C大学学生宿舍楼局域网的组网方案设计课程设计.docx
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C大学学生宿舍楼局域网的组网方案设计课程设计
C大学学生宿舍楼局域网的组网方案设计
摘要
在本次课程设计中，主要介绍了C大学学生宿舍楼局的网络详细的组网、建网方案。
其中包括：
网络规划、网络设计、网络实施，以及网络的测试维护及网络的安全管理。
在网络规划中包括了：
地理布局。
要求较为全面地了解用户单位的组织机构，建筑物布局，入网站点的数量、分布情况，所处楼层位置以及所属部门，站点间距，以及其他特殊需求或限制条件等情况。
用户设备情况，要求台式机、手提电脑、打印机、扫描仪等设备都能方便进网，实现资源共享。
可行性分析，包括技术可行性和经济可行性分析等。
在设计与实施和管理方面包括：
网络组网方案的设计；网络拓扑结构的选择；传输介质的选择；网络组网设备的选择；操作系统的选择；网络协议的选择等。
关键字：
网络规划，网络设计，网络实施
1绪论
1.1设计简介
在本次课程设计中，主要介绍了C大学学生宿舍楼局的网络详细的组网、建网方案。
其中包括：
网络规划、网络设计、网络实施，以及网络的测试维护及网络的安全管理。
1.2设计目的
当今世界，各种先进的科学技术飞速发展，给人们的生活带来了深远的影响，它极大的改善了我们的生活方式。
在以计算机技术为代表的信息科技的发展更是日新月异，而其中的计算机网络技术的发展更为迅速，已经渗透到了我们生活的各个方面，人们已经越来越离不开网络，校园宿舍网络的建设是学校向信息化发展的必然选择，它不仅为现代化教学、综合信息管理和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，还能提供多种应用服务，使信息及时、准确地传送给各个系统。
校园宿舍网工程建设中，主要是应用了网络技术中的重要分支局域网技术来建设与管理的。
1.3设计内容
网络规划、网络设计、网络实施，以及网络的测试维护及网络的安全管理。
在网络规划中包括了：
地理布局。
要求较为全面地了解用户单位的组织机构，建筑物布局，入网站点的数量、分布情况，所处楼层位置以及所属部门，站点间距，以及其他特殊需求或限制条件等情况。
用户设备情况，要求台式机、手提电脑、打印机、扫描仪等设备都能方便进网，实现资源共享。
可行性分析，包括技术可行性和经济可行性分析等。
在设计与实施和管理方面包括：
网络组网方案的设计；网络拓扑结构的选择；传输介质的选择；网络组网设备的选择；操作系统的选择；网络协议的选择等。
2需求分析
2.1需求分析的内容
网络系统总体设计目标是最大限度的满足应用系统的需求，与计算机及网络技术发展水平相适应。
建立网络系统主要是完成将所有网络设备连网工作，即通过网络设备将信息点与中心网络系统可靠地连接起来，为当前的各种应用环境系统和应用软件系统提供运行环境支持，由于网络系统对工作的运作与发展具有非常重要的作用，因此网络改造系统的先进性、可靠性、安全性、易维护、易升级等方面均有一定的要求，网络系统对先进性的要求是在计算机技术突飞猛进的今天，提供达几年甚至更长时间的可用性。
网络系统设计必须满足其应用的要求，网络总体设计、建设的原则如下
l.核心交换设备要求具有强大的处理能力和良好的安全性、可靠性、可扩展性;支持各种成熟技术，未来能平滑升级到万兆。
2.接入层网络设备需要支持基于MAC地址802.1x功能和基于端口802.1x功能，以此保证账号的惟一性.同时，支持远程Te1net管理、mib-||及远程开关交换机端口功能;此外还要求适应大量用户并发认证及复杂的工作环境等。
3.要求能够实现对用户名、IP地址、MAC地址、交换机端口、交换机IP的同时绑定，以此杜绝非法用户恶意盗用合法用户的用户名、密码、IP和MAC等现象，确保计费工作。
4.解决用户私自架设代理服务器的现象。
5.支持标准Radius认证计费，可连接多种接入设备。
一方面要求设备支持802.1x认证方式;另一方面又要求系统支持基于时长、流量以及包月的计费模式，从而为网络管理提供完善、灵活、可定制的计费策略;同时还需要保证30，000个以上用户并行时网络运营的稳定和管理简便。
6.网络必须具备高可靠、易管理等特征。
2.2拓扑结构需求分析
局域网总有以下几种拓扑：
星形、总线型、树形、环形、星型和总线型结合的复合型结构。
我们采用了交换机用树型（星型的一种特殊结构）集连的拓扑结构，这种拓扑结构的优点是：
1.冲突域小：
即每个交换机分割开一个冲突域，数百个信息点分割成若干个小的冲突域，CSMA/CD机制能够顺利的工作。
2.安全性强：
只要保证核心层交换机的正常工作就能使整个网络正常的运转，如果接入层交换机出现问题，只会影响相应区域的信息点，而不至于使整个网络瘫痪。
部分区域的故障不会影响整个网吧的运营，最大程度的减小故障带来的损失。
3.便于维护：
采用树型结构，网络故障将先以层为单位被定位在不同的交换层面上，随后在被定位的层面上很快就可以找出发生故障的交换机或节点，这种方法把复杂的维护问题简单化。
4.扩展性好：
在扩大网络规模时，只需要在有扩展要求的相应层上加装新的交换机即可，而不用改变整个的网络拓扑，真正的实现了“边营业，边扩建”。
2.3数据传输需分析
多媒体已经成为局域网络所必须支持的功能之一，学生经常需要传输数据量较大的文件。
基于这种大传输量的需求，以1000Mb/s光纤作为主干和垂直布线，以100Mb/s超五类双绞线作为水平布线，从而实现100Mb/s交换到桌面的网络，已经成为最普通的网络架构。
基于这种大传输量的需求，100Mb/s高性能交换机也已逐步从部门走向工作组。
2.4性能需求分析
不同厂家乃至同一厂家不同型号的交换机在性能和功能上都有较大差异，有的安全性高、有的稳定性好、有的转发速率快、有的拥有特殊性能。
因此，应当慎重考察和分析本网络对性能的根本需求，以便选择相应品牌和型号的交换机。
由于公司规模相对较小，用户端口数量不多且日常工作基于基本的互联网应用就可以完成，设备采购方面首先考虑性价比。
2.5应用需求分析
宿舍以寝室划分，对网络的需求基本相同。
要求能接入internet并使用E-mail，www等网络服务，有一定视屏音频传输能力。
3网络规划
3.1地理布局
C大学学生宿舍楼；共有四栋，每栋宿舍楼共5层；每个宿舍住7个人；每层大约30个宿舍；楼道和厕所在每层的两侧，一楼有门房。
每层共30信息点，每栋150个信息点，4栋加起来就有600个信号口，因为，一个二层换机大约有48个接入口，所以，4栋加起来需要16个交换机，因为，要与网络中心做连接，所以，要将二层交换机与核心交换机相连接。
3.2用户设备情况
台式电机、手提电脑，接入局域网后，准备购进一台打印机和扫描仪，可在全网中共享使用。
软件方面，各个宿舍的情况不同，有一些软件的安装，放在共享区内就可以方便的应用与整个网络。
还可以共享文件及电影等等。
在接入校园网时也较为方便，能实现资源共享（如硬件、软件、数据资源共享等）。
3.2宿舍区的组织机构图
C大学学生宿舍楼；共有四栋，每栋宿舍楼共5层；每个宿舍住7个人；每层大约30个宿舍；楼道和厕所在每层的两侧，一楼有门房。
宿舍若干
楼梯
宿舍若干
走廊
宿舍若干
厕所
宿舍若干
厕所
楼梯
宿舍若干
图3—1宿舍区的组织机构图
3.3技术可行性分析
局域网是同一建筑、同一校园、方圆几公里远的地域内的专用网络。
局域网通常用来连接公司办公室或企业内部的个人计算机和工作站，以共享软、硬件资源。
美国电气和电子工程师协会（IEEE）局域网标准委员会员会曾提出局域网的一些具体特征：
局域网在通信距离有一定的限制，一般在1~2Km的地域范围内。
具有较高传输率的物理通信信道也是局域网的一个主要特征。
另外局域网的拓扑结构比较简单，所支持连接的计算机数量也是有限的。
组网时也就相对很容易连接。
随着宽带在学校宿舍和办公环境中的普及应用，越来越多的计算机采用局域网这种形式彼此相连，进行娱乐或协同办公等。
局域网最简单的作用就是共享，比如在局域网内建立Web、Ftp、mail、ICQ服务等，同时客户端还可以很方便的共亨Internet。
随着无线技术的发展，无线局域网的概念随之出现。
组建局域网中所要用到的网络设备主要包括交换机、路由器、传输介质（小型局域网中主要为双绞线）等。
由于局域网实现小范围内的计算机资源共享，而且具有结构简单、投资少、数据传输速率高等优点。
所以局域网的组建在近几年来得到了非常广泛的发展。
学生的一些应用如资源共享、数据安全与用户接入控制、稳定网络交换及扩展性等功能的要求也日益提高。
那么，建成一个满足学生学习需要的宿舍局域网迫在眉睫。
3.4经济可行性分析
表3-2统计材料价格汇总表
名称
数量
单价（元）
合计（元）
二层交换机
4
2680
1076
路由器
1
1999
1999
核心交换机
1
92918
92918
服务器
4
2799
11196
防火墙
1
1198
1198
总计（元）
108487
C大学学生宿舍楼；共有四栋，每栋宿舍楼共5层；每层大约30个宿舍；所以每栋设备价格计算为：
1076+1999+92918+11196+1198=108487
建设大学宿舍局域网是百年大业，所以费用相对适中，在经济方面本方案可以实现。
4网络设计
4.1网络组网方案的设计
计算机多媒体技术是伴随着多媒体信息的应用而得到迅速的计算机应用技术，在网络环境下，多媒体得到了更快更好的应用，使我们得到了更好更多的信息。
校园网是使用了局域网技术以及各种多媒体应用技术，并结合Internet应用等其它的技术来建设。
使得校园网能满足现代教学对信息处理的要求，使计算机的应用能对教学管理现代化起重要的促进作用，能实现信息查寻、教务管理，并与外部网络系统进行交流等多种需要。
宿舍局域网主要用途是学生用户用于学习交流和共享数据的小型局域网。
宿舍局域网多采用对等网的联接模式。
在对等网络连接类型中，所有计算机之间的关系都是平等的，它们没有从主只分，并可以共享网络中的资源。
4.2网络拓扑结构的选择
计算机网络拓扑结构有很多种，主要有总线型拓扑、环型拓扑和星型拓扑。
总线型拓扑结构中所有的电脑用介质将整个网络从头串到尾。
这是所有的网络拓扑结构中最简单的一种。
当前在各种网络系统的建设中使用最多的是星型拓扑结构，网络中的每个节点通过一个中央设备，如交换机连接在一起。
在一个星型网络中任何单根电线之连接两个设备，如一个工作站和一个交换机。
因此，若某断电缆出现问题，将最多影响连接它的两个节点。
设备如工作站或打印机将数据发送到交换机，再由交换机将数据转发到包含目标节点的网络段。
所以，宿舍局域网中，适合采用星型拓扑结构。
4.2—2星拓扑结构图
4.3网络传输介质的选择
网络要求把各个独立的计算机连接起来的，这样就必然要求有一种介质将计算机连接起来，这就是传输介质，局域网的传输介质可分为有线介质和无线介质两种，一般情况下都是用有线介质的，因为它的稳定性高，连接可靠，无线介质只是在特殊环境下才使用的传输方式。
所以可采用有线介质，而在有线介质中，双绞线一般用于星型网络的布线连接，最大网线长度为100m，局域网中常用到的双绞线一般都是非屏蔽的5类4对（即8根导线）的电缆线，其速率可达到100Bbps。
非屏蔽双绞线内没有金属隔离膜，它的价格便宜，但稳定性较差。
屏蔽双绞线内有一层金属隔离膜和一根漏电线，稳定性较高，常用于很多线路装在一个很小的空间内或附近有其他的用电设备环境。
在使用双绞线组建局域网是在遵循“5-4-3规则”，即网络中任意两台计算机间最多不超过5短线。
4.4网络组网设备的选择
网络设备主要是指硬件系统，各种网络设备之间是有着相互关联而不是相互独立的，每一部分在网络中有着不同的作用，缺一不可，只有把这些设备通过一定的形式连起来才能组成一个完整的网络系统，网络设备主要包括网卡、集线器、交换机、路由器、传输介质等。
4.4.1路由器
路由器（Router），是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。
路由器是互联网络的枢纽，"交通警察"。
目前路由器已经广泛应用于各行各业，各种不同档次的产品已成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通业务的主力军。
路由和交换机之间的主要区别就是交换机发生在OSI参考模型第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层。
这一区别决定了路由和交换机在移动信息的过程中需使用不同的控制信息，所以说两者实现各自功能的方式是不同的。
路由器（Router）又称网关设备（Gateway）是用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。
当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器的路由功能来完成。
因此，路由器具有判断网络地址和选择IP路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。
4.4.2交换机
交换（switching）是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。
交换机根据工作位置的不同，可以分为广域网交换机和局域网交换机。
广域的交换机（switch）就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备，它应用在数据链路层。
交换机有多个端口，每个端口都具有桥接功能，可以连接一个局域网或一台高性能服务器或工作站。
实际上，交换机有时被称为多端口网桥。
在计算机网络系统中，交换概念的提出改进了共享工作模式。
而HUB集线器就是一种物理层共享设备，HUB本身不能识别MAC地址和IP地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据报头的MAC地址来确定是否接收。
也就是说，在这种工作方式下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试。
这种方式就是共享网络带宽。
通俗的说，普通交换机是不带管理功能的，一根进线，其他接口接到电脑上就可以了。
4.4.3防火墙
防火墙（Firewall），也称防护墙，是由CheckPoint创立者GilShwed于1993年发明并引入国际互联网（US5606668（A）1993-12-15）。
它是一种位于内部网络与外部网络之间的网络安全系统。
一项信息安全的防护系统，依照特定的规则，允许或是限制传输的数据通过。
4.4.4服务器
校园网中的服务器主要有数据库服务器和代理服务器，数据库服务器与代理服务器主要是面向校园网内部用户的服务，对来自Internet的用户服务也很多，主要是对校园网内部用户进行Internet代理服务。
目前，绝大多数校园网都要求内部服务用户通过代理访问Internet，这样内部用户就不能直接访问Internet，同时代理服务器保存着内部用户访问Internet的日志，以作为记费的依据。
由于用户数量非常大，也非常集中，所以在选代理服务器时，主要考虑的是要有较大的容量、较高的处理速度和较高的稳定性，一般来说都选用。
4.5网络组网方案的设计
网络操作系统NOS（NetworkOperatingSystem）是在计算机操作系统的基础上，加上一些具有实现网络访问和控制功能的模块以及相关的数据通信协议，是使网络上各计算机能够方便有效地共享网络资源、为网络用户提供所需的各种服务软件和规程的集合。
目前主要的网络操作系统有NetWare、Unix、Linix和WindowsNT/2000。
MicrosoftWindows2000（微软视窗操作系统2000，简称Win2K），是由微软公司发行的WindowsNT系列的32位视窗操作系统。
起初称为WindowsNT5.0。
英文版于2000年2月17日在美国旧金山正式发布，中文版于同年3月20日在中国北京正式推出。
Windows2000是一个可中断的、图形化的面向商业环境的操作系统，为单一处理器或对称多处理器的32位Intelx86电脑而设计。
在校园网中一般情况下都用Windows2000网络操作系统，因为它是图形化的操作界面、使用简单、安全可靠，以及和普及率很高Windows系列单机操作系统的兼容性很好。
4.6网络协议的选择
在实际的组网中用户的需求是千差万别的，单一的协议可能无法满足需要，用户可以根据需要选择一种或者多种相关的协议，以达到不同的组网要求。
例如，要建立小型工作组或局域网，并且不需要访问其他网络中的资源，可以选用NetBEUI协议；要求微软网络的协议可以选用IPX/SPX兼容协议；要求连接到苹果机或者要是Windows2000Server、WindowsServer2003服务器为苹果机提供文件和打印服务，可选用AppleTalk协议；要组建大型网络或者要将计算机连接到Internet上，则必须使用TCP/IP协议。
由于设计的是宿舍局域网，要求方便接入Internet，可以使用TCP/IP协议。
5网络实施
5.1网络布线
布线工程的设计主要是为了保证工程的顺利进行。
综合布线应该优先考虑保护人员和设备的安全，不能受到电机和火灾的威胁，应该严格按照规范操作。
管线设计如下图所示。
（1）设计目的和内容。
提供完整可行、经济有效的综合布线方案。
主要包括：
确定信息点数和位置，确定线槽、乔驾、管道等管线的假设方式。
（2）确定信息点。
对于新建大楼，可按92m使用面积设置两个信息点（一个数据点，一个话音点）。
对于旧楼改造，可按数目来估算数据信息。
（3）水平电缆长度。
根据各楼层的信息点数确定楼层沛县间的设置，由楼层配线间到宿舍信息插座可却顶水平电缆数目和长度。
应留有20%的工程余量。
（4）干线电缆类型及长度。
设备间应尽量放在大楼中间部位，一般可选5类或超5类UTP。
根据楼层配线间的设备数和信息点数目。
可确定干线电缆的长度。
需留10%-20%的工程余量。
（5）管线设计。
主要指水平干线的管线设计，包括在建筑平面图上标处信息点的位置，以及弱电竖井到各房间信息插座的布线方法。
6-1布线图1
6.6-2楼内层布线图
5.2设备选择
由需求分析，可以确定的组网方案及布线规划，所需要采购的设备主要包括：
防火墙、路由器、核心交换机、服务器、二层交换机等。
在购买之前，尽量做好价格比对，调查清楚后再进行选择。
就宿舍局域网网络而言，由于大量的数据都发生在局域网内部，对路由器的性能要求不高，因此，可以选用中低端路由器。
低端路由器主要适用中小办公网络的应用，考虑的一个主要因素是端口数量，另外还要看包交换能力和NAT转换能力。
中端路由器适用大中型办公网络，选用的原则也是考虑端口支持能力、包交换能力和NAT转换能力。
在这里值得进一步说明的是，如果让内部计算机直接通过路由器访问外部网络，必须做NAT转换，当并发连接较大时，做NAT转换非常占资源，最好考虑有带NAT模块的路由器或专门的NAT设备。
工作在数据链路层。
交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。
交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。
每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。
总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。
交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。
（1）华为S2700-52P-EI-AC二层48口管理交换机
交换方式：
存储-转发
端口数：
48
交换机类型:
以太网交换机
单价：
2680元
（2）华硕RT-AC87U2400MAC双频智能无线路由器
固定的广域网接口：
10/100Base-TX*1
网络协议：
TCP/IP、PPPOE、NAT、DHCP
固定的局域网借口：
10/100Base-T/TX*7
单价：
1999元
（3）服务器戴尔Vostro3800-R3208
产品类型：
塔式服务器
显卡：
集成显卡
处理器主频：
2.8GHz
平台：
Intel平台
单价：
2799元
（4）思科（Cisco）WS-C6513-E=高端核心交换机
速度：
10/100Mbps
千兆SFP密度：
528
模块化插槽：
13
广域网接口：
DS0OC-192
单价：
92918.00
（5）华为USG2110-F华赛小企业级VPN安全网关防火墙
协议：
802.11n
速度：
千兆以上
适用范围：
企业路由
5.3组网设备的连接方法及安装步骤
5.3.1双绞线的制作
（1）剥线。
剥线就是利用压线钳剥线刃口将双绞线的外皮除去1.5cm左右。
（2）理线、剪线。
理线、剪线就是把剥好的双绞线里的4股8根线芯按照EIA/TIA568B规格（白橙——橙——白绿——蓝——白蓝——绿——白棕——棕）理顺并剪齐。
（3）压线。
压线就是把排列并剪好的双绞线压入水晶头的过程。
（4）测试。
双绞线制作完成后，为了验证其连通性的好坏，需要使用测线器进行测试。
5.3.2网卡安装
网卡的硬件安装过程比较简单，其具体操作如下：
（1）关闭计算机的电源，然后卸下主机的机箱盖。
（2）根据网卡的类型选择PCI或ISA插槽，然后用螺丝刀将与插槽相对用的机箱上的挡板去掉。
（3）将网卡均匀用力地插入机箱中对应地插槽内使网卡金属接口挡板面向后侧，然后平稳的将网卡向下压入槽中，直到网卡的金手指全部押入槽中为止。
（4）用螺丝将网卡固定好，并观察在固定的过程中网卡与插槽之间是否发生错位。
（5）盖好机箱，旋紧机箱螺丝。
（6）将制作好的网线插入网卡挡板地插槽内即可。
5.3.3网络设备间的物理参数
（1）服务器
电源类型：
标准电源
额定电压：
110/220
额定功率：
340
（2）交换机
电源：
10.4VA
EMC：
EN61000-3-2，EN61000-3-3
功能性标准：
ISO8802/3；IEEE802.3
（3）防火墙
电源功率：
250W
尺寸高度：
14.17英寸（360毫米）深度：
17.05英寸（433.1毫米）宽度：
4.02英寸（102毫米）
重量起始重量：
15.87磅（7.2千克）
（4）路由器
无线传输率2.4GHz频段：
300Mbps；5GHz频段：
867Mbps
传输标准IEEE802.11ac；IEEE802.11n；IEEE802.11g；IEEE802.11bIEEE802.11a；IEEE802.3；IEEE802.3u
5.4网络软件安装
操作系统安装步骤：
（1）启动计算机进入Windows2003目录，然后双击Setup.exe图表，系统将自动运行安装导向，显示安装导向的“欢迎使用WindowsServer2003”页面，提示用户选择要执行的任务。
（2）单击“安装WindowsServer2003，EnterpriseEdition”项进行WindowsServer2003。
（3）由于WindowsServer2003不能在Windows2000个人版升级安装，因而安装向导在给出相应提示后进入“收集信息”界面，显示“欢迎使用Windows安装程序”页面。
（4）在“安装类型”下拉列表中选择“全新安装”项，单击“下一步”，显示“许可页面”。
（5）阅读协议条款后，选择“我接受这个协议”单选按钮，显示“您的产品密钥”页面。
（6）在“产品密钥”文本框中输入产品密钥，然后单击“下一步”
（7）局域组网规划按钮，显示“安装选项”页面，若要更改安
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