精品园区网络设计与实现.docx

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精品园区网络设计与实现

园区网络设计与实现

摘要

随着计算机网络的迅猛发展，曾经在园区网中被广泛使用的10M/100M以太网技术、ATM等技术已经渐渐不能适应业务需求。

现在，千兆以至10G级别以太网技术正逐渐成为园区网主干的主流技术。

因此，许多大型园区网络面临着技术改造或者重新设计。

本文针对当前园区网络中存在的设计混乱、层次复杂、稳定性低，安全性不足等一系列问题，采用工程化设计方法，依照行业规范，设计并模拟实现一个园区网络，该网络依照行业规范设计，采用新近成熟的产品与技术，满足用户安全性、通用性、可操作性和拓展性的要求，由于网络设计过程中严格依照行业规范，采用模块化设计思想，因此网络系统各层可移植性强，极大的方便了以后的网络设计工作。

关键词：

交换机；路由器；设计；实施

Abstract

Withtherapiddevelopmentofcomputernetwork,thekindsofbusinessinenterpriseororganizationhaveincreased,andthedataflowofbusinesshasrisenalot,thetendenceofwhichisveryevident.Theoncewidelyusesdtechnologies10/100MEthernet,ATMetc.graduallyfailtomeetthedemandsofbusiness;atthemoment,theEthernetof1000Moreven10Gisbecomingthemaintechnologyinthemajorcampusnetwork.Inconsequence,manylargecampusnetworkarefacingtheproblemsoftechnologychangingornewdesigning.Aimingattheproblemsincampusnetandenterprisenetsuchasdisorderlydesign,complicatedlevels,lowstability,lackofsecurityandsoon,thisthesiswilladopttheengineeringdesignmethod,Accordingtotheprofessionalstandards,theauthorofthisthesisintendstodesignandimitatealargescaleofcampusnet.Byfollowingtheprofessionalstandardsandadoptingtheupdatedproductsaswellastechnology,thisnetcansatisfytheusersforitssecurity,versatility,manipulationandextension.Becauseofthestrictconformitytoprofessionalstandardsinthedesigningofthenetandtheemploymentofmoduledesigntechnology,everylevelinthisnetsystemcanbeimplanted,whichwillgreatlybenefitthenetdesigningworkinthefuture.

keywords:

switch;router;design;implement

第一章绪论

1.1选题来源

随着计算机网络的迅速发展，曾经在园区网中被大量使用的10M/100M以太网技术、ATM技术已经渐渐不能适应现在的业务需求，作为园区主干网，10M/100M以太网作为主干网络核心技术带宽不足的弊病渐渐凸显，已经严重影响着园区网络的运行效率，目前仍有许多大型园区网络在使用ATM技术，这样的网络面临两个问题：

VLAN间路由的性能不能满足网络需求，并且ATM技术正在逐步被淘汰。

现在，千兆以至10G级别以太网技术正逐渐成为园区网络主干的主流技术。

因此，许多大型园区网络面临技术改造或者重新设计。

针对当今的企业园区网络中存在的设计混乱、层次复杂、稳定性低，安全性不足等一系列问题，本文采用工程化设计方法，依照行业规范，设计并使用路由交换模拟软件模拟实现一个园区网络，通过对本项目的实际操作，增加对网络整体构架的认识，提高自己的网络设计能力，全方位提升自身素质，使大学生摆脱网络学习理论与实践的脱节现象。

1.2主要内容

本文主要做了以下两个方面的工作：

第一，介绍了园区网络的含义、特点以及未来发展趋势，并且针对现实中存在的实际情况，按照规范化的系统方法规划设计一个完整的园区网络，并针对各种路由协议、设计模型进行了综合对比分析，以选取最符合实际的方案。

第二，使用DynamipsGUI软件配合SecureCRT对部分网络进行了模拟，以实现网络的互通互联，对各层设备进行了配置，并以配置文档的形式给出。

1.3论文结构

本文共分为八章，第1章是绪论部分，第2章至第6章为论文的主体部分，第7章为总结。

第1章：

绪论。

讲述本论文的选题来源以及选题意义等，并对论文主要研究内容作概述。

第2章：

园区网概述。

主要是对园区网做概括性阐述，包括其含义、特点、发展趋势，以及园区网建设的必要性。

第3章：

园区网设计。

详细阐述园区网设计方法，包括需求分析、设计原则、网络模型选择、VLAN及IP地址规划、路由协议选择和网络设备选择等。

第4章：

网络安全设计。

概括阐述当今流行的VLAN技术、AAA技术、VPN技术和防火墙技术等。

第5章：

网络模拟实现。

介绍DynamipsGUI和SecureCRT使用方法，给出实验拓扑，并针对实验拓扑给出详细配置方法。

第6章：

网络测试。

详细介绍网络测试方法以及测试过程中现象以及需要注意的问题。

第7章：

总结。

介绍自己毕业设计过程总遇到的问题，对毕业设计的过程进行总结。

第二章园区网概述

2.1园区网含义

园区网是指为企事业单位组建的办公局域网。

典型的园区网包括校园网、社区网、住宅小区网、企事业单位网等。

2.2园区网特点

①园区网是网络的基本单元。

②园区网较适合于采用三层结构设计。

③园区网对线路成本考虑的较少，对设备性能考虑的较多，追求较高的带宽和良好的扩展性。

④园区网的结构比较规整。

2.3园区网发展趋势

从计算机网络应用角度来看，网络应用系统将向更深和更宽的方向发展，这也相应的影响着未来园区网的发展方向。

首先，Internet信息服务将会得到更大发展。

网上信息浏览、信息交换、资源共享等技术将进一步提高速度、容量及信息的安全性。

其次，远程会议、远程教学、远程医疗、远程购物等应用将逐步从实验室走出，不再只是幻想。

网络多媒体技术的应用也将成为网络发展的热点话题。

第三章园区网设计

3.1需求分析

某企业园区刚刚建成，是一大型企业的分支机构，为了实现企业的办公信息自动化，扩大企业的影响，方便和总部的信息交流，需要建立自己企业的Intranet。

企业现在有2幢9层的办公大楼，分别是生产部和销售部，另外还有一个家属区，家属区有3幢6层的大楼，两个相距300米。

企业局域网需要考虑覆盖办公区和家属区。

局域网需要实现的目标如下：

①实现有效的信息交换和共享。

企业通过两条专线接入电信和网通。

②企业需要实现办公自动化。

局域网提供企业内部电子邮件收发、信息浏览、文件管理、会议管理、电子公告等多方面应用。

③为了扩大企业的影响，企业对外提供自己的宣传网站，并且能够保证网站安全，不受外部或者内部攻击。

④充分考虑今后各部门的接入扩展性。

⑤充分考虑企业内部网络的安全性。

3.2网络设计原则

我们遵循以下的原则进行网络设计：

1实用性

实用性是网络系统建设的首要原则，该网络必须最大限度的满足需求，保证网络服务的质量，否则就会影响日常工作效率。

2标准化

整个网络从设计、技术和设备的选择，要确保将来可能的不同厂家设备、不同应用、不同协议连接的需求，必须支持国际标准的网络接口和协议，以提供高度的开放性。

3先进性

先进性主要是针对网络系统的设计思想、网络结构、软硬件设施以及所选用技术等方面。

只有先进的技术才可能为网络带来更高的性能，并且能保证在技术上不容易被淘汰。

4可扩展性

可扩展性是指该网络系统能够适应需求的变化。

随着技术发展，信息量增多和业务的扩大，网络将在规模和性能两方面进行一定程度的扩展。

5可靠性

网络要求具有高可靠性，高稳定性和足够的冗余，提供拓扑结构及设备的冗余和备份，为了防止局部故障引起整个网络系统的瘫痪，要避免网络出现单点失效，核心设备需要支持冗余备份。

6安全性

网络安全性在整个网络中是个很重要的问题，网络系统建设应采取一定手段控制网络的安全性，以保证网络正常运行。

7管理性

随着网络规模和复杂程度的增加，管理和故障排除就会越来越困难。

为保障网络中心的正常运行，网络必须易于管理，支持网络网段与端口的监控、网络流量与出错的统计、网络故障的定位、诊断、修复。

3.3网络模型设计

图3.1典型的三层网络模型

三层网络架构采用层次化模型设计，即将复杂的网络设计分成三个层次，每个层次着重于某些特定的功能，这样就能够使一个复杂的大问题变成许多简单的小问题。

三层网络架构设计的网络有以下三个层次：

3.3.1核心层（CoreLayer）

核心层是网络的高速交换主干,对整个网络的连通起到至关重要的作用。

核心层应该具有如下几个特性:

可靠性、高效性、冗余性、容错性、可管理性、适应性、低延时性等。

该层必须是基于千兆高速交换和路由的设计，设备的性能容量也是最高的（高达百Gbps容量和每秒千万级数据包转发能力）。

主要是由全模块化的高性能多层路由交换机和高性能服务器组成，系统带宽必须是千兆甚至10Gbps。

3.3.2汇聚层（DistributionLayer）

汇聚层是网络接入层和核心层的“中介”，就是在工作站接入核心层前先做汇聚，以减轻核心层设备的负荷。

汇聚层具有实施路由策略、安全、工作组接入、虚拟局域网（VLAN）之间的路由、源地址或目的地址过滤等多种功能。

该层一般采用100M或1000M的快速交换路由设计，设备的性能容量性也很高，主要由固定配置+可选模块的三层路由交换设备组成。

3.3.3接入层（AccessLayer）

接入层向本地网段提供工作站接入。

在接入层中，减少同一网段的工作站数量,能够向工作组提供高速带宽。

访问层是由100M快速以太网交换机和客户机组成，该层次一般采用100M快速以太网，采用可管理的固定配置的工作组级别的交换机，能提供多层堆叠功能实现大量用户的接入。

三层网络架构的特点是网络性能高，层次清晰，网络管理直观、方便，并合理地分散了网络设备带来的安全风险，网络结构安全可靠。

3.4网络模型选择

单核心网络模型适用于规模小，信息节点少，对网络冗余性要求不高的网络，一般中小学网络最为常见，而双核心网络模型适用于规模大，信息节点多，网络冗余性要求高的网络，一般的园区网都使用双核心网络。

3.5园区网络拓扑图

图3.2三层网络架构的园区网拓扑图

3.6IP地址规划

在构建基于TCP/IP的企业网络时，IP地址的选择是根据企业网络规模大小从以下三类国际Internet组织公布的私有网段中产生，这些范围内的IP地址不在Internet上传输，是专门提供给企业用来建设内部网络（Intranet）：

A类私有IP:

10.0.0.0——10.255.255.255。

B类私有IP:

172.16.0.0——172.16.31.255。

C类私有IP:

192.168.0.0——192.168.255.255。

对于小型园区网络，由于上网用户少、设备数量少，建议使用地址空间小的192.168.0.0/16的网络。

而对于中大型园区网络，如三层结构的校园网，由于上网人数多，设备数量多，建议采用地址空间大的10.0.0.0/8的网络。

3.7VLAN规划

虚拟局域网（VLAN）是将局域网内广播域逻辑地划分为若干子网。

在一个交换局域网中，所有局域网段通过交换机连接到一起，路由器连在交换机上（如果是三层交换机，则不需路由器），可以按网段和站点的逻辑分组形成广播域，通过在局域网交换机内过滤广播包，使得源于特定虚拟局域网的信息包仅传送到那些也属于这个虚拟局域网的网段上。

虚拟局域网之间的寻径由路由器完成。

虚拟局域网建立以后，能有效地控制网络的广播风暴，减少不必要的资源带宽浪费，并能随着企业规模的发展和调整改变通信流的模式。

VLAN规划需要考虑如下因素：

①用户VLAN与设备管理VLAN分开（IP地址）。

②为网络扩容进行可汇总的预留设计。

③IP地址与VLAN编号（其它相关因素）有一定的对照性。

如图3.3所示：

图3.3IP和VLAN对应规则

根据具体需求与安全性要求等情况综合分析，园区网IP地址详细规划如表3.4所示：

表3.4IP地址规划表

物理位置

VLAN范围

IP网段

默认网关

获取方式

住宿区

VLAN10——VLAN30

172.16.1.0——172.16.30.0/24

172.16.x.254/24

DHCP

办公区

VLAN40——VLAN50

172.16.40.0——172.16.50.0/24

172.16.x.254/24

DHCP

服务器组

VLAN100

202.117.144.1--202.117.144.253

202.117.144.254

静态指定

3.8路由协议选择

路由协议可分为距离矢量、链路状态和混合型路由协议。

使用距离矢量路由协议时，所有路由器只能向它的邻居路由器发送自己的整张路由表。

然后路由器使用接收到的路由条目确定是否需要更新自己的路由表。

这个过程会周期性的重复进行。

与此相反，当网络使用链路状态路由协议时，每个路由器可以向其它所有的路由器发送自己的接口（链路）状态信息，但是这仅仅发生在网络拓扑发生变化的时候，每个路由器使用收到的链路状态信息重新计算自己到每个目标网络的最佳途径，然后把这些路由信息保存到自己的路由表中。

混合型路由协议，顾名思义，该协议借用了距离矢量和链路状态协议的思想。

混合型协议能向邻居路由器（类似距离矢量）发送变动的信息（类似链路状态）。

路由协议的比较

①路由信息协议（RoutingInformationProtocol,RIP）

RIP是一种简单的动态路由协议，RIP至今有两个版本，RIPv1和RIPv2，后者是前者的改进版本，RIP是一种有类的距离矢量路由协议，它最显著的特点是在路由更新报文中不携带子网信息，RIP默认的管理距离是120，它使用跳数做为度量值，最大跳数是15，如果超过15就认为目标网络不可达，所以RIP只能适用于小型的网络中。

②内部网关路由协议（InteriorGatewayRoutingProtocol,IGRP）

IGRP是Cisco私有的协议，其目的是为了取代RIP，它也是一种距离矢量路由协议，IGRP克服了RIP的一些严重缺陷，如IGRP在计算路由度量值时没有使用跳数，而是采用链路特征，因此要优于RIP协议。

但由于IGRP是Cisco私有的协议，非Cisco厂商的设备不能支持IGRP协议，它的改进版是EIGRP。

③增强型内部网关路由协议（EnhancedInteriorGatewayRoutingProtocol,EIGRP）

EIGRP是增强型的IGRP协议，它是一种典型的平衡混合路由选择协议，它融合了距离矢量和链路状态两种路由协议的优点，使用一种散射更新算法，实现了很高的路由性能，但由于EIGRP也是Cisco私有协议，不能在其它非Cisco设备上使用，它的应用也受到了限制。

④开放最短路径优先（OpenShortestPathFirst,OSPF）

OSPF是一种典型的链路状态、无类别IP路由协议，OSPF能够适应大型IP网络的扩展，而基于距离矢量的IP路由协议如RIP和IGRP则不能适应这种网络。

OSPF基于链路状态，其路由是基于网络地址及链路状态度量的。

作为一种自适应协议，OSPF可以根据网络状态故障情况自动调整，具有收敛时间短的优点，有利于路由表的快速稳定，这样使OSPF可以支持大型的网络。

OSPF的设计可以防止通信数据形成环路，这对于网状网络或由多个路由器实现的不同局域网互联非常重要。

OSPF还有其它一些特性：

①使用了区域的概念，有效的减少了路由选择协议对路由器的CPU和内存的占用率，划分区域还可以降低路由协议的通信量，从而使构建层次化互联网成为可能。

②完全无类别地处理地址问题，排除了有类路由协议存在的问题。

③支持使用多条路由路径的、效率更高的负载均衡。

④使用保留的组播地址来减少对不运行OSPF协议的设备的影响。

⑤支持更安全的路由选择认证。

⑥使用可以跟踪外部路由的路由标记。

经过各种路由协议的对比和选择，园区网适合采用OSPF路由协议。

3.9网络设备选择

通过对目前市场上设备的性能分析，结合企业实际和对网络扩展性的考虑，以及基于高性能、全交换，可扩展性强，系统安全，保密性高，管理简单，保护投资的选择原则，选择了以下4款设备：

出口设备：

RG-WALL16001台；RSR20-181台；RG-NPE60E1台。

核心设备：

S86102台，配置千兆光缆接口4块。

汇聚设备：

S3560-244台，每台配置2块千兆光缆接口。

接入设备：

S2126G二层交换机4台。

链路设备：

万兆光纤、千兆光纤、双绞线。

3.10配置规范

①主机命名规范

如果客户有规范或明确合理要求，则按照客户的规范或要求进行配置。

如金融行业规范。

如果客户没有规范或明确合理要求，可参考设备位置、网络位置、设备型号、设备编号等因素，在项目中制定统一的命名规范。

主机命名规范如下图3.5所示：

图3.5主机命名规范

②设备互联接口描述

项目中所有涉及到可网管设备互联的端口必须配置端口描述。

如图3.6所示：

图3.6互联接口描述

③登陆密码配置

项目中所有可网管设备必须配置特权密码及远程登陆密码。

④系统时间配置

项目中所有可网管设备必须重新设置正确的系统时间。

⑤二层交换机管理IP配置

项目中可网管二交换机必须配置管理IP地址，供管理员远程管理设备所用。

第四章网络安全设计

园区网的安全是一个综合问题，它包含网络设备和人为因素两个方面以及与外网（Internet）接口上的安全问题。

网络的有效性和可靠性即它的可连续运行的安全性是网络建设必须考虑的首要原则，从用户的角度考虑，当网络所需的服务不可用时，不管是何种原因，网络就失去了实际价值。

从另一角度看，当某种网络服务的响应时间变得变幻莫测时，网络系统也不可靠了。

为此我们在网络设计上就考虑了以下的技术来提高安全性。

4.1VLAN技术

VLAN技术是通过路由和交换设备，在网络的物理拓扑基础上建立的一个逻辑的网络。

VLAN可以看作是一个广播域，它们不受地理位置的限制而像处于同一LAN上那样相互交换信息。

VLAN是在交换网络中实现的。

每个交换设备均可根据网络管理人员所定义的VLAN划分方法对报文进行过滤和转发，并能将这种划分信息传递到网络中其它交换设备和路由器中去。

可以限制VLAN中的用户数量，禁止那些没有得到许可的用户加入到某个VLAN中。

这样，可以控制用户对网络资源的访问，控制广播组的大小和组成，并借助网管软件在发生非法入侵时通知管理员。

交换机上划分VLAN方法如图4.1所示：

图4.1交换机划分VLAN方法

4.2AAA技术

AAA认证体系结构包括鉴别（Authentication）、授权（Authorization）和记账（Accounting）。

鉴别过程主要完成用户身份识别，并为该用户指定特权级别，控制该用户对网络资源和服务的访问和使用，在允许访问前，用户必须首先通过鉴别。

授权过程决定用户或用户组可以访问的指定服务和网络资源，该过程也定义在用户在资源上的可执行的操作。

记账的过程主要是收集信息，以确定谁在使用哪些资源。

4.3VPN技术

虚拟专用网（VirtualPrivateNetwork，VPN）技术的基本思路是充分利用现有的公用网络来建立一个私有的、安全的连接，即建立一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定的隧道，同时避免昂贵的专线租用费用，它使用的是建立在物理连接基础上的逻辑连接，客户并不能意识到实际的物理连接，而且在穿越Internet进行路由时，其安全性与在专用网络中进行安全路由的安全性基本相同。

4.4防火墙技术

目前，在保护计算机网络安全的设备中，使用最多的就是防火墙。

防火墙是在两个网络之间执行控制策略的系统，这两个网络中，通常一个是要保护的内部网，一个是外部网，防火墙在内部网和外部网之间构成一道屏障，通过检测、限制或者更改通过它的数据流，对外屏蔽内部网的信息、结构和运行状况，以防止发生网络入侵或攻击，达到对内部网的安全保护。

防火墙原理如图4.2所示：

图4.2防火墙原理图

4.5安装杀毒软件

网络的普及带来了计算机的飞速发展，计算机进入了寻常百姓家，个人电脑的安全问题显得尤为重要，尤其是政府重点部门，在防毒杀毒、系统保护方面等方面提出更高的要求，销售防毒杀毒产品的公司很多，如国外的诺顿、卡巴斯基，国内的360、金山等。

4.6其它安全措施

服务器本身的安全考虑：

不同的功能应尽量分布在不同的主机上，出于节省投资，有时需要将多种应用系统合并到一台物理主机上承载，例如，一台服务器同时提供HTTP服务和数据库服务。

考虑服务器合并时，不仅考虑它的承载能力和处理能力，还要考虑合并的各种服务的安全级别。

不要把对外服务的应用与对内管理的应用合并。

操作系统：

授予不同用户不同的权限。

应用软件：

在应用软件开发中，也需要考虑分级权限控制，以防止错误操作引起系统数据丢失。

最后系统管理员要养成良好的安全管理习惯，例如：

定期修改管理员口令，避免使用规律的、易猜测的密码，定期检查安全漏洞等。

第五章网络模拟实现

5.1模拟器介绍

DynamipsGUI是由国人CCIE小凡开发的一个思科模拟器图形前端。

它不仅整合了思科所有的IOS模拟器，而且还整合了BES以及VPCS。

小凡模拟器（DynamipsGUI）是一个学习配置思科设备的很好的工具，它能在PC机的环境下真实运行思科设备IOS，绝大部分命令都支持，就和在真实思科设备上运行相差无几。

DynamipsGUI主界面如图5.1所示：

图5.1DynamipsGUI主界面

SecureCRT将SSH的安全登录、数据传送性能和Windows终端仿真提供的可靠性、可用性和可配置性结合在一起。

通过它可以登录到路由器和交换机上对设备进行配置和备份等操作。

SecureCRT主界面如图6.2所示：

图5.2SecureCRT主界面

5.2模拟环境拓扑图

由于园区网络规模过大，本次只能针对对部分重要