本科毕业论文---中学网络工程设计与实施.doc

广东工业大学
华立学院
本科毕业设计（论文）
高田中学网络工程设计与实施

论文题目 高田中学网络工程设计与实施
系 部 机电与信息工程学部
专 业 网络工程
班 级 2011级网络1班
学 号 21021101007
学生姓名 陈永聪
指导教师 李康

摘 要
随着互联网时代的到来，计算机网络日益发展，越来越多的人都依靠着网络的力量来互相联系、互相沟通，人类已经步入信息社会，计算机网络产业正成为全球经济的主导产业。同时，计算机网络技术已成为学校的教学管理必不可少的重要工具。校园网随着全国高等院校网络建设的日渐成熟而逐步走入了人们的视野。校园网的应用范围越来越宽阔，校园网的建设是高等院校的建设与发展特别是人才培养的重要组成部分，可以更加直接快速的展现该学校的办学水平和办学质量。由于现在的初中办学规模较大，学生层次较为复杂，导致学校的教学、管理等对网络的依赖性也越来越强。校园网在一定程度上完善教学方式，扩展了老师和学生的知识面，这就是意味着校园网络提高了学生的获取、分析以及处理信息的能力。
本文对校园网进行了总体的网络设计和分析，利用组网技术、网络设备、传输介质、网络协议、网络安全技术、防火墙策略，以及各种系统管理软件和应用软件将校园内的计算机和各终端设备有机地集成在一起，用于教学、科研、学校管理、办公自动化、信息资源共享等功能的计算机局域网，保证了校园网安全、稳定、高效的运行。
关键词：校园网 组网技术 网络设计 网络安全 网络协议 防火墙

Abstract
With the advent of the Internet era, the increasing development of computer network, more and more people are relying on the power of the Internet to connect, communicate with each other, Mankind has entered the information society, computer network industry is becoming the leading industry in the global economy. At the same time, the technology of computer network has become an important tool for teaching the essential management in Institutions of higher learning. Campus network as the network construction of colleges and universities throughout the country gradually mature and gradually into people's vision. The scope of application of the campus net is more and more broad, the campus network construction is the construction and development of colleges and universities in particular is an important part of talent training, can be more directly and quickly show the in school running level and quality of running a school. Because of the scale of running ordinary undergraduate college students is larger, complex levels, leading to rely on Colleges and universities teaching, management on the network more and more strong.The campus network to improve the teaching method in a certain extent, the expansion of the knowledge of teachers and students, this means that the campus network to improve students' ability to acquisition, analysis and processing of information.
This paper has carried on the network design and overall analysis of the campus network, the use of network technology, network equipment, transmission media, network protocol, the technology of network security, firewall policy, as well as various management system software and application software to campus computers and terminals are integrated together machine, computer local area network used in teaching, scientific research, school management,office automation,information resource sharing and other functions, to ensure the security of campus network, stable, efficient operation.

Keywords: Campus network Networking technology Network design
Network security Network protocol
目录
摘要……………………………………………………………….………………. ……Ⅰ
Abstract……………………………………………………………….……………….Ⅱ
1 绪论……………………………………………………………….……………….……..1
1.1概述……………………………………………………….………………….……...1
1.2校园网络的组成…………… ………………………………………….…….. .…...1
1.3 建设校园网的必要性……………………………………………………….….......2
2 校园网络的规划和实施....................................................................................................4
2.1校园网络中的主要硬件设备.....................................................................................4
2.1.1网络中的服务器...............................................................................................4
2.1.2交换机...............................................................................................................5
2.1.3路由器...............................................................................................................5
3 校园网络总体设计与分析 ...............................................................................................9
3.1学校概况......................................................................................................................9
3.2校园网的设计思想......................................................................................................9
3.2.1整体需求分析.....................................................................................................9
3.2.2用户分析............................................................................................................10
3.2.3性能要求............................................................................................................10
3.3校园网络工程总体设计方案.....................................................................................11
3.4 校园网络拓扑图设计.................................................................................................11
3.5 IP地址的划分............................................................................................................11
3.5.1 IP地址分配原则.............................................................. . . . . . .....................12
3.5.2 校园网络各部门VLAN划分.............................................................. .. . . . . ...12
3.5校园网设备选购.......................................................................................................13
3.5.1核心交换机.....................................................................................................13
3.5.2 汇聚层交换机................................................................................................15
3.5.3 接入层交换机................................................................................................17
4 布线系统要求和设计......................................................................................................19
4.1布线要求...................................................................................................................19
4.2布线系统管线要求...................................................................................................19
4.3布线的设备选择.......................................................................................................19
4.4布线系统设计方案描述...........................................................................................20
4.5布线系统的分类及测试...........................................................................................21
4.6 UPS系统...................................................................................................................22
4.7 防雷系统..................................................................................................................22
5网络安全管理...................................................................................................................24
5.1校园网络安全问题...................................................................................................24
5.1.1校园网安全隐患...........................................................................................24
5.1.2校园网安全隐患分析...................................................................................25
5.2校园网络安全策略...................................................................................................25
5.2.1路由协议选择.............................................. ................................................26
5.2.2VLAN配置.......................................................................................................27
5.2.3路由控制策略配置.......................................................................................28
5.2.4防火墙策略...................................................................................................31
5.3网络日常维护...........................................................................................................33
总结......................................................................................................................................35
参考文献..............................................................................................................................36

IV

1 绪论
1.1概述
随着21世纪的到来，当今社会已经步入信息化的社会，使得校园网络建设在各大学校建设中处于极其重要的地位。所谓校园网，即在校园范围内组建而成的计算机网络，利用组网技术、网络设备、传输介质、网络协议，以及各种系统管理软件和应用软件将校园内的计算机和各终端设备有机地集成在一起，应用于教学、科研、学校管理、信息资源共享和远程教学等功能的计算机局域网，它将信息管理、教务行政、研究开发、网上办公等各类系统组接起来，实现不同系统之间的信息共享。通过统一管理校园内部的各种资源，可以使其得到更广泛的应用；通过网络能够实现校园内部师生、各部门之间的交流；通过校园网，可以实现图书馆管理，教务教学管理、实验室管理、学生成绩和学籍管理、财务和行政办公、后勤管理、档案管理、办公自动化等功能。这就说明了校园网其实就是一个具有交互功能的局域网。
1.2校园网络的组成
通常来说，一个普通的初中校园网都是是由网络控制管理中心、学生机房、和多媒体功能教室、教学办公楼、综合楼和教师宿舍网等几个部门的局域网共同组建而成的。接下来为大家介绍一下其各自的作用：
1、 网络控制中心：在网络控制中心配有系统服务器、文件管理器、一级交换机和配线机柜等，它是校园网的核心地带，承担着整个校园局域网的管理、数据交换和数据通信。
2、 教学实验室：主要是采用对等模式的星型拓补结构进行组网的，采用堆叠式集线器连接所有的计算机，再连接到校园网的主干中心，是学习计算机上机操作的地方，通过该网络，能够进行多媒体辅助教学。
3、 教学办公楼：教师可以通过校园网进行资料查询、教学交流、和消息发布等，更好地让老师在这里进行多媒体课件素材的制作以及课件的完成。
4、 综合楼：学校的各种行政机关都被列入了该网络，包括院长办公室、教务处、财务处等部门，通过与网络中心的服务器相连，从而实现学校信息管理的自动化。
5、 教师宿舍：该网络连通各个宿舍的各台计算机，在宿舍中能够通过计算机访问校园网和Internet，了解更多资讯。
1.3建设校园网的必要性
在这个信息不断更新的时代，建设校园网是一间高校推进素质教育、不断吸取知识的一个重要手段。可以说，校园网的建设一方面加强了学校与学校的联系，有利于及时了解各个学校的发展信息，提高学校的科学研究教学水平；另一方面，以校园网为基础的管理信息系统开发，也有利于各学校管理水平的提高。校园网能够促进教师与学生的信息交流和资源共享的方式，从而创造出更为高效快捷的学习方式，并可以扩大学生的视野和知识面，大大地促进学生自学的能力。校园网的建立，也使得各种多媒体教学手段应运而生，让教学更加生动活泼、丰富多彩，最大限度地调动了学生学习的积极性和主动性，再者，校园网主页上面有关于我们学校的论坛，这就实际上就为老师跟学生提高了一个交流平台，老师和学生可以通过这个论坛进行交流和学习，更大程度地拉近了师生之间的距离，更加有利于师生关系的良好发展。不仅仅是这样，校园网的完善对学校的宣传有大大的支持和影响，能够扩大学校知名度，是学校对外交流宣传、招生宣传的重要信息媒体平台，从而让外界的家长和学生更加清楚地认识我校、更加深入了解我校。更重要的是，校园网的建设和完善是树立良好形象的窗口，增强了校内管理人员对学校各项事务的管理。从我们学校的校园网建设来看，是适应现代教育技术以及信息化技术的发展，是提高教学、科研、管理效率的重要途径，所以加强和完善校园网的建设是势在必行的。
2 校园网络的规划和实施
2.1校园网络中主要的硬件设备
校园网实际上是学校进行教育教学、科研、各项工作管理工作和各类信息交流共享沟通的应用平台，是一个集相关软件系统和硬件设备于一体的交换式局域网。目前的交换式局域网中，最主要的硬件设备有二层交换机、三层交换机、路由器、服务器等。
2.1.1网络中的服务器
在校园网络中，服务器是主要的硬件设备之一，资料的储存、处理、传输控制等各项工作都必须通过网络中的服务器群来实现的。服务器是一种可以提供共享资源（包括查询、存储、计算等）的设备，并且具备强大的网络功能和友好的人机界面。同时服务器也是一种能提供各种共享服务（网络、web应用、数据库、文件、打印等）的高性能计算机，它的高性能主要表现在高速度的运算能力、持续长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力等方面。
校园网中的服务器主要作用是为校园网用户提供相应网络浏览、办公自动化、邮件收发、日常工作管理等应用服务。服务器的品牌、种类、机型繁多，在校园网中起着非常重要的作用。校园网服务器的首要指标是稳定性和可靠性，其次是服务器的技术性能。从服务器具备的网络功能角度来划分，可以分为文件服务器和特殊应用服务器两大类。
1、 文件服务器：在基于服务器的校园网络中，最重要的硬件服务器就是文件服务器，文件服务器控制访问储存在一个或者多个存储设备中的文件或数据。主要的功能有：控制网络上文件以及磁盘资源的访问、负责网络上用户访问的授权、通过网络接口卡实现多个网络的互连、支持打印机等硬件设备的共享。
2、 特殊应用服务器：在网络中可以提供某种特殊功能的应用服务。常见的特殊应用服务器有：打印服务器、邮件服务器、数据库服务器、web服务器、代理服务器等。
2.1.2交换机
交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备，是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应端口上的设备。在校园网中基本上都是采用交换式以太网技术，作为网络互连设备的交换机对于信息在网络上正确快速地传送起着关键的作用。传统的交换机工作于OSI参考模型的第二层，即是数据链路层。也就是说交换机不但能对数据的传输起到同步、放大的作用，还能对数据传输中的短帧、碎片等进行有效的处理，保证数据传输的完整性和正确性。交换机的每个端口都设置了自己的带宽，采用全双工的方式进行通讯的，允许同时来自多个端口的数据流发送到各自不同的目的端口上，从而大大地提高了网络的通讯流量，提高了网络的传输效率。目前，交换技术已经延伸到OSI 第三层（网路层），这就是所谓第三层交换技术。第三层交换可以不将广播风暴扩散，直接利用动态建立的MAC地址来通信，这使得高速下的线性路由和服务质量都有了可靠的保证。具有第三层交换功能的交换机称为第三层交换机。交换机主要以两种交换方式来进行工作的，第一就是直接交换，即是把封装的数据包进去交换引擎之后，在规定时间内丢到背板总线上，再送到目的端口，这种交换方式数据延迟小，交换速度快，但是容易出现丢包现象；第二是存储交换，即是封装数据包进入交换引擎后被存在一个缓冲区，由交换引擎转发到背板总线上，这种交换方式克服丢包现象，可以对数据进行错误检查，但是降低了交换速度。目前校园网使用的交换机主要是以存储交换方式工作的交换机。
2.1.3路由器
在校园网中，路由器在连接不同网络或网段时，可以对这些网络之间的数据信息进行“翻译”，然后“翻译”成双方都能“读”懂的数据，这样就可以实现不同网络或网段间的互联互通。同时，它还具有判断网络地址和选择路径的功能以及过滤和分隔网络信息流的功能。目前，路由器已成为各种骨干网络内部之间、骨干网之间以及骨干网和互联网之间连接的枢纽。为了完成“路由”的工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据－－路由表（Routing Table），供路由选择时使用。路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路由表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。在路由器中涉及到两个有关地址的名字概念，那就是：静态路由表和动态路由表。由系统管理员事先设置好固定的路由表称之为静态（static）路由表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。动态（Dynamic）路由表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由表。路由器根据路由选择协议（Routing Protocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。
3 校园网络总体设计与分析
3.1学校概况
飞来峡镇高田学校的前身是向阳中学，创办于1920年，1977年搬迁到现址，更名为高田中学。2003年，高田、升平、江口三镇合并为飞来峡镇后，又更名为飞来峡镇第二初级中学。2011年与高田片各小学合并成为九年一贯制学校，命名为飞来峡镇高田学校。
学校现有学生1323人，专任教师121人，内设31个教学班。现有现代化建筑大楼共8幢，其中教学楼2幢，综合楼1幢，学生宿舍楼2幢，教师宿舍楼1幢。教学设备和教学设施配置齐全，有图书馆、物理实验室、多媒体网络计算机室、化学实验室等，同时教学楼内部每个班里面都有多媒体功能的教学设备。
3.2校园网的设计思想
将高田中学通信网络建设成为一个以计算机辅助教学、办公与管理自动化、信息一体化、管理集中化、业务多样化、能覆盖全校主要楼宇的校园主干网络；并且网络结构清晰，网络层次合理。一个完备的校园网，应该在教师备课教学、学生学习、教务管理、行政管理、图书资料管理、资源信息等方面发挥辅助。核心层、汇聚层采用千兆互联，百兆接入至单元交换机，消除速度瓶颈；多样性访问权限管理，针对不同类别用户采取不同认证、计费策略等。此外，在网络设计中，如何预留扩展空间和进行网络安全保护，以满足新应用的需求以及信息量增长和变化需要，这也是本次网络建设过程中需要重点考虑的因素。
3.2.1整体需求分析
校园网的建设一般应满足以下几方面的需要：
1、 校园网内各个站点的每一台计算机都可以连接到校园网内，并且能够通过服务器实现资源共享。
2、 建立学校办公自动化系统，该系统能够处理学校日常工作，实现办公自动化，并能对工作流程进行全程记录。主要功能包括公文管理、公共信息管理、个人信息管理和会议管理等。
3、 图书资料检索借阅自动化：通过改造原有图书检索系统，建设电子图书馆，实现远程计算机图书检索和借阅，从而一方面能作到资料共享。另一方面，能大大简化借阅手续，提高图书利用率和图书管理工作效率。该系统能够实现图书馆业务的自动化管理，主要功能包括访问管理、编目与典藏管理、阅览室与管际互借管理、流通管理、期刊管理和公共查询等方面的内容。
4、 能够连接到外网，实现网页浏览、收发邮件、和下载等功能。
5、 建设校园一卡通系统,实现CI卡与教务系统、人事系统等系统紧密集成，实现校园内大量工作的电子化,提高工作效率。
3.2.2用户分析
设计一个校园网络，无非就是为了给教师提供一个良好的授课平台，使教师在授课过程中更加方便，更加顺利，使得任何一个办公室的计算机都能实现网上浏览、查询信息的功能，使教师能够拓宽视野，充分利用互联网上的资源辅助教学，提升教学理念，提高教师的教学能力、教学水平和科研能力， 可以充分利用互联网资源来宣传学校，展示学校的办学能力与办学水平，展示教师的教学能力与科研能力，有助于学生学习，提升学校的办学形象。 校内信息服务能为教育教学和管理决策提供各项信息服务，能为全校师生提供相互交流、相互学习的平台，同时也满足学生课后上网查找资料、聊天以及娱乐等应用。
3.2.3性能要求
在建设校园网的过程中，性能的要求也是相当严谨的。为了提高学校的办公效率以及教学效率，在建设过程中，对于应用系统的建设是不容忽视的，当然，应用系统所要覆盖的范围也是非常广的，例如：
（1）多媒体计算机辅助教学系统：直接用于教学过程中的应用系统，由于各个班的教室均配备了多媒体教学设备，教室内的网络信息点直接连入校园网，在日常的教学活动中可以大量、频繁地利用校园网甚至是Internet上的各种适用资源。
（2）多媒体机房：安装有几十甚至上百台多媒体计算机的教室，从校园网的整体来看，教室内的计算机组成了一个相对独立的小局域网，这个小局域网再连接到校园网中，常用于信息技术课的学生上机或者其他学科的辅助教学等需要学生上机操作的教学活动。
（3）多媒体电子阅览室：将大量的图书资料以数字化的形式存储在光盘或磁盘上，可以极大地方便师生们对图书资料的查询、检索、和阅读，提高工作效率。
（4）学校网站：一般来说，学校网站有对内和对外两种类型，对内网站的内容主要向师生们提供校园信息，发布通知和通告，开设网上学习园地和留言系统，进行网上讨论和网上学习、测验与考试等。对外的网站呢，主要是通过Internet向公众发布自己的信息，让全社会共享自己的优秀教学资源，并通过网站的这个窗口，让外界了解自己。
（5）视频点播系统：建立学校的教学视频资料库，师生们可以通过校园网络系统随意点播自己所需要的视频节目，既满足了教育教学中对视频资料的需求，也丰富了课余生活。
（6）校园一卡通：为提高学校管理水平，利用先进的IC卡技术，建立校园内的一卡通环境，将学生的学生证、图书证、饭卡集于一身，在校内全面实现电子信息化管理。
3.3校园网络工程总体设计方案
总体设计是校园网建设的总体思路和工程的蓝图，是做好校园网络建设的核心任务。进行校园网络的总体设计，应该遵循以下原则：
（1） 整体规划安排原则。从学校建设的全局和全面工作需要出发，考虑各个部门的地域分布和通信条件，整体规划网络建设方案，对网络系统的目标、总体结构、服务功能、经费预算、建设步骤等重大问题作出规定与决策。
（2） 先进性、开放性和标准化相结合的原则，应该尽量采用符合国际工业标准的、比较成熟的技术，兼顾网络技术的发展方向，选择结构化、可扩充、多用途的网络产品，保证网络整体在相对较长一段时期内部落后。
（3） 结构合理原则。在通信网络、资源配置、系统服务和网络管理上有良好的分层设计，使得网络结构清晰，便于使用、管理和维护。
（4） 高效实用原则。应该着眼于教学、科研、管理的实际需要，用有限的资金优先解决工作急需的问题，如支持多媒体业务，便于教师教学、多媒体教师应用、视频点播等。设备应该易于使用和维护。
（5） 提供快速的Internet访问，为方便学生上网浏览、查阅资料提供良好的网络环境。
3.4校园网络拓扑图设计

图3.4.1 高田中学校园网络拓扑结构
3.5 IP地址的划分
IP地址是IP协议用来标识网络中主机、路由器和网关等设备的不同接口。IP地址就相当于网络设备接口的身份证。从网络的层次结构考虑，一个IP地址必须指明两点:属于哪个网络，是这个网络中的哪台主机。因此IP地址的结构为“网络号+主机号“,其网络地址和主机地址的位数因网络的规模大小而不同。
3.5.1 IP地址分配原则
IP地址规划应该在网络施工前全部规划好，否则在实施过程中随意分配地址，将会产生一系列问题。规划IP地址时应注意：在分配地址前设计结构化的地址模块，预留地址空间，以便今后的扩充，IP地址规划应以表格方式记录下来，以便实施。同时IP地址的分配，必须要与网络拓扑层次结构相适应。既要有效地利用地址空间，又要体现出网络的可扩展性和灵活性，同时要能满足路由协议的要求，以便于网络中的路由聚类，减少路由器中路由表的长度，减少对路由器CPU内存的消耗，提高路由算法的效率，加快路由变化的收敛速度.同时还要考虑到网络地址的可管理性。具体分配时要遵循以下原则：
唯一性：一个IP网络中不能有两个主机采用相同的IP地址。
简单性：地址分配应简单易于管理，降低网络扩展的复杂性，简化路由表项。
连续性：连续地址在层次结构网络中易于进行路由表聚类，大大缩减路由表，提高路由算法的效率。
可扩展性：地址分配在每一层次上都要留有余量，在网络规模扩展时，能保证地址聚合所需的连续性。
灵活性：地址分配应具有灵活性，
按照高田中学各教学区、活动区和教师宿舍楼的实际规划，选择.C类IP网段作为主要划分网段，在划分的时候，IP网段的选择可以依据以下几个方面来进行选择考虑：
第一层：通过对网络核心交换机相连的部分来划分
根据网络相连的区域分布的地理区域来划分一大块连续的IP地址空间，每个区域都分配一个连续的地址，不仅可以方便对IP地址的管理和维护，也有利于路由协议的计算和路由地址汇聚。在IP地址划分的时候需要参考网络的接入层的扩展；必须需要为网络的扩展预留地址空间。
第二层： 每一个接入层，都是通过以网络功能来划分
可以按照不同的网络功能和应用来划分IP网段，例如：用户网络接入地址；服务器地址空间和网络中心管理操作。
3.5.2校园网各部门的 VLAN划分
IP地址网段
VLAN
区域
192.168.1.0/24
Vlan10
教学楼A
192.168.2.0/24
Vlan20
教学楼B
192.168.3.0/24
Vlan30
综合楼
192.168.4.0/24
Vlan40
教师宿舍楼
表3.5.2 VLAN及IP地址划分
这次校园网的VLAN的划分主要是按