完整版校园局域网设计方案毕业设计.docx
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完整版校园局域网设计方案毕业设计
内容摘要
计算机网络是一种地理上分散的，具有独立功能的计算机通过通信设备和线路连接起来，在配有相应的网络软件的情况下使各个计算机系统能相互自由通信，实现资源共享的系统。
计算机网络如按网络的组建规模和延伸范围来划分的话，可分为局域网（LocalAreaNetwork,LAN）、城域网（MetropolitanAreaNetwork,MAN）、广域网（WideAreaNetwork,WAN）。
我们经常用到的因特网（Internet）属于广域网，校园网属局域网。
未来的网络技术将向着使用简单、高速快捷、多网合一、安全保密方向发展。
而校园网是各种类型网络中一大分支，有着非常广泛的应用。
作为新技术的发祥地，学校、尤其是高等学校，和网络的关系十分密切，网络最初是在校园里进行实验并获得成功的，许多网络新技术也是首先在校园网中获得成功，进而才推向社会的。
另一方面，作为“高新技术孵化器”的学校，知识、人才的资源十分丰富，比其他行业更渴求信息、希望能有渠道获得各种各样的信息来促进自身在研究、学术上的进步。
此论文在局域网技术和现今发展基础上，分析了建立校园网的意义，建设原则和目标，并详细阐述了其设计过程。
文章从系统结构、布线系统、网络方案、管理等方面讨论了校园网的设计方案。
在网络设计中，详细介绍了网络拓扑结构、VLAN划分,并在部分办公室引入无线网络，实现了网络的人性化设计，最后通过相关软件对网络进行管理以及实现网络的安全性
关键词：
局域网、Internet、计算机网络、网络协议、服务器
前言
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，从各个方面影响和改变着我们的生活，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，人们已经离不开计算机网络，并且随着因特网的迅速普及，给我们的学习与生活条件带来更大的方便，我们与外部世界的联系将更加的紧密和快速。
随着人们对于信息资源共享以及信息交流的迫切需求，促使网络技术的产生和快速发展，计算机网络的产生和使用为人类信息文明的发展带来了革命性的变化。
自1995年中国教育教研网（CERNET）建成后，校园网的建设已经进入到一个蓬勃发展的阶段。
校园网的建成和使用，对于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、科研多出成果有着十分重要而深远的意义。
其主要包括各种局域网的技术思想、网络设计方案、网络拓扑结构、布线系统、Intranet/Internet的应用、网络安全，网络系统的维护等内容。
通过本毕业设计课题的论述，希望使读者能够了解校园网的建设过程以及所涉及到的各种网络技术，并能对今后大家在学习网络技术知识或是进行校园网的工程建设中有所借鉴。
校园网是各种类型网络中一大分支，有着非常广泛的应用。
作为新技术的发祥地，学校、尤其是高等学校和网络的关系十分密切，网络最初是在校园里进行实验并获得成功的，许多网络新技术也是首先在校园网中获得成功，进而才推向社会的。
我们看看国内校园网现状，也正是因为看到网络与学校之间的密切关系，国家从1994年正式启动中国教育科研计算机网（CERNET）以来，已与国内几百所学校相连，为广大师生及科研人员提供了一个全新的网络环境。
随着信息技术的飞速发展，校园网的建设已经逐渐提到议事日程上来。
对比国外校园网的建设和使用情况，我国目前的大多数校园网的结构、规模和应用都不是很完整，网络设备、计算机设备的功能没有得到充分地挖掘和发挥。
怎样利用网络设备，进一步发挥各种设备的功能，实现学校各项业务系统的集成，提高应用水平将是学校校园网建设的下一个工作重点。
第一章局域网概述
本次设计就从用户的需求分析入手，以我校为例设计出一个校园网拓扑结构，并阐述了校园网的应用特点，以及网络产品如何满足校园网用户的多方面需求。
一.1局域网技术
一.1.1局域网基本特征
1．局域网最主要的特点：
网络为一个单位所拥有，分布范围小，投资少，配置简单等，具有如下特征：
·传输速率高：
一般为1Mbps--20Mbps，光纤高速网可达100Mbps，1000MbpS。
·支持传输介质种类多。
·通信处理一般由网卡完成。
·传输质量好，误码率低。
·有规则的拓扑结构。
2．局域网具有如下的一些主要优点：
·能方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件、数据。
·从一个站点可访问全网。
·便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。
·提高了系统的可靠性、可用性和残存性。
一.1.2局域网的工作模式
1．专用服务器结构：
（Server-Baseb）
又称为“工作站/文件服务器”结构，由若干台微机工作站与一台或多台文件服务器通过通信线路连接起来组成工作站存取服务器文件，共享存储设备。
文件服务器自然以共享磁盘文件为主要目的。
对于一般的数据传递来说已经够用了，但是当数据库系统和其它复杂而被不断增加的用户使用的应用系统到来的时候，服务器已经不能承担这样的任务了，因为随着用户的增多，为每个用户服务的程序也增多，每个程序都是独立运行的大文件，给用户感觉极慢，因此产生了客户机/服务器模式。
2．客户机/服务器模式：
（client/server）
其中一台或几台较大的计算机集中进行共享数据库的管理和存取，称为服务器，而将其它的应用处理工作分散到网络中其它微机上去做，构成分布式的处理系统，服务器控制管理数据的能力己由文件管理方式上升为数据库管理方式，因此，C/S由的服务器也称为数据库服务器，注重于数据定义及存取安全后备及还原，并发控制及事务管理，执行诸如选择检索和索引排序等数据库管理功能，它有足够的能力做到把通过其处理后用户所需的那一部分数据而不是整个文件通过网络传送到客户机去，减轻了网络的传输负荷。
C/S结构是数据库技术的发展和普遍应用与局域网技术发展相结合的结果。
3．对等式网络：
（Peer-to-Peer）
在拓扑结构上与专用Server与C/S相同，在对等式网络结构中，没有专用服务器。
每一个工作站既可以起客户机作用也可以起服务器作用。
虽然目前的网卡、HUB和交换机都能提供100M甚至更宽的带宽，但一个局域网如果配置不当，尽管配置的设备都非常高档而网络速度仍不能如意；或者经常出现死机、打不开一个小文件或根本无法连通服务器，特别是在一些设备档次参差不齐的网络中这些现象更是时有发生。
在局域网中恰当地进行配置，才能使网络性能尽可能地进行优化，最大限度地发挥网络设备、系统的性能。
其实局域网也是由一些设备和系统软件通过一种连接方式组成的，所以局域网的优化包括以下几个方面：
设备优化：
包括传输介质的优化、服务器的优化、HUB与交换机的优化等。
软件系统的优化：
包括服务器软件的优化和工作站系统的优化。
布局的优化：
包括布线和网络流量的控制。
一.1.3局域网拓扑类型
拓扑结构是在逻辑上对网络的一个描述，它反映了整个网络的结构。
在网络结构上，目前的网络结构主要有以下几种：
·星形拓扑：
星形拓扑是由中央节点和通过点到点链路到中央节点的各站点组成。
·总线拓扑：
总线拓扑结构采用单根传输作为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质上，或称总线上。
·环形拓扑：
由一些中继器和连接中继器的点到点链路组成一个闭合环。
每个中继器都和两条链路相连。
·树形拓扑：
树形拓扑是从总线拓扑演变过来的，形状像一棵倒置的树，顶端有一个分支的根，每个分支还可以延伸出子分支。
它主要有易于扩展和故障隔离等优点。
·混合拓扑：
它是将星形拓扑和环形拓扑混合起来的一种拓扑，试图取这两种拓扑的优点于一个系统。
在选择拓扑结构时，应该考虑的主要因素有以下几点：
费用低：
安装费用的高低和拓扑结构的选择以及传输介质选择、传输距离的确定有关。
灵活性：
要考虑到在设备搬动时很容易重新配置网络拓扑，还有考虑原有节点的删除和新节点的加入。
可靠性：
拓扑的选择要使故障的检测和故障隔离较为方便。
综上所述，综合选择多种结构，选择星形和树形相结合的拓扑结构，网络拓扑结构图类型如图1-1：
图1-1局域网网络拓扑类型
一.1.4局域网网络类型
保护现有投资的有效途径就是在将来网络技术升级时还能使用现有的网络技术和产品。
如同计算机的发展速度一样，网络技术的发展也是非常迅速的。
如果现有技术不能合理保证在将来网络升级后还能够使用，那么将会带来极大的资金浪费。
目前比较常见的主干网技术有FDDI、ATM、快速以太网和千兆以太网等。
其中具有交换功能的快速以太网，支持VLAN，并容易升级到千兆以太网和ATM，由于性能优越，价格适中，建议采用快速以太网作为校园网的主干技术。
（1） 光纤分布式数据接口（FDDI）
FDDI是高性能的高速宽带LAN技术，它采用定时的令牌传送协议。
因此，它可以被看作是一个令牌环网协议的高速版本。
但与TokenRing技术不同的是，当其发送完帧后就立即产生新的令牌帧，故其利用率较高，其运行速度可达100Mb/s。
最大距离可达200km，可最多连接1000个站点。
铜线分布式数据接口（CDDI）是FDDI的一种变型，可以在不昂贵的铜线电缆上运行而使用相同的协议。
FDDI和CDDI的优点是冗余、内置网络管理，具有广泛的适用性。
但是，采用FDDI/CDDI技术是昂贵而复杂，始终未成为主流技术，发展速度缓慢，前景不被看好。
（2） 异步传输模式（ATM）
ATM作为一种全新的交换技术，有其明显的优越性。
ATM是将分组交换与电路交换优点相结合的网络技术。
在广域网、城域网和公用网内，ATM正在被广泛采用，因为它既能够将多种服务多路复用到一种基础设施上，满足功能越来越强的台式机对带宽不断增长的需求，又能提供虚拟LAN和多媒体等新的网络服务。
但是，ATM技术也有其缺点。
首先是标准还没有完全制定完成，很多重要标准还在修正之中，这就影响了ATM技术的推广，尤其是在局域网领域内。
其次，ATM技术目前主要应用是在专用网络和核心网络的范围内，而延展到外围和用户端均仍采用传统的网络技术（以太网、快速以太网、令牌环网等），这就使得在ATM网络和传统网络之间要建立一个中间的衔接层，这是一种在ATM信元与传统网络的帧结构之间相互转换的技术，如ClassicIP和ATMLANE等技术，这种技术的优点是可以把传统网络接入到ATM网络中，但缺点是带来了很大的资源开销，这在很大程度上增加了ATM网络的复杂性并且降低了网络的总体性能。
另外，目前的大部分网络应用主要是基于IP网络的应用，直接针对ATM信元的应用很少，这在很大程度上也增加了ATM网络使用和管理的复杂性。
（3）快速以太网
快速以太网（fastEthernet）是一个IEEE局域网标准，于1995年由原来制定标准的IEEE802.3工作组完成，快速以太网和传统以太网采用同样的介质访问协议（CSMA/CD）。
传统以太网用的是10Mb/s技术，而快速以太网用的是100Mb/s技术。
100Mb/s的网卡只比10Mb/s的网卡略贵一点，但为将来的网络升级提供了很大的灵活性。
大多数100Mb/s的网卡能够自动检测所连接的端口是10Mb/s还是100Mb/s，并执行相应的操作。
（4）千兆位以太网
千兆位以太网技术以简单的以太网技术为基础，为网络主干提供1Gb/s的带宽。
千兆位以太网技术以自然的方法来升级现有的以太网络、工作站、管理工具和管理人员的技能。
千兆位以太网与其他速度相当的高速网络技术相比，价格低，同时比较简单，例如保留以太网的帧格式、管理工具和对网络概念上的认识。
现在千兆位以太网成熟的标准为IEEE802.3z。
千兆位以太网的设计非常灵活，几乎对网络结构没有限制，可以是交换式、共享式的或基于路由器的。
现在正在应用的网络互连技术，例如，特定IP交换技术和第三层的交换技术，都与千兆位以太网完全兼容。
（5）无线局域网
IEEE802.11委员会已经开放了一组无线标准。
而目前，基于IEEE802.11b和IEEE802.11g协议标准的在实际应用很多。
其中，IEEE802.11b标准的无线局域网能达到11Mbps的传输速度，而IEEE802.11g标准的无线局域网能达到54Mbps的传输速度。
根据以上介绍，我们综合选择多种高速局域网，同时考虑多种技术，校园网的系统结构选择主干1000M，桌面100M的交换式以太网技术。
根据需求，建设联接信息中心、多媒体教室、办公楼、住宿楼及综合办公楼等建筑物。
其中各部分构成相对独立的子网，通过交换机接入桌面PC。
一.1.5局域网基本工作原理
由于现在以太网的数据率已演进到每秒百兆比特、吉比特甚至10吉比特，因此通常就用“传统以太网”来表示最早进入市场的10Mb/s速率的以太网。
下面简单介绍下以太网的基本工作原理。
1．以太网的两个标准：
（1）DIXEthernetV2是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。
（2）IEEE的802.3标准。
DIXEthernetV2标准与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为“以太网”。
严格说来，“以太网”应当是指符合DIXEthernetV2标准的局域网数据链路层的两个子层为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：
逻辑链路控制LLC（LogicalLinkControl）子层、媒体接入控制MAC（MediumAccessControl）子层。
与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的。
2．接口的工作模式
以太网卡可以工作在两种模式下：
半双工和全双工。
半双工：
半双工传输模式实现以太网载波监听多路访问冲突检测。
传统的共享LAN是在半双工下工作的，在同一时间只能传输单一方向的数据。
当两个方向的数据同时传输时，就会产生冲突，这会降低以太网的效率。
全双工：
全双工传输是采用点对点连接，这种安排没有冲突，因为它们使用双绞线中两个独立的线路，这等于没有安装新的介质就提高了带宽。
例如在上例的车站间又加了一条并行的铁轨，同时可有两列火车双向通行。
在双全工模式下，冲突检测电路不可用，因此每个双全工连接只用一个端口，用于点对点连接。
标准以太网的传输效率可达到50％～60％的带宽，双全工在两个方向上都提供100％的效率。
3．以太网的工作原理
以太网采用带冲突检测的载波帧听多路访问（CSMA/CD）机制。
以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息，因此，我们说以太网是一种广播网络。
以太网工作过程如下：
当以太网中的一台主机要传输数据时，它将按如下步骤进行：
（1）监听信道上收否有信号在传输。
如果有的话，表明信道处于忙状态，就继续监听，直到信道空闲为止。
（2）若没有监听到任何信号，就传输数据。
（3）传输的时候继续监听，如发现冲突则执行退避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤1（当冲突发生时，涉及冲突的计算机会发送会返回到监听信道状态。
注意：
每台计算机一次只允许发送一个包，一个拥塞序列，以警告所有的节点）。
（4）若未发现冲突则发送成功，所有计算机在试图再一次发送数据之前，必须在最近一次发送后等待9.6微秒（以10Mbps运行）。
一.2校园网
校园网是指利用网络设备、通信介质和适宜的组网技术与协议及各类网络系统管理软件和应用软件，将校园网内计算机和各种终端有机地集成在一起，并用于教学、科研、学校管理、信息资源共享和远程教学等方面工作的计算机局域网络系统。
校园网的概念最初是以硬件集成为主，校园网只是一个硬件平台。
到了第二阶段，有提出了以教学应用软件集成为主的“软件建网”的校园网概念，这也是当今大多数校园网所采用的模式。
校园网由硬件、软件这两部分共同组成，其中，硬件是基础，是校园网的载体，没有硬件的支持，根本无法谈及校园网；软件是应用，是建设校园网的根本需求的体现。
就像普通的PC一样，建立在硬件上面的系统软件、应用软件让我们有了利用计算机的可能。
校园网是为学校教师、学生提供教学、科研和综合信息服务的宽带多媒体网络。
校园网应为学校教学、科研提供先进的信息化教学环境，这就要求校园网是一个宽带、局域交互功能和专业很强的局域网络。
多媒体教学、网络教学、教师电子备课、办公等等都需要通过网络运行工作。
第二章校园网总体设计
二.1概述
总体设计是校园网建设的总体思路和工程蓝图，是搞好校园网建设的核心任务。
进行校园网总体设计，首先，进行对象研究和需求调查，弄清学校的性质、任务和改革发展的特点，对学校的信息化环境进行准确的描述，明确系统建设的需求和条件；其次，在应用需求分析的基础上，确定学校Intranet服务类型，进而确定系统建设的具体目标，包括网络设施、站点设置、开发应用和管理等方面的目标；第三，确定网络拓朴结构和功能，根据应用需求、建设目标和学校主要建筑分布特点，进行系统分析和设计；第四，确定技术设计的原则要求，如在技术选型、布线设计、设备选择、软件配置等方面的标准和要求；第五，规划安排校园网建设的实施步骤。
作为校园网，需要连接多少个节点，怎样利用网络设备使得分布在不同地理位置的节点连接到一个统一的网络中来，怎样使得整个网络中的节点相互连通，这些问题仅仅是校园网需要解决问题中的一部分。
从某种意义上讲，校园网的建设绝不仅仅只是涉及到技术问题，而是会引深到更深的层次，也就是说信息技术所带来的一场革命会彻底改变我们的生活方式和工作方式。
对于校园网的建设，我们提出的建设原则应该是：
先进性，先进的设计思想、网络结构、开发工具，采用市场覆盖率高、标准化和技术成熟的软硬件产品；实用性，建网时应考虑利用和保护现有的资源、充分发挥设备效益；开放性，系统设计应采用开放技术、开放结构、开放系统组建和开放用户接口，以利于网络的维护、扩展升级及与外界信息的沟通；灵活性，采用积木式模块组合和结构化设计，使系统配置灵活，满足学校逐步到位的建网原则，使网络具有强大的可增长性；可靠性，具有容错功能，管理、维护方便。
对网络的设计、选型、安装、调试等各环节进行统一规划和分析，确保系统运行可靠，经济性，投资合理，有良好的性能价格比。
二.2方案实施
一个完整的校园网建设在实施过程中可以分成两个环节：
网络集成方案设计和信息系统集成。
其中信息系统集成是目的，网络集成是手段。
网络集成方案主要包括两个方面：
结构化布线与设备选择、网络技术及设备选型。
它的设计思想有两个，一个是网络方案采用模块化的设计，各个模块完成各自的功能。
在实施的过程中，可以根据需要将相应的模块添加到网络中，也可以不使用某些模块，在需要时候再添加。
同时，模块化设计容易维护，某个模块出现故障，不会影响到整个网络的安全。
另一个设计思想是采用层次体系，整个网络通过主干网连接起来，各个子网通过接口与主干网连接，实现各自的功能，在子网内部及与主干网进行数据通信。
二.2.1结构化布线
综合布线系统是建筑物或建筑群内的传输网络，它既能使话音和数据通信设备、交换设备和其他信息管理系统彼此连接，也能使这些设备与外部通信网络相互连接，包括建筑物到外部网络或电话局线路上的连线点，与工作区的话音或数据终端之间的所有电缆，以及相关联的布线部件。
一个良好的综合布线系统对其服务的设备有一定的独立性，并能互连许多不同的通信设备如数据终端、模拟式或数字式电话、PC和主机以及公共系统装置。
一般布线系统有六个子系统组成：
建筑群间子系统，设备间子系统，管理区子系统，垂直（主干）子系统，水平子系统，工作区子系统。
校园网为园区网，楼群间子系统采用光缆连接，可提供千兆位的带宽，有充分的扩展余地。
垂直子系统则位于高层建筑物的竖井内，可采用多模光缆或大对数双绞线。
把管理区子系统并入设备间子系统，集中管理。
对于多幢楼宇，可采用多设备间的方法。
分为中心设备间和楼栋设备间部分，中心设备间是整个局域网的控制中心，内设有对外（Internet）对内通信的各种网络设备（交换机、路由器），中心交换机通过光缆（地下直埋）与楼栋设备间的交换设备相连，以保证数据的高速传输。
在此设备间放置布线的线架和网络设备，端接楼内来自在各层的主干线缆，并端接连接网络中心的光纤。
二.2.2网络设备选型
网络主干设备的系统结构直接决定了设备的性能和功能水平。
因此，深入了解设备的系统结构设计，客观认知设备的性能和功能，这对正确选择设备极有帮助。
在此次设计中，为了更好的完成所有功能，全部采用了Cisco的交换机和路由器。
下面就简要介绍下此次设计中的重要设备——交换机的选型。
1．Catalyst交换机产品
（1）Catalyst2960系列交换机
CiscoCatalyst2960系列智能以太网交换机是一个全新的、固定配置的独立设备系列，提供桌面快速以太网和千兆以太网连接，可为入门级企业、中型市场和分支机构网络提供增强LAN服务。
Catalyst2960系列具有集成安全特性，包括网络准入控制（NAC）、高级服务质量（QoS）和永续性，可为网络边缘提供智能服务。
CiscoCatalyst2960系列提供：
·为网络边缘提供了智能特性，如先进的访问控制列表（ACL）和增强安全特性；
·双介质上行链路端口提供了千兆以太网上行链路灵活性，可以使用铜缆或光纤上行链路端口—每个介质上行链路端口都有一个10/100/1000以太网端口和一个小型可插拔（SFP）千兆以太网端口，在使用时其中一个端口激活，但不能同时使用这两个端口；
·通过高级QoS、精确速率限制、ACL和组播服务，实现了网络控制和带宽优化；
·通过多种验证方法、数据加密技术和基于用户、端口和MAC地址的网络准入控制，实现了网络安全性；
·通过思科网络助理，简化了网络配置、升级和故障诊断；
·使用Smartports自动配置特定应用；
（2）系列产品配置
CiscoCatalyst2960系列包括以下交换机：
固定以太网上行链路端口；1机架单元（RU）
固定以太网上行链路端口；1RU
行链路端口；1RU
行链路端口；1RU
·CiscoCatalyst2960G-24TC：
20个10/100/1000以太网端口，其中4个为双介质端口；1RU
2．产品特性
（1）千兆以太网
千兆以太网以1000Mbps的速度，提供了可满足新网络和扩展网络的需求的带宽，消除了瓶颈，提升了性能，同时提高了现有基础设施投资的回报。
目前，工作人员都对网络有着更高需求，在网络上同时运行多个应用。
例如，一位员工通过IP视频会议而参加小组会议，向与会者发送一个10MB的电子表格，将最新营销视频广播给整个小组以供评估，此外还查询客户关系管理（CRM）数据库，以获得最新实时反馈。
同时，后台开始了一个多GB的系统备份，并向客户端提供最新防病毒软件的升级。
（2）网络智能性
当今的网络正在不断发展，在网络边缘出现了四种新趋势：
桌面计算能力提高、带宽密集型应用出现、高敏感数据在网络中扩展、出现了多种设备类型，如IP电话、WLAN接入点和IP视频摄像头。
这些新需求正与许多已有关键任务应用争夺资源。
因此，IT专业人员必须将网络边缘看作有效管理信息和应用的提供的关键。
随着人们对网络的依赖性日益增强，将其作为战略性业务基础设施，确保网络的高可用性、安全性、可扩展性和对它的全面控制就比以前更为重要。
通过为LAN接入添加思科智能功能，客户现可部署遍布整个网络的智能服务，从而一致地满足从桌面到核心再到WAN的要求。
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