计算机网络课程设计说明书__泾川县第一中学校园网组建方案

*******************实践教学*******************兰州理工大学计算机与通信学院2010年秋季学期计算机网络课程设计题目：泾川县第一中学校园网组建方案专业班级：通信工程07级4班姓名：祝小利学号：07250435指导教师：刘鹏成绩：摘要通过对泾川县第一中学校园网现状的分析，初步完成了泾川县第一中学校园网络设计方案的选择、系统全面构架以及各个子系统的完全结合成一个整体的设计方案。该校园网包括多媒体教学网、图书馆多媒体网以及校园基本信息服务网和互联网接入，由先进的软硬件系统组成，通过高速的结构化综合布线系统有机结合在一起，具有高速、安全、标准、可管理的特征，技术先进、扩展性强、能覆盖全校主要楼宇的校园主干网络。在组建校园局域网时所需要的硬件设备是要用到网卡、网线和集线器(HUB)与交换机。使用NAT实现Internet接入时网络地址的转换，再使用交换机将各个子网连接起来，并对每个子网进行IP地址划分，最后画出本网络的网络拓扑图，并用Sniffer软件进行网络测试及协议数据包分析。整个校园网的布线按照符合国际标准的结构化布线技术进行设计和施工。结合目前网络技术发展趋势，决定该校园局域网系统采用成熟的千兆以太网技术。关键词：校园网；IP地址划分；网络拓扑图；网络测试及协议数据包分析前言21世纪将是知识经济时代，以知识和信息的生产、传播和应用为基础的知识经济将占世界经济发展的主导地位。国家综合国力和国际竞争能力越来越取决于教育发展、科学技术和知识创新的水平，教育在经济和社会发展过程中将呈现出越来越突出的重要作用。另一方面，随着现代科学技术的飞速发展，世界范围内的信息化浪潮势不可挡，迅速延伸到国防、科研、经济等各个领域，也不可避免地改变着传统的教育模式－－信息和教育相结合毫无疑问地成为了当今世界教育改革和发展的有机组成部分，而当前蓬勃发展的以计算机和网络为主导的现代信息技术是教育现代化必不可少的技术基础。作为高等教育第一线的本科学校，要求要有科学的教育管理手段、先进的教学方法以及完备的教育基础设施。只有满足这些条件，才能顺应21世纪发展潮流，满足教育现代化和信息化的需求，提高学生整体综合素质，培养出满足社会需求的优秀人才。因此需要建立一个功能强大，能极大的满足本校的教学科研需求和信息交流的校园计算机网络。第1章学校描述泾川县第一中学是一所中等规模学校，学校现有实验楼、图书馆、学生宿舍楼及教学楼、教师办公楼、公寓楼。大楼之间距离为50～500m，各个大楼的计算机大约有770台。在校人数≥3500;占地面积≥700亩。总的信息点将达到3000个左右。信息节点的分布比较分散，将涉及到图书馆、实验楼、教学楼、宿舍楼、公寓楼等。其中分别是:一号楼和二号楼为教学楼,三号楼是实验楼与办公楼,四号楼和五号楼是学生宿舍楼,六号楼是公寓楼,七号楼是图书馆。主控室可设在实验楼的五层，图书馆、教学楼和宿舍楼为信息点密集区。泾川县第一中学建筑分布图如图1-1所示：图1-1泾川县第一中学建筑分布图第2章需求分析随着计算机、通信和多媒体技术的发展，使得网络上的应用更加丰富。同时在多媒体教育和管理等方面的需求，对校园网络也提出进一步的要求。因此需要一个高速的、具有先进性的、可扩展的校园计算机网络以适应当前网络技术发展的趋势并满足学校各方面应用的需要。信息技术的普及教育已经越来越受到人们关注。学校领导、广大师生们已经充分认识到这一点，学校未来的教育方法和手段，将是构筑在教育信息化发展战略之上，通过加大信息网络教育的投入，开展网络化教学，开展教育信息服务和远程教育服务等将成为未来建设的具体内容。2.1带宽泾川县第一中学对计算机网络的应用主要是多媒体教学和办公自动化，通过计算机网络这种先进的技术手段，实施多媒体、交互式、内容丰富、形象生动的教学，以培养出能适应社会需求的具有专业技能的人才。根据这一实际应用情况，我们分析在网络上传输的信息是音频、视频、数据相结合的信号，这样对网络的带宽需求就较高，因此，必须对网络带宽和网络的使用性能进行分析，以保证网络满足用户应用的需求。音频信号所需的带宽。模拟的音频信号必须转换成二进制数据后才能被计算机存储和处理。对音频信号用等于信号最高频率两倍的速率进行采样，然后对采样值按一定的量化等级进行量化和编码，就可以将音频信号转化成数字数据，并且基本保留原来的信息。采样频率和编码位数的选取视使用场合而定。在电话系统中，一路电话所需的带宽只有56Kbps或64Kbps，而传送立体声唱片则需要1.411Mbps。视频信号所需的带宽。在计算机中，一幅图像是由一个个的像素组成的，对每个比特进行编码。灰度图像中，每个像素编码成一个8比特的数，在彩色图像中，每个像素记录了它的颜色，因此每个像素用24比特来表示，而为了获得平稳的运动画面，每秒钟又必须显示25帧的图像，这样一幅分辨率为800×600的图像所需的带宽为24×800×600×25＝288Mbps，通过压缩，带宽可达8－10Mbps。以上两种信号是网络中对带宽要求最严的数据信号，而且音频信号和视频信号突发性很大，在网络中要求实时的和高质量的传输。当网络规模比较大，网络用户比较多，网络中的多个用户同时发起音频、视频信号和其它各种数据信号的传输时，往往会对网络带宽带来压力，令网络带宽不堪负荷，造成网络拥塞，严重时会导致阻塞，使网络通信停顿。为了解决网络拥塞问题，必须对各种网络技术进行选择，以符合用户对网络实际应用所提出的各项要求，以最高的性价比，实现网络功能。2.2子网规划校园网中所有的主机数不超过1000台。计算机的基本地域分配是：教师办公楼有210台、实验楼有220台、学生宿舍有250台、还有图书馆和教学楼一共有90台。而一个C类子网有254个可以让用户正常使用的IP地址，所以申请4个C类IP地址即可满足这个校园网需求。具体地址分配如下：教师办公楼(210台)，分配一个C类子网。实验楼(220台)，分配一个C类子网。学生宿舍(250台)，分配一个C类子网。图书馆和教学楼一共有90台，因此两栋楼可以共用一个C类IP网段，然后对其进行子网划分。分割成两个虚拟子网，由于图书馆和教学楼的主机都不超过126台，因此图书馆和教学楼的子网掩码定为：255.255.255.128。这样实现图书馆和教学楼共用一个C类IP网段，从而提高了IP地址的利用率。2.3实现的信息服务建成以后能实现除现在网络上的一般功能：如E-mail、FTP、网络论坛、网络图书馆、搜索引擎、网上聊天、管理数据的传输、处理与查询外，还应包括视频点播（VOD）、网络电话（IP电话）等功能，是一个高速多媒体互联网，实现整个校园系统的资源共享。泾川县第一中学校园网在信息服务和应用方面应满足以下几个方面的需求：用户需求决定了该网络系统的特殊性，按照用户的要求，网络系统须实现以下功能。信息共享。有关学校的各种资料，各种信息，如图书资料，教学资料，一些最新的学校公告等可通过网络进行查询。信息交流。可通过连接Internet实现与外部资讯的交流和沟通，从而获取当今世界的最新信息。通过计算机网络实现多媒体教学。如电子幻灯片、多媒体交互教学、电子白板等、办公自动化。通过运用先进的计算机技术实现办公自动化，使学校的各种行政、财务、日常办公等计算机化，提高学校的办事效率。同时，网络必须具备较高的性能和高度的安全性、可靠性、容错性。而且网络系统能平滑地向未来新技术过渡，保护已有的投资。2.4应用程序局域网中的应用程序分为系统应用程序和用户应用程序。(一)系统程序根据学校建网的目的，该局域网应配备如下系统应用程序：1)FTP服务器；2)Web服务器；3)E-Mail服务器；4)数据库服务器；5)DNS服务器；6)应用程序服务器；7)备份服务器；(二)用户程序针对该局域网要实现信息交流、视频教学、办公自动化等功能，应配备如下用户程序：1)实时聊天工具2)多媒体教学及课件制作软件3)多媒体视频点播软件4)Office软件2.5QoSQos的选择为RSVP－资源预留RSVP是一个信令协议，它提供建立连接的资源预留，控制综合业务，往往在IP网络上提供仿真电路。RSVP是所有QoS技术中最复杂的一种，与尽力而为的IP服务标准差别最大，它能提供最高的QoS等级，使得服务得到保障、资源分配量化，服务质量的细微变化能反馈给支持QoS的应用和用户。协议的工作情况如下：发送端依据高、低带宽的范围、传输迟延，以及抖动来表征发送业务。RSVP从含有'业务类别(TSpec)'信息的发送端发送一个路径信息给目的地址(单点广播或多点广播的接收端)。每一个支持RSVP的路由器沿着下行路由建立一个'路径状态表'，其中包括路径信息里先前的源地址(例如，朝着发送端的上行的下一跳)为了获得资源预留，接收端发送一个上行的RESV(预留请求)消息。除了TSpec，RESV消息里有'请求类别(RSpec)'，表明所要求的综合服务类型，还有一个'过滤器类别'，表征正在为分组预留资源(如传输协议和端口号)。RSpec和过滤器类别合起来代表一个'流的描述符'，路由器就是靠它来识别每一个预留资源的当每个支持RSVP的路由器沿着上行路径接收RESV的消息时，它采用输入控制过程证实请求，并且配置所需的资源。如果这个请求得不到满足(可能由于资源短缺或未通过认证)，路由器向接收端返回一个错误消息。如果这个消息被接受，路由器就发送上行RESV到下一个路由器当最后一个路由器接收RESV，同时接受请求的时候，它再发送一个证实消息给接收端当发送端或接收端结束了一个RSVP会话时，有一个明显的断开连接的过程。2.7存储系统分析随着网络技术的不断发展，校园网已经成为学校行政、教学、办公的一个基础平台，在学校的发展和建设当中扮演着越来越重要的角色。当前的中学校园网都是基于多种出口、多种操作平台的服务器群，这给服务器的管理和安全防护带来了一定的难度。我校的各类应用服务器拓扑如图所示，校园网的各类网络服务根据服务对象不同，把服务器分布在电信公网、教科网和局域网三个网段落中，三个网段落间互相隔离，从而起到安全控制的作用。主干采用千兆/百兆以太网络，存储采用独立的存储区域网络（SAN），实现数据的独立存储和管理。校园计算机网络需要的服务器通过SAN交换机连接到光纤存储系统上，图书馆系统服务器和一卡通系统的服务器也通过这个交换机连接到这个存储系统上。每台服务器通过两条线路分别连接在两台SAN交换机上，浪潮英信EMCCX500存储系统通过四条线路连接在两台交换机上，由于一卡通和部分学校信息管理系统的数据尤为重要，为了万无一失，存储建议通过一台ADIC的Scalar24LTO磁带库，用于此类关键数据的离线备份，确保整个校园信息系统有一定的容灾能力。2.8系统及数据安全分析数据是网络的精神，数据的安全是网络安全的关键。该系统以NT为平台，以DA磁盘阵列及HA软件为核心，SQL库及所有数据存放在DA磁盘阵列中，两台服务器上只安装本地系统文件及HA软件并构成一主一从的热备方式。当系统启动后，RoseHA首先启动HAmanager管理程序，然后启动必要的服务和代理程序来监控和管理系统服务。HA代理程序通过RS232或专用网络适配器来监控、监测、诊断和管理硬件、软件服务。2.9网间隔离网络隔离，英文名为NetworkIsolation，主要是指把两个或两个以上不可路由的网络(如：TCP/IP)通过不可路由的协议(如：IPX/SPX、NetBEUI等)进行数据交换而达到隔离目的。由于其原理主要是采用了不同的协议，所以通常也叫协议隔离(ProtocolIsolation)。协议隔离和防火墙不属于同类产品。网络隔离的关键是在于系统对通信数据的控制，即通过不可路由的协议来完成网间的数据交换。由于通信硬件设备工作在网络七层的最下层，并不能感知到交换数据的机密性、完整性、可用性、可控性、抗抵赖等安全要素，所以这要通过访问控制、身份认证、加密签名等安全机制来实现，而这些机制的实现都是通过软件来实现的。因此，隔离的关键点就成了要尽量提高网