筑内的办公室划为同一个VLAN，有利于教师，工作人员之间的沟通与交流，以及教学资料的共享。

（3）将图书馆内的借阅室单独划分为一个VLAN，借阅室使用的是独立的借阅系统，需要有独立的子网来规划，仅限于图书管理人员内部使用，方便图书的管理。

（4）将宿舍划为男生宿舍和女生宿舍，各两个VLAN。

高校学生的流动性大，例如换寝室，毕业等，而导致的学生的人数和班级的变动。

所以将宿舍单独分出来。

而男生与女生对网络的需求不一样，男生偏爱于玩游戏，比较占用带宽，所以将男女生分别划分VLAN。

根据上述内容现将各部门划分为以下5个VLAN，即：

VLAN1、VLAN2、VLAN3、VLAN4、VLAN5.

具体划分如下表所示：

表3-4-3VLAN及IP地址规划

VLAN号

IP网段

部门

IP地址具体划分

VLAN1

192.168.0.1/24

多媒体教室、机房

192.168.0.2~192.168.0.4

VLAN2

192.168.1.1/24

办公室

192.168.1.2~192.168.1.5

VLAN3

192.168.2.1/24

借阅室

192.168.2.2

VLAN4

192.168.3.1/24

男生宿舍

192.168.3.2~192.168.3.3

VLAN5

192.168.4.1/24

女生宿舍

192.168.4.2~192.168.4.3

3.4校园网具体配置实现

1.信息中心三层交换机的配置

Switch>en

Switch#conft

Switch（config）#hostnameCenter

Center（config）#iprouting

Center（config）#vtpmodeserver

Center（config）#vtpdomaintest

Center（config）#intf0/24

Center（config-if）#switchporttrunkencapsulationdot1q

Center（config-if）#switchportmodetrunk

Center（config-if）#intf0/20

Center（config-if）#switchporttrunkencapsulationdot1q

Center（config-if）#switchportmodetrunk

Center（config）#intf0/1

Center（config-if）#ipadd192.168.8.1255.255.255.0

Center（config-if）#noshut

%LINEPROTO-5-UPDOWN:

LineprotocolonInterfaceFastEthernet0/1,changedstatetodown

Center（config-if）#

%LINEPROTO-5-UPDOWN:

LineprotocolonInterfaceFastEthernet0/1,changedstatetoup

Center（config-if）#exit

Center（config）#vlan1

Center（config）#vlan2

Center（config）#vlan3

Center（config）#vlan4

Center（config）#vlan5

Center（config）#intvlan1

Center（config-vlan）#ipadd192.168.0.1255.255.255.0

Center（config-vlan）#noshut

Center（config-vlan）#intvlan2

Center（config-vlan）#ipadd192.168.1.1255.255.255.0

Center（config-vlan）#noshut

Center（config-vlan）#intvlan3

Center（config-vlan）#ipadd192.168.2.1255.255.255.0

Center（config-vlan）#noshut

Center（config-vlan）#intvlan4

Center（config-vlan）#ipadd192.168.3.1255.255.255.0

Center（config-vlan）#noshut

Center（config-vlan）#intvlan5

Center（config-vlan）#ipadd192.168.4.1255.255.255.0

Center（config-vlan）#noshut

Center（config-vlan）#exit

Center（config）#^Z

2.教学楼交换机的配置

Switch>en

Switch#conft

Switch（config）#hostnameTeach

Teach（config）#vtpmodeclient

Teach（config）#vtpdomaintest

Teach（config）#intf0/24

Teach（config-if）#switchportmodetrunk

Teach（config-if）#intf0/23

Teach（config-if）#switchportmodetrunk

Teach（config-if）#intf0/1

Teach（config-if）#switchportaccessvlan1

Teach（config-if）#intf0/2

Teach（config-if）#switchportaccessvlan2

Teach（config-if）#exit

Teach（config）#^Z

3.实验楼交换机的配置

Switch>en

Switch#conft

Switch（config）#hostnameLab

Lab（config）#vtpmodeclient

Lab（config）#vtpdomaintest

Lab（config）#intf0/22

Lab（config-if）#switchportmodetrunk

Lab（config-if）#intf0/23

Lab（config-if）#switchportmodetrunk

Lab（config-if）#intf0/1

Lab（config-if）#switchportaccessvlan1

Lab（config-if）#intf0/2

Lab（config-if）#switchportaccessvlan2

Lab（config-if）#exit

Lab（config）#^Z

4.图书馆交换机的配置

Switch>en

Switch#conft

Switch（config）#hostnameLibr

Libr（config）#vtpmodeclient

Libr（config）#vtpdomaintest

Libr（config）#intf0/22

Libr（config-if）#switchportmodetrunk

Libr（config-if）#intf0/23

Libr（config-if）#switchportmodetrunk

Libr（config-if）#intf0/1

Libr（config-if）#switchportaccessvlan3

Libr（config-if）#intf0/2

Libr（config-if）#switchportaccessvlan2

Libr（config-if）#exit

Libr（config）#^Z

5.逸夫楼交换机的配置

Switch>en

Switch#conft

Switch（config）#hostnameYifu

Yifu（config）#vtpmodeclient

Yifu（config）#vtpdomaintest

Yifu（config）#intf0/23

Yifu（config-if）#switchportmodetrunk

Yifu（config-if）#intf0/1

Yifu（config-if）#switchportaccessvlan1

Yifu（config-if）#intf0/2

Yifu（config-if）#switchportaccessvlan2

Yifu（config-if）#exit

Yifu（config）#^Z

6.1-8栋宿舍交换机的配置

Switch>en

Switch#conft

Switch（config）#hostnameEdorm

Edorm（config）#vtpmodeclient

Edorm（config）#vtpdomaintest

Edorm（config）#intf0/24

Edorm（config-if）#switchportmodetrunk

Edorm（config-if）#intf0/23

Edorm（config-if）#switchportmodetrunk

Edorm（config-if）#intf0/1

Edorm（config-if）#switchportaccessvlan4

Edorm（config-if）#intf0/2

Edorm（config-if）#switchportaccessvlan5

Edorm（config-if）#exit

Edorm（config）#^Z

7.逸夫宿舍交换机的配置

Switch>en

Switch#conft

Switch（config）#hostnameYdorm

Ydorm（config）#vtpmodeclient

Ydorm（config）#vtpdomaintest

Ydorm（config）#intf0/23

Ydorm（config-if）#switchportmodetrunk

Ydorm（config-if）#intf0/24

Ydorm（config-if）#switchportmodetrunk

Ydorm（config-if）#intf0/1

Ydorm（config-if）#switchportaccessvlan4

Ydorm（config-if）#intf0/2

Ydorm（config-if）#switchportaccessvlan5

Ydorm（config-if）#exit

Ydorm（config）#^Z

3.5主机IP地址和网关的配置

校园网共设置了12台主机，1台服务器，为其分配为C类私有地址，从192.168.0.0/16地址段中选择连续的地址进行分配，以下是各主机和服务器的IP地址及默认网关的详细分配表：

表3.5-1PI地址和网关配置表

主机号

IP地址

默认网关

PC0

192.168.0.2

192.168.0.1

PC1

192.168.1.2

192.168.1.1

PC2

192.168.0.3

192.168.0.1

PC3

192.168.1.3

192.168.1.1

PC4

192.168.2.2

192.168.2.1

PC5

192.168.1.4

192.168.1.1

PC6

192.168.0.4

192.168.0.1

PC7

192.168.1.5

192.168.1.1

PC8

192.168.3.2

192.168.3.1

PC9

192.168.4.2

192.168.4.1

PC10

192.168.3.3

192.168.3.1

PC11

192.168.4.3

192.168.4.1

Server0

192.168.8.8

192.168.8.1

4.结果分析

4.1查看三层交换机VLAN信息

在核心三层交换机里配置showvlan命令，查得内容如下：

注：

其他交换机查看配置同上。

4.2查看路由表

在核心三层交换机里配置showiproute命令，查得内容如下：

4.3测试主机连通性

（1）处于同一网络内的主机间联通测试

测试同一vlan同一网段之间的连通性，选vlan5中的主机PC9与vlan5中的主机PC11使用ping命令相ping，PC9所发送的4份数据已全部被PC4收到，各份数据报的最长传输时间为203ms，最短传输时间为93ms，平均传输时间为121ms。

ping得的结果如下图4-1所示：

图4-1同一vlan同一网段主机间联通测试

使用PacketTracer仿真软件通过数据包传输测试主机之间的连通性，选择测试教学楼的多媒体教室与实验楼的机房是否连通。

PC0是多媒体教室里的一台主机，它的IP地址是：

192.168.0.2，PC2是机房里的一台主机，它的IP地址是192.168.0.3。

现在从主机PC0端开始向主机PC2发送数据包，通过直通线到达switch0，具体传输路线如下图4-2所示：

图4-2PC0与PC2通信经过switch0

接着，主机PC0通过switch0和switch1之间的trunk链路到达switch1，实现网间通信，通过switch1与主机间的直通线将数据传输到主机PC2，具体传输路线如下图7-3所示：

图4-3PC0与PC2通信经过网间trunk链路

最后，PC0向PC2发送ICMP报文，显示通信测试成功,测试最后状态如下图7-4所示：

图4-4网内通信ICMP报文测试最后状态

（2）处于不同网络间的主机间联通测试

测试不同vlan不同网段之间的连通性，vlan3中的主机PC4与vlan2中的主机PC3使用ping命令相ping，主机PC4所发送的4份数据有3个被主机PC3收到，数据丢包了一个，各份数据报的最长传输时间为203ms，最短传输时间为172ms，平均传输时间为183ms。

ping得的结果如下图4-5所示。

图4-5不同VLAN不同网段的主机间联通测试

使用PacketTracer仿真软件通过数据包传输测试主机之间的连通性，选择测试图书馆的借阅室与实验楼的办公室是否连通。

主机PC4图书馆借阅室的一台主机，IP地址是192.168.2.2。

主机PC3是实验楼办公室的一台主机，IP是192.168.1.1。

从主机PC4端开始向主机PC3发送数据包，通过直通线到达switch2，具体传输路线如下图4-6所示。

图4-6PC4与PC3通信经过switch2

接着，主机PC4通过switch2和switch1之间的trunk链路将数据包传送到switch1，具体传输路线如下图4-7所示。

图4-7PC4与PC3通信经过switch1

接着，主机PC4通过switch0和switch1之间的trunk链路将数据包传送到switch0，具体传输路线如下图4-8所示。

图4-8PC4与PC3通信经过switch0

接着，主机PC4通过switch0和三层交换机之间的trunk链路到达核心三层交换机，实现网间通信，数据包经过三层交换机存储转发，具体传输路线如下图4-9所示。

图4-9PC4与PC3通信经过三层交换机存储转发

接着，主机PC4通过三层交换机实现数据包存储转发后回到二层交换机上，到达switch0，具体传输路线如下图4-10所示。

图4-10PC4与PC3通信经过三层交换机转发回到二层交换机

接着，主机PC4的数据包再次通过switch0和switch1之间的trunk链路到达switch1，具体传输路线如下图4-11所示。

图4-11p4与p3通信回到二层交换机继续传送

接着，主机PC4的数据包通过switch1与主机PC3之间的直通线，将数据最终传送给主机PC3，具体传输路线如下图4-12所示。

图4-12PC4与PC3通过trunk链路通信成功

最后，通过使用ICMP报文传输测试成功，查看测试最后状态如下图7-13所示。

图4-13PC4与PC3通信最终状态

5、结论

本次实验的课题是“一个简单校园网的设计与实现”。

具体做了以下工作：

网络拓扑结构的规划、主机的IP地址的分配、楼内交换机、路由器的分配放置和楼内及楼宇之间传输介质的选择。

回顾一学期来，跟着台湾教授学习了《计算机网络》这门课程，这让我对“网络”有了更深入的了解。

接下来又在每周都做了一系列的计算机网络实验。

然后就是本次计算机校园网网络课程设计了，对校园网有了更进一步的了解。

ping网络的连通性再到局域网、交换机、路由器，最后到各种服务器及网络安全配置。

一步一步，我的认识水平不断得到提高。

第二部分：

参考文献

[1]谢希仁.计算机网络（第5版）[M].北京:

电子工业出版社.2008.

[2]满昌勇.计算机网络基础（第3版）[M].北京:

清华大学出版社.2010.

[3]李环.计算机网络（第2版）[M].中国铁道出版社.2012.

学生签名：

填表日期：

年月日

第三部分：

指导教师评语：

第四部分：

成绩评定：

指导教师签名：

填表日期：

年月日