路由器、交换机在校园网中的应用与配置分析

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1、 2011 2012 学年第 2 学期毕业设计（论文） 课题 路由器、交换机在校园网中的应用与配置分析 姓名 周 卫 东系部 电子信息工程系 专业 计算机网络技术 班级 09网络（1）班 学号 093410143指导教师 杜 玉 林 武汉交通职业学院教务处制 摘 要由于计算机及网络技术的不断发展，极大地推动了校园网的建设，各高校及其中小学都在筹备建设校园网，希望通过校园网的建设，增加硬件的投入，改善办学条件，提高教学、科研和管理水平，提高办学质量。主要从校园网建设的需求分析、校园网络规划设计、校园网设备选型中涉及到的网络技术、规划设计方法、组网技术要求、网络设计要求、方案整体设计、网络设备选型

2、原则、设备配置、网络规划、与服务系统到校园网应用系统等方面进行了比较详细的分析与描述，以使在建设或规划中的校园网络具备较高的整体性能，对准备建设校园网和进行网络升级的学校具有一定的参考价值。 关键字：计算机网络 拓扑结构 交换机 路由器 服务器 防火墙 目录第一章 校园网基本情况 . 51.1大学的背景 . 51.2校园网概述 . 61.3校园网规模 . 71.4 校园网分布情况及拓扑结构. 81.5校园网需实现的功能 . 91.6校园网的VLAN规划 . 91.7局域网技术 . 9第二章 路由器交换机的基本介绍 . 112.1 校园网对网络设备的要求. 112.2 交换机的介绍 . 112.

3、3 交换机的工作原理 . 112.4 路由器的介绍 . 122.5路由器的工作原理 . 12第三章 路由器交换机在校园网中的应用 . 133.1 校园网设备选型对校园网建设的重要意义 . 133.2 校园网设备选型的原则 . 133.3 网络设备中的产品定型 . 143.4 路由器和交换机在校园网应用中实现的功能 . 223.5 路由器和交换机在校园网应用中实现的功能的配置 . 22结论 . 28致谢 . 29参考文献 . 30附录 . 31附录A 术语表 . 31 绪论在当今信息产业蓬勃发展的今天，信息已经成为一种关键性的战略资源，计算机技术在人们的生活中已经起到了越来越重要的作用。校园作为

4、知识基地和人才基地，它理应成为代表信息产业应用最成功的典范。一所成功的学校不仅在学术上、教育上要力争上游，更应在管理上上一个台阶。利用各种成熟的技术带动学校各单位、各部门的电脑化管理，通过校园信息网，将各处的电脑联成一个数据网，实现各类数据的统一性和规范性；教职员工和学生可共享各种信息，极易进行各种信息的教流、经验的分享、讨论、消息的发布、工作流的自动实现和协同工作等，从而有效地提高学校的现代化管理水平和教学质量，增强学生学习的积极性、主动性，为信息时代培育出高素质的人才。随着学校信息化教育的发展和规模的扩大，信息化校园建设已提上日程。多媒体校园网已成为学校必备的重要信息基础设施，其规模和应用

5、水平已成为了衡量学校教学与科研综合实力的重要标志。多媒体校园网建设的目标简而言之是将校园内各种不同应用的信息资源通过高性能的网络设备相互连接起来，形成校园园区内部的Intranet系统，对外通过路由设备接入广域网。在这些网络基础上，形成在校园内部、校园与外部进行信息沟通的体系，建立满足教学、科研和管理需求的计算机环境，为学校各种人员提供充分的网络信息服务，在网络环境中进行教学、研究、收集信息等工作。我国目前的大多数多媒体校园网的结构、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的挖掘和发挥。当一堆设备变成网络的时候，大部分学校的满腔热情也慢慢地冷却凝固。多媒体校园网建成了，各种

6、问题也不断涌现：设计目标根本无法实现，没有合适的应用软件，许多设想根本无法实施，后续的维护费用不堪承受等等。怎样利用网络设备，进一步发挥各种设备的功能，对学校的教学、管理、科研带来方便，是组建多媒体校园网的一个重点。建设多媒体校园网对每个学校来说都不是一件容易的事情，要经过周密的论证、谨慎的决策和紧张的施工。在多媒体校园网的组建过程中，技术先进性、产品可靠性、系统易管理性和可扩展性等都是必须考虑的因素，而针对教育行业，特别是中小学校在经费的紧张状况，如何能充分利用有限的投资，在保护网络先进性的前提下，选用性能价格比最好的方案，是各个学校首要关心的问题。为此，陕西榆林计算机通信网络公司科技文化发

7、展 本着真诚、务实、科学、高效的态度，根据教育行业用户的需求，推出了适合学校教育教学应用的多媒体校园网建设方案。 第一章： 校园网基本情况1.1. 大学的背景本论文以武汉交通职业为实例。武汉交通职业学院是直属湖北省教育厅领导和管理的省属公办全日制普通高等学校，教育部人才培养工作水平评估优秀学校，湖北省示范性高等职业院校,湖北省最佳文明单位。学院坐落于武汉市黄家湖大学城，校园占地面积1120亩，建筑面积33.88万平方米；固定资产总值7.73亿元，教学仪器总值5130万元，馆藏各类书刊149.93万册。学院设有船舶与轮机工程系、航海技术系、汽车工程系、机电工程系、电子信息工程系、交通工程系、物流

8、与运输系、财经系、人文系、艺术系、公共课部、实践教学中心、继续教育学院等13个教学单位和高职教育研究所等6个科研单位。开设45个专业，其中湖北省高职高专重点专业2个、湖北省教改试点专业4个、省级示范院校重点建设专业群4个、湖北省精品课程7门。学院面向全国招生，现有全日制在校学生12000余人。学院建有各类校内实验实训中心84个，校外实训基地152个。其中，现代物流实训基地和船舶工程技术实训基地为国家级实训基地，汽车检测与维修技术实训基地、先进制造技术实训基地、轮机工程技术实训基地、交通安全与智能控制实训基地为省级实训基地。学院现有专任教师460人，其中教授、副教授121人、双师素质教师165人

9、、拥有博士和硕士学位的152人；享受省级以上政府津贴的专家5人，交通部专业带头人2人，“楚天技能名师”5人。近几年来，学院科研实力不断增强，教师共承担教育部和全国以及湖北省教育科学规划科研项目85项，公开发表论文1009篇（其中核心期刊发表49篇，EI收录14篇、ISTP收录5篇）；学院有2项湖北省高等学校教学成果奖、1项湖北省政府科学技术发明奖、2项湖北省教学科研优秀成果奖、1项武汉市社会科学优秀成果奖；出版各类著作、教材139部；武汉交通职业学院学报获评全国高职高专院校“优秀学报”、“湖北省优秀期刊”。学院是全国交通教育研究会船舶技术专业委员会、全国高职高专美育专业委员会、港口与物流管理专

10、业委员会、湖北省高职高专思想政治理论教育研究会等多个行业协会、学术组织的主任委员、会长单位。学院具有58年办学历史，积累了丰富的办学经验，取得了良好的办学效益和社会声誉，为社会培养了5万多名毕业生，毕业生就业率长期位居同类院校前 列。1.2. 校园网概述 校园网是在学校范围 第二，在应用奢求分析的基础上，确定学校12000/XPranet服务类型，进而确定系统建设的目标，包括网络设施、站点设置、开发应用和管理等的目标；第三，确定网络拓扑结构和功能，根据应用需求建设目标和学校的主要建筑分布特点，进行系统分析和设计；第四，确定技术设计的原则要求，如在技术选型、布线设计、设备选择、软件配置等方面的标

11、准和要求；第五，规划校园网建设的实施步骤。校园网总体设计方案的科学性，应该体现在能否满足以下基本要求方面：1整体规划安排；2先进性、开放性和标准化相结合；3结构合理，便于维护；4高效实用；5支持宽带多媒体业务；6能够实现快速信息交流、协同工作和形象展示。基本功能从以上分析可以看出，校园网与校园群应具有为学校和学校之间的教育提供网络环境；实现资源共享、信息交流、协同工作等基本功能。 1为教育信息的及时、准确、可靠地收集、处理、存储和传输等提供工具和网络环境。2为学校行政管理和决策提供基础数据、手段和网络环境，实现办公自动化，提高工作效率、管理和决策水平。3为备课、课件制作、授课、学习、练习、辅导

12、、交流、考试和统计评价等各个教学环节提供网络平台和环境。4为使用网络通信、视频点播和视频广播技术，提供符合素质教育要求的新型教育模式；5为科学研究的资料检索、收集和分析；成果的交流、研讨；模拟实验等提供环境和手段设计原则 1先进性：先进的设计思想、网络结构、开发工具，采用市场覆盖率高、标准化和技术成熟的软硬件产品；2实用性：建网时应考虑利用和保护现有的资源、充分发挥设备效益；3开放性：遵从国际标准，系统设计应采用开放技术、开放结构、开放系统组建和开放用户接口，以利于网络的维护、扩展升级及与外界信息的沟通；4 灵活性：采用积木式模块组合和结构化设计，使系统配置灵活，满足学校逐步到位的建网原则，使

13、网络具有强大的可增长性；5可靠性：具有容错功能，管理、维护方便。对网络的设计、选型、安装、调试等各环节进行统一规划和分析；6强性价比：不要一味追求最新，还要考虑当前实际需要，选择合理的设备搭配，使达到良好的性能价格比。7安全性：包括两个方面，1、网络用户级的安全性；2、数据传输级的安全性。网络用户级的安全性应在网络的操作系统中予考虑，而数据传输的安全性则必须在网络传输时解决。1.3. 校园网规模武汉交通职业学院新校园网络于2007年完成第一期规划建设并投入使用，目前主要包含各楼层办公网络、机房、图书馆等。（注：学生宿舍网目前由电信代理，教师家属区未建成）。整个校园网络采用了核心汇聚接入的分层结

14、构，核心交换机与汇聚交换机之间采用光纤千兆互联，汇聚交换机与楼宇接入交换机之间采用百兆互联，接入交换机到桌面信息点采用百兆互联。出口采用双出口，分别接入CERNET（中国教育网）和中国电信，由F5设备作均衡负载。 校园网已开通应用系统有OA、教务、邮件、科研、财务、FTP、网络防毒、视频服务、BBS等。在已有的校园网基础上建设有一卡通专用网络，一卡通系统可以方便地通过校园卡实现消费和身份认证。学校师生员工还可以通过校园网检索图书馆的借书目录和各种文献资料，或者通过VPN系统通过Internet访问校内资源。目前有三名工作人员，主要负责维护服务器，一卡通，网络规划、运行，网站制定、精品课程等。1

15、.4. 校园网分布情况及拓扑结构武汉交通职业学院一共有八栋楼宇需要实现信息化功能，分别是行政楼、教师楼、信息楼、教学楼、实训楼、图书馆、后勤医院、食堂。每栋楼配置一台三层交换机通过光前网络与信息楼主机房交换机互联，实现全校网络互通。主机房安置在信息楼，设置有内网服务器群、外网服务器群、vpn服务器、一卡通服务器和核心路由器交换机等网络设备。采用三级星型网络拓扑结构，核心-汇聚-接入，校园网拓扑结构图如下： 图1：武汉交通职业学院校园网一期拓扑图 星型拓扑结构是用一个节点作为中心节点，其他节点直接与中心节点相连构成的网络。中心节点可以是文件服务器，也可以是连接设备。常见的中心节点为集线器。 星型

16、拓扑结构的网络属于集中控制型网络，整个网络由中心节点执行集中式通行控制管理，各节点间的通信都要通过中心节点。每一个要发送数据的节点都将要发送的数据发送中心节点，再由中心节点负责将数据送到目地节点。因此，中心节点相当复杂，而各个节点的通信处理负担都很小，只需要满足链路的简单通信要求。1.5. 校园网需实现的功能外部用户通过公网只访问学院公网服务器外部用户可以通过internet或者cernet网络访问学院公用网站服务器，不能访问其他服务器和主机 内部用户通过交换网络访问学院内网服务器内部主机可以通过交换网络访问内部服务器，不能访问公网服务器和一卡通服务器。 内部用户可以访问外部网络内部用户通过电

17、信公司分配给学院的公网ip访问外网 信息楼财务部不能被访问也不能访问任何其他网络财务部和一卡通服务器是独立的小型网络，不能被内部其他主机访问，也不能访问其他网络和internet1.6. 校园网的VLAN规划根据网络拓扑结构图和调查情况得知：信息楼共有5个vlan，vlan号1到5；行政楼共有2个vlan，vlan号6到7；教师楼共有2个vlan，vlan号8到9；实训楼共有2个vlan，vlan号10到11；教学楼共有2个vlan，vlan号12到13；食堂共有2个vlan，vlan号14到15；后勤医院共有2个vlan，vlan号16表1：校园网vlan规划 1.7. 局域网技术 局域网技

18、术又称为组网技术，分为以太网组网技术和ATM局域网组网技术。本校园网根据需要采用的是千兆主干百兆接入以太网组网技术。 以太网组网技术以太网组网非常灵活和简便，可使用多种物理介质，以不同拓 扑结构组网，是目前国内外应用最为广泛的一种网络，已成为网络技术的主流。以太网按其传输速率又分成10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s。细缆以太网10 BASE-2 10 BASE-2以太网是采用IEEE802.3标准，它是一种典型的总线型结构。采用细缆为传输介质，通过T型接头与网卡上的BNC接口相连的总线型网络。 ATM局域网组网技术以ATM交换机为中心连接计算机所构成的局域网络叫ATM局域网。ATM

19、交换 机和ATM网卡支持的速率一般为155Mb/s24Gb/s，满足不同用户的需要，标准ATM的组网速率是622 Mb/s。ATM是将分组交换与电路交换优点相结合的网络技术，可以工作在任何一种不同的速度、不同的介质和使用不同的传送技术，适用于广域网、局域网场合，可在局域网/广域网中提供一种单一的网络技术，实现完美的网络集成。ATM组网技术的不足之处是协议过于复杂和设备昂贵带来的相对较高的建网成本。 第二章： 路由器交换机的基本介绍2.1. 校园网对网络设备的要求(1)高性能:所有网络设备都应足够的吞吐量。(2)高可靠性和高可用性:应考虑多种容错技术。(3)可管理性:所有网络设备均可用适当的网管

20、软件进行监控、管理和设置。(4)采用国际统一的标准。(5)高性价比:尽最大可能提高设备的性价比。2.2. 交换机的介绍三层交换机三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而象路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。三层交换技术就是二层交换技术三层转发技术。传统交换技术是在OSI网络标准模型第二层数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发，既可实现网络路由功能，又可根据不同网

21、络状况做到最优网络性能。二层交换机二层交换技术是发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。2.3. 交换机的工作原理 （1） 当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；（2） 再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；（3） 如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上；（4） 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习

22、一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。2.4. 路由器的介绍路由器（Router）是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号的设备。 路由 器是互联网络的枢纽、"交通警察"。目前路由器已经广泛应用于各行各业，各种不同档次的产品已成为实现各种骨干网（1）工作站A将工作站B的地址12.0.0.5连同数据信息以数据包的形式发送给路由器1。（2）路由器1收到工作站A的数据包后，先从包头中取出地址12.0.0.5，并根据路径表计算出发往工作站B的最佳路径：R1->R2-&g

23、t;R5->B；并将数据包发往路由器2。（3）路由器2重复路由器1的工作，并将数据包转发给路由器5。（4）路由器5同样取出目的地址，发现12.0.0.5就在该路由器所连接的网段上，于是将该数据包直接交给工作站B。（5）工作站B收到工作站A的数据包，一次通信过程宣告结束。 第3章： 路由器交换机在校园网中的应用3.1. 校园网设备选型对校园网建设的重要意义校园网的建设主要包括两方面内容：施工质量和设备选型。设备选型决定了校园网的实用性，稳定性，可扩展性，主要包括资源的共享，网络的传输带宽，网络的延时，设备的吞吐能力，网络架构的扩展能力，对校园网的建设和使用起到了决定性作用。3.2. 校园网

24、设备选型的原则厂商的选择 所有网络设备尽可能选取同一厂家的产品，这样在设备可互连性、协议互操作性、技术支持和价格等方面都更有优势。从这个角度来看，产品线齐全、技术认证队伍力量雄厚、产品市场占有率高的厂商是网络设备品牌的首选。其产品经过更多用户的检验，产品成熟度高，而且这些厂商出货频繁，生产量大，质保体系完备。作为系统集成商，不应依赖于任何一家的产品，应能够根据需求和费用公正地评价各种产品，选择最优的。在制定网络方案之前，应根据用户承受能力来确定网络设备的品牌。扩展性考虑在网络的层次结构中，主干设备选择应预留一定的能力，以便将来扩展，而低端设备则够用即可，因为低端设备更新较快，且易于扩展。由于企

25、业网络结构复杂，需要交换机能够接续全系列接口，例如光口和电口、百兆、千兆和万兆端口，以及多模光纤接口和长距离的单模光纤接口等。其交换结构也应能根据网络的扩容灵活地扩大容量。其软件应具有独立知识产权，应保证其后续研发和升级，以保证对未来新业务的支持。可靠性由于升级的往往是核心和骨干网络，其重要性不言而喻，一旦瘫痪则影响巨大。可管理性 一个大型网络可管理程度的高低直接影响着运行成本和业务质量。因此，所有的节点都应是可网管的，而且需要有一个强有力且简洁的网络管理系统，能够对网络的业务流量、运行状况等进行全方位的监控和管理。安全性随着网络的普及和发展，各种各样的攻击也在威胁着网络的安全。不仅仅是接入交

26、换机，骨干层次的交换机也应考虑到安全防范的问题，例如访问控制、带宽控制等，从而有效控制不良业务对整个骨干网络的侵害。 QoS控制能力随着网络上多媒体业务流（如语音、视频等）越来越多，人们对核心交换节点提出了更高的要求，不仅要能进行一般的线速交换，还要能根据不同的业务流的特点，对它们的优先级和带宽进行有效的控制，从而保证重要业务和时间敏感业务的顺畅。标准性和开放性由于网络往往是一个具有多种厂商设备的环境，因此，所选择的设备必须能够支持业界通用的开放标准和协议，以便能够和其他厂商的设备有效地互通。方案选型主要是在参照整体网络设计要求的基础上，根据网络实际带宽性能需求、端口类型和端口密度选型。如果是

27、旧网改造项目，应尽可能保留并延长用户对原有网络设备的投资，减少在资金投入方面的浪费。为使资金的投入产出达到最大值，能以较低的成本、较少的人员投入来维持系统运转，网络开通后，会运行许多关键业务，因而要求系统具有较高的可靠性。全系统的可靠性主要体现在网络设备的可靠性，尤其是GBE主干交换机的可靠性以及线路的可靠性。作为骨干网络节点，中心交换机、汇聚交换机和厂区交换机必须能够提供完全无阻塞的多层交换性能，以保证业务的顺畅。3.3. 网络设备中的产品定型核心层交换机根据网络拓扑结构图，本实例校园网使用的是型号为H3C9508的核心交换机。如下图： 图2：H3CS9508交换机 汇聚层交换机选择根据网络

28、拓扑结构图，本实例校园网使用的是型号为H3CS3600的核心交换机。如下图： 图3：H3CS3600交换机 接入层交换机根据网络拓扑结构图，本实例校园网使用的是型号为H3CE126的核心交换机。如下图： 图4：H3CE126交换机 防火墙根据网络拓扑结构图，本实例校园网使用的是型号为天融信NGFWARES(TG-1203-VPN)防火墙。如下图： 图5：天融信NGFWARES(TG-1203-VPN)防火墙 负载均衡器根据网络拓扑结构图，本实例校园网使用的是型号为F5负载均衡器。如下图： 图6：F5负载均衡器 3.4. 路由器和交换机在校园网应用中实现的功能交换机（1） 将校园网分割成多个小型

29、虚拟局域网（vlan），减小冲突域，隔离广播风暴（2） 利用ACL不允许校园网内其他主机访问财务、后勤、医院部门局域网（3） 利用ACL设置校园网公网服务器用户访问权限（4） 运用RIP路由协议实现校园网的互联互通防火墙（1） 利用静态NAT防止校园网公网服务器遭受网络攻击（2） 利用动态NAT实现校园网内用户访问internet3.5. 路由器和交换机在校园网应用中实现功能的配置（1）将校园网分割成多个小型虚拟局域网（vlan），减小冲突域，隔离广播风暴 信息楼共有5个vlan，vlan范围vlan1-vlan5，vlan1为财务部，vlan 2为公网服务器群 行政楼共有2个虚拟局域网，vl

30、an范围vlan6到vlan7教师楼共有2个虚拟局域网，vlan范围vlan8到vlan9 食堂共有2个虚拟局域网，vlan范围vlan14到vlan15（2）利用ACL不允许校园网内其他主机访问财务、后勤、医院部门局域网 由上述所知，财务vlan号为vlan1，食堂vlan范围为vlan12到vlan13， （3）利用ACL设置校园网公网服务器用户访问权限 配置命令如下：Access-list 100 deny ip any any Int vlan 2Ip access-group 100 out （5）利用静态NAT防止校园网公共服务器遭受网络攻击校园网公共网站服务器内网ip地址为192

31、.168.1.2，公网ip地址为（6）利用动态NAT实现校园网内用户访问internet 结论校园网组建是一项庞大的系统工程，首先要向客户了解需求，然后实地勘察，最后确定组建方案。其中包括选用哪种结构的网络拓扑，通过什么接入方式访问外部网络，网络设备选择什么型号以及校园网的安全等问题。在确定了组网方式和接入技术之后，要进行设备选型， 不能铺张浪费，要结合实际需要挑选合适的设备。需要统计校园网内的网络用户，根据需要购买合适数量的网络设备以及合理的分配ip地址。一切就绪后，开始网络的实际架设，包括综合布线工程和网络工程，施工阶段完工后进入到测试阶段。测试通过方可交付使用。在组建过程中需要了解路由器

32、和交换机的作用和功能，一些经常使用的网络完全协议。 致谢感谢武汉交通职业学院电子信息工程系杜玉林导师的大力支持，给我们提供了明确的方向和目标，为我们解决了很多实际性问题和困难。同时也要感谢武汉交通职业学院网络机房贺再平老师，为我们提供了校园网的详细资料，让我们更快一步的完成了该论文。在这里由衷的感谢。 参考文献1. 最新路由器实用技术速查速用手册 编著： 编委会2. 路由器原理操作及应用 作者:董民 周卫东 沈庆国3. Cisco路由器防火墙安全 作者:(美)迪尔4. 网络实践指南-基于Cisco路由器和交换机作者:陆魁军5. 思科网络技术学院教程CCNA 2路由器与路由基础作者:(美)奥多姆 附录附录A 术语表