毕业设计(论文)-模拟环境下三层交换技术的校园网设计与实现.doc
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1、 陕西理工学院毕业设计 毕业论文设计任务书院(系) 物电学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 一、毕业论文设计题目 模拟环境下三层交换技术的校园网设计与实现 二、毕业论文设计工作自_2016 _年_3 _月10 日 起至_ 2016_年 6 月 20 日止三、毕业论文设计进行地点: 物电学院计算机信息处理分室 四、毕业论文设计的内容要求: 我国目前大多数校园网的结构、规模和应用不是很完善,网络设备,计算机设备的功能没有得到充分利用,怎样充分利用网络资源,进一步发挥各个设备的功能,是组建校园网的一个主要目的。 本设计要求学生,在GNS3模拟环境下以陕西理工学院校园网的规划和设计为背景,从校园网
2、的 概念及相关的计算机网络技术入手,利用三层交换技术,设计一个合理的校园网组建方案,并给出具 体的模拟实现过程。 五、 毕业论文设计应收集资料及参考文献:1 美Cprian Popoviciu.部署IPv6网络M.北京:人民邮电出版社,2006.23-27. 2 高阳,王建强.计算机网络技术及应用M.北京:清华大学出版社,2009.18-20. 3 雷震甲,网络工程师教程第三版M.北京:清华大学出版社,2010.34-37. 4 杨轶,苏啸鸣,吴越. 深入解析IPv6第二版M.北京:人民邮电大学出版社,2005. 5 谢希仁.计算机网络(第5版)M.北京:电子工业出版社,2008.13-20.
3、 六、 毕业论文设计的进度安排:3月2日3月29日:查阅资料,完成初步设计方案和开题报告。 4月1日4月26日:熟练掌握三层交换技术,以校园网为设计实体,给出具体分配方案,及网络 拓扑结构。4月29日5月24:并在软件环境下进行运行调试,进一步完善系统功能,整理资料; 5月27 日6月7日:撰写、修改毕业设计论文。 6月10日6月15日:打印论文准备并完成答辩。 指导教师签名 系(教研室)主任签名 专业负责人签名 批准日期 模拟环境下三层交换技术的校园网设计与实现(陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业,2012级1班,陕西 汉中 723000)指导教师:摘要本设计是在GNS3模拟环境
4、下使用三层交换技术以及分层分级设计,使网络达到最佳状态。解决了目前大多数校园网结构规模和应用都不是很完善,导致网络设备得不到充分利用和发挥的问题。实现了将校园网内各种信息资源通过高性能的网络设备连接起来,并通过一定的网络接口连接到广域网上,建立起校园内部、校园之间、校园与社会的信息基础设施。关键词校园网;多层网络;分级设计;三层交换技术 Design and implementation of three layer switching technology campus network in simulation environmentan(Grade12,Class01,Major ele
5、ctronics and information engineering,School of Physics and Telecommunication Engineering,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi)Tutor: Abstract: This design is the use of the three-tier exchange of technology and tiered hierarchical design in GNS3 simulated environment, the network
6、 at their best. Most of the campus network to resolve the current size and structure of the application is not perfect, resulting in underutilization of network devices and play problems. The campus network to achieve a variety of information resources are connected by high-performance network equip
7、ment up and connected to the WAN through a certain network interface, to establish an internal campus, between the campus and campus information infrastructure of society. Keywords: Campus network; multilayer network; hierarchical design; L3 Switch Technology 目录 1引言11.1校园网的概述1 1.2校园网的意义1 1.3三层交换技术12
8、 需求分析22.1 网络要求22.2 设计原则23 校园网需要用到的技术4 3.1 OSPF43.1.1 Router-ID43.1.2链路状态(LSA)43.1.3 DR/BDR5 3.2 HSRP63.2.1 概念与作用63.2.2 状态6 3.3 STP64 校园网建设的实现8 4.1 网络拓扑设计84.2 VLAN - IP规划84.3 路由模块设计94.3.1 路由模块拓扑104.3.2 关键配置104.3.3 路由测试104.4 交换模块设计124.4.1 交换模块拓扑124.4.2 HSRP设计124.4.3 STP设计144.4.4 交换测试144.5 负载均衡设计154.6
9、快速收敛测试16结束语18致谢19参考文献20附录A21附录B25ii1引言1.1校园网的概述校园网就是为全校师生提供科研、教学以及综合类信息服务的宽带型多媒体网络。第一,校园网络应为全校师生的科研、教学提供先进性的信息化教学环境。这样就要求:高校校园网是一个宽带 、且专业性很强具有交互功能的局域网络。多媒体的演示教室、教学软件的开发平台、电子阅览室、教师备课系统、以及教学、考试资料库等,都能在该网络平台上运行1。假如一所学校它包含多个学院学科(或多个系),这样也能形成好几个局域网络,并且通过无线或有线的方式连接起来。最后,校园网络应该具有行政、教务以及总务管理等功能。1.2校园网的意义随着计
10、算机以及互联网的发展,信息全球化已经开始成为人们生活以及社会发展的大趋所向。但是由于互联网它具有终端分布不均匀性、网络的互联性和开放性以及形式多样性等特征,这就使得网络的信息安全已经逐渐成为一个非常重要的问题。计算机的高校园区网络系统应用是高校非常重要的现代基础设施,应为学校的师资培训、教学科研、现代化管理、科室办公等提供可靠、先进、快捷、快捷的计算机网络环境。1.3三层交换技术第三层交换技术的实质是带有集成电路的路由器 ,发送数据包也还是通过ASIC芯片来完成。在校园网的网络设计中,三层交换机主要是通过依靠接口、协议以及一些特殊功能的支持,以此来替代实现路由器的功能。高档的Layer 3 交
11、换机因生产厂家不同就有不同的实现方法,比如Cisco12000的千兆交换路由器是通过线速率来实现数据包的高速转发的。再比如Catalyst系列的交换机则使用的是通过芯片ASIC开发的超速交换引擎来实现的,而Cisco的三层交换机是与标准相兼容的,也就是说可以把这样的三层交换机当作高效率的路由器来连到网络外部设备上。Cisco的第三层交换机在Catalyst的基础上结合了IOS提供的多协议支持功能和基于第三层硬件交换的技术。路由交换模块RSM是一个由IOS支持的和Cisco7500系列一样的RSP2引擎2。NetFlow卡是用来在Catalyst5000上升级超级引擎上的一个功能子卡,基于集成电
12、路的第三层交换机就是通过在NetFlow功能卡上的ASIC芯片来实现包交换的。 2 需求分析2.1 网络要求在高校师生生活中,教师的教学管理、科研研究以及学生的查阅资料、课余娱乐,都会产生庞大的数据、音频、视频等传输流。如果不能保证高带宽、并且有多种音频、视频、数据流等等混杂在一起进行各类数据传输,就不能对这些数据流给出次高优先级和最高优先级以及低优先级进行分类,这样的话,就不能保证一些比较重要的业务的畅通,从而造成网络延迟、服务不可用。所以想要从根本上改变校园网络的传输效率,就需要通过端到端的QOS,智能到边缘的方式来保证。通过端到端,智能到边缘的应用方式,大大的减小了对网络核心设备的消耗,
13、这样一来就有效而简洁的加快了网络的畅通性。从而就可以对校园网应用中的,多媒体音频、视频服务、数据备份服务、文献传输服务、数据库服务器等服务尽可能地实现避免发生拥塞。对不同应用的服务流进行比较详细的划分优先级,同时充分利用现有的带宽,保证网络的高效运行。在校园网络中,存在各种各样系统应用环境以及多样的网络设备,并且要考虑在用户迅速增长的今天,同时考虑到校园网络设备的日益增加。保证在网络设备多样,用户不断增加的环境中,仍然能够保证网络的畅通。所以万兆骨干网络平台就应具有良好的兼容性和可扩展性,能与当前校园网络无缝衔接,同时预留的空间要符合以后以及当前信息建设的需要以及满足足够的升级空间3。在校园网
14、建设中普遍存在多服务,多用户的现状。带来了对网络系统要求具有高效率等,以保证大数据量访问下有效的处理能力。针对需求设备要能对数据做到分布式处理,这样的分布式处理可以节省主交换引擎的消耗。使数据在独立的板卡上就能做出对数据的识别,这样比在中央处理器识别要快的多。并在大量的数据应用,数据传输的过程中,要保证所有硬件设备都可以进行快速的转发,要具备高背板带宽(交换容量),所有端口都能保证线速转发。这种分布式处理可以极大地提高整体处理能力,保证了网络畅通。目前的网络环境中可靠、稳定是人们争相议论的话题,因为现在在互联网络中同时运行了众多重要的服务及应用,就要保证能够连续不间断的服务,也就是要能够完全保
15、证网络设备的全天候可用性。即使是在网络设备出现故障时切换到备用网络设备的过程中,也要能够保证只有比较小的延迟,从而满足在网络应用中有效畅通的一些需要。在这样的网络需求中利用冗余的电源、冗余的管理交换引擎等关键部件。支持(802.1W、801.1D)802.1S多Vlan的STP协议来保障数据链路级的冗余以及负载均衡,支持OSPF、VRRP等三层路由协议来保证网络路由级的冗余,支持load balancing技术实现了应用级的冗余备份和负载均衡。全方位的完全保证了设备、网络、应用系统的可靠性。在校园网络中,对于校园网的安全保障十分重要:校园网的信息点分布很广,与一般校园网比较,校园网用户的流动性
16、大,信息点存在随意接入使用的问题4。学校的学生以及外来的一些不确定身份的用户,这些用户在校园网络中任意找到一个信息点,然后就可以通过这个信息点进入校园网,肆意的破坏和干扰校园网网络平台以及一些应用系统正常的运行。除此之外,校园的网络安全还需要考虑到与内网以及外网之间不同的应用系统访问控制的安全性。为了在安全事故发生后,能够快捷、有效的处理事故,一般采用网上审计是十分有必要的手段。 2.2 设计原则校园网络系统的建设在实用的前提下,应当在投资保护及长远性方面做适当考虑,在技术上、系统能力上要保持五年左右的先进性。并且从学校的利益出发,从技术上讲应该采用标准、开放、可扩充的、能与其它厂商产品配套使
17、用的设计。根据校园网的总体需求,结合对应用系统的考虑,本次网络建设的设计目标是:高性能、高可靠性、高稳定性、高安全性、易管理的万兆骨干网络平台。我们遵循以下的原则进行网络设计:(1).实用性和经济性网络建设应始终贯彻面向应用,注重实效的方针,坚持实用、经济的原则,建设的万兆骨干网络平台,保护用户的投资。(2).先进性和成熟性校园网络的建设设计既要注意具有设备、工具、结构的相对成熟性,又要采用比较先进的方法、技术和概念。这样不但能反映当前计算机网络的先进水平,又具有良好的发展潜力,同时能保证未来在若干年内一直占据主导地位,保障学校网络建设地位的领先。(3).稳定性和可靠性在考虑园区网络技术成熟性
18、和先进性的同时,还要从技术措施、系统结构、系统管理、设备性能、保修能力以及厂商技术支持这些方面入手,从而来保证运行系统的稳定性和可靠性,达到最长的平均没有故障的时间,锐捷网络做为国内知名品牌,网络领导厂商,其产品的可靠性和稳定性是一流的。为了保证骨干网络平台的健壮性和链路冗余性,建议网络实施时在学校启用千兆备份线路。在学校启用物理链路冗余机制,保证任何一条线路出现故障后骨干网络平台的可用性。(4).安全性和保密性在网络设计中,既考虑信息资源的充分共享,更要注意信息的保护和隔离,因此系统应分别针对不同的应用和不同的网络通信环境,采取不同的措施,包括端口隔离、路由过滤、防DDoS拒绝服务攻击、防I
19、P扫描、系统安全机制、多种数据访问权限控制等5。充分考虑安全性,针对的各种应用,有多种的保护机制,如划分VLAN、IP/MAC地址绑定(过滤)、ACL、路由过滤、防DDoS拒绝服务攻击、防IP扫描、802.1x认证机制、SSH加密连接等具体技术提升整个网络的安全性。(5).可扩展性和可管理性由于信息技术和人们对于新技术的需求发展都非常迅速,为了避免不必要的重复投资,我们必须选择具有一定扩展能力的设备,能够保证在网络规模逐渐扩大的时候,不需要增加新的设备,而只需要增加一定数量的模块就行。最好能够做到在网络技术进一步发展,现有模块不支持新技术的情况下,只需要更换相应模块,而不需要更换整个设备。为了
20、适应网络结构变化的要求,必须充分考虑以最简便的方法、最低的投资,实现应用系统的维护和扩展。为了方便网络设备扩展,对核心的设备就要采用高密集端口模块化的设备,以便于实施将来的扩展和升级。先进的设备必须配合先进的管理和维护方法,才能够发挥最大的作用。全部采用基于SNMP标准的可网管产品,达到全程的网络监管,降低人力成本的费用,提高网络的易用性、可管理性,同时又具有很好的可扩充性。3 校园网需要用到的技术在校园网的设计过程中,不是一般的简单的设计,这其中包含了很多计算机项目的编程所用到的一些技术,通过计算机编程设计,包含路由器,及网络拓扑图等等。要想实现校园网的接通,我们就必须得对一些技术做以分析,
21、具体从以下几个方面分析。3.1 OSPF路由协议OSPF全称为Open Shortest Path First,也就开放的最短路径优先协议,因为OSPF是由IETF开发的,它的使用不受任何厂商限制,所有人都可以使用,所以称为开放的,而最短路径优先(SPF)只是OSPF的核心思想,其使用的算法是Dijkstra算法,最短路径优先并没有太多特殊的含义,并没有任何一个路由协议是最长路径优先的,所有协议,都会选最短的。 OSPF的流量使用IP协议号89。OSPF工作在单个AS,是个绝对的内部网关路由协议(Interior Gateway Protocol,即IGP)。OSPF对网络没有跳数限制,支持C
22、lassless Interdomain Routing (CIDR)和Variable-Length Subnet Masks (VLSMs),没有自动汇总功能,但可以手工在任意比特位汇总,并且手工汇总没有任何条件限制,可以汇总到任意掩码长度6。OSPF支持认证,并且支持明文和MD5认证;OSPF不可以通过Offset list来改变路由的metric。OSPF并不会周期性更新路由表,而采用增量更新,即只在路由有变化时,才会发送更新,并且只发送有变化的路由信息;事实上,OSPF是间接设置了周期性更新路由的规则,因为所有路由都是有刷新时间的,当达到刷新时间阀值时,该路由就会产生一次更新,默认时
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- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 模拟 环境 三层 交换 技术 校园网 设计 实现
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