校园网规划与设计Word格式.docx
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关键词：
网络拓扑图；
主干网设计；
网络安全；
千兆以太网；
一、概述
计算机网络技术和信息高速公路的空前发展，导致新的信息技术革命，校园网络已成为当前校园的热门话题，21世纪是信息技术的社会，特别是计算机网络技术，多媒体技术和信息高速公路的空前发展，已对社会的经济、文化、教育等产生深远影响，导致新的教育技术革命。
中央关于《深化教育改革全面推进素质教育的决定》中谈到学校培养学生五种能力首位就是收集处理信息能力的培养。
校园网是以应用为目的、基于Internet/Intranet技术的计算机网络和它的使用者以及相关规定的集合。
简单的说，就是像电话网一样在校园内分布的电脑网络，电话传递语音，电脑传递信息。
校园网的作用不仅仅是计算机的普及与学习，它的最大作用在于网络资源的共享，进而在校园中形成富有特色的校园信息文化。
目前，学校的各教研室（组）一般都配置了计算机设备，用计算机辅助教学的大气候业已形成。
在一个好的校园网里人们用计算机和网络进行工作、交流和学习，计算机改变了人的教学方式，同时也改变了人的学习方式。
这些只有校园网才能办到。
而校园网建设则是教育系统信息化建设的关键，尤其是高校校园网建设。
在信息化的建设过程中，它的作用体现在如下几个方面：
1、校园网能促进教师和学生尽快提高应用信息技术的水平；
信息技术学科的内容是发展的，它是一门应用型学科，因此，为了让学生学到实用的知识，必须给他们提供一个实践的环境，这个环境离不开校园网。
2、校园网为教师提供了一种先进的辅助教学工具、提供了丰富的资源库，所以校园网是学校进行教学改革、推行素质教育的一种必不可少的工具。
3、校园网是学校现代化管理的基础，深入、全面的学校信息管理系统必须建立在校园网上。
4、校园网提供了学校与外界交流的窗口，学校应将校园网与互联网联接，这也是学校信息化的要求，我们通过校园网去了解世界、在互联网上树立学校的形象都是很容易的。
我们深信信息技术的应用，势必推进教育手段和教育内容的革命性变革。
二、校园网络的规划设计
校园网络的规划设计有多种解决方案，依学校的类型规模和性质的不同，以使网络的设计方案有所不同，体现在技术、应用上更是不同。
在传统的语音服务（诸如电话、蜂窝移动电话）无法满足人们的各种信息需求的今天，对图形、图像、视频等多媒体信息需求的不断增长，已成为人们依赖计算机网络进行信息共享和交流的重要资源。
学校教师的教学、科研工作和学生的学习生活对一个高速的、资源丰富的和应用多方面的校园网络的需求是迫切的、必需的。
也是网络规划设计者永远追求的目标。
教育部最近实施的“西部大学网络工程”及“关于中小学校园网络建设的指导意见”中，对校园网络的规划、设计及建设提出了明确的要求。
那么一个高速、高效而又安全、资源丰富、应用广泛的校园网络在规划设计中应注意哪些问题呢？
（一）建立近、中和长期发展规划
依据本校建网资金的安排，在听取校内外专家意见的基础上，结合本校教学科研的内容及其发展的需要，制定一个在未来十年中的近期、中期及长期的建设规划，以保持网络建设的延续性，并保护先前的投资（含各种硬件、软件及信息资源），能融入不断涌现的新技术和新应用。
（二）IP地址资源的利用
IP（Internetprotocol互联网协议）地址是在Internet上的站点及相关设备的地址，它是由Internet指定数字委员会（IAAA）确定的，确保了它在世界上的唯一性。
在IPv4技术应用于互联网的今天，IP地址资源到2010年将近枯竭，在Ipv6技术应用之前，我们要合理使用IP地址资源。
当申请到一个建网的IP地址之后，必须合理地划分子网，每个子网中的IP地址要合理使用，既要满足当今的需要，也要预留将来网络扩展时所需，以便有足够的各类服务器连入Internet。
（三）建立相关机构，有计划地培养网络管理员及培训部门用户学会使用信息制作，发布的工具
建网单位应该设有一个“网络信息化领导小组”，对网络的规划实施起指导和决策作用。
按照建网单位的网络规模，按不同时期的需要，配置专业的网络管理员。
针对网络技术应用的日新月异，加上校园网络信息资源建设的繁重任务，要加强对师生的应用培训，适应网络新技术的应用及安全控制，保证网络的正常运行和安全。
（四）注重需求分析
网络的规划设计是一个系统建立和优化的过程，建设网络的根本目的是在Internet上进行资源共享与通信。
要充分发挥投资网络的效益，需求分析成了网络规划设计中的重要内容，它提供了网络设计应到达的目标，并有助于设计者更好地理解网络应该具有的性能；
结合学校的办学规模、管理需求和师生对教学科研的需要，确立一个性能较高的网络计算平台.
同时，经过系统的需求分析，网络的设计者还能更好地作出决策，评价现有的网络，提供移植的功能及给所有校内师生更为合适的资源。
（五）组网技术的选择
目前，可用于校园LAN（局域网）的技术有Ethernet（以太网）、FastEthernet（快速以太网）、GigabitEthernet（千兆位以太网）、Token-Ring（令牌环网）、FDD（光纤分布式数据接口）和ATM（异步传输模式）。
从网络应用、维护、安全和扩展方面而言，FastEthernet和ATM在实际应用中得到了广泛的采用。
同时，GigabitEthernet技术已成为大型FastEthernet的升级目标。
虽然FastEthernet和GigabitEthernet因采用CSMA/CD的介质访问控制方式而广泛地存在着“广播风暴”的问题，但可以更好的传输介质和交换设备予于克服，其实出的优点是兼容先前的设备投资,师生的网络应用及培训更易进行，网络的可管理性和扩展性也很好。
ATM是一种快速分组交换技术，它在WAN（广域网）上体现的强大功能和在LAN上的成功应用，均以事实说明了它的技术的先进性。
在ATM中，不同速率的各种数据，如语音、图像、视频都被分成标准的53字节的信元，以光纤作为传输通道，避免了以太网中的“广播风暴”，提升了网络的整体性能。
但是ATM不兼容以往的以太网投资，其管理和操作有异于传统的以太网平台，故不适用于以太网的升级改造。
6．校园网络的设计模式
一个良好的设计方案除体现出网络的优越性能之外，还体现在应用的实用性、网络的安全性、易于管理性和未来的可扩展性。
因此，设计时要考虑以下问题：
①要适应未来网络的扩展和拓扑结构的变化。
②要能为特定的师生用户或用户组提供访问路径。
③要保证网络能不间断地运行。
④当网络扩大和应用增加时，变化的网络结构要能应付相应的带宽要求。
⑤使用频率较高的应用能够支持网上大多数的师生用户。
⑥能合理地分配用户对网内、网外的信息流量。
⑦能支持较多的网络协议，扩大网络的应用范围。
⑧支持IP的单点传送和多点广播数据流。
要达到以上这些设计要求，分层的设计功能及星型、树型和交叉型的拓扑结构应给予足够的重视.
7．网络硬件的选择
除网络上的工作站使用普通的PC机外，主机的选择应使用专业的高性能服务器。
连接介质的选择分两部分，第一部分为各交换机（switch）之间（楼与楼之间，楼层之间）及网络出口干线选择光纤，第二部分为从访问层的交换机到用户的PC桌面选择超五类双绞线。
如今，交换机的价格已是很低了，应尽可能选择交换机而不用集线器。
网络连接的关键设备是路由器（Router），无论是Internet接入，异地网络连接还是大型网络广播域的划分，都离不开路由器，因此，路由器的性能较为重要，选择Cisco公司和3Com公司的产品，就能体现出极高的性能。
数据存储设备，除可选择大容量硬盘外，还可选磁带机、磁盘阵列、光盘阵列，这些外存设备，均可用于储存海量网络数据，如图书资料，多媒体素材及课件学生学籍和成绩管理等。
8．ISP的选择
选择ISP（InternetServiceProvider，Internet服务提供商）对不同类型的校园网络至关重要。
经过近十年的发展，目前在我国形成了以CSTNET（中科院的科学技术网）、CERNET（国家教育部的教育与科研网）、ChinaNet（中国电信网）和ChinaGBN（中国金桥网）为主的四大网络体系，伴随着IT与通信技术的不断发展和社会的广泛需求，近年来ChinaUNICOM（中国联通）、CRC（铁通）、CNC（中国网通）、JiTong（吉通）的接入服务也快速地增长。
由于中国的互联网服务商以各自网络体系的发展为主，不同种类的大网之间缺乏协调机制，故它们之间的网络带宽问题没能较好地解决。
对用户而言，在线某类网络时再链接另一类网络，“瓶颈”问题就突现出来，如图3。
相信ChinaNet的用户在调用CERNet的网上资源或CERNet用户在调用ChinaNet的网上资源时，就出现过这样的问题。
作为校园网络，无论师生有哪些需求，都离不开以教学、科研为主的信息资源，90%的教育资源都集中在CERNet上，故校园网络在选择ISP时，就要重点考虑CERNet。
9．带宽的申请和使用分配
校园网络需要多少带宽呢？
别忘了，ISP是以带宽资源作为经营的主要内容之一。
作为网络的“流量”，在网上你随时都可能被“断流”或“欠流，“畅流”的时段不会是很多，这是我国大部分地区的基础设施存在的客观原因而造成的。
然而，不是没有解决问题的办法，合理地申请接入带宽和在网上作好带宽分配会提高数据传输的速度和效率。
网络界曾经有一个争议很多的80/20规则，就是在一个局域网内有80%的通信量在网段内传播，剩下20%沿干线传播，今天，人们对互联网络的需求已大大超过80/20规则，而应成为20/80规则了。
如何申请足够带宽而又不至于浪费呢？
太大的带宽会意味着要向ISP支付更多的费用。
计算的依据就是要考虑校园网的规模，在出口链接Intermet的高峰期约有多少台电脑（一般拥有总量的60~70%），以每台机的带宽为100kb/s（比PPP拨号方式的56kb/smoden快些）计算，总需求在多少MB，再考虑20/80规则，以确定整个校园网的接入带宽，出于数据安全的考虑，一些装有重要而又保密的数据的主机，如财务数据、人事档案数据，只许在网段内使用，不宜链接Internet。
10．网络操作系统的选择
网络操作系统（NetOperationSystem）的选择关系到网络的应用、安全和管理。
目前常用的网络操作系统有：
Unix、Linux、Netware、Windows2000Server/AdvancedServer/DatacenterServer，下面作一简单介绍：
UNIXUNIX操作统是一个多用户、多进程的分时操作系统，在互联网发展的初期，它就被融入了许多网络技术和通信协议，它的可移植性及安全性能极好，被广泛地用于微型机、小型机、超小型机和大型计算机上。
今天，它仍然作为Internet上各类服务器主选的网络操作系统，并深得金融、电信、保险行业的青睐。
Linux它是近年来流行的一种类UNIX操作系统，其功能体系现与UNIX有许多共同点，最新发行的版本包含了文件管理、用户账号管理、网络管理等许多工具，对互联网络的应用有很好的支持。
NetwareNetware是Novell公司开发的网络操作系统，自上世纪80年代至今，已发展了十几版本，新版本体现了高度的开放性和安全性，是目前国际上应用最广泛的一类局域网操作系统。
WindowsNT它是一个抢先式多任务的网络操作系统，并具有较高的可靠性和开放性，它具有让企业有多种应用管理的强大功能，如数据库服务、电子邮件，能联合多种网络进行通信。
它能支持较多的应用软件，工具，文件共享和网络打印服务，也是一个功能卓越的网络操作系统。
Windows2000/2003Windows2000/2003是Microsoft公司耗费巨资开发的一个产品，其服务器版有Windows2000Server、Windows2000Advancedserver和Window2000DatacenterServer等三个版本。
它们拥有全面的Internet应用软件服务、增强的可靠性和可扩展性及强大的端对端管理等性能。
综合以上这些网络操作系统的特点与对网络应用的支持，你就可选择一个或几个适合于校园网内各子网服务器的操作系统，以适合各类应用、安全控制和管理。
三、校园网实例分析
（一）校园建筑分布图
图3-1校园网建筑分布图
（二）校园网需求分析
1、校园网面临的问题
在我国，校园网的建设经历了校园网硬件建设阶段，综合信息系统建设阶段，网络教学（含远程教学）实验阶段，现正向着更高层次的数字化校园发展。
目前，很多重点院校的数字化校园建设工程已经被列入国家211工程，其他学校也多方筹集资金准备开始数字化校园的建设，有些院校的数字化校园建设已初具规模。
但我们也应当清醒地认识到，在数字化校园的建设过程中，尚存在着以下一些观念和建设上的问题亟待解决。
（1）.重视技术应用，忽视教育理念转变数字化校园的建设，从物质层面上看是网络及实施施的建设，但实际上应是信息化教育的具体体现。
（2）.重视硬件设施建设,忽视软件建设及应用在目前数字化校园的建设中，存在着重建设、轻软件建设及应用的倾向。
这主要表现在两方面：
首先，投入大，收效小。
很多部门配备的计算机档次很高，但利用效率不高，这其中很重要的一个原因就是使用者信息素质的相对缺乏。
其次，各种硬件设施完善，但与之配套的软件和资源则显得相对贫乏，存在有路无车，有车无货的情况。
（3）.重视校内的信息化建设，忽视校外的资源利用计算机网络的最大特点就是能实现资源共享。
特别是现在各种网络的发展都十分迅速，可供利用的资源也层出不穷，如何利用好各种网络的资源，应该是数字化校园的管理者和使用者所关注的。
（4）.重视管理系统的建设，忽视教学系统的建设学校的主要目的是通过教学来培养人才，因此对教学过程提供直接支持应是数字化校园的基本功能。
2、校园网应提供的功能
（1）信息传递
这是校园网络最基本的功能之一，用来实现电脑与电脑之间传递各种信息，使分散在校园内不同地点的电脑用户可以进行集中的控制管理。
在校务部门建立网络服务器，可以为整个校园网络提供各类教学资源，并对这些资源进行综合管理。
（2）资源共享
①信息资源共享。
通过接入ddn或isdn，很容易将校园网连接到internet,这样，网络内的各电脑终端不但可以互通信息资源，而且可以享受网络服务器上的相关数据及internet网上取之不尽，用之不竭的巨大信息资源，校园网在教学活动中的作用也将成倍地增强。
②硬件资源共享。
网络中各台电脑可以彼此互为后备机，一旦某台电脑出现故障，它的任务就由网络中其他电脑代而为之，当网络中的某台电脑负担过重时，网络又可将新的任务转交给网络中较空闲的电脑完成。
（3）方便教学
网络可以进行图、文、声并茂的多媒体教学，可以取代语言实验室进行更生动的语言教学，也可以利用大量现成的教学软件，提供一个良好的教学环境，这些都是以往任何教学手段所不能达到的。
校园网络不但可以在校内进行网络教学，还很容易同外界大型网络连结，形成更大范围的网络交互学习环境。
3、校园网应满足的要求
网络方案应采用成熟的技术，并尽可能采用先进的技术;
采用国际统一标准，以拥有广泛的支持厂商，最大限度的采用同一厂家的产品;
方案应合理分配带宽，使用户不受网上“塞车”的影响;
应充分考虑未来可能的应用，如桌面将承受大型应用软件和多媒体传输需求的压力;
该网络方案要具有高扩展性。
能为用户未来数目的扩展具有校园网对网络设备的要求;
高性能;
所有网络设备都应足够的吞吐量;
高可靠性和高可用性;
应考虑多种容错技术;
可管理性;
所有网络设备均可用适当的网管软件进行监控、管理和设置;
采用国际统一的标准;
高性价比：
尽最大可能提高设备的性价比;
4、以太网和快速以太网
快速以太网实际上是10Mbps以太网的100Mbps版本，所以它的运行速度要比10Mbps以太网快十倍。
在用户已经很熟悉传统以太网的情况下，快速以太网相对其他高速网络技术更容易被掌握和接受，它可以应用在共享式和主干环境下，提供高带宽的共享式网络或主干连接，同时也可以应用在交换式环境下，提供优异的服务质量（QoS）。
快速以太网与传统的以太网技术相似，毋庸赘言，此外它还具备以下优点：
①快速以太网和普通以太网同样遵循CSMA/CD协议，现有的10BaseT网络设备可以相当简便地升级到快速以太网，保护用户原有的投资，与其它新型网络技术相比，更方便地使现有的10MbpsLAN无缝连接到100MbpsLAN上。
②100BaseT集线器和网络接口卡，只需要比10BaseT同样的设备多花少量费用就可提供比普通以太网高10倍的性能。
因此，100BaseT具备较高的性能价格比。
③快速以太网（100BaseT）已得到IEEE任命标准为802.3u，并得到了所有的主流网络厂商的支持。
千兆以太网技术
千兆以太网是相当成功的10Mbps以太网和100Mbps快速以太网连接标准的扩展。
IEEE已批准千兆位以太网工程IEEE802.3z。
千兆位以太网和已充分建立的以太网与快速以太网的节点完全匹配。
最初的以太网规范由帧格式定义，且支持CSMA/CD协议、全双工、流控制和由IEEE802.3标准定义的管理项目，千兆位以太网将使用所有这些规范。
总之，千兆位以太网和管理员以前使用和了解的以太网相同，所不同是仅仅是比快速以太网快十倍和它与当前的高带宽需求应用程序相协调的额外特性，而且和日益增强的服务器和台式计算机的功能相匹配。
我们可以看到主干和各网段及桌面已实现了无缝结合，网络管理变得不再让用户望而生畏。
综上所述，此次校园网设计主要采用千兆以太网的设计方案在网络方案的选择上，采用千兆以太网做为校园网的网络总体结构无论在高带宽、可适应性、可扩展性、高性价比、良好的管理性和维护性等各方面都是最明智的选择，成为学校校园网完整的、经济的解决方案。
（三）网络技术选型
主干网包括校园网系统的中心交换机以及中心交换机到二级交换机之间的通信信道，针对校园网应用的实际特点，就目前校园网信息系统的功能来说，主要为多媒体教学、视频点播、WWW、Email、办公自动化、已有单机系统接入和多媒体远程教育系统，就这些应用而言，基本上均为经典的Internet/Intranet的应用，因此，主干网可选择采用具有1000Mbps带宽的千兆以太网或100M带宽的快速以太网连接网络中心服务器组和各子网的交换机，将来可根据实际应用的发展和网络技术的发展进行升级。
同时，考虑千兆以太网或快速以太网对传输距离的要求，我们选用光缆作为建筑物之间的物理传输介质，可根据传输距离的要求选择单模或多模光缆，从而保证传输质量并为今后升级奠定基础。
子网（接入网）采用10/100Mbps的交换型快速以太网。
二级交换机可选用工作组（级）交换机，分别放置在各建筑物的配线间。
子网交换机内端口的交换将在子网交换机内完成，子网交换机间的交换（或子网交换机与中心主交换机的交换）将通过中心主交换机来完成。
子网的规模不大，一般考虑采用100Mbps的快速交换以太网，在需要使用100M端口的楼内可以使用带自适应口的以太网交换机。
这样使得子网具有很高的性能价格比。
早期的以太网采用10Base-2或10Base-5的接口，是总线型的物理连接拓扑结构，如果其中任意一段断开就会导致整个网络瘫痪。
后来随着10Base-T的出现，拓扑结构改为以集线器（HUB）为中心的星形物理连接拓扑结构，网络的可靠性大大增强，但是如果网络的规模扩大，随之广播域和冲突域也会扩大，影响了网络的效率。
因此，可以适当选择第三层的交换设备来完成控制功能。
5类（超5类）UTP的使用使得网络更便于安装和维护。
另外，交换技术的逐步采用使得传统以太网的性能大大改善，更增强了以太网的生命力。
特别地，象多媒体计算机教室这样的信息节点，我们把它看作单个信息点，整个教室所有的信息都通过这个信息点实现上联，连接到校园网的主干网。
如果子网结点数再有增加，可通过增加设备（交换或共享HUB）形成两级子网。
对于数据吞吐量非常大的节点，例如：
视频服务器等也可以采用千兆光纤直接上联到主干交换机消除数据瓶颈。
在交换机之间连接上可以适当考虑链路聚合技术和交换机集群技术，实现高效率的数据传输和便捷的管理。
对于整个网络的外连上，两种基本要求，一、通过专线的方式实现Internet接入，为内部用户上网提供稳定的通道，但是，线路的资费比较昂贵，不过，可以通过价格低廉的计费软件来控制出入流量适当收费，实现以网养网。
二、提供远程拨入访问，为远程用户提供访问内部网络的通道，先期也可以利用这种拨号方式来实现Internet访问，等到时机成熟，再升级为专线。
但是，这里还要适当考虑安全性问题。
（四）网络拓扑规划
网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。
拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接，它的结构主要有星型结构、环型结构、总线结构、分布式结构、树型结构、网状结构、蜂窝状结构等。
星型拓扑结构
星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话属于这种结构。
星型结构是指各工作站以星型方式连接成网。
网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。
这种结构便于集中控制，因为端用户之间的通信必须经过中心站。
由于这一特点，也带来了易于维护和安全等优点。
端用户设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信。
同时它的网络延迟时间较小，传输误差较低。
但这种结构非常不利的一点是，中心系统必须具有极高的可靠性，因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。
对此中心系统通常采用双机热备份，以提高系统的可靠性。
适用场合：
局域网、广域网。
图3-2星型拓扑结构
环型网络拓扑结构
环型结构在LAN中使用较多。
这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户，直到将所有的端用户连成环型。
数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。
这种结构显而易见消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。
环行结构的特点是：
每个端用户都与两个相临的端用户相连，因而存在着点到点链路，但总是以单向方式操作，于是便有上游端用户和下游端用户之称；
信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有一条道路，故简化了路径选择的控制；
环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单；
由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影响信息传输速率，使网络的响应时间延长；
环路是封闭的，不便于扩充；
可靠性低，一个节点故障，将会造成全网瘫痪
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