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1、基于三层交换机的校园网构建摘要当今社会已步入信息社会，信息成为社会经济发展的核心因素，信息化已成为当今世界潮流。可以说，信息化程度已成为衡量一个国家现代化水平和综合国力强弱的重要标志。随着信息时代的来临,知识的更新换代在加快，如何更好、更快、更便捷的学习和掌握新知识，是现代教育正面临的问题，利用现代化的电教设备，充分发挥科学教育的优越性，是提高教学质量的重要手段，因此校园网的建设越来越受到各大校园的重视。校园网络的建设在全国各大校园中掀起一股热潮，许多学校都建起了自己的校园网。校园网是利用Internet 技术把一个学校内的信息资源全部链接起来，使全校师生员工能共享和传递校园网络上的各种信息资
2、源，同时又能通过通信线路与外部的Internet网络相互连接。校园网是学校教育资源的重要组成部分，已成为现代高等学校不可或缺的重要基础设施和基础条件。校园网建设为高校利用网络化、信息化手段提高教学质量、促进研究型自主学习提供了更为广阔、自由的教学与科研空间，从而推动了教育教学的整体变革。一个学校有了自己的校园网，一方面学校的老师和学生足不出校就能及时的获取外界的信息，了解到全国各地最新的动态，方便与其他地区的联系和信息的交流，有利于提高学校的科研教学水平，另一方面也能更好的管理学校，它能为现代化教学、综合信息管理和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台。建设校园网对每个学校来说都不是一件容易的
3、事情，校园网不只是涉及技术方面，而是包括网络设施、应用平台、信息资源、专业应用、人员素质等众多成份的综合化、信息化教学管理环境系统。本毕业设计课题主要是基于三层交换技术和局域网技术来构建校园网。 关键字：校园网；三层交换技术；虚拟局域网；IPV4网目录摘要1 校园网的规划 1.1校园网规划 1.1.1需求分析 1.1.2设计目标 1.1.3设计原则 1.1.4设计方案 1.1.5设备选择2 主要技术概述 2.1三层交换技术 2.1.1三层交换技术的概念 2.1.2三层交换技术的原理 2.1.3三层交换技术的功能 2.1.4三层交换机的特点 2.2虚拟局域网技术 2.2.1虚拟局域网的概念 2.
4、2.2虚拟局域网的功能 2.2.3虚拟局域网的特征 2.2.4划分VLAN的方法 2.2.5虚拟局域网技术存在的问题3 子网划分和子网编址（基于ipv4的规划与设计） 3.1子网划分 3.1.1子网划分的原则 3.1.2 IP地址划分 3.1.3 Vlan 设计 3.2子网编址 4 网络设计方案描述 4.1网络总体规划设计 4.1.1核心层设计 4.1.2汇聚层设计 4.1.3接入层设计 4.2软件仿真部分 4.2.1Cisco Packet Tracer仿真软件介绍 4.2.2仿真拓扑图 4.2.3主要设备介绍 4.2.4一些重要的配置命令5 系统测试结束语致谢参考文献附录1 校园网的规划1
5、.1校园网规划 1.1.1.需求分析校园网必须能覆盖整个校园，包括教学楼、宿舍楼、图书馆、实验楼、办公楼等等，具备通讯、管理、教学等一个学校所需要的功能。教师通过校园网不仅能及时的掌握学生的动态，与学生及时的交流，还可以方便快捷的浏览与教学相关的网页，查询网上的资源，能够及时的了解现代教育发展的现状和本学科的一些前言知识，更好的进行教学和科研工作；学生通过校园网不仅能够及时的了解学校发布的信息、新推出的政策、学校最近一段时间的活动，还可以方便的与他人进行交流，从网上查询一些学习资料，通过网络进行网上学习，视频学习等，及时的了解教育方面前沿的信息，扩充自己的知识面，开阔视野；学校的管理人员通过校
6、园网可以方便地对教务、行政事务、学生学籍、财务、资产等进行综合管理，同时可以实现各级管理层之间的信息数据交换，实现网上信息采集和处理的自动化，实现信息和设备资源的共享。校园网还应实现虚拟局域网（VLAN）的功能，以保证全网的良好性能及网络安全性。主干网交换机应具有很高的包交换速度，整个网络应具有高速的三层交换功能。1.1.2设计目标 （1）最基本的目标是：建设校园网络中心，并通过一定的网络拓扑结构构建连接校园网络中心、计算机教室、实验室、教学楼、办公楼、学生宿舍楼、图书馆等的校园网，使之能通过一定的应用软件完成行政办公管理、教师备课授课、学生学习交流、校内信息公告、远程电子通讯等基本功能构建普
7、通学校校内Internet环境，并通过代理服务器接入Internet，实现与Internet 交流，实现广泛的软件、硬件资源共享，如网上冲浪、电子邮件、文件传输、远程登录、存储数据及论坛讨论等。（2）校园网系统高可靠性在考虑现有网络的基础上,整个业务网网络结构的拓扑结构尽量采用稳定可靠的结构形式,以保证整个网络的高可靠性。网络设备和整个网络系统必须具备高可靠性特征。（3）校园网系统高稳定性其中核心交换机采用高性能,为整个校园网提供真正的高速无阻塞的传输,保证全线速交换；不仅硬件实现三层路由和交换，关键功能均通过硬件实现,极大程度上提高了数据处理能力；而管理交换引擎、电源等关键部件的冗余,实现了
8、系统高稳定性和可靠性。（4）校园网系统可扩展性网络系统应以开放性为基础,具有广泛的适应性和可扩充性, 作为一个骨干网的核心,下面的一些新的应用将不断增加,系统的容量也将随之扩展,因此方案应具有良好的可扩充性适应系统不断增长的需求。（5）校园网系统可维护性整个业务网必须具备良好的可管理性,网管系统应具有监测、故障诊断、故障隔离、过滤设置等功能,以便于系统的管理和维护。同时应尽可能选取集成度高、模块化、可通用的产品,以便于管理和维护。1.1.3设计原则（1）先进性技术上的先进性将保证处理数据的高效率、系统工作的灵活性、网络的可靠性，技术上的先进性也使系统的扩充和维护变得十分简单。（2）实用性课题的
9、设计既要在相当长的时间内保证其先进性，还应本着实用的原则，在实用的基础上追求先进性，使系统便于联网，实现信息资源共享。易于维护管理，具有广泛兼容性，同时为适应我国实际情况，设备应具有使用灵活、操作方便的汉字、图形处理功能。（3）经济性在完成系统目标的基础上，力争用最少的钱办最多的事，创造出最大的使用效益（4）安全性目前，计算机网络都与外部网络互连互通日益增加，都直接或间接与国际互连网连接。因此，在系统方案设计需考虑到系统的可靠性、信息安全性和保密性的要求。（5）易于扩展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，应选择具有一定扩展能力的设备，能够保证在网络规模
10、逐渐扩大的时候，不需要增加的设备，而只需要增加一定数量的模块就行。（6）安全、稳定、可靠作为整个校园网络系统的硬件基础，网络设备必须是具备安全性、稳定性和可靠性的特点。这是网络系统稳定运行的最基本条件。最好是经过相当长时间，在世界范围内被广泛应用的网络产品，所以在选择产品时选用国际知名厂商的产品。（7）管理和维护方便先进的设备必须配合先进的管理和维护的方法，才能够发挥最大的作用。所以，在选择设备时必须支持现有的、常用的网络管理协议和多种网络管理软件，便于管理人员的维护。1.1.4设计方案 整个校园网的信息点都可接入Internet，Internet通过校园外部的路由器进入到整个校园的核心交换机
11、上，再经核心交换机分别接入到每栋楼的交换机，校园网能够提供WWW服务器、域名服务器、FTP服务器、代理服务器、数据库服务器等，其中数据库服务器主要是内部管理、教学数据库，学生和教师资料数据库。对校园网内部提供视频点播服务，使用教务教学管理系统对学校教务教学进行管理，因此有一个专门的服务区连接核心交换机来为整个校园网提供服务。各大楼之间可互联互通，每栋楼有一个总交换机连接每一层的交换机，层交换机再经连接到每个房间的交换机，每个房间的所有信息点连接到这个房间的交换机上。这样整个校园的网络结构基本完成。如图一所示。图一1.1.5设备选择 设备选择的原则：(1) 安全、稳定、可靠：作为整个校园网络系统
12、的硬件基础，网络设备必须是具备安全性、稳定性和可靠性的特点。这是网络系统稳定运行的最基本条件。 (2) 技术先进性：在选择网络设备应该采用当今较先进的技术，能够保持该设备在相当长的一段时间内不会因为技术落后而被淘汰。同时，在网络规模进一步扩大，该设备不能承担繁重的负荷时，能够降级使用。(3) 易于扩展性：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，应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，不需要增加的设备，而只需要增加一定数量的模块就行。(4) 管理和维护方便：先进的设备必须配合先进的管理和维护的方法，才能够发挥最大的作用。所以，在选择设备
13、时必须支持现有的、常用的网络管理协议和多种网络管理软件，便于管理人员的维护。2 主要技术概述2.1三层交换技术2.1.1三层交换技术的概念 在计算机数量众多的局域网络中，为了提高网络安全性和通信效率必须划分VLAN,而不同VLAN间的通信只有通过路由设备才能实现。如果使用传统路由器作为VLAN间的路由设备，将由于其吞吐量太小而很难适应大规模、高速率网络传输的需要，这无疑将成为快速以太网或千兆以太网网络传输的瓶颈。于是，专门用于坚决VLAN间通信的、集第三层转发与第二次交换于一身的第三层交换技术产生了。第三项交换技术实际上是使用了集成电路的路由器，但比传统的路由器提供了更高的速度和更低的成本，也
14、比传统的路由器更易于管理。正因为第三层交换技术集成了路由器的功能，所以第三种交换机也被成为路由交换机。2.1.2三层交换技术的原理 第三层交换机根据OSI模型网络层（即第三层）的IP地址完成端到端的数据交换，主要应用于不同VLAN子网间的路由。当某一信息源的第一个数据流进行第三层交换（路由）后，交换机会产生一个MAC地址与IP地址的映射表，并将该表存储起来，如同一信息源的后续数据流再次进入交换机，交换机将根据第一次产生并保存的地址映射表，直接从第二次有源地址传输到目的地址，不再经过第三路由系统处理，提高了数据包的转发效率，解决了VLAN子网间传输信息时传统路由器产生的速率瓶颈。2.1.3三层交
15、换技术的功能根据第三层协议对理由进行计算，其支持的路由协议包括RIP（路由信息选择协议）和OSPF（开放最短路径优先）等。支持IGMP（Internet组管理协议）、DVMRP（距离矢量组播路由选择协议）等各种常用的IP组播协议，当交换式路由器收到组播报文后，首先将报文转发到包含组播组成员的VLAN上，继而再把报文转发到组播组成员的端口上。支持服务质量（QoS），将报文赋予特定的优先级，不同优先级的报文送到不同的队列按先后转发。支持标准的SNMP（简单网络管理协议）协议，支持传统的命令行接口（CLI）。对虚拟网的多种划分策略，尤其是它不仅支持传统的机遇端口的VLAN划分，而且还支持基于IP地址
16、，子网号和协议类型的VLAN划分，这给园区网的管理带来极大的方便。具有自动发现功能，该功能可以减少配置的复杂性。第三层交换机可以通过监视数据流来学习路由信息，通过对端口入站数据包的分析，第三层交换机能自动的发现和产生一个广播域、VLAN 、IP 子网和更新他们的成员。自动发现功能在不改变任何配置的情况下，提高网络的性能。2.1.4三层交换机的特点 除了优秀的性能之外，三层交换机还具有一些传统的二层交换机没有的特性，这些特性可以给校园和城域教育网的建设带来许多好处，列举如下：（1）高可扩充性三层交换机在连接多个子网时，子网只是与第三层交换模块建立逻辑连接，不像传统外接路由器那样需要增加端口，从而
17、保护了用户对校园网、城域教育网的投资。并满足学校35年网络应用快速增长的需要。（2）高性价比三层交换机具有连接大型网络的能力，功能基本上可以取代某些传统路由器，但是价格却接近二层交换机。现在一台百兆三层交换机的价格只有几万元，与高端的二层交换机的价格差不多。（3）内置安全机制三层交换机可以与普通路由器一样，具有访问列表的功能，可以实现不同VLAN间的单向或双向通讯。如果在访问列表中进行设置，可以限制用户访问特定的IP地址，这样学校就可以禁止学生访问不健康的站点。访问列表不仅可以用于禁止内部用户访问某些站点，也可以用于防止校园网、城域教育网外部的非法用户访问校园网、城域教育网内部的网络资源，从而提高网络的安全。（4）适合多媒体传输 教育网经常需要传输多媒体信息，这是教育网的一个特色。三层交换机具有QoS（服务质量）的控制功能，可以给不同的应用程序分配不同的带宽。
