校园网组网方案设计

校园网组网方案设计摘要本论文本着实用的原则，全面介绍了局域网组建所需要的基础知识、实战方法和操作技巧。全套论文由4章构成，分别介绍了组建局域网必须了解的基础知识，局域网的特点，网络软、硬件的选择方法，常见局域网的构建方法。其中内容丰富，叙述清楚，详细而系统的介绍了组建局域网和管理局域网方面的技术知识。校园网能促进学生尽快提高应用信息技术的水平。信息技术是一门不断发展的应用型学科，为了让学生掌握更加实用的信息技术，必须给他们提供一个信息化的环境，校园网是提供信息化环境的基础。校园网为教师提供了一种先进的辅助教学工具、提供了丰富的教学资源库，是学校进行教学体制改革、推行素质教育一种必不可少的工具。校园网提供了学生与外界交流的桥梁，通过校园网与教育网以及互联网的连接，实现了教育资源的最大共享和信息的最快获取。关键词：虚拟局域网；网络操作系统；网卡的硬件地址；传输控制协议网际协议1绪论1.1网络的功能所谓计算机网络，是指将多个独立的计算机系统通过通信线路连接起来，并在网络软件的支持下能够实现数据通信和资源共享的集合。概括地讲，计算机网络主要有如下几个方面的功能：（1）资源共享：它主要包括硬件、软件和数据共享。例如，通过将某些文件放在网络中某台计算机的指定位置，可让网络中的全部或部分用户能够使用它们。此外，通过购买软件的多用户网络版本，可节约资金并使软件的维护和使用更加方便。（2）通信：通过网络可以方便地进行实时通信。例如，用户可通过网络收发邮件、进行实时会话，而程序可通过网络实时传递信息。（3）分布式处理：对于某些高强度的数据处理或数学运算，可通过网络将任务分布到多台计算机中进行处理，最后将结果进行汇总。1.2网络的分类网络的分类方法有多种，最常见的划分方式是依据网络的组建规模和延伸围，此时网络可以分为3类：局域网（LocalAreaNetwork,LAN）、城域网（MetropolitanAreaNetwork,MAN）和广域网（WideAreaNetwork,WAN）。（1）局域网局域网是局部地区网络的简称，此时连网计算机的距离通常应小于10km。例如，由一栋或几栋建筑物内的计算机、一个小区内的计算机或一个单位内的计算机构成的网络，基本上都属于局域网。局域网根据其规模的大小又可以细分为小型局域网和大型局域网。其中，小型局域网的特点是地域小计算机数量不多，因而网络安装、管理都比较简单。例如，家庭、办公室、游戏厅、网吧以及计算机机房网络都属于小型局域网。大型局域网主要是指企业Intranet网络、行政网络等，这类网络的特点是设备较多，管理和维护都比较复杂。局域网之所以能够被广泛地应用，是因为它主要具备如下几个优势：·极高的数据传输速率。局域网内各计算机之间的数据传输速率一般不小于10Mbit/s,最快可以达到100Mbit/s或1000Mbit/s。·低廉的连网成本。例如，廉价的同轴电缆、双绞线都可作为传输介质，而作为连网设备的网卡、集线器、交换机价格也不高。·网络安装、配置与管理比较简单，并且具有较高的稳定性和可扩充性。（2）城域网城域网（MAN）比局域网规模大得多，采用与局域网相同的联网技术。它一般覆盖一座城市，通常采用ATM作为主干网络交换机，采用光纤通信技术，具有实时的数据传输、语音和视频等业务，提供较高的网络传输速度，干线速度一般在100Mbit/s以上。（3）广域网广域网（WAN）用电话线和卫星提供跨国或全球间的联系。数据传输速率通常要比局域网慢，其主干线传输速率目前仅为128～4096kbit/s,而最终用户的上线速率仅为56kbit/s。1.3局域网的特点1.3.1局域网的组成（1）服务器（Server）：用来管理网络并为用户提供共享服务的计算机。与网络中的工作站相比，服务器通常具有更快的速率、更大的存储容量和更高的可靠性。此外，为了便于对网络进行管理，服务器中通常应安装相应的网络操作系统，如NovellNetware,WindowsNT/2000Server,UNIX等。（2）工作站（Workstation）：用户使用的计算机，又称用户机或客户机。从网络构成的角度看，任何一台计算机（如286、386、486、PⅢ、P4等）都可作为工作站。当工作站登录到网络服务器后，可按规定权限存取服务器中的文件。此外，工作站通常还可以与网络中的其他用户进行通信或访问Internet。（3）网络通信系统（NetworkCommunicationsSystem）：连接工作站和服务器的设备。这些设备通常应包括插在服务器或工作站中的网卡，它们应与通信介质相连；用于传输数据介质，如同轴电缆、双绞线、光纤等；专用的通信设备，如集线器（HUB）、局域网交换机、路由器等。（4）网络操作系统（NetworkOperatingSystem）：对于稍在一点的网络来说，为了充分发挥网络的功能，以及更好地管理网络，通常应在服务器中安装网络操作系统。例如，基于安全起见，企业的几乎所有重要数据（如财务、销售等）都被保存在服务器中，并非每个人都能访问这些数据。通常情况下，只有企业负责人拥有最高权限，而其他人只能查看部分数据。此时就是借助网络操作系统来对资源和用户进行管理的，它规定了用户的权限，以及用户所能访问的资源。1.3.2局域网的拓扑结构所谓局域网的拓扑结构，是指局域网中各计算机之间的连接形式。如果抛开构建局域网时所采用的通信介质、通信设备等，局域网中各计算机之间的学用连接形式实际上只有两种，即总线型与星型。在总线型网络中，由于各计算机共享一条通信电缆，网络中某个节点出现故障，将导致整个网络瘫痪。因此，目前这类结构的网络已趋于淘汰。星型网络的优点是，当网络中某个节点出现故障时不会影响整个网络的运行。其缺点是每个计算机都要占用一条专用的通信线路，并且需要额外的通信设备，将导致成本的增加。但是，由于目前各种硬件设备价格都已非常便宜，所以，现在绝大部分局域网都采用了这种结构。1.3.3什么是局域网的规范事实上各种网络结构都是有章可循的，这就是局域网规范（或称为局域网标准）。从大的方面讲，根据网络的工作原理，目前的局域网大致可分为三类，即以太网、令牌环网和ARCNET网。其中，以太网是目前局域网中采用最多的通信协议标准，它采用CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)技术进行信息传递。该标准定义了在局域网中采用的电缆类型和信息处理方法，在互联设备之间可以10～100Mbit/s的速率传送信息包，目前约80％的局域网都是以太网。由于技术的发展和用户要求的多样性，以太网又被细分成了一系列规范。例如，10Base2以太网规范定义了构建以细同轴电缆为通信介质，网络通信速率为10Mb/s，网络拓扑结构为总线型的局域网的技术指标；10BaseT以太网规范定义了构建以双绞线为通信介质，网络通信速率为10Mb/s，网络拓扑结构为星型的局域网指标。一般来说，每种局域网规范都规定了如下几项指标：·网络通信速率，例如，10Mb/s、100Mb/s及1000Mb/s等。·局域网的结构，例如，采用总线型或星型。·所使用的通信介质，例如，同轴电缆、双绞线或光纤。其中，每种介质中又包含了多个子类，例如，双绞线就包括了3类、4类、5类及超5类双绞线等。·所使用的网卡类型，其中包括数据传输速率与接口类型。例如，要构建10BaseT星型以太网，网卡的数据传输速率必须为10Mb/s，且必须带有RJ-45接口。·网络中所能支持的最大用户数量。例如，构建廉价的细同轴电缆总线型网络时，每个网段中的用户数不能超过30。·距离要求。由于随着距离的增加，信号会逐渐衰减，因此，各种局域网规范都对各种距离（如通信设备与计算机之间，各种通信设备之间等）有明确的要求。例如，在构建以集线器为核心的双绞线星型网络时，集线器与计算机之间的距离通常不超过100m。1.3.4什么是局域网中的半双工和全双工所谓半双工与全双工，是指通信双方信息交换的方式。其中半双工是指在同一时间通信双方只能有一方发送或接收信息，另一方只能处于等待状态。局域网中最早使用的就是这种方式。就目前来说，由于共享式局域网中的计算机都共享一条通信通道，在技术上无法实现同一时刻数据的双向通行，因此，常规的共享式网络只能工作在半双工模式。所谓全双工是指在同一时间内，通信双方都可以同时发送与接收信息。从理论上讲，全双工通信方式的数据传输速率要比半双工通信方式提高一倍。就目前来说，很多交换机和网卡都采用了全双工模式，从而使网络速率得到大幅度提高。1.3.5局域网的结构类型局域网的结构决定了局域网的管理方式，当我们创建一个局域网时，通常应遵循如下步骤来进行：⑴明确自己的需求，即希望局域网具备哪些功能。⑵在综合考虑局域网功能、现有软硬件的特点与价格、网络的可管理性与可扩充性等因素的基础上决定局域网的结构。⑶根据选定的局域网结构决定局域网的拓扑结构，以及应选择的相关设备和软件。⑷对局域网进行配置和维护。由此可以看出，决定局域网的结构是构建局域网时非常重要的一环。1.4组网中常见技术1.4.1双核心技术通过双机热备VRRP和802.1S技术实现双核心热备，不但可以让设备进行冗余备份，而且还可以使中心数据通信负载均衡，从而让中心设备减轻负荷，保证核心层的稳定性和可靠性.在VRRP协议中，有两组重要的概念：VRRP路由器和虚拟路由器，主控路由器和备份路由器。VRRP路由器是指运行VRRP的路由器，是物理实体，虚拟路由器是指VRRP协议创建的，是逻辑概念。一组VRRP路由器协同工作，共同构成一台虚拟路由器。该虚拟路由器对外表现为一个具有唯一固定IP地址和MAC地址的逻辑路由器。处于同一个VRRP组中的路由器具有两种互斥的角色：主控路由器和备份路由器，一个VRRP组中有且只有一台处于主控角色的路由器，可以有一个或者多个处于备份角色的路由器。VRRP协议使用选择策略从路由器组中选出一台作为主控，负责ARP相应和转发IP数据包，组中的其它路由器作为备份的角色处于待命状态。当由于某种原因主控路由器发生故障时，备份路由器能在几秒钟的时延后升级为主路由器。由于此切换非常迅速而且不用改变IP地址和MAC地址，故对终端使用者系统是透明的。两台核心中央交换机本身通过OSPF路由协议对汇聚点的连接提供路由冗余和流量负载均衡。OSPF路由协议是一种典型的链路状态（Link-state）的路由协议，一般用于同一个路由域内。OSPF协议支持到同一目的地的多条等价路由，我们可以利用该特性实现路由冗余和流量的负载均衡。双核心技术目的是防止一个点的失败导致整个网络功能的丢失。虽然冗余设计可能消除的单点失败问题，但也导致了交换回路的产生，它会带来如下问题：A.广播风暴B.同一帧的多份拷贝C.不稳定的MAC地址表。因此，在交换网络中必须有一个机制来阻止回路，而生成树协议（SpanningTreeProtocol）的作用正是在于此。1.4.2生成树协议生成树协议的国际标准是IEEE802.1d。运行生成树算法的网桥/交换机在规定的间隔内通过网桥协议数据单元（BPDU）的组播帧与其他交换机交换配置信息，其工作的过程如下：1.通过比较网桥/交换机优先级选取根网桥/交换机（给定广播域内只有一个根网桥/交换机）；2.其余的非根网桥/交换机只有一个通向根网桥/交换机的端口，称为根端口；3.每个网段只有一个转发端口；4.根网桥/交换机所有的连接端口均为转发端口。当网络的拓扑结构发生改变时，生成树协议重新计算，以生成新的生成树结构。在此期间，交换机不转发任何数据帧。当交换机的所有端口状态切换为转发或阻塞状态时，表明重计算完毕。这一状态称为会聚（Convergence）。1.4.3链路聚合技术链路聚合技术亦称主干技术或捆绑技术，其实质是将两台设备间的数条物理链路“组合”成逻辑上的一条数据通路，称为一条聚合链路，该链路在逻辑上是一个整体，内部的组成和传输数据的细节对上层服务是透明的。聚合内部的物理链路共同完成数据收发任务并相互备份。只要还存在能正常工作的成员，整个传输链路就不会失效。链路聚合的优点从上面可以看出，链路聚合具