高性能校园网组建本科毕业论文.doc

学号：2010041133TONGREN UNIVERSITY 本 科 毕 业 论 文高性能校园网组建院 系: 信息工程学院 学 科： 工 学 专 业：计算机科学与技术专业 TONGREN UNIVERSITY 目录摘 要IABSTRACTII1. 方案概述11.1 论文背景11.2 校园网现状11.3 建设校园网原则21.4 需求分析32. 具体方案32.1 校园网架构32.2 拓扑分析42.3 核心层部署62.4 汇聚层部署62.5 接入层部署73. 综合布线73.1 区域规划73.2 标识规范73.3 中心机房建设84. IP地址规划和部署84.1 IP地址总体规划84.2 互连地址规划84.2.1 核心层互联地址94.4.2 汇聚层互联地址94.4.3 接入区互联地址104.3 设备管理地址规划104.4 应用地址Vlan规划115. 协议平台实现115.1 OSPF路由实现115.2 防火墙部署125.3 多出口链路实现125.4 QOS保障机制125.5 认证和审计125.6 地址分发实现136. 结束语13参考文献14致谢15高性能校园网组建摘 要科技技术飞速发展的今天，各项应用也与日剧增。技术的落后将导致高校很多业务的开展，从而影响高校的发展。因此，就网络技术这一块，我认为是高校现代化的基础，举足轻重。所以，拥有一个高性能的校园网，是高校的必备。而万兆核心的校园网是现在的主流，本文从组建一个万兆校园网的各个方面对组建一个校园网进行阐述。关键词：高性能 万兆网络 组建 ITo Build The High Performance Of Campus NetworkInstitute of Information EngineeringComputer science and Technology SpecialtyABSTRACT Nowadays,with the rapid development of science and technology , the various applications of information technology have been increasing day by day. The backward technology leads to be difficult in developing many business,which affects the development of colleges and universities. Therefore,I think the network technology plays a significant role in universities and the foundation of modern colleges. It is necessary to have a high performance of the campus network. While Gigabit core of campus network is the mainstream today. This paper states to build a campus network from the aspects of establishing a ten Gigabit Campus Network.Keywords: High performance Gigabit Network BuildII1. 方案概述1.1 论文背景如今全球信息化进程快速发展，高等教育学校的校园网迅速扩张和各种应用的大量使用，导致了学校在信息应用和共享上有了很大的提高。但享受高性能网络的同时，各种问题相继出现，尤其是近几年校园网络安全事件层出，拒绝服务攻击、蠕虫、arp欺骗等新的攻击手段层出不穷，管理系统不能正常工作、数据被破坏等事经常发生，使人们更加深刻地意识到网络安全、可靠的重要性。因此，高校如何建设高可用高性能的校园网，成了当前高校考虑的问题。目前各高校的校园网网络系统一般存在以下问题。一、 安全产品性能的不足成为影响整个网络性能的瓶颈。网络不能停用，为了保证网络中关键业务，平台，节点的正常运行，大多数用户为了网络的安全牺牲了网络的高性能。二、大多数用户的安全意识薄。如今的网络安全，从单一的方面是解决不了的，必须从整体，统一的，系统的各个方面。从接入层到汇聚层再到核心层，层层部署。从终端到桌面应用，面面俱到。而仅仅依靠防火墙网关设备，以及防病毒软件等手段与方法，是应对不了当今突出的网络安全的。因为在现在的网络环境下，安全风险来自各个层面，所以必须层层加固。我们希望有一个即高效，又很好管理的网络，所以，信息安全能够得到保证的网络正是高校所希望拥有的，高等学校如何组建一个高性能校园网，是目前高校急需考虑的一个问题。基于这一背景，我拟写了校园网组建方案。1.2 校园网现状（1）安全和管理问题：学生用户和普通用户不同，学生喜欢新鲜事物，喜欢恶作剧。例如，乱设网络服务、IP盗用、黑客、P2P应用应用等，令校园网络管理人员煞费苦心，防不胜防。（2）网络带宽不足：如今高校的校园网上使用了大量的业务系统，再加上这几年高校的扩招，人数也越来越多，整个校园网流量大幅度增加，现有的流量需求不是原有的网络带宽能满足的。尤其是现在使用的网络教学，网络视频，网络会议等，对网络带宽的需求更为严格。网络带宽的不足已经制约了高校开展一些新兴的项目和应用平台，阻碍了高校的发展。（3）多应用需求：许多新兴应用的开展，要求校园网在多业务多平台性上予以支持。例如，对VPN、IPv6、QOS保障、IP业务等的支持。1.3 建设校园网原则（1）技术先进性：组建一个网络，不能刚刚投入使用，就已经落伍了，我们应该让它起码保持着领先的地位，才能在技术飞速发展的今天，不会那么快的落伍。不会在相互竞争激烈的时候，因性能不足而影响工作的进行。所以，应该采用先进且成熟的网络技术和相关产品，来适应大量流量的需求，使网络系统拥有较强的生命力。（2）实用性：建设一个网络，选用的产品应该是在市场上主流的，成熟的、实用的、稳定的。平时的使用中，必须能满足常用业务、常用平台、和信息自动化管理等许多方面的需求。（3）网络可靠性：网络的可靠，需要从以下几个方面入手：设备的品质必须过关。而且在实际应用中已得到权威的证实，切记不可盲目尝鲜。而且网络产品必须具有热插拔，热更换的能力，在平时的使用中，如某一板卡出现故障时，在不停机的情况下，能带电热插拔。把握好这些，才能全天候24小时的提供不间断运行。网络才是可靠的。（4）易维护管理性：网络管理应该科学系统地管理，实现在网络中心机房就能实时控制、监测整个网络系统的运行状况，还要有友好的人-机操作界面，并能找出网络节点的故障所在，以最快的速度迅速恢复用户的应用需求。（5）安全性：校园网是学校办公应用的平台，因此对于数据的安全性要求很严格，所以可访问与不可访问将严格限制。校园网和互联网之间的数据流量也将严格控制。（6）保护投资：网络方案设计时应该充分考虑已有的硬件设备和软件资源,尽量把投资和未来发展容于系统方案中。具体从以下几个方面考虑： a.硬件设备、软件系统的投资； b.应用系统开发的人、财、物和时间上的投入； c.人员培训投资； d.原有的运行系统和业务数据的兼容性。1.4 需求分析此次组建的中型高性能校园网的需求是：运用先进的网络通信技术和计算机技术，系统的完成覆盖整个校园面积的高性能的光纤网络。要求网络在行政管理、网络视频、网络会议和通信等方面能高效的运作。具体包括： (1) 覆盖面积广，主干必须采用光纤通信，具有良好的网管能力，达到高效、可靠、安全的要求。 (2) 校园网出口同 CERNET 、Internet互通，可以利用内网方便快捷地传递大量信息流量，以满足信息查询、通信、资源共享、远程教学等需求。 2. 具体方案目前，我们使用网络已经不只是用来收发邮件和浏览网页了，而更多的是大量的视频语音等。随着数字校园的兴起、以及网络多媒体教学的开展，面对大流量需求，很多服务器用上了千兆网卡，这样就使得核心骨干必须升级到万兆，这是很迫切的，否则会形成带宽瓶颈。但这并不是不可能的，近两年来万兆核心交换机以其高带宽、高性能、高可靠和高安全性能已经在市场上形成了很大的冲击。因此，我认为万兆网络更能适应高校以后的发展。如今在很多高校，万兆以太网已经在校园中规模的组建和应用了。以下是我模拟的一个校园网，按照需求，我从结构布局、综合布线、机房建设、IP以及Vlan的规划，应用平台规划等几个来组建和部署一个核心万兆以及链路冗余的高性能校园网。2.1 校园网架构网络的体系结构很复杂，从网络的诞生到现在，人们在不断的优化。在以往的体系结构中，网络设备受网络体系所限，很难兼容好多新兴的应用服务，这是一种不好的现象。另一种是在现有的网络体系结构下，投资者为了开展一项应用，不得不动用巨大的成本去重新购买相应的设备以兼容新开展的业务，造成了投资成本过大。所以以往的网络体系不能够保护投资。为此，新一代的网络体系结构应运而生，也就是3层交换网络。2.2 拓扑分析图 2-1 校园建筑分布图校园建筑分布图如图2-1所示。对学院地理环境进行分析，在物理上进行有效的区域划分。依据学院的楼宇布局，汇聚区按照楼宇进行汇聚区划分，但信息点过多或需布线太长，可将楼宇划分为多个区域；对于分散的楼宇则可采用数楼合一汇聚的方法。将中心机房设置在办公大楼，学生公寓分A区、B区、C区在B区设立一个汇聚机房，教师公寓区也分A区、B区、C区在B区设立汇聚机房，行政大楼设置汇聚机房，图书馆设图书馆汇聚机房，教学区设置一个汇聚机房。大致结构如表2-1所示：表 2-1 校园信息点分布楼宇分区信息点个数合计主要用途学生公寓区A区30009000因特网访问，数据互传，校园网视频点播。B区3000C区3000教师公寓区A区200600因特网访问，数据互传，校园网视频点播。B区200C区200行政区300300因特网访问，视频会议文件互传。图书馆学生阅览室200500教学视频点播，因特网访问，资料互传，视频会议。电子阅览室200网络中心50借书室50教学区计科系2002000教学视频点播，远程教育，因特网访问。生化系100经管系100机电系100-系100办公区350350因特网访问，资料互传视频会议。根据信息点得出设备分布得出交换机分布如图2-2所示：图 2-2 交换机分布图根据交换机分布图和建筑分布图，得出网络拓扑结构如图2-3所示：图2-3 网络拓扑结构2.3 核心层部署核心采用两个万兆核心交换机，冗余链路，避免单点失效时网络的性能收到影响。两台主干核心选用锐捷RG一$8610万兆路由交换机，主要用来链接汇聚设备的上联；RG一$8610通过两条千兆光纤上联到出口防火墙，它们之间运行OSPF。由于采用冗余链路和设备，所以在发生故障的时候可随时对其中一台核心设备进行检修、维护等操作而不会影响整个校园网的使用，而且，这样的结构有利于网络的扩建。2.4 汇聚层部署对楼宇进行区域划分，分成了七个区域。在这些区域安装单台或多台汇聚交换机，汇聚层采用的设备是华为Quidway S9300汇聚交换机。将汇聚交换机连到本区域内的接入交换机上，而汇聚交换机与两台核心万兆交换机采用两条冗余链路连接，让核心交换机和汇聚交换机共同运行0SPF。汇聚设备同时又是本区域类的网关，汇聚设备采用单链路与接入设备连接，尽量和接入设备安放在同一地理位置，以便减少光缆铺设，造成投资浪费。2.5 接入层部署接入层采用华为S2700交换机，支持丰富的安全特性，安全部署到边缘。完成终端设备的接入，包括工作站、终端、服务器、无线设备等网络设备。3. 综合布线杂乱无章的布线不利于后期管理和扩建，所以综合布线为最好的选择，配上万兆校园网，可谓是宝刀配英雄。综合布线系统将为网络信息化应用提供运行的硬件设施和平台。布线系统作为数据流量的传输介质，应具有高度灵活性、可靠性，易扩展性、易维护和易管理性。本次布线主要是区域规划、标识规划和中心机房建设。3.1 区域规划本次布线主要完成校园里多栋楼宇布线，网络核心区设在中心机房，各楼宇设置分中心。布线系统根据楼宇的地理位置，按照标准形成六个子系统，分别是工作区子系统、水平子系统、垂直子系统、配线间子系统、设备间子系统、建筑群子系统。考虑到布线系统的隐蔽性和前瞻性和布线系统要能适应今后技术的发展，能提供办公自动化和系统集成管理的硬件基础，所以本系统整体采用超六类类布线系统，使得线路系统具有较高的性能价格价比。用4根24芯单模光缆连接两核心，用16芯的单模光缆链接各配线间和核心机房。3.2 标识规范为了得到后期网络管理的方便和快捷，布线系统需要标识设置，系统布线中，根据学校的情况和标准规定设置特定标识。比如房间的模块标识，起点以面向房间右起第一门基准，进入后自右向右以顺时针方向依次对连接模块进行整数递增标识。标识标号定为“楼号+房间号+序号”。对于跳线标识，很多集成商对设备跳线不标识，又或者只对一端标识，所以给维护人员管理起来很不不便。例如，维护人员将相邻的跳线拔下后就很难准确的安装上去了，本次布线要求每根跳线均必须进行两端标识。3.3 中心机房建设中心机房是计算机网络的核心部位，如同人的心脏。中心机房里部署了服务器、交换机等核心网络设施。为了保障整个网络的有效运行，必须按照国家规定机房工程标准来建设机房。机房的温度，电力，和线路常常导致了故障的产生。所以，机房安全建设是这次建设的重点。中心机房建设的内容包括一下几点，有隔断装修、综合布线、不间断电源、抗静电地板的铺设、机房专用恒温恒湿空调、机房监控系统、通风系统、漏水监测检测、地线铺设、防雷击系统、消防、监控、屏蔽工程、报警、动力电和弱电分离管等。整个中心机房的建设融合了电力、布线、安防、管理等多个方面。4. IP地址规划和部署IP规划的目的是使得各类应用地址有良好的可分辨性，以提高网络管理过程中的效率。对于网络管理人员而言，一套可推导目标的地址体系是使网络成为可有效管理的基础，它可以避免管理人员去死记硬背那些枯燥的IP数字所对应的应用点。4.1 IP地址总体规划考虑校园网络运行管理的有效和方便，将学校内部IP地址分成三类：设备互连地址、用户地址和设备管理地址。根据管理经验，大多数攻击工具或扫描的默认对象为C类 192.168.0.0号段的地址。或者专门针对相同网段的地址进行攻击。因此本次IP地址规划将避开C类预留地址。设备地址和用户地址将在区段上分开，只为了减少此类傻瓜式攻击。设备管理地址和互连地址采用B类 (172.16.0.0)号段，用户地址则采用A类 (10000)号段，具体如下：系统互连地址：172160-2. 0设备管理地址：172.16.3.0。用户地址：10.0.0.0。4.2 互连地址规划互连地址是指路由设备之间用于数据包交换的地址，也就是两个相连端口所具有的地址，其特点是两个地址是同一子网内且互为网关的地址对。互连地址会被加入到路由表中。当互联设备增多时路由表长度也跟着增加。为了节约路由查找时间，在分配互连地址时，同区域内的应该分配连续的地址。互连地址的基本定义原则，规定出口为起点，靠近出口的设备端口IP地址后八位使用奇数，远离出口的一端使用偶数。同层级设备；主设备的后八位采用奇数地址，备份设备后八位采用偶数地址。服务商提供的互连地址除外，所有互连地址采用30位掩码；通配符为0.0.0.7.4.2.1 核心层互联地址图 4-1 核心层互联地址4.4.2 汇聚层互联地址图 4-2 汇聚层互联地址（1）汇聚区域出口端从左至右： 172.16.1.1 172.16.1.5 172.16.1.9 172.16.1.13 172.16.1.17 172.16.1.21 172.16.1.25 172.16.1.29 172.16.1.33 172.16.1.37 172.16.1.41 172.16.1.45 172.16.1.49 172.16.1.53（2）汇聚区域入口端从左至右： 172.16.1.2 172.16.1.6 172.16.1.10 172.16.1.14 172.16.1.18 172.16.1.22 172.16.1.26 172.16.1.30 172.16.1.34 172.16.1.38 172.16.1.42 172.16.1.46 172.16.1.50 172.16.1.544.4.3 接入区互联地址图 4-3 接入层互联地址（1）接入区域出口从左至右： 172.16.2.1 172.16.2.5 172.16.2.9 172.16.2.13 172.16.2.17 172.16.2.21 172.16.2.25（2）接入区域入口从左至右： 172.16.2.2 172.16.2.6 172.16.2.10 172.16.2.14 172.16.2.18 172.16.2.22 172.16.2.264.3 设备管理地址规划对于路由设备，互连地址主要用于设备登录和管理，作为核心设备等安全性较高，所以设计中，只对接入层设备定义管理地址，将上层汇聚设备定义对应的网关地址。所有管理地址定义在Vlan1000里。用172.16.3.0号段部署设备管理地址。根据网络的规划，其中最大的汇聚区域有9个交换机组，所以至少需要9个管理地址。因此，将Vlanl000所对应的网络定义为28位掩码，有16个地址，除去广播，网络，和网管地址，还剩13个地址可用。具体定义过程按以下原则进行：将子网内最大的有效主机地址定义为网关地址。设备地址有多的前提下，根据交换机组顺序编号，将IP地址后八位与其对应。核心区域不存在接入设备，因此不需要分配管理地址。具体如下：（1）汇聚层管理地址：172.16.3.14 172.16.3.30 172.16.3.46 172.16.3.62 172.16.3.78 172.16.3.94 172.16.3.110 （2）接入层： 172.16.3.1到13 172.16.3.17到29 172.16.3.33到45 172.16.3.49到61 172.16.3.65到77 172.16.3.81到93 172.16.3.97到1094.4 应用地址Vlan规划 所谓应用地址是指网络终端设备所用的IP地址，考虑到互联网应用很普及，地址分配采用自动方式。本项目中除服务器外，所有应用地址均采用系统自动分配方案，为配合DHCP服务，用户地址的分配须明确定义好名称、VlanID和地址这三者的对应关系，以便为系统服务配置人员提供一个良好的执行标准。具体如表4-1所示：表 4-1 应用地址与Vlan规划子网名称子网IP/掩码网关IPVlan学生公寓子网10.1.0.0/16172.16.2.2/30Vlan10至Vlan30教师公寓子网10.2.0.0/16172.16.2.6/30Vlan31至Vlan40教学区子网10.3.0.0/16172.16.2.10/30Vlan41至Vlan50行政区子网10.4.0.0/16172.16.2.14/30Vlan51至Vlan70图书馆子网10.5.0.0/16172.16.2.18/30Vlan71至Vlan80工作区子网10.6.0.0/16172.16.2.22/30Vlan81至Vlan90无线网子网10.7.0.0/16172.16.2.26/30Vlan81至Vlan100服务器子网10.0.0.0/16172.16.0.21/29到172.16.0.29/29Vlan1至Vlan95. 协议平台实现5.1 OSPF路由实现OSPF路由协议是开放标准的链路状态路由协议，其特点是，收敛时间短、适用范围广。OSPF路由协议一个大的网络分成了很多小的区域，避免大规模的网络带来的路由表巨大，查找时间长的弊端，从而提高网络的性能。采用OSPF分层路由技术，根据实际情况，将主干区域内2台核心路由交换机和一个出口设备(防火墙)以及一个路由器组成，形成OSPF零区域。主干区域通过OSPF自我收敛，自我调节，自动地完成主干区域内各个节点的数据通讯以及默认网关部署。主干区域以外，将学生宿舍和教师宿舍划分为OSPF一区域，其余为二区域。5.2 防火墙部署防火墙的部署是有效保护校园网外网对内网的攻击保障，在校园网出口处部署了JunIPer ISG2000防火墙，使用千兆多模光纤与核心l连接、使用千兆电口与公网路由器相连。运行OPSF动态路由。5.3 多出口链路实现出口指在校园内网连接互联网的多条通道，由于与外网相连，而且有多条链路通向外网，所以通道中的设备需要实现流量平衡、防火墙、计费系统、VPN系统、流量控制系统、行为监控系统等功能。安装这些系统目的是为了实现校园网不受外部网络的攻击，同时对内部网络的行为进行监控，从而达到必须的网络安全。所以，为了保证校园网免受各种攻击，我们在校园网出口部署了流量平衡系统，计费系统、身份认证系统、流量控制系统。5.4 QOS保障机制在有限资源并且运行着大量应用的地方，都应该考虑相应的QOS保证机制，那些时间关键的、敏感的业务报文保证能被正确、及时、有效的转发。因此在选用设备时，要求所有的设备都可以支持相应的QOS/COS策略，万兆核心多层交换机提供多种规则组合条件下的流映射和分类和完善的Diffserv/QOS支持、拥塞控制、流量监管等。做到能够区分业务的属性，保证时延/带宽/抖动在一定的正常范围内，使不同用户可以享受具有不同服务质量等级的服务保证。只有这样，整个网络才真正成为同时承载大量数据、语音和视频的综合高性能网络。QOS保证机制的实施，主要面向服务端口，打开WFQ功能，通过WFQ保证小包、实时的数据包在最拥挤的时候能够优先转发。与此同时，以WRED的方式来加权避免拥塞产生，保证网络不出现拥塞，始终保持整个网络发挥高吞吐率高效率的特性。5.5 认证和审计对于学校内网用户，不进行对外访问的控制。但是其中某些设备处于防火墙之外，因此仅对这类设备进行拒绝访问配置即可。对于需要外网服务的用户须进行登记。登记的基本内容是，联系方式、部门、责任人、当前IP地址MAC地址、IP地址、端口、外网IP分配等，同时还应进行DHC保留配置。5.6 地址分发实现由于校园网用户数量太多，人工分配不实际，而且大多数用户也不用专用的IP地址，因此IP地址的分发采用DHCP的动态分配方式。否则不利于网络管理。但如果某个用户想要分配固定IP地址，须在DHCP服务器上绑定IP和MAC地址，这个IP地址就一直跟随这个MAC地址了，而且这个IP地址不会再被分配。6. 结束语此方案介绍万兆校园网建设中涉及的的重点内容，在主干网上注意结构的优化，为以后校园的扩展和管理奠定了基础。其中就地址规划部署工作做了详细的阐述。在综合布线工作中注重标识规范化的布线以及核心机房的建设。万兆校园网的核心层网络带完全能支持开展远程教育、网上教学、流媒体、多媒体等业务；并且能够根据需要增加带宽。当全网开通后，应该能满足高质量、易用、无阻塞等要求。参考文献1 刘晓辉.网络硬件搭建与配置实践M.北京电子工业出版社,2009.2 胡道元.网络设计师M.北京清华大学出版社,2001.3 岳经伟.网络综合布线M.北京中国水电水利出版社,2003.4 谢希仁.计算机网络(5版)M.北京电子工业出版社,2008.5 斯桃枝.局域网技术与局域网组建M.北京人民邮电出版社,2009.6 美Richard Deal.CCNA学习指南M.北京人民邮电出版社,2009.7 罗绍刚.医院信息化网络改造规划设计与探讨J.黑龙江科技息,2012.8 李东霞.机房技术的发展历程与趋势J.沿海企业与科技,2011.9 计宏.论智能建筑综合布线系统J.黑龙江科技信息,2007.致谢毕业论文暂告收尾，这也意味着我在铜仁学院的四年学习生活既将结束。回首既往，自己一生最宝贵的时光能在这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这四年的时间里，我在学习上和思想上以及做人上都受益非浅。这除了自身努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。 论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战的。老师的谆谆诱导、同学的出谋划策及朋友的支持鼓励，是我坚持完成论文的动力源泉。在此，我特别要感谢我的指导教师袁丽娜老师。从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，老师都费尽心血。没有袁老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。 感谢2010计算计本科班的各位同学，与他们的交流使我受益颇多。最后要感谢我的家人以及我的朋友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。 时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！15