第一中学校园网网络改造方案0425CDB.docx
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第一中学校园网网络改造方案0425CDB
芜湖市第一中学
校园网网络改造技术方案
2016年4月
一．芜湖一中校园网改造项目概述及分析
中国教育科研计算机网（CERNET）于1994年正式启动以来，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,中小学校园网的建设已经逐渐提到议事日程上来。
但是我国目前大多数校园网上的应用还不丰富，与学校原有一些计算机业务系统还没有充分发挥，应用水平的低下是对校园网资源的极大浪费。
只有提高校园网上的应用水平，才能切实提高学校各项业务水平，适应信息时代的要求。
因而，如何利用当前先进的计算机技术与校园网资源，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。
现在的芜湖一中，占地240余亩，校舍总面积13.8万平方米，有76个教学班，校园环境优美，教学设施先进、齐全。
学校现配学生机500台，实现了每师一机，实现了班班通和办公自动化，接通了远程教育信息网，连接了校内局域网，实现了教学资源的共享。
自学校搬迁新校址以来，学校网络设备已运行近六年，无线网络运行不稳定，机房核心网络设备和服务器均已过保修期，随时会出现故障。
二、校园网络需求分析
2.1用户需求分析
设计一个网络，首先要为用户分析目前面临的主要问题，确定用户对网络的真正需求，并在结合未来可能的发展要求的基础上选择、设计合适的网络结构和网络技术，提供用户满意的高质服务。
针对网络设备老化的情况，原迈普网络核心交换机至今无法实现双核心配置运行，需要逐步更换核心网络设备和核心主服务器设备，实现校园网络的稳定运行。
2.1.1网络带宽需求
根据统计，按最大上网机器数计算，采用加权算法，假定最忙的时候信息点平均需要带宽0.2Gbps，则需要总带宽200Gbps。
此外，主干网负责学校各个楼宇之间的数据传输、信息发布、资源共享、学校的BBS、学生信息管理系统、办公自动化系统、远程教学系统、Internet接口、与其他兄弟学校的数据交换都将运行在这个网络上。
由此，采用万兆以太网实现核心层与汇聚层或接入层的互连；采用千兆以太网实现汇聚层与接入层的互连，同样采用10/100/1000MPS自适应交换到桌面。
2.1.2合理子网与VLAN规划
根据学校的具体情况，学校网络划分VLAN子网结构不变。
2.1.3全面信息服务实现
校园网的主要功能是为教育、教学服务，校园网正促进着教学内容与方式方法的变革，促进着学校教育与社会教育的发展，改变着学校与社会、理论与实践、知识与技能的质量。
本设计组建的校园网基本实现了这几方面的需求。
1．WEB文件浏览服务
校园网的主要功能是WEB服务，也就是学校教育网站的服务，学校的校园网站本着让全体师生共同参与的理念，让大家共同建设和维护更新网站，共同丰富学校网站内容，通过建立学校网站，充分发挥校园网的教育功能。
使这些设施设备得到更好的应用，真正有效地发挥校园网的作用。
学校的网站建设从4个方面发挥作用：
（1）把学校网站做成对外宣传的窗口。
（2）把学校网站建成为学校教学工作的平台，逐步实现无纸化办公。
（3）把学校网站建成教师和学生展示自己才华的平台。
（4）学校网站建设成多方沟通的平台。
2.FTP文件传输服务
FTP文件传输是学校校园网使用的一个重要服务，建立了FTP服务后，将大大方便教师文件的传输和管理，以及学校资源库的建立。
（1）教师个人资源库、学校资源库的建立。
（2）给各处室建立独立的帐户，像校长室、德育处、教导处、教科室、总务处等都有帐户，方便资料文件的上传。
（3）FTP文件传输服务与互联网开通，无论走到哪里，我们的教师只要能上网就能随时读取自己需要的文件，真正实现异地办公。
2.1.4建设多样的应用系统
根据学校建网的目的，建议学校配备如下系统应用程序：
1.FTP服务器；
2.Web服务器；
3.应用程序服务器；
针对该局域网要实现信息交流、视频教学、办公自动化等功能，应配备如下用户程序：
1.实时聊天工具；
2.多媒体教学及课件制作软件；
3.多媒体视频点播软件；
4.Office软件；
5.在线杀毒软件套装。
2.1.5系统及数据安全防护
计算机网络迅速发展的同时，安全问题也变得日益突出。
计算机网络经常会受到黑客或者病毒的攻击，这对网络系统和数据安全造成了严重的威胁。
针对黑客威胁，网络安全管理员采取各种手段增强服务器的安全，确保网络服务的正常运行。
象在Internet上的Email、ftp等服务器一样，可以用如下的方法来对系统数据进行保护：
1、安全配置：
关闭不必要的服务，安装操作系统的最新补丁，将网络服务升级到最新版本并安装所有补丁，对根据网络服务提供者的安全建议进行配置等，这些措施将极大提供网络系统本身的安全。
2、防火墙：
安装必要的防火墙，阻止各种扫描工具的试探和信息收集，甚至可以根据一些安全报告来阻止来自某些特定IP地址范围的机器连接，给网络服务器增加一个防护层，同时需要对防火墙内的网络环境进行调整，消除内部网络的安全隐患。
2、上网行为管理：
部署上网行为管理设备，实现对校园网用户的互联网行为进行有效管理和合理的法律风险规避；避免学生接触到互联网上的暴力、色情、赌博等非法内容，引导学生有节制使用娱乐、游戏等互联网资源，营造出安全校园、绿色校园；
2.1.6可靠的带宽保障
随着校园网的迅速发展，各种新业务，特别是需要大量带宽的新型网络业务（如视频多媒体业务）的大量涌现使得校园网内的业务流量不断增加，当这些业务量猛增的时候，拥塞是难以避免的。
这使得资源本来相对富裕的校园网不能适应网络不断发展的需要，难以提供满足多种业务要求的QoS保证。
在一个没有实施QoS机制的校园网中，如果某个节点（比如交换机的一个端口）发生拥塞，它将会影响网上正在运行的所有业务。
例如，使得IP/TV视频图像速率变慢或静止；或者使话音通信的时延增大，甚至出现掉话现象。
针对以上的情况，校园网上也必须实施QoS机制来保证不同业务对服务质量的要求，但是它有许多不同与广域网的特点（如带宽相对较大、距离短、节点少等），所以我们必须采用具有针对性的QoS机制
校园网上的QoS控制机制需要采用分布式模式，并且尽可能在产生拥塞时能够自动启动QoS控制机制，而不要等到出现拥塞后再进行处理，从而使得拥塞造成的影响降到最低程度。
2.2校区网络的设计目标
建成后的网络能充分利用Internet、国家信息网、教育网上的各种信息，实现资源共享，能够为在此校区学习的学生提供丰富的多媒体教学手段，实现高质高效的教学目标。
由此，我们认为，校园网网络是一个典型的面向未来的网络化、信息化、自动化的集娱乐、教学、办公于一体的，具备多媒体综合业务发展需求的园区网络。
系统总体设计将本着总体规划、分布实施的原则，充分体现系统的技术先进性、高度的安全可靠性，同时具有良好的开放性、可扩展性。
本着为学校校区着想，合理使用建设资金，使系统经济可行。
学校网络应当实现如下功能：
Ø访问互联网络
Ø访问学校虚拟网络
Ø校园网站建立
Ø远程教育
ØVOD点播
Ø网络安全管理
Ø电子邮件和电子公告
Ø计算机辅助教学
Ø教师备课功能
Ø对外交流
Ø校园管理平台
Ø信息资源库
2.3系统设计指导思想
建设校园网络，本着少花钱办大事的原则，充分利用有限的投资，在保证网络先进性的前提下，选用性能价格比最好的设备，我们认为校园网建设应该遵循以下原则：
◆先进性
以先进、成熟的网络通信技术进行组网，支持数据、语音、视像等多媒体应用，用基于交换的技术替代传统的基于路由的技术。
◆标准化和开放性
网络协议采用符合ISO及其他标准，如：
IEEE、ITUT、ANSI等制定的协议，采用遵从国际和国家标准的网络设备。
◆可靠性和可用性
选用高可靠的产品和技术，充分考虑系统在程序运行时的应变能力和容错能力，确保整个系统的安全与可靠。
◆设备的兼容性
选用符合国际发展潮流的国际标准的软件技术，以便系统有可靠性强、可扩展和可升级等特点，保证今后可迅速采用计算机网络发展出现的新技术，同时为现存不同的网络设备、小型机、工作站、服务器、和微机等设备提供入网和互连手段。
◆实用性和经济性
从实用性和经济性出发，着眼于近期目标和长期的发展，选用先进的设备，进行最佳性能组合，利用有限的投资构造一个性能最佳的网络系统。
◆安全性和保密性
在接入Internet的情况下，必须保证网上信息和各种应用系统的安全。
◆扩展性和升级能力
网络设计应具有良好的扩展性和升级能力，选用具有良好升级能力和扩展性的设备。
在以后对该网络进行升级和扩展时，必须能保护现有投资。
应支持多种网络协议、多种高层协议和多媒体应用。
◆网络的灵活性
系统的灵活性主要表现在软件配置与负载平衡等方面，配合交换机产品与路由器产品支持的最先进的虚拟网络技术，整个网络系统可以通过软件快速简便地将用户或用户组从一个网络转移到另一个网络，可以跨越办公室、办公楼，而无需任何硬件的改变，以适应机构的变化。
同时也可以通过平衡网络的流量，以提高网络的性能。
三、校园网网络设计方案及分析
3.1总体拓扑设计
3.2网络的分层设计原则
从逻辑上，校园网络可分为核心层、分布层和接入层，每层都有其特点。
层次化设计的优点可以总结为如下几点：
可扩展性：
因为网络可模块化增长而不会遇到问题；
简单性：
通过将网络分成许多小单元，降低了网络的整体复杂性，使故障排除更容易，能隔离广播风暴的传播、防止路由循环等潜在的问题；
设计的灵活性：
使网络容易升级到最新的技术，升级任意层次的网络不会对其他层次造成影响，无需改变整个环境；
可管理性：
层次结构使单个设备的配置的复杂性大大降低，更易管理。
3.1.1核心层（CoreLayer）
核心层为下两层提供优化的数据输运功能，它是一个高速的交换骨干，其作用是尽可能快地交换数据包而不应卷入到具体的数据包的运算中（ACL，过滤等），否则会降低数据包的交换速度。
3.1.2汇聚层（DistributionLayer）
汇聚层提供基于统一策略的互连性，它是核心层和访问层的分界点，定义了网络的边界，对数据包进行复杂的运算。
在园区网络环境中，汇聚层主要提供如下功能：
●地址的聚集
●部门和工作组的接入
●广播域/多目传输域的定义
●InterVLAN路由
●任何介质的转换
●安全控制
3.1.3接入层（AccessLayer）
接入层的主要功能是为最终用户提供对园区网络访问的途径。
本层也可以提供进一步的调整，如Access-listFiltering等。
在园区网络环境中，接入层主要提供如下功能：
●带宽共享（SharedBandwidth）
●交换带宽（SwitchedBandwidth）
●MAC层过滤（MACLayerFiltering（possibly））
●微分网段（Microsegmentation）
3.2芜湖一中校园网方案特性分析
3.2.1高性能网络设计
设备的高性能：
核心节点的交换机是整个校园网络的核心，本次建议采用高交换和路由能力，模块化设计交换机作为核心，保障良好的扩展性能。
增加汇聚层交换连接核心和接入层，随着中小企业产生和使用的数据越来越多，桌面的千兆连接日益需要加强，与核心连接相互支撑，确保提供统一、无缝的用户体验。
网络的高性能设计：
整个校园的建设可以采用全线速交换设计，千兆到每个接入层用户。
有效的子网划分和流量控制使整个校园网络能高速、安全的运行。
3.2.2网络可扩展性设计
网络的扩展性对网络业务的发展至关重要，它直接决定了校园网是否能够在节约成本的基础上跟上网络技术的发展和满足学校信息不断增长的需要，一个扩展性差的网络不仅为学校的投资造成了巨大的浪费，同时又无法满足学校网络业务不断发展和信息的增长的需要，为了保证网络能够不断的适应学校网络业务今后发展的不断需求，本次项目设备选型充分考虑到这点，以保证网络的高扩展性。
3.2.3QOS功能
带宽控制特性
以太网是一种基于广播机制的共享型技术，任何一个位于以太网上的用户均可以向网上发送信息，在以太网的技术中没有具体带宽控制的机理。
网络产品应提供对用户带宽控制的功能。
带宽控制通过对每一个用户的上行带宽与下行带宽进行限制，保证对每个用户的公平性，防止在共享型网络结构中某一用户长期恶意霸占带宽而导致其他用户无法享受服务的现象。
Qos控制特性
随着IP网络规模的不断扩大，网上的实时业务量也在不断增长，同时网络上的应用类型多种多样，不同的应用对网络的需求也有所不同。
IP网络中引入QoS技术，就是为了确保实时业务的通信质量，满足各种业务对网络资源的需求，使网上资源获得最佳利用，降低成本，改善对用户的服务。
3.2.4无线覆盖
无线局域网采用的技术支持应为国际标准或业界标准，不应使用或被某个厂商的专用技术和协议所局限，需要确保网络设备的兼容性和互通性，有利于网络设备的投资保护。
根据芜湖一中的需求和无线网建设与设计原则，建议采用无线控制器+FITAP的解决方案，完成无线局域网覆盖项目。
◆采用高性能802.11ac的无线网络交换技术及分布式交换体系结构。
◆充分利用现有有线网络结构与资源，优化和融合无线网络。
◆采用集中控管的组网方式，集中控制管理所有的AP。
◆AP的供电可以不单独拉电源线，采用POE供电的方式。
◆采用先进的WLAN网管系统管理局域网。
◆充分考虑WLAN的安全性，采用先进的WLAN安全技术保障。
◆无线局域网系统要支持故障热备冗余能力。
◆无线局域网系统要能方便和灵活地调整与扩充。
3.2.5可靠的网络安全设计
安全性是网络设计要考虑的最重要的因素之一，设计中充分考虑了网络的安全性，具体体现在以下几个方面：
（1）通过VLAN的划分，限制了不同VLAN之间的互访，从而保证了不同网络之间不会发生XX的非法访问。
（2）在核心节点可提供基于地址的Access-list，以控制用户对于关键资源的访问。
通过在汇聚和核心交换机上设置VLAN路由以及访问过滤，保证了在VLAN之间只有被允许的访问才能发生，而XX的访问都会被禁止。
（3）通过对上网的安全教育，提高安全意识，特别是增强计算机操作人员的密码管理意识，以防止由于操作员密码有意无意泄露给他人而造成的损失。
（4）制定严格的安全制度，包括人员审查制度、岗位定职定责制度、使用计算机的权限制度以及防病毒制度，从制度上保证网络安全性得以实现。
（5）可以对所有的重要事件进行Log，这样方便网络管理员进行故障查找；
（6）可以对所有的Telnet以及SNMP的访问进行限制，从而最大程度地保证汇聚层系统地安全。
（7）可以在接入层中通过限制MAC地址的访问提高网络安全。
3.2.6方便的网络管理和维护
对于网络运维人员而言，日常维护工作不仅繁杂，而且工作量大，涉及的工作内容包括监控拓扑对象、监控网元、配置网元、监控业务、诊断故障、监控性能、查看资源、报表生成等。
本次方案推荐的网络管理系统，可以准确、快捷的提供运维人员所需要的信息，大大减轻运维人员的工作量。
通过eSight网络管理系统丰富的管理功能和灵活多样的维护手段，可以轻松实现网络日常维护。
本次部署网络运维管理平台，，做到网内设备集中管理，配置50个设备的管理授权。
3.2.7网络高可靠性的设计
可以从两方面来考虑：
关键设备冗余，本次改造后校园网络核心交换采用HA双核心冗余热备规划。
在网络设计中所涉及的所有主要设备，均采用高可靠设计的原则。
核心关键部件的冗余备份：
电源冗余等。
关键网络链路的冗余备份，从核心到汇聚采用双链路组网，保障链路的可靠性。
四、服务器存储系统虚拟化升级
时至今日，x86的PC与服务器已经拥有强大的性能，并且一日千里，无时无刻都在进步，这些性能往往远超过个人或整体使用，许多时候，硬件资源是处于闲置状态的。
虚拟化之后具备了许多好处：
1.服务器整合（Serverconsolidation）
许多时候，数据中心物理服务器的使用率是偏低的，通过虚拟化技术，我们可以整并一些老旧、低使用率的物理服务器（使用P2V功能），将OS虚拟化之后集中到新的实体机器上，提高硬件资源使用率，无形之中也降低了空调成本，多出了机柜可使用的空间，也节省了电力成本。
2.灵活的资源调派
通过虚拟化技术，我们可以动态调配资源给VM，并让它在不同的实体主机之间做到不停机地移转（VMotion），避免硬件因为计划性的停机维护而不能提供服务。
当虚拟机无法在实体机中取得足够硬件资源的时候，我们还可以让它自动去找寻闲置有足够资源的实体机，并在线转移过去，进行服务器的资源负载平衡（DRS功能）。
经过虚拟化之后，原本困难费心的事情变得很轻松容易实现。
3.快速大量部署、降低维护工作
要快速产生一台或多台合乎标准的虚拟机是非常容易的，这省下了采购硬件的流程、安装软件时间、后续硬件维护等多道麻烦手续，非常快速与方便地用于开发、测试、维运等环境上面。
4.增加可用性与备份
由于虚拟机具有可移植性，在备份与转换硬件服务器方面非常方便。
我们不需要关心硬件服务器的厂牌、芯片组、处理器频率、驱动程序等问题。
而HA更避免了将鸡蛋放在同一个篮子里的风险疑虑，当一个实体的服务器因为硬件故障损坏时，可将虚拟机自动重启在其他的服务器上面。
虚拟机的备份也与传统方式不同，备份的速度与方便性都有很大的提升。
应遵循的基本设计原则
在此次方案的设计中，首先要考虑的是实用性和易用性，确保使用技术成熟的网络设备、IT技术，同时要考虑对现有设备和资源的充分利用，避免重复投资。
这对于有效节省成本，但又要充分发挥系统作用尤为重要。
具体原则如下：
（1）业务引导原则
始终坚持应用先导与业务先行的理念。
能否满足应用需要，在应用中能否发挥成效，始终是检验信息化建设成败的关键标准。
因此，不能为了技术而技术，要充分发挥业务部门的主导作用，以应用为出发点，将信息化应用的成熟需求与云计算技术紧密结合，着力解决当前信息化应用成效如何进一步提升的问题。
（2）可扩展性原则
为了保护已有的投资以及不断增长的业务需求，系统必须具有灵活的结构并留有合理的扩充余地，以便根据需要进行适当的变动和扩充；主要业务平台系统应采用开放的结构，符合国际标准、工业标准和行业标准，适应技术的发展和变化。
（3）合理性原则
在一定的资金条件下，以适当的投入，建立性能价格比高的、先进的、完善的业务系统。
所有软硬件的选型和配置要坚持性能价格比最优原则，同时兼顾，与目前操作系统和应用系统的兼容性。
在满足系统性能、功能以及考虑到在可预见的未来不失去先进性的条件下，尽量取得整个系统的投入合理性，以构成一个性能价格比优化的应用系统。
系统架构的设计应尽可能地运用虚拟化、云计算等新技术，以符合未来的技术发展方向。
这种设计方法可以最大化地利用投资，并在利用率、管理、能源等各方面提高用户投资的效率，降低总体拥有成本，减少浪费的发生。
（4）可靠性原则
系统要具有高可靠性及强大的容错能力。
该系统必须保证7×24全天候不间断地工作，核心设备比如服务器和存储设备具有全容错结构，并具有热插拔功能，可带电修复有关故障而不影响整个系统的工作，设计应保持一定数量的冗余以保证整体系统的高可靠性和高可用性。
即便是在系统建设初期也要着重考虑系统可用性、可靠性问题，防止出现系统停顿等问题造成信息系统的中断服务。
通过结合虚拟化等新技术，可以更好地提高系统的可靠性和可用性。
（5）可管理性原则
选择基于国际标准和开放的技术，采用标准化、规范化设计；同时采用先进的设备，易于日后扩展，便于向更新技术的升级与衔接，实现系统较长的生命力；
在设计、组建中心机房系统时，采用先进的、标准的设备；在选购服务器、存储和连接设备时，选用同一家公司的系列产品，确保系统部件间的严密配合和无缝联接，并获得良好的售后服务和技术支持；整个系统建成后按照整理一套完整的文档资料，以便提高整个系统的可管理性与可维护性。
（6）安全性原则
严格按照国家关于信息安全的规定和要求，规划和部署中心机房的业务系统和灾备系统；采用防火墙、安全服务器、内外网隔离系统、系统备份还原系统、业务数据备份系统、容灾系统来防止内外部的网络安全威协和数据丢失窃取威胁等；监视网络病毒的活动，防止病毒和木马的破坏。
安全产品必须通过国家安全机构认证，确保系统和数据的安全。
整体建设思想
本次环保局服务器虚拟化建设将利用虚拟化等相关技术，结合绿色数据中心建设的目标和需求，以战略支持型信息化建设为导向，以支持保障信息化业务发展为建设思路，构造一个功能齐全、设备先进、运行高效、使用灵活、维护方便、易于扩展、投资省、高安全可靠的全局性基于虚拟化技术的数据资源中心。
虚拟化资源层结构设计
虚拟化基础架构体系
什么是服务器虚拟化
服务器虚拟化将硬件、操作系统和应用程序一同装入
一个可迁移的虚拟机档案文件中如图所示：
在单台服务器虚拟化基础上，通过虚拟化管理中心将多台服务器、存储硬件基础资源进行整合，构建硬件（CPU、内存、I/O）资源池，实现数据中心整体硬件资源的按需分配。
虚拟化结构如图所示：
将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器，或者让几台服务器变成一台服务器来用，我们不再受限于物理上的界限，而是让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”，从而提高资源的利用率，简化系统管理，实现服务器整合，让IT对业务的变化更具适应力，从而构建出环保局服务器虚拟化建设管理一体化平台云计算中心系统平台的基础。
虚拟化拓扑架构
针对上面的拓扑图，详细说明如下：
整体架构可以分为三层，最底层为存储网络层，中间层为虚拟化系统，最上层为虚拟服务器层；其中，下面的两层为资源提供方，最上层为资源用户；而中间层的虚拟化系统又起到了资源分配调度的作用。
部署虚拟化系统之后的整体架构和传统架构下是没很大区别的，利用共享存储实现数据集中和共享，结合管理中心实现应用系统的统一管理；虚拟化集群的形成，直接为应用系统提供了高可用和负载均衡的功能，集中的数据存储为本地灾备及异地灾备提供了扩展空间。
服务器虚拟化建设方案
整体设计
此次整体平台建设相对于未来还有其他业务的发展，我们建议采用三台高性能服务器作为虚拟化平台业务的底层。
虚拟化资源通过SAN网络连接至后端存储
通过以上整体的硬件部署及虚拟化平台建设，将软件部署在此平台上，实现动态扩展、按需增加。
具体分析如下：
系统架构分析
根据实际业务需求，结合目前具体发展规划，我们建议采用浪潮高性能服务器构建网络中心的服务器虚拟化平台，服务器均安装虚拟化软件实现系统的高可用及负载均衡集群，将原来的应用均迁移至新的平台上来，并在中心机房安装管理中心进行整个系统实现集中监管，实现资源自动调配、虚拟机的自动迁移、核心业务的HA等，从而组建高可靠性、高可用性及负载均衡的信息化平台。
存储方面我们建议：
采用FC存储，保证主业务的高访问速度,组建FC-SAN环境。
虚拟化技术将高性能物理服务器中的CPU、内存、存储、网络等资源抽象到虚拟层中，形成虚拟化系统架构。
在虚拟化系统架构基础上，建立虚拟机。
将资源从虚拟层中统一分配给每个虚拟机，每个虚拟机使用的系统资源都是由虚拟架构统一调配，而每一个虚拟服务器，从功能、性能和操作方式上，等同于传统的单台物理服务器，在每个虚拟服务器上，再安装配置操作系统，进而再安装应用软件，从而大大提高资源利用率，降低成本，增强了系统和应用的可用性，提高系统的灵活性和快速响应，完美的实现了服务器虚拟架构的整合。
为了集中管理和监控虚拟服务
升级会员 