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计算机网络原理课程设计-西安科技大学校园网

1 背景及意义

1.1 项目背景

1.2 项目意义

2 校园网需求分析

2.1 校园局域网需求分析

2.2 校园局域网功能分析

2.3 校园局域网应用分析

3 校园网的规划设计

3.1 校园网网络拓扑结构图

3.2 校园网IP地址的分配（组网方法）

4校园网组网

4.1局域网标准（路由器的设置）

4.2 校园网网络硬件设备的选择及功能描述

4.3 校园网网络线缆的选择及依据

4.4路由器和交换机的设置

5 接入Internet网方法及安全保障

5.1 网络安全设计

5.2接入Internet网方法

6 总结与展望

6.1 校园网设计方案总结

6.2 校园网设计方案展望

一、背景及意义

1.1 项目背景

西安科技大学是一所具现代意识、以现代化教学为特色的学校。为了更好地使用电脑这一现代化的高科技产物，使其在教学、管理、办公等方面发挥应有的作用。学校计划在校内建立校园网并与国际互连网(Internet) 相连。根据学校的要求，进行校园网综合系统设计，以满足校园内计算机系统的需要。

学校校园网是一个以学校图书馆为网络中心，并以行政楼、实验楼、南北苑学生宿舍、教师宿舍、校医院、教学楼为二级学院的分中心，其间以忏兆以太协议及光缆传输介质成中心向四周辐射的星形状互连，依次将学校各部门、学生宿舍等连入校园网。由于网络主干采用千兆以太网，故可以充分满足学校各部门对网络带宽的- -般需要和特殊需要，由于采用第三层交换技术,所以可对不同的应用需求划分各自的虚拟子网，子网间既相互联系又彼此隔离，充分满足安全及带宽管理的要求。

1.2项目意义

为全校教师、科研人员、管理人员、学生提供一个先进的计算机网络环境，并将计算机引入教学、科研、管理和学习等各个领域。改善学校教学科研、管理和学习环境，提高其水平。

熟悉现代化的工作环境和掌握先进的教学、科研、管理和学习手段，有利于培养面向世界、面向未来的高层次人才。

二、校园网需求分析

2.1 校园局域网需求分析

此方案设计将实现网络主干 1000M，桌面 100M，端口应为独占 100M。而且从目前应用水平考虑，端口独占 100M的交换式网络，在相当一段时间内也能支持应用。同时并不影响将来网络的各方面扩展。系统最终将由以下几个子系统构成:

1、校园计算机局域网

这点是校园网建设的基础，也是本次校园网组建规划的主要工作，其他所有的建设都是建立在此部分之上的。建设覆盖全校的局域网包括网络技术选型，拓扑结构设计，布线系统设计和网络方案的具体设计。在这之中，网络方案设计中网络的核心、汇聚、接入层三层是其重点。其次进行 VLAN划分，子网配置和 IP 地址的分配，最后进行服务器、交换机和路由器的配置。

交互式多媒体教学系统
学校自动化办公系统
学校教学和管理综合信息系统

在本网络中服务从类型上说既有简单的消息服务，又有资源共享服务；既有访问集中式的数据库，又有分布式事务处理；既有非实时性服务，又有实时性服务。主要支持教师教学和学生学习，提供共享接入 Internet ， E-mail ，WWW，FTP，VOD点播等

2.2 校园局域网功能分析

1、网络中心

网络中心形成了主干网，是整个校园网的总节点，并提供连接广域网和拨入服务，在主干网系统采用以太网结构。在方案中，中心机房放置着中心交换机、服务器群、路由器、机架 MODEM等网络设备，这些设备以中心交换机作为中心，以星形拓朴结构通过双绞电缆线连接在一起。网络中心与子网的连接，是通过根据与子网的距离，通过光纤和双绞电缆线将中心交换机和子网的交换机连接起来。

信息交流功能

互联网信息服务 -- 让学校了解世界，让世界了解学校
(2) 校内信息服务，信息的接收者就是信息的发布者

学生学习功能

网络使学生的学习方式发生了很大变化，他们利用网络自主学习，提高自己的学习能力。他们需要上网查了资料，将完成的作业利用电子邮件发送给了老师。鼓励学生们建立自己的网页。

4. 图书馆功能

以图书馆为信息源图书馆可以开设面向教师开放的光盘阅览室，开设面向学生开放的电子阅览室。采购、分类编目、流通、查询、期刊等环节全面实行计算机自动化管理，可以在校园网提供网上在线书目检索服务，读者可以在网上实现检索图书、浏览全文、查阅借阅情况、办理预约及续借手续等。进而实现图书管理的“电脑化”和资料查询的“网络化”。

5 、办公子网

学校管理机构作为学校的中枢管理系统，协调、组织整个学校工作的正常运行，为了

能适应管理机构的功能，办公子网需要针对用户的权限，完成数据生成、修改、查询，进行办公自动化、人员资料管理、课程管理等方面的工作。办公子网与网络中心的信息通信比较多、每天要访问大量的数据，还有音频、视频等方面的需求，可以采用一个千兆光纤模块的交换机，在与网络中心的中心交换机通信时有足够的带宽，足以适应各种场合的应用。

6、多媒体教学子网

在多媒体教学活动中，需要有大量的视频、音频数据进行传输，而基于共享工作方式的集线器，其有限带宽、广播式工作模式不利于这些信号的传输。所以推荐采用交换机用为主要设备，只有在个别用户数目比较少、对信号质量要求不高时，采用集线器。多媒体教室与网络中心的数据通信一般不多，但距离比较远，可以根据教室的多少，增加二级交换机，各个教室采用端口数比较多的交换机。

7、图书馆子网

图书馆子网主要功能是在图书馆范围内进行计算机文献检索、电子阅读、计算机借还系统以及在校园网上进行文献检索等。由于图书、文献等多以文本的形式出现，数据量不大，可以采用集线器作为节点。图书馆子网中需要存储大量数据，所以要设置专用的数据库服务器作为数据存储、管理系统，数据存放在光盘塔、硬盘阵列等系统中，支持图书馆子网和校园网用户的访问和查询。图书馆子网与网络中心采用 1000M带宽的交换机。

宿舍子网

学生和教师宿舍子网主要是通过 100M接入层交换机实现互联。

2.3 校园局域网应用分析

2.3.1网络教学的应用分析

组建校园网的根本目的在于应用，而这之中，网络教学又是重点。要充分发挥校园网的作用，就需要在网络教学中体现。网络教学包括一系列的软、硬件系统。当然建立网络教学也需要建立起配套的网络办公软件。这是现在办公自动化的一个体现 , 可以大大的提高办公效率，具体办公系统如下：

多媒体教学系统

建立起基于多媒体的教学系统，在这中间充分利用多媒体教室的计算机、网络系统，为教学提供帮助。在相关软件配合下，实现现代化的教学。在这过程中，软件方面建立相应的 CAI 软件库。 CAI 软件库应做到学科齐全，内容丰富和形式多样，要适应不同学科，不同层次的课堂和个性化学习的需要。

建立教学资料、课件库

要保证网络为教学提供必要的辅助，除了在 CAI 软件外，就是建立相应的资料、课题库。这就包括参考资料，相关教师、学生信息，还有典型的专家教学案例，网络教学课件。其内容包括多方面的，可以是文本，如 WORD文件， PowerPoint 演示文件等；也可以是声像，如 Flash 教学文件， VCD，DVD，RM/RMVB，WMV教学录像资料。

建立基于 Internet/Intranet 的网络办公系统

目前，办公无纸化是一个趋势，办公无纸化就是指通过在 Internet/Internet 服务器建立相应的办公软件，并发布相应办公信息。各 Internet/Internet 客户端通过相应软件访问服务器资源，查看服务发布的各种信息。在这个过程中 , 网络办公系统包括处理日常事物，教学事务，学生信息管理，考试系统等。校园网络办公系统不仅要考虑到校园办公的实际需要，而且要增强信息管理和信息查询功能，为校园网领导提供相应信服务，这样才能充分发挥校园网的优势，完成学校办公系统自动化的管理要求。系统在 WEB浏览器上实现校园网的办公需求，应具体有如下功能：

(1). 办公自动化：包括公文流转、公文管理及日常办公事务处理等

(2). 信息服务：包括办公管理信息查询和日常信息服务，办公管理信息主要学校的教务信息、学生信息、教职工信息、教学信息、财务信息、校园设备信息、多媒体信息、图书馆信息等。日常信息主要是学校相关介绍、新闻动态、教学信息、招生信息等。这要求系统能提供较强的扩充功能，并且学校可根据自己的需要，对信息进行修改和扩充。

(3). 信息共享：主要包括数据的共享，体现在数据转储、查询构造等。

2.3.2 服务器需求分析

服务器在校园网中充当不可或缺的角色，根据我校的实际情况，至少需要 6

台服务器设备，具体服务器设备如下：

表1 校园网服务器

服务器名	数量
DNS	1
WWW	1
E-mail	1
FTP	1
数据库服务器	1
VOD点播服务器	1

三、 校园网的规划设计

3.1 校园网网络拓扑结构图

网络拓扑结构选用星型拓扑结构。它是目前使用最多、最为普遍的局域网拓扑结构，具体分为三级结构：

第一级是网络中心，为中心节点。网络中心选址在学校地域的中心建筑 , 布置了校园网的核心设备，如路由器、交换机、服务器 (WWW服务器、电子邮件服务器、文件服务器等) ，并预留了将来与本部以外的几个园区的通信接口。第二级是建筑群的主干结点，为二级节点。校园网按地域设置了几条干线光缆，从网络中心辐射到几个主要建筑群，并在二级主干节点处端接。在主干网节点上安装的交换机位于网络的第三层，它向上与网络中心的主干交换机相连，向下与各楼层的接入层交换机相连。学校校园网主干带宽全部为 1000Mbps。第三级是建筑物楼内的接入层交换机，为三级节点，三级节点主要是指直接与工作站连接的局域网设备。

图1 校园网网络拓扑图

3.2 校园网IP地址的分配（组网方法）

使用 VLAN具有以下优点：

1、控制广播风暴

一个 VLAN就是一个逻辑广播域，通过对 VLAN的创建，隔离了广播，缩小了广播范围，可以控制广播风暴的产生。

提高网络整体安全性

通过路由访问列表和 MAC地址分配等 VLAN划分原则，可以控制用户访问权限和逻辑网段大小，将不同用户群划分在不同 VLAN，从而提高交换式网络的整体性能和安全性。

网络管理简单、直观

对于交换式以太网，如果对某些用户重新进行网段分配，需要网络管理员对网络系统的物理结构重新进行调整，甚至需要追加网络设备，增大网络管理的工作量。而对于采用VLAN技术的网络来说，一个 VLAN可以根据部门职能、对象组或者应用将不同地理位置的网络用户划分为一个逻辑网段。在不改动网络物理连接的情况下可以任意地将工作站在工作组或子网之间移动。利用虚拟网络技术，大大减轻了网络管理和维护工作的负担，降低了网络维护费用。在一个交换网络中， VLAN提供了网段和机构的弹性组合机制。

表2 VLAN的划分

四、校园网组网

4.1局域网标准

IEEE 802.11是如今无线局域网通用的标准

4.2 校园网网络硬件设备的选择及功能描述

表3 校园网网络硬件设备的选择及功能描述

名称	型号
华为赛门铁克防火墙	USG2210
新网程网络督察	ProEIM200N-50U(标准版)
核心层交换机	华为S5700-24TP-SI(AC)
汇聚层交换机	华为Quidway S2326TP-EI
接入层交换机	华为S5700-24TP-SI(AC)
路由器	华为AR1220-S

功能:

1、华为赛门铁克防火墙: Secoway USG2160是统一集成的防火墙/VPN/安全路由器/安全交换机系统，提供百兆的性能、模块化架构、WiFi接入和丰富的路由器、交换机功能，带1个固定的百兆WAN接口和8个固定的百兆LAN接口，并附加1个MIC扩展插槽，可灵活扩展广域网或局域网接口。USG2160还额外支持一个Express插槽，专门用来扩展3G接口。USG2160统一安全网关除了提供1个固定百兆WAN接口和8个固定百兆LAN接口，还提供1个扩展插槽，可以选配1*FE、1*E1/CE1、5*FE、1*ADSL2+等接口，USG2130还增加3G express插槽，USG2130最大接口密度可达13FE；

2、新网程网络督察: 数据包转发能力：100Mbps，标配网络接口：4*100baseT RJ45,并发会话数：>500000,存储容量：160G，具有硬件BYPASS，适合内网电脑数量小于等于500台。

3.核心层交换机:网络标准：IEEE 802.3，IEEE 802.3u，IEEE 802.3ab，IEEE 802.3z，IEEE 802.3x，IEEE 802.1Q，IEEE 802.1d，IEEE 802.1X　　

堆叠功能：可堆叠　VLAN支持：4K个VLAN

4、汇聚层交换机:网络标准 IEEE 802.3,IEEE 802.3u,IEEE 802.3ab,IEEE 802.3z,IEEE 802.3x,IEEE 802.1Q VLAN支持支持VLAN功能双工传输全双工/半双工自适应

5、接入层交换机:网络标准：IEEE 802.3，IEEE 802.3u，IEEE 802.3ab，IEEE 802.3z，IEEE 802.3x，IEEE 802.1Q，IEEE 802.1d，IEEE 802.1X　　

堆叠功能：可堆叠　VLAN支持：4K个VLAN

6、路由器:子母路由支持混合组网（电力线组网，以太线组网、Wi-Fi 2.4G/5GHz组网）、无缝漫游、即插即用、双频优选、儿童/老人上网保护、手游加速、网课加速、双频优选、网口盲插、信道适时自动优化、华为HiLink智能家居、802.11v、IPv4/IPv6、PPPoE/DHCP/静态IP/MAC地址克隆/Bridge WAN上网方式、Wi-Fi定时开关、客人Wi-Fi、连网设备管理、MAC地址过滤、VPN透传、DMZ/虚拟服务器等功能硬件规格

4.3 校园网网络线缆的选择及依据

随着网络日新月异的发展，综合布线在校园网中的应用越来越广，我校也采用综合布线系统来规划网络，具体分为六大子系统，它们分别是 :

（1）水平子系统主要是实现信息插座和管理子系统，即中间配线架（ IDF）间的连接。比如从我们宿舍楼层的每一层交换机到我们每个宿舍的距离，中间采用双绞线连接。

（2）管理子系统由交连、互连和输入 / 输出组成，实现配线管理，为连接其它子系统提供手段。比如从每一栋楼到中心机房的距离，中间采用多模光纤连接。

（3）干线子系统指提供建筑物的主干电缆的路由，是实现主配线架与中间配线架，计算机、 PBX、控制中心与各管理子系统间的连接。比如我们宿舍每一层楼与每一层楼之间，中间采用双绞线连接。

设备间子系统由设备室的电缆、连接器和相关支持硬件组成，把各种公用系统设备互连起来。比如从我们宿舍与办公楼之间相接的地方。
（5）建筑群子系统是实现建筑之间的相互连接，提供楼群之间通信设施所需的条件。

表4 校园网网络电缆选择

名称	单价	数量	合计
5类UTP	305	10	3050
信息面板	25	100	2500
工具箱	200	10	2000
RJ-45水晶头	100	5	500
PVC线槽	1	1000	1000
+PVC线管	5	1000	5000
光纤	10	1000	10000

4.4路由器与交换机的配置

1、路由器的配置

路由器 CISCO 2811 与内网的连接端口为 f 0/0 ，此端口的 IP 地址为 10.1.1.1 。f0/1为外部端口， IP 地址为 207.160.130.131 。通过以下对路由器 CISCO 2811 的配置完成了该校内部网络与外部 Internet 的通信，并使用 NAT技术完成了外部网络对内部局域网访问的地址转换，配置 ACL访问控制列表实现老师宿舍 1 栋无法访问图书馆。同时开启了此路由器的远程功能。router0> # 启动路由器后进入用户模式

router0>en

router0#configure terminal

router0(config)#

router0(config)#router ospf 100 # 配置 OSPF路由协议

router0(config)#network 10.1.1.0 0.0.0.3 area 0

router0(config)#redistribute rip subnets

router0(config)#exit

router0(config)#ip nat pool router 207.160.130.131 207.160.130.139

netmask 255.255.255.0 # 定义用于转换的外部全局地址池

router0(config)#access-list 1 permit any # 定义需要转换的地址范围

router0(config)#ip nat inside source list 1 pool router0 overload #配置端口地址转换

router0(config)#interface fastEthernet 0/0 # 定义 f0/0 为内部接口

router0(config-if)#ip address 10.1.1.1 255.255.255.252

router0(config-if)#ip nat inside

router0(config-if)#no shutdown

router0(config-if)#interface fastEthernet 0/1# 定义 F0/1 外部接口

router0(config-if)#ip address 207.160.130.131 255.255.255.0

router0(config-if)#ip nat outside

router0(config-if)#no shutdown

router0(config-if)exit

router0(config)#access-list deny 1 host 192.168.30.2 # 配置 ACL访问控制

router0(config)#access-list 1 permit any

router0(config)#exit

router0(config)#interface fastEthernet 0/1 # 将规则定义到指定的接口

router0(config-if)#ip access-group 1 out

router0(config-if)#exit

router0(config)# # 返回特权模式

router0#write #保存配置

2、下面为华为 S5328C-EI-24S 交换机的具体配置：

启动交换机后默认进入用户模式

Switch> # 进入特权模式

Switch>enable # 进入全局模式

Switch#configure terminal

Switch(config)#hostname Center # 交换机名称配置

Center(config)#enable password 123456 # 配置进入特权模式口令

Center(config)#enable secret Center

Center(config)#vtp domain Center # 配置 VTP，设 VTP域名为 Center

Center(config)#vtp mode server # 将 VTP设置为服务器模式

Center(config)#

Center(config)#exit # 返回到特权模式

Center#configure terminal # 进入全局模式

Center(config)#interface fastEthernet 0/18 # 进入接口 0/18 并为其端口设置 IP

Center (config-if)#no switchport

Center (config-if)#ip address 10.1.1.2 255.255.255.252

Center (config-if)no shutdown

Center (config-if)interface FastEthernet0/19