行政学院平谷分院局域网校园网的规划设计.docx
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行政学院平谷分院局域网校园网的规划设计
毕业设计
设计题目：
北京行政学院平谷分院局域网（校园网）的规划设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
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涉密论文按学校规定处理。
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日期：
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
3）其它
内容摘要
随着网络和计算机技术的快速发展，与之相关的应用技术也渐渐普及到人们的生活、工作和学习中，因此校园网络成为了我国各高等院校在教学与科研等工作中不可缺少的一项重要设施。
同时随着校园网的设计模式、技术和设备设施的不断更新，全国各高等院校对校园网的要求也随之越来越高。
校园网的建设是一项要求很慎密的系统性工作，在建设的过程中必须经过需求分析、系统设计、部署和调试等工作，涉及多层交换、虚拟局域网、网络安全等多种网络应用技术，本文选题北京行政学院网络的设计和实施，具有一定的实践价值。
目前北京行政学院平谷分院校园网已建设完毕并开始投入使用，在经过一段时期的运行观察，证明了本网络方案的设计完全满足了该校区在日常教学、办公和科研等方面的需求，达到了预期的目标。
关键字：
校园网；虚拟局域网（VLAN）；网络安全；组播
北京行政学院平谷分院局域网（校园网）的规划设计
一、绪论
在科技技术飞速发展的今日，计算机及网络的应用也在不断增加与扩大，人们在日常的工作、学习和生活中已经无法离开计算机和网络。
计算机网络、数据库及与之相关的应用技术不断发展，以及多媒体数据的存储、传输、应用技术不断成熟，尤其是国际互联网和局域网技术的广泛应用，世界正在迈入以计算机网络为中心的信息化时代。
在2012年5月国务院在《2012-2020年国家信息化发展战略》文中指出，信息化是当今世界发展的大趋势，是推动经济社会变革的重要力量。
大力推进信息化，是覆盖我国现代化建设全局的战略举措，是贯彻落实科学发展观、全面建设小康社会、构建社会主义和谐社会和建设创新型国家的迫切需要和必然选择。
根据北京行政学院平谷分院校园网的总体建设要求和校区各使用部门和单位提出的需求，以“统一规划、适度超前，分步实施、注重实用、方便管理”为建设原则，“新老校区网络兼容，建成统一的，可持续发展的信息化系统”为目标。
最终，北京行政学院提出了平谷分院第一期信息化系统建设的需求。
本文选题北京行政学院网络建设的设计和实现，以平谷分院校园网建设为背景，学习和借鉴了广州大学城及全国其它高等院校校园网络建设的成果和经验，再根据北京行政学院的实际需求，结合自己的工作实践经验，并以目前发展较为成熟的三层交换和虚拟局域网（VLAN）为核心的技术进行了规划、设计、实施和部署。
二、网络技术的发展和校园网建设现状
（一）网络技术的发展
计算机网络技术起源于二十世纪60年代的美国，原本只是用于军事通讯，但后来逐渐转变为民用，经过短短的40年发展和完善，计算机网络已经广泛应用于各个领域，并改变着我们的生活。
在20年前，在我国很少有人接触过网络。
但是现在，计算机通信网络和互联网已经成为我们社会结构的一个基本组成部分。
现今人们对信息的渴求加速了网络技术的不断发展与更新。
网络交换技术的出现就是网络技术飞速发展的必然结果。
在网络技术的发展历史中，发生过两次重大的变革。
一次是从终端/主机方式转为共享式网络，第二次就是从共享式网络向交换式网络的转变。
事实证明交换式网络符合了人们对爆炸式网络信息的应用需求。
时至今日，人们只是在网络交换方式上不断进行变革，而并没有从根本上摒弃网络交换技术，这说明了网络交换技术具有更旺盛的生命力。
这两次变革都是围绕着网络带宽这个根本问题进行的，而对网络带宽的要求反映了一切从需要出发的必要性。
共享式网络对带宽限制以及使用数据链路层地址上的不灵活限制了网络技术的发展，对于人们不断扩充网络节点和各种服务的需求显然是不相适应的，而网络交换技术克服了这种种缺点，使得类似VLAN这种灵活的应用方式得以实现。
（二）校园网的建设现状
互联网的飞速发展，大力地推进了我国互联网络的建设。
其中中国教育科研网（CERNET）的发展，就促进了我国各高等院校的网络建设。
大部分高校都建成了自己的校园网，并接入了中国教育网（CERNET），还有很多院校选择了接入中国电信网（ChinaNet），网络带宽也随着用户量的增加而不断扩充，各功能模块和应用系统不断完善，高校信息化体系初现规模。
我国高校校园网和信息化建设的特点是起步晚、发展快、跳跃大，目前信息化管理水平较高的大学已经与发达国家的大学信息化管理同步进入应用集成和信息集成阶段。
但随着校园网的不断发展，各类问题也不断出现，并在一定程度上制约了校园网络的进一步发展：
（1）网络建设规模与实际需求之间有差距。
一是设计规模过大，实际需求太小，并且一时不可能达到设计规模所设定的实际需求。
有的学校盲目引进国外先进设备，购进先进软件，但一时需求跟不上而使设备闲置。
二是设计规模过小，实际需求增长很快，设计赶不上实际需求的增长速度。
前者造成的是浪费，后者造成的是紧缺，都不利于学校的发展。
据不完全统计，前者占当前校园网的12%，后者占当前校园网的57%。
（2）重网络建设，轻网络服务，软硬件发展不够协调。
不少高校开始信息化时都是铺路、建网、购买机器，对于应用关注较少。
一旦硬件环境建设好后，发现没有软件的支持硬件环境很难发挥作用，然后才开始着手软件的建设。
而软件的建设与应用是需要时间的，等应用起来后，发现硬件环境又落伍了。
非协调的发展制约了高校信息化的水平，并且带来了很大的浪费。
（3）网络管理人员的技术力量还有待加强。
高校网络发展速度与日俱进，技术不断更新，但是作为高校网络开发的主体，人的素质，特别是人才档次的提高却是相对的缓慢。
人才的引进，技术力量的提高跟不上发展的需要，这在很大程度上限制了高校网络的发展。
因此，只有明确建设目标，统一建设规划，软硬件协调发展并不断完善才能建成高质量的校园网，也只有建成高质量的校园网才能进一步提升高校信息管理乃至知识管理的水平。
三、需求分析
北京行政学院平谷分院网络建设的目标是：
建设一个以办公自动化、计算机辅助教学、现代计算机校园文化为核心，以现代网络技术为依托、技术先进、扩展性强、覆盖全校各楼宇的校园网网络，为平谷分院的信息与文化生活共享提供优良的网络平台和基础，并为新、老校区网络的互连和接入提供统一的支撑。
综合布线系统将从先进可靠、实用合理的原则出发，根据平谷分院的建设规划特点，以满足目前用户的应用系统需求为基础，充分考虑到今后技术的发展趋势，综合应用现代计算机及信息通信方面的先进技术，提供用户具有长远效益的全方位解决方案。
北京行政学院平谷分院网络总体结构要求采用万兆位以太网作为校区主干网络，各栋大楼网络采用1G接入主干网络，并采用具有高服务质量（QoS）的网络主干技术。
对于平谷分院的网络建设，学校网络中心提出如下几点要求：
（1）建立网络设备、安全管理、网络业务以及服务管理系统。
（2）能同时支持用户计算机等设备进行有线与无线网络的接入。
（3）平谷分院校园网络要求与老校区现有网络实施最佳连接，满足新旧校区之间多媒体网络教学系统和VOIP及数字视频流的承载要求。
（4）采用基于统一管理系统账号、IP、MAC、Port、Vlan的五要素接入控制或801.1X用户接人控制，建立两校区共享的用户信息管理系统和统一认证平台。
（5）支持IPv4和IPv6双协议。
（6）实现广播电视数字流的组播功能。
目前北京行政学院包括两大校区，佛山老校区和高明平谷分院，其中佛山校区的校园网络已经建成，本次设计主要针对高明平谷分院校园网络建设及新老校区之间的互联互通进行设计。
（1）防止从外网来的不安全因素
由于Internet是一种开放的、面向所有用户的网络，所有公共资源均通过网络共享，它所采用的TCP/IP协议以及网页、E-mail等都包含着许多影响网络安全的因素，出口安全应主要防范恶意攻击、网络蠕虫、垃圾邮件等。
外部访问控制是网络安全的重点，可以通过路由器防火墙、服务器操作系统以及关闭不安全服务的措施来保障，同时提供备份服务器来提高可靠性。
（2）防止校园网内的不安全因素校园网内部拥有大量的服务器和计算机用户，主要防范内部对服务器和网络设备的攻击、病毒在内网的传播，具有病毒和攻击防护等安全功能，有效防止恶意攻击、漏洞扫描；同时也应完善内部网络管理制度上的漏洞。
（一）北京行政学院建筑物布局和信息点分布图
我们学校建筑物布局如图1所示。
本方案打算将该校园网的网络中心（设备间）安排在计算机中心楼，由计算机中心楼到各建筑物间的最远距离不超过500m，故采用多模光纤作为主要的传输介质来架设校园网主干。
楼宇内部采用超5类非屏蔽双绞线作为主要的传输介质。
网络主干线缆的走向与建筑物的走向完全一致。
图3-1校区建筑物分布图
表3-1校区信息点分布图
（二）流量分析
根据学校现有情况，应至少满足1000个网络节点同时访问网络，因此，主干网络应采用1000M的光纤，100M的双绞线到桌面。
同时还应注意保佑余量，避免网络高峰时期出现堵塞的状况。
（三）对校园网网络管理的需求
校园网系统可以健康良好的运行有赖于针对实际情况实施健全的网络管理和制定完善的网络安全策略。
通过在校园网中部署网络管理平台，可以实现对整个网络系统中的设备进行集中管理，维护，保证应用的正常运行。
针对平谷分院的需要和特点，网络管理的主要工作可归纳为：
（1）对网络设备、系统和应用的管理。
延伸老校区的网络设备管理系统至平谷分院网络，采用通用的网络管理平台，多层次地实施对网络设备的监控、网络流量的监控、网络服务器的监控、网络安全的监控，以及对各种事件进行管理和日志纪录。
（2）对网络运维及服务的管理。
基于ITIL规范的配置管理、性能管理、故障管理、安全及服务管理功能的网管系统，帮助学校进入流程化，规范化和自动化的时代。
（四）对校园网用户管理的需求
目前北京行政学院已建成统一的认证系统、用户业务管理系统和数据库管理系统，通过802.1x技术实现了主校区学生宿舍区计算机接入校园网的管理。
同样地，平谷分院网络系统也要求采取集中统一的用户管理策略，采取801.1X用户接入控制或基于统一管理系统帐号、IP、MAC、Port、Vlan等多要素的接入控制，建立两校区共享的用户信息管理系统和统一认证平台，同时针对不同类型的网络用户采用对应的IP地址管理策略。
主要内容包括如下：
（1）用户接入控制管理：
升级平谷校区用户准入管理，与主校区的用户准入管理系统分布式集成，形成统一两校区、无线及有线两种网络的用户接入控制管理系统。
（2）IP地址管理：
针对不同类型的网络用户采用对应的IP地址管理策略，实现用户权限的准确控制、可用资源的控制、非法组播源的控制等。
（五）对网络设备选择的需求
在现今的网络发展中，三层的网络结构较为适合大型的校园网网络建设。
同时由于具有众多不同层面的网络用户，非常容易遭受病毒、黑客等攻击，并影响或造成网络瘫痪，故需解决众多接入交换机的管理和维护的问题。
（1）由于校园网规模巨大、涉及的用户很多，如果网络出现任何的问题将导致大范围的不良影响，尤其是骨干网络出现问题。
因此，在选择网络设备特别是骨干网络设备的时候，应该充分考虑网络设备的可靠性，选择具有冗余设计，部件应易于更换和没有单点故障的设备。
同时采用具备全三层功能支持IPV4和IPV6双协议的交换机，满足下一代校园网建设的需求。
（2）在网络设备等产品的选型中，必须选择产品售后服务和技术支持好的网络产品供应商。
在考虑成本需求，满足业务需求的前提下，优先选择国产知名网络设备。
在各层面设备的选择上，尽可能地选择同一供应商的全系列化产品，这样才能方便网络的统一管理，同时节约备件成本，便于今后技术升级，有利于今后网管平台和安全策略的全面部署。
根据北京行政学院的网络需求，校园网的核心交换设备应选具有很强的转发性能和可靠性，同时具有支持万兆技术的扩展，以方便日后网络的升级改造；而校内的各大楼配线间则采用全千兆的交换机来作为楼层接入的汇聚设备；在实训楼、教学楼A~D、活动中心、第一食堂、宿舍楼等区域，全采用千兆上行，百兆接入。
（六）对网络教学视频质量的需求
北京行政学院新、老校区之间由于相隔距离较远，导致两个校区的师生们错失了许多教学和科研交流的机会，严重影响了学校的科研发展与日常办公。
随着校园网网络技术的发展，在网上开展远程视频教学，实时视频会议为广大师生提供了方便。
基于北京行政学院对网络视频点播教学和实时视频会议的传输效果与质量的要求，本次设计将规划部署校园网IP组播。
通过组播协议使校区与校区之间的视频点播和会议直播的传输效果与质量达到最佳效果。
四、校园网方案设计
校园网工程是一项技术性较强的综合工程。
根据对平谷分院网络现状和需求进行分析，基本确立了校园网络的设计思路。
北京行政学院平谷分院网络方案设计主要包括以下几个部分的内容：
网络主干技术选择、整体网络拓扑结构设计、三层交换和路由设计、VLAN设计、网络出口设计、网络安全和网络管理设计。
（一）主干网络技术选择
在校园网的建设中，主干网选择何种网络技术对网络建设的成功与否起着决定性的作用。
校园网主干的功能要求作为信息化的基础设施,校区之间的主干网络在教学、日常管理和科研中起巨大的作用，网络主干必须能够保证长期稳定运行，并且具有一定的先进性、可扩展性，有较高的安全性和易管理性。
校区间网络主干首先应能将各校区间的局域网安全可靠互连，教职员工和学生在任何一个校区都可以访问校内资源。
选择适合校园网络需求特点的主流网络技术，不但能保证网络的高性能，还能保证网络的先进性和扩展性，能够在未来向更新技术平滑过渡，保护用户的投资。
1、GbE以太网目前在局域网络上应用最广泛的技术有：
快速以太网、FDDI、ATM（异步传输模式）、千兆以太网以及万兆以太网等。
表4-1对这几种技术作了比较。
表4-1主要局域网络技术的比较
FDDI是一种共享式的宽带网络，其建设成本高，网络协议比较复杂，安装和管理方式也相对困难。
ATM是提供面向连接的服务，并且其服务质量QoS可以保证。
但ATM的标准过于复杂，特别是通信量的管理，且ATM的建设成本较为偏高，也缺乏直接在ATM上运行的应用程序，不能轻易地在原有设备基础上进行网络升级，升级时几乎所有的设备都需要更新。
千兆以太网能提供1000Mbps的通信带宽，其最大的优点在于对现有以太网的兼容性。
同万兆以太网一样，千兆以太网使用与万兆以太网都拥有相同的帧格式、帧大小以及相同的CSMA/CD协议。
以太网用户可以对现有以太网进行平滑的、在无需中断网络的情况下进行升级。
千兆以太网在局域网领域中以其支持高带宽、多传输介质、多种服务、保证QoS、高性价比等特点正逐渐占据主流位置。
基于此，北京行政学院平谷分院选用千兆以太网技术构建校园网络，实现千兆主干、百兆交换到桌面。
随着校园网用户数量和各种应用的增加，支持未来万兆位以太网的（10GigabitEthernet）平滑扩展。
2、三层交换与VLAN
以往的数据交换多发生在OSI模型的第二层。
近代随着网络技术的提升，交换技术已经实现了第三层交换和多层交换。
多层交换技术的引入不但提高了校园网数据交换的效率，更大大增强了网络数据交换服务的质量，满足了不同类型的网络应用程序。
近代交换网络还引入了虚拟局域网的概念。
VLAN将广播域限制在单个VLAN内部，限制了各VLAN间主机的广播通信对其他VLAN的影响。
当VLAN之间需要通信的时候，可以采用VLAN间的路由技术来实现。
由于很多的网络安全问题例如ARP欺骗、网络嗅探、网络扫描等都是利用广播包来进行的，所以划分VLAN后一个VLAN内出现的网络安全问题将被限制在该VLAN之内，基本不会影响其他VLAN。
另外，由于VLAN间的通信需要经过路由器或三层交换机，因此可以在路由器或三层交换机上配置策略和访问控制列表对VLAN间的通信加以控制，从而进一步提高安全性。
（二）网络拓扑结构设计
1、综合布线系统设计
根据北京行政学院平谷分院各楼宇的结构和使用功能的需求，对该校区第一期的校园网建设进行了网络信息端口的设计，各楼的主副弱电间位置以及网络信息点数量详见表3-2。
本期网络建设的信息点主要集中在实训楼、教学楼A~D栋，其信息点主要业务需求为远程视频会议、网络视频教学、在线研讨、网页浏览、数据传输、高速下载等，共有1030个高速网络信息点，对网络带宽的要求较高。
而教工宿舍楼是校园网数据业务流量的主要来源之一，其信息点业务需求一般为网页浏览、在线视频点播（VOD）、游戏、下载等，属于普通网络信息点，共计225个。
4-2信息点分布情况
根据北京行政学院平谷分院校园的地理规划，将以网络中心为中心汇聚点，校区内其他楼宇连接到网络中心，并进一步扩展至各个房间的星型拓扑结构。
但是，由于学校图书馆因施工进度原因仍在建设阶段，所以平谷分院的网络中心将临时设立在实训楼一楼内。
校区主干光缆系统将以临时网络中心为汇聚点，从临时网络中心机房分别铺设24芯单模室外光缆到实训楼、教学楼A~D栋、第一食堂和教工宿舍的主弱电间（BD），而各楼宇内部的主、副弱电间（BD/FD）之间则采用12芯单模室内光缆与六类UTP双绞线的级联方式，各楼宇内部主副弱电间之间同时使用光缆和双绞线连接是为了在设备接入设备时，能够在单模光纤或RJ45网线两者之间灵活选择一种作为级联的介质，具有一定的扩展性。
具体网络拓扑请看图4-1所示。
图4-1平谷分院建筑物光纤连接示意图
2、总体拓扑结构
根据前面的分析，为具有良好的扩展性和灵活的接入能力、易于管理、易于维护，北京行政学院平谷分院校园网采用“核心层—汇聚层—接入层”的三层模型，整体网络设计为星型结构。
平谷分院网络中心设置在实训楼三楼，在网络中心部署2台万兆核心交换机（CR1、CR2），核心与核心之间采用10GE互连。
两台核心分别以千兆链路下联7台汇聚层交换设备（AR1-AR7），汇聚层和接入层设备之间实现单链路千兆连接，接入层交换机百兆到桌面。
而出口、服务器群和网管工作站则直接连入核心交换机。
平谷分院总体网络拓扑结构如图4-2所示。
图4-2平谷分院网络拓扑结构
3、核心层网络设计
在组网设计规划时，应充分考虑骨干核心网络的高带宽、高可靠性，因此北京行政学院高明平谷分院核心网络采用了两台高端多业务的万兆路由交换机（CR1、CR2）进行双核心组网，分别为教学区和生活区大楼提供上联，两台路由交换机采用10G互联提供高速数据交换带宽，为二期建设的学生生活区提供2个10G冗余接口的预留，为实训楼、教工宿舍、教学楼B栋、教学楼C栋、教学楼D栋、活动中心和学生第一食堂分别提供1个1G接口。
核心路由协议采用动态路由协议OSPF，OSPF是IPv4网络协议主要的动态路由协议之一，能支持大规模网络的路由发布、维护和管理。
平谷分院与旧校区互联采用独立光纤1G连接。
两校区互联路由可采用静态或动态路由协议传递本地网络路由。
在链路设计上，由于经费有限，本期建设没有考虑汇聚交换机双线路冗余1G上联核心。
为充分保障网络的稳定可靠，可以将行政、办公区域网络与宿舍区域网络物理上分开，核心交换机CR1主要负责提供实训楼、活动中心、教学楼和师生食堂的1G上联，同时也作为平谷分院网络的出口，负责与老校区网络互联；而CR2则用于负责网络流量需求最大的教工和学生宿舍区的网络接入，主要提供宿舍大楼N*1G上联。
如图4-3所示。
图4-3平谷分院核心层网络拓扑结构
另外，对于特殊应用系统网络，按照应用的主次程度，可以采用了不同的专网连接模式。
例如：
（1）考虑一卡通系统与金融消费业务关系密切，各大楼一卡通网络采用独立光纤直接接入核心交换机CR1，采用私有地址组网，并通过访问控制与普通用户网络隔离，不与数据网络混合。
（2）对于数据传输量大及处理要求高的安防网络，采用单独组网方式，配备安防专用核心设备，通过光纤与数据网络相连，实现安防服务器群面向其他用户提供应用管理连接。
（3）对于IP语音广播系统等其它信息应用子网可共用各大楼数据网络光纤和交换机，通过独立VLAN形式实现连接。
这样既有效充分利用了资源，又具备较好的可靠性和安全性。
4、汇聚层网络设计
汇聚层，是多台接入层交换机的汇聚点，它必须能够处理来自接入层设备的所有通信量，并提供到核心层的上行链路，因此汇聚层交换机与接入层交
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