大学校园网络的设计与搭建毕业论文.doc
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大学校园网络的设计与搭建毕业论文
目录
1绪论 1
1.1课题研究背景及目的 1
1.2国外研究状况 1
1.3课题的研究方法 2
1.4论文构成及研究容 2
2校园网络设计原则与需求分析 3
2.1校园网络设计原则 3
2.1.1开放性 3
2.1.2投资保护 3
2.1.3可扩充性 3
2.1.4安全性 3
2.1.5可管理性 3
2.2校园网络功能需求分析 4
2.3技术需求分析 4
2.4网络安全需求分析 4
3网络总体设计 6
3.1校园网络拓扑 6
3.2网络层次设计 6
3.3动态路由协议 7
3.4IP规划和VLAN划分 9
4设备选用 10
4.1网络设备选择的原则与注意事项 10
4.2核心路由器的选择 10
4.3核心交换机的选择 12
4.4汇聚层交换机的选择 12
4.5接入层交换机的选择 13
4.6防火墙的选择 14
4.7服务器的选择 15
5网络布线系统设计 16
5.1校园主干网络系统 16
5.2网络中心拓扑结构 17
5.3教学楼拓扑结构 17
5.4宿舍楼拓扑结构 18
5.5无线区域拓扑结构 19
6网络安全与管理 20
6.1网络安全问题 20
6.2网络安全管理策略 20
6.2.1访问控制 20
6.2.2安全接入和配置 21
6.2.3拒绝服务的防止 21
结论 22
致 23
参考文献 24
附 录 25
附录A核心层多层交换机配置 25
附录B网络中心路由器配置 27
附录C教学楼汇聚层交换机配置 28
附录D寝室楼VLAN配置 30
附录E财务处ACL配置 31
1绪论
1.1课题研究背景及目的
如今,各项先进的科学技术飞速发展,它强有力的改善了我们的生活方式,给人们群众的生活带来了深远的影响。
计算机技术,作为信息科技的发展更是日新月异的代表,而计算机网络技术又是其中的的发展较为迅速的,人们的生活已经离不开计算机网络,网络已经渗透到了我们生活的点点滴滴。
随着因特网的快速普及,给网络我们的学习与生活带来极大的便利,它使我们与外部世界的沟通更加的快速和紧密。
随着高等教育由精英化向大众化的转变,各类大学为扩招开始新建校区。
在当今的信息化社会,为新建的校区搭建网络自然成为必不可少的一部分。
作为一个二十一世纪合格的人才来说,他们需要掌握各类大量的知识,在教育中还需提高教学效率[1]。
今天出现了许多新颖的教学方法,用各种方式提升学生对知识的学习速度,在和以前的人同样的时间,学习到比前人更多的文化知识。
这些教学的方法,要利用计算机网络才可以实现。
这要求校园网络必须是一个具有专业性和交互功能很强的局域网。
校园网络的建成与使用,不但可提高广大师生的办公、学习效率,节省大量时间,对于改善科研和教学条件、提高科研和教学质量、加快学校信息化的进程,开展多媒体教学与研究,以及教出更多的人才、搞出更多的科研成果有着非常重要而且深远的意义。
1.2国外研究状况
在今天这个知识爆炸的社会中,人们对于信息交流以及信息资源共享的迫切需求,促进了网络技术的产生与快速发展。
计算机网络的产生与使用,为我们人类信息文明的发展带来了极具革命性的变化。
自1995年中国教育教研网(CERNET)建设成功后,校园网的设计和建设已经进入到一个蓬勃发展的阶段[2]。
搭建的网络要实现较高的利用率和可靠性。
在提供较完善的冗余的同时,还要保证网络的快速收敛。
在设计时保证网络的容错能力、出错后能够快速排查修复。
保证校园网络外稳定安全联通。
校园网络应该具有通信,管理和教学的三大功能。
但对于目前的校园网络建设来说主要的侧重点是通信和教学,以数字化校园作为核心的管理领域比较难以实现[3]。
1.3课题的研究方法
此次搭建的网络采用典型的三层结构:
核心层,汇聚层,接入层。
核心层的功能主要是实现骨干网络之间的优化传输,骨干层设计任务的重点通常是冗余能力、可靠性和高速的传输。
网络的控制功能最好尽量的少在骨干层上实施。
核心层一直被认为是所有流量的最终承受者和汇聚者,所以对核心层的设计以及网络设备的要求十分严格。
核心层设备将占投资的主要部分。
汇聚层:
汇聚层的功能主要是连接接入层节点和核心层中心。
汇聚层设计为连接本地的逻辑中心,仍需要较高的性能和比较丰富的功能。
接入层是和终端是直接相连的。
我们在核心层和汇聚层的设计中主要考虑的是网络性能和功能性要高,那么我们在接入层设计上主使用性能价格比高的设备。
接入层是最终用户(教师、学生)与网络的接口,它应该提供即插即用的特性,同时应该非常易于使用和维护。
当然我们也应该考虑端口密度的问题。
1.4论文构成及研究容
论文将包含大学校园网络的需求分析,校园网络的总体设计,校园网络搭建中的各项模块的详细介绍,网络搭建完成后的测试。
此次搭建的网络,对可以实现校园部资源的共享,网用户有效快速的沟通;对外可发布学校,部用户畅通的访问因特网。
校园网络指的是利用通信介质,网络设备,组网技术,协议及各种系统管理软件和各类终端,有效地集成在一起,用于科研,教学,信息资源共享,学校的管理以及远程教学方面的计算机局域网系统[4]。
2校园网络设计原则与需求分析
2.1校园网络设计原则
校园网络必须具备通讯、管理、教学三大功能。
学生能方便浏览和查询网上的资源,实现在线学习;老师可以便捷的浏览和查询网络上的资源,进行科研、教学工作;学校管理人员可方便地对资产、财务、学生学籍、教学事务、行政事务等进行综合性的管理。
同时可以实现信息与设备资源的共享,实现网上信息的采集及处理的自动化,实现各级管理阶层间的信息数据交换。
因此,校园网络的建设必须具有明确的目标。
2.1.1开放性
采用开放的网络体系,可以方便网络的扩展、升级与互联;与此同时在选择网络产品和服务器时,应强调产品所支持的网络协议的国际标准化。
2.1.2投资保护
购买性价比高的网络设备与服务器;采用的网络架构及其它设备应充分考虑升级换代的便捷性,且在升级中能最大限度保护原本软件投资和硬件设备。
2.1.3可扩充性
不论是从主干网络设备的选型和其插槽个数、模块、管理软件及网络整体结构,还是技术开放性和相关协议的支持等方面,都要保证网络系统的可扩充性。
2.1.4安全性
网之间、网和外部公共网之间的互联,要利用VLAN/ELAN和防火墙等相关技术和设备,用以对访问进行控制,保证网络的安全性。
2.1.5可管理性
利用简洁的操作方式与图形化管理界面,合理的进行网络规划,并提供功能强大的网络管理功能,可以让日常的操作与维护变的直观、便捷、高效。
2.2校园网络功能需求分析
(1)校网络辅助教育教学。
(2)学生信息管理与查询系统。
(3)实现学校教师、行政的无纸化办公
(4)实现图书馆电子化,图书信息搜索。
(5)实现在校园网部的文件传输共享。
(6)建设学校,实现对外宣传以及学校部信息的发布。
(7)校园网与Internet相连,师生可以通过互联网获取资源与信息。
2.3技术需求分析
校园网络的特点是终端数量会很多。
校园要选用合适的动态路由协议,按照不同的职能划分不同的网络区域,IP规划要适当。
校园网络的ISP接入选择要合适,其中教育网是必须接入的;根据在校人数和校园服务要求购买一定的IP数量和满足需求的带宽。
由于存在多个校区,不同校区之间通过公网互联存在安全风险,选择合适的方式保证两个校区之间可以通过网管理。
校园网中的服务器需要365*24小时开机,因此需要有专用的机房放置服务器,并有专业的运维人员看护。
采用虚拟化技术,在一台服务器上虚拟多个独立的操作系统,并同时运行。
数据库服务器和其他服务器分离。
网络的实现较高的冗余性,重要数据采用容灾备份机制。
2.4网络安全需求分析
由于校园网络接入Internet,需用防火墙来防止网络黑客与其他非法入侵者入侵校园网络系统,过滤不良信息,还可以对接入Internet的用户进行权限控制。
(1)部服务器禁止所有人PING。
(2)对校园网络部用户设置AAA认证。
(3)所有部门都可以访问除财务部外的任何部门。
(4)每个部门能用有线网络访问校园部服务器。
(5)不同的用户设置不同的权限,对用户进行分组。
(6)任何移动用户可以使用无线网络访问校院部服务器。
(7)财务部可以访他任何部门,但财务部网络无法访问外网。
(8)外网的用户禁止访问校园网DHCP服务器和DNS服务器。
(9)外网用户不能直接访问网用户,网用户除财务部以外则可以访问外网。
3网络总体设计
3.1校园网络拓扑
根据需求分析设计出本次搭建的校园网络拓扑图,总体拓扑如图3.1所示。
图3.1校园网络拓扑
3.2网络层次设计
本次搭建的校园网网络整体上分为三个层次:
核心层、汇聚层和接入层。
为了实现校园区域的高速互联,核心层由1个核心节点组成,包含有网络中心、服务器群。
汇聚层设置在每栋楼上,每一栋楼上设置一个汇聚节点,汇聚层为高性能“小核心”型交换机,根据每个楼配线间数量的不同,分别采用一台或者两台汇聚层交换机汇聚。
为了充分的保证数据传输以及交换的效率,现将各楼设置成三层楼汇聚层,每个楼汇聚层设备不仅可以分担核心层设备的部分压力,还可以提高了网络安全性。
接入层则为每个楼的大量接入交换机,是直接与用户连接的设备。
3.3动态路由协议
结合校园网络的特点,本次搭建的网络采用较为普遍的OSPF动态路由协议。
网络为多区OSPF,一个骨干区域和三个常规区域。
骨干区域是整个网络的核心部分,由四台多层交换机和服务器群组成,如图3.2所示。
图3.2OSPF骨干区域拓扑
其它的三个区域为常规区域,每个常规区域都与骨干区域直接相连。
区域1包括行政处和财务处,其中财务处是具有较强的独立性;区域2是包含有教学区、宿舍楼、图书馆,这一区域包含所有的教学楼和多有的寝室楼,这一区域的特点是终端数量众多,管理难度相对较大;区域3是无线区,无线网络将覆盖校园的每个角落。
这里所划分的区域是逻辑上的,可能地理位置上相隔很远的两个地方,或者很分散的不同地理位置的地方会划分在一个区域。
不过相同区域的不同地理位置的设备是需要用物理链路相互连接的。
三个区域如图3.3~3.5所示。
图3.3区域1拓扑
图3.4区域2拓扑
图3.5区域3拓扑
3.4IP规划和VLAN划分
按照建筑为单位,给每一栋建筑分配一定量IP和划分VLAN。
具体规划情况如表3.1所示。
表3.1IP规划和VLAN划分
IP地址
子网掩码
Vlan
网络中心
172.16.0.1—172.16.4.254
255.255.255.0
Vlan1
财务处
172.16.7.1—172.16.8.254
255.255.255.0
Vlan2
行政处
172.16.9.1—172.16.10.254
255.255.255.0
Vlan3
教学楼1#
172.30.1.1—172.30.1.254
255.255.255.0
Vlan4
教学楼2#
172.30.2.1—172.30.2.254
255.255.255.0
Vlan5
实验楼
172.30.3.1—172.30.3.254
255.255.255.0
Vlan6
宿舍楼1-10#
172.30.4.1-172.30.4.254
255.255.255.0
Vlan7
宿舍楼11-23#
172.30.5.1-172.30.5.254
255.255.255.0
Vlan8
无线
172.10.0.1—172.10.255.254
255.255.0.0
Vlan9
图书馆
172.16.10.2—172.16.10.60
255.255.255.0
Vlan10
DHCP服务器
172.20.1.100
255.255.255.255
Vlan80
FTP服务器
172.20.0.100
255.255.255.255
WEB服务器
172.20.2.100
255.255.255255
数据库服务器
172.20.3.100
255.255.255.255
4设备选用
4.1网络设备选择的原则与注意事项
在选择时主要考虑网间网互联技术与产品供应商能否为客户提供可用、先进、可靠、安全并且易于管理的产品。
所选用的交换机是否应支持VLAN划分、设备管理等。
在网络设计的时候应选用升级能力和扩充能力都比较强的网络设备,如Cisco、3COM、INTEL公司的网络设备,国产如华为、中兴厂家的交换机、路由器等网络设备普遍具有有较高的性价比,也应该在选择之列。
通过对千兆位以太网与ATM两种技术在性能、特点和工程中应用的比较可知,千兆以太网除了具有ATM所有的功能外,还能够提供一个更为综合性的解决方案。
千兆以太网不仅能完成许多ATM功能,还具有价格低、更易与LAN结构相融合的优点。
所以在网络方案选择上用千兆以太网做校园网网络总体结构,无论是在可适应性、可扩展性、高带宽、高性价比、良好的管理性以及维护性等方面,都是你最明智的选择。
千兆位以太网的设计方案,采用的是最新的多层交换机作为全网的核心,在以此错位基础建立起来的以1000M为主干的校园网。
根据应用的不同,可以将校园网络分割成几个以100M交换机为核心的子网。
为满足学校与Internet的连接,此次搭建的网络将Web服务器,路由器等应用设备用防火墙将其与部网隔离开来,达到保护敏感数据的目的。
4.2核心路由器的选择
NetEngine40E系列核心层路由器(以下简称NE40E)是华为公司出品的高端网络设备,可以广泛适用在IP省干、IP国干网和其它各种大型IP网络的核心层、汇聚层[5]。
NE40E具有十分强大的汇聚接入能力。
NE40E还全面支持IPv6,可以实现IPv4到IPv6的平滑过渡。
凭借丰富灵活的特性支持,可以部署L3VPN、组播、组播VPN、MPLSTEL2、VPN、QoS等,完全可以实现业务运营级可靠性承载。
因此,NE40E可以灵活的应用在IP/MPLS网络的汇聚、核心,可简化网络的结构,提供丰富的业务类型以及可靠的服务质量,是IP网络走向安全化、智能化、业务化、宽带化发展的重要源动力。
NE40E具有很好的线速转发性能、良好的扩展能力,较为完善的QoS机制以及强大的业务处理能力,基于分布式的硬件转发技术和无阻塞交换技术,并且采用华为自行研制的Solar系列芯片。
NE40E采用基于业界最新的可扩展400G平台,完美实现40G/Slot到400G/Slot的滑动扩展,并且可以兼容市面上几乎所有线卡,做到最大限度的保护客户的资本投资。
产品规格如表4.1所示。
表4.1华为NetEngine40E产品规格
属性
具体参数
交换容量
2.56Tbps
转发性能
1600Mpps
业务子卡槽位数
64个
业务槽位数
16个
高度(U)
32U
最大功耗
5360W
满配重量
238kg
IPv4
支持Staticrouting、RIP、OSPF、IS-IS、BGP-4等路由协议,所有端口在路由振荡等复杂路由环境下线速转发。
MPLS/MPLSVPN
支持MPLSTE,支持MPLS/BGPVPN,符合RFC2547bis协议;支持三种跨域实现方式;支持与Internet业务集成;支持基于Martini、Kompella方式的MPLSL2VPN,支持VPLS/VLL等多种二层VPN技术;支持组播VPN。
NAT
支持丰富的NAT特性,包括NAT、NAT-PT、NAT多实例等,支持多ISP出口、部服务器负载分担等策略,支持双向NAT,满足用户各种NAT组网应用。
安全性
支持ACL报文过滤,支持DHCPSnooping,支持防ARP攻击、防DOS/DDOS攻击,支持MAC地址限制、MAC与IP绑定;支持SSH、SSHv2,支持NetStream。
时钟
支持1588v2,ACR,DCR,支持同步以太时钟
语音承载
支持TDMPWE3,支持ATMPWE3,支持ATMIMA
环境要求
长期工作温度:
0~45°C短期工作温度:
-5~55°C
4.3核心交换机的选择
通常网络主干部分称为核心层。
核心层的主要作用是通过高速转发,提供优化、可靠的骨干传输结构。
因此核心层交换机嘘拥有更高的可靠性、性能和吞吐量。
网络需用四台核心层交换机,选用的是华为QuidwayS9303,具体参数如表4.2所示。
表4.2华为QuidwayS9303产品规格
属性
具体参数
交换机类型
路由交换机
应用层级
三层
传输速率
10Mbps/100Mbps/1000Mbps
端口结构
模块化
交换方式
存储-转发
背板带宽
1.2Tbps
包转发率
540MPPS
VLAN支持
支持
QOS支持
支持
网管支持
支持
MAC地址表
16K
模块化插槽数
3
电源
DC:
–38.4V~–72V;AC:
90V~264V;典型功耗:
<180W;整机供电能力:
350W
尺寸(mm)
442*476*175
重量(Kg)
15
4.4汇聚层交换机的选择
Quidway®S6506R高端多业务三层交换机是华为面向大型企业网、IP城域网、园区网用户开发的高密度、模块化、大容量的二、三层线速以太网交换机,同时具有强大的QoS保障和NAT处理能力、丰富的业务功能、完善的安全管理机制以及电信级的高可靠设计,完全可以满足行业客户以及运营商用户对高可靠、大容量、模块化、多业务的需求[6]。
Quidway®S6506R能够为园区网、数据中心、城域网提供超高速链路,打造高性能、低成本、具有丰富业务支持的高性能网络,可作为企业核心交换机或者城域网汇聚层交换机。
具体参数如表4.3所示。
表4.3Quidway®S6506R产品规格
属性
具体参数
型号
S6506R
插槽数量
8
业务槽位
6
背板容量
≥1.6Tbps
MAC地址表
64K
路由协议
支持L2/3/4流规则分类过滤
支持Diff-serv/QoS
支持流量监管(CAR),粒度为64Kbps
支持流量整形(TrafficShapping)
端口聚合
支持,最大支持8个GE口或8个FE口捆绑
POE
支持IEEE标准802.3afPOE功能
系统配置/系统管理
提供中/英文双语界面
支持CLI、Console、Telnet、Modem方式配置
支持SNMPV1/2/3;
支持RMON
环境
工作温度:
0~45℃
保存温度:
-30~60℃
相对湿度:
10%~90%无凝结
输入电压
AC:
100V~240V,47~63Hz
DC:
-60V~-48V
外形尺寸(mm)宽×深×高
436×480×530.6
重量(满配时最大重量)
≤80kg
系统最大功耗(满插板)
800W
4.5接入层交换机的选择
接入层需要大量的交换机,是和终端直接相连的设备。
采用傻瓜式的交换机就能满足需求。
此次选用H3CS1216(24口)作为接入层设备,具体参数如表4.4所示。
表4.4H3CS1216产品规格
属性
具体参数
交换机类型
千兆以太网交换机
应用层级
接入层
存
2MB
传输速率
10Mbps/100Mbps/1000Mbps
网络标准
IEEE802.3、IEEE802.3u、IEEE802.3ab
端口结构
非模块化
端口数量
24
接口介质
10Base-T:
3/4/5类双绞线,支持最大传输距离200m、100Base-TX:
5类双绞线,支持最大传输距离100m、1000Base-T:
5类双绞线,支持最大传输距离100m
传输模式
全双工/半双工自适应
交换方式
存储-转发
背板带宽
32Gbps
包转发率
23.8Mpps
VLAN支持
不支持
QOS支持
不支持
网管支持
不支持
MAC地址表
8K
电源
输入电压:
220VAC
尺寸(mm)
330×230×44
4.6防火墙的选择
防火墙能极提高部网络的安全性,通过过滤不安全的服务而降低风险。
比如防火墙可以禁止不安全的NFS协议进出受保护的网络,这样外部的入侵者就不能利用这些脆弱的协议攻击部网络。
防火墙还应该可以拒绝所有常见型攻击的报文并通知管理员。
本方案选用华为赛门铁克USG2110作为防火墙,其主要参数如表4.5所示。
表4.5赛门铁克USG2110产品规格
属性
具体参数
设备类型
企业级防火墙
网络吞吐量(Mbps)
2000
网络端口
2*ComboGEWAN,10*10/100MLAN,扩展:
4MIC+2FIC
用户数限制
无用户数限制
入侵检测
Dos,DDoS
安全标准
FCC,CE
控制端口
Console口
管理
Web和命令行
VPN支持
支持
4.7服务器的选择
本方案中将采用三种服务器为网络提供服务。
其中两台DellR620,一台DellR510和一台DellR710。
采用Intel®Xeon®处理器5500和5600系列的三款戴尔服务器均为机架式服务器,其R620为1U,R510和R710为2U,可以安放在一个机柜里面。
5网络布线系统设计
5.1校园主干网络系统
校园主干网指的是连接到校园每个建筑物的主干通信线路,常采用光纤作为传输介质[7]。
光纤具有通信距离长、抗干扰、通信容量大、抗雷电等优良性能,采用架空或者埋地等铺设方式。
同样也可以选用超五类双绞线作为干线,但需做好防雷措施,如:
用铁管保护埋地等。
需要注意的是双绞线的可靠通信距离约为100米。
校园主干网采用LucentSYSTIMAXOptiSPEED室外光纤,校园主干网系统的结构如图5.1所示。
图5.1校园网主干网系统结构
校园网的网络中心设置在图书馆一楼。
以网络中心为中心,以星型布线方法向各个主建筑物铺设光纤,这样就形成一个了星型光纤网络,组成了校园网络的主干网系统。
在校园主干网系统中,除了以网络中心为中心铺设光纤主干网外,还要在行政楼与实验楼之间再布放一条光纤路线,同样采用的是室外六芯多模光纤。
这样多布放一条光纤后就形成了在行政楼、实验楼、图书馆楼之间的环型光纤网络。
在资金投资不是很大的情况下,这样的做法做有一定的好处:
加入行政楼到图书馆或者实验楼到图书馆的一条线路发生故障,就可以通过行政楼到实验楼这条链路来保证网络正常的通信。
5.2网络中心拓扑结构
图书馆,即网络中心是一个相对独立的系统,拓扑如图5.2所示。
图5.2网络中心拓扑结构
网络中心是连接各个区域的纽带,在这种体系结构之下,网络中心的配置可以抽象的分为负载均衡器、服务结点池与存储系统三个层次。
这里是集群的惟一入口,校园网通过该设备接入Internet,校园网接入联通、电信、铁通、教育网多条线路。
核心交换机的配置见附录A,网络中心路由器的配置见附录B。
服务器群采用云计算
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