校园网设计方案论文 西部高职学院校园网设计方案探讨

　　摘要：以西部高职学院实际情况为基础，分析了西部高职学院校园网格发展现状，并结合目前计算机网络发展的最新技术和趋势，以满足高职学院的实际应用为基础，提出了一种适合西部高职学院的校园网络系统设计方案。
　　关键词：校园网；网络结构；网络安全
　　中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)17-4069-05
　　Discuss of the Campus Network Schematic Design for the Western Vocational Technology College
　　BAI Yong-xiang1,2, WANG Zhong-yin1
　　（1.Department Mechanical and Electrical Engineering of Weinan Vocational Technology College, Weinan 71400,China；2. Schools of Information Technology Northwest University, Xi’an 710069,China）
　　Abstract: Based on actual situation of the west vocational technology college, Analysis the campus network development present situation of the west vocational technology college , and based on the recent development of computer network technology and trends. In order to meet the practical application of vocational technology college , puts forward a suitable campus network system design scheme for the west vocational and technology college.
　　Key words: campus network; network structure; network security
　　1校园网现状及需求分析
　　1.1校园网现状
　　高等职业教育已占中国高等教育“半壁江山”。教育部出台的《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》明确提出要大力发展高等职业教育，当今，校园计算机网络已成为学校办学的基础设施和必备条件，校园网的规划建设直接影响学校的管理和教学质量，高职院校信息化、数字化成为学校办学水平高低的重要标志。目前，大多数高职学院成立不久或者是以前的中专学校合并升格而成的，所以校园网络设施非常落后，不能适应学院正常的教学及管理。集中表现为：1）设备陈旧落后，不能使用；2）主干网速度为10M/100M；3）合并后的各个校区各自独立，没有整体规划；4）经费困难，无力购买先进的网络设备；5）校园网应用范围有限。为了进一步推动高职院校信息化建设,加强学院内涵建设,深化教学管理和改革,提升和优化校园网的基础设施和应用范围与层次，为学生创造一个更好的学习环境，必需对原有网络进行升级改造或者重新设计。一般的高职学院包括行政办公楼、教学区、图书馆、运动区、学生宿舍、实训区、后勤管理区等。新校区的校舍建筑和环境都比较优美，同时还要配置先进的智能化教学设施，以满足学院可持续的发展，适应信息化时代和教学改革的要求，适应21世纪国家级示范高职学院的现代化教学要求。
　　1.2需求分析
　　近年来，高职学院的教学和管理工作迅速地朝着计算机化、网络化、数据库化、电子化方向发展。校园网的先进与否已经成为衡量一所学院发展的重要标志。形象化、交互性的教学以及海量的教学资源，使计算机网络技术在学校管理和辅助教学、科研活动中显示出其独特的优势，高效的校园网络建设势在必行。
　　校园网络建设是一项系统工程，它不仅要满足目前的目标要求，而且还要考虑以后的升级和改造，在设计和建设校园网时，需求分析是一项非常重要的工作。校园网需求分析一般包括业务需求、管理需求、应用需求、网络规模、数据需求和安全需求等。需求分析主要包括需求调研和编写需求说明书两个部分，这个阶段最好由网络技术人员和学校各部门负责人共同参与，重点是各部门对应用软件的要求。
　　2校园网设计技术原则
　　校园网的设计是否合理，对校园网以后的发展和效益有着极为重要的作用，根据西部高职院校的实际情况，在进行校园网设计时应遵循“整体规划，分步实施”的方针，力求满足实用性、可靠性、先进性和可扩展性等。
　　1)实用性：充分发挥现的设备的效益，保证网络系统功能完善、界面友好和兼容性强，能够最大限度地满足学校的教学与管理要求，真真正正地为教学与管理服务。
　　2)可靠性：系统能够长期稳定运行，为了达到这一目的，关键设备应有冗余。
　　3)先进性：具有超前意识和先进的设计思想，采用当今国内外标准化技术和成熟的软硬件技术，使网络系统能够最大限度地适应今后技术和业务发展的需要。
　　4)可扩展性：在进行方案设计时，力求做到网络拓扑结构清晰、合理并具有扩展能性；硬件配置应当先进、可靠，满足网络及软件运行，为以后的发展与技术更新做好预留空间。
　　5）经济性：大多数高职学院以前都建有校园网，因此应该充分考虑使用原有设备，以保护以前的投资。
　　6）管理与维护方便：校园网建成之后，管理与维护成为一个非常重要的工作，管理方便、维护简单的网络十分必要。
　　3校园网设计方案
　　3.1逻辑网络结构设计
　　网络规划主要考虑网络规模、网络应用、信息交换量、投资及未来的发展等因素。作为高职学院的校园网，网络建设的目标是千兆主干网，1000M交换、100M到桌面，并在一些数据量较大的重要场所预留千兆网接口，以便将来直接接入校园网主干交换机。千兆带宽可以保证服务器与主干交换机之间、主干交换机与各子网交换机之间信息流的畅通无阻。
　　目前，校园网系统从结构上可分为核心层、汇聚层和接入层；从功能上可分为校园网中心、教学子网、办公子网、图书馆子网、宿舍区子网、实训区子网等。分层思想使网络设计结构化，网络管理和维护方简便可行。
　　下面是层次型网络结构示意图：
　　图1校园网层次型结构示意图
　　核心层负责整个网络各汇聚结点之间的互联及完成高速的数据传输、交换、转发是校园网的主干，如果经费充足，最好采用冗余组件，即使一个核心交换出故障，也不会使整个网络瘫痪，同时当网络流量很大时，还起到负载平衡的作用。
　　汇聚层是网络的核心层和接入层之间的连接点。汇聚层可以进行安全性控制、VLAN设置等配置。可以使用系列交换机。
　　接入层交换机为终端用户提供局域网段访问能力，接入层交换机上接汇聚层交换机，满足用户接入整个校园网的需求。可以采用系列。
　　校园网可以接入Internet和CERNET双网络，可以使用Cisco、锐捷、华为等系列路由器，以便提供语音、数据集成、VPN、MPLS等功能。
　　在综合布线方面，主干网采用千兆光纤连接，核心交换机与汇聚交换机之间以1000M连接，汇聚交换机与接入交换机之间以100M到桌面。
　　3.1.1核心层设计
　　核心层是校园网的主干。它负责传输整个校园网的数据流，该层处理的数据流比其它层要大得多，主要完成网络各汇聚节点之间的互联、传输、路由分发等，所以核心层配置在选型方面要尽可能的高，资金相对宽裕的可以选择Cisco主品，对于西部一些资金较困难的学校，可以选择性价比较高的华为-3COM产品。目前，核心层交换机一般选择1000M三层交换机，下连1000M汇聚层交换机。核心层结构设计如下：
　　图2核心层结构设计
　　核心层应该具有：高可靠性和冗余性，目前，在一校园网设计中，使用又双核心交换机，一方面提高了可靠性，另一方面当网络中数据流量很大时，还可以起到负载平衡作用。同时核心层还应具有完善的QoS功能和安全机制，并且支持VLAN功能。在核心层中，应该采用高带宽的千兆级交换机，如神州数码D-Link DES-6000系列高端交换机，充当核心层设备。因为核心层是网络的枢纽部分，网络流量最大，因此需要提供高带宽。
　　3.1.2汇聚层设计
　　汇聚层是核心层和接入层的桥梁，对下层的数据进行汇聚，对上层通过高速接口将数据传输到核心交换机，设计汇聚层时，要充分考虑到以下几点：有足够的带宽、支持三层交换、实用方便面的网络管理。在汇聚层中，应该采用支持三层交换和虚拟局域网的交换机，如神州数码D-Link LRS-6706G交换机、全向QS-532V交换机等，以达到网络隔离和分段的目的，结构设计如下：
　　图3汇聚层设计
　　3.1.3接入层设计
　　接入层是连接汇聚层与最终用户的节点，接入层的特征是交换式或共享带宽式局域网，，在接入层中，减少同一以太网段上的用户计算机的数量能够向工作组提供高速带宽。在该层交换机选型方面，可以选择不支持VLAN和三层交换的工作组级交换机，如神州数码D-Link DES-1226交换机、全向QS-532交换机等。
　　图4接入层设计
　　3.2整体拓扑结构设计
　　对于校园网主干网，目前流行的有FDDI(光纤分布式数据接口)、ATM(异步传输模式)和千兆以太网技术。校园网使用以太网的交换式局域网作为校园网的主干网是一种实用、经济的方案，一台局域网交换机可完成多个端口间的帧交换，且可提供比通常的HUB和网桥高得多的网络带宽。鉴于千兆以太网具有的优点，给合本院的实际情况，从实用性、经济性考虑，此方案采用千兆以太网作为校园网的核心网段。
　　在此次校园网的设计中，我们采用层次化模型来设计网络拓扑结构。所谓“层次化”模型，就是将复杂的网络设计分成几个层次，每个层次着重于某些特定的功能，这样就能够使一个复杂的大问题变成许多简单的小问题。层次模型既能够应用于局域网的设计，也能够应用于广域网的设计。在大型校园网设计中，使用层次化模型节省成本、网络结构清晰、易于扩展、易于排错。
　　层次化模型是一种网络设计思想的体现，听起来挺抽象，在资金不充足的情况下，可以采用一些国产的网络设备。用神州数码D-Link LS-5608G交换机作为核心层设备。LS-5608G是一款8插槽机箱式主干交换机，可以支持多种距离的光纤连接。汇聚层交换机采用神州数码D-Link LS-5625，LS-5625具有24个10/100M Base-TX端口和1个扩展插槽，各配置1个1口千兆多模光纤模块MS-5103，通过千兆光纤与主干相连。接入层交换机采用神州数码D-Link DES-1016R及DES-1024R若干台，为终端用户提供网络接入。但是核心层、汇聚层、接入层这种层次化的网络设备模型，适合于具有上千台工作站的大中型校园网的设计，如果是只有几百台计算机的中小型网络，可以采用将核心层和分布层合二为一的方法。图5是一个整体拓扑图。
　　4校园网软件设计
　　4.1路由器设计
　　常见路由器协议有OSPF和EIGRP，后者主要针对Cisco的产品，所以在校园网中主要采用OSPF协议。整个校园网划分为三个层次：核心层、汇聚层及接入层，核心层和汇聚层交换机使用OSPF路由协议。为了提高安全性，在OSPF路由域内配置认证，防止路由欺骗，一般采用较好的SHA-1。目前，多数高职院校都是由以前的几所学校合并或升格建立的，校区比较多，网络规模庞大，管理比较困难，所以可以考虑采用BGP4等路由协议。为了实现MPLS VPN，建议采用MP-BGP作为ISP的PE设备之间的路由协议，用来在ISP的骨干网中分布VPN的路由信息。
　　4.2 IP和VLAN规划设计
　　IP地址分配的合理性对校园网的可用性、稳定性及有效性有着非常重要的影响。在校园网的建设中，需要充分考虑IP地址的合理需要，由于IP地址在初期设置方面的缺陷，已经不能满足互联网发展的需求，专家们研究出了很多种解决办法，比如划分VLAN、NAT、策略路由技术等。大部分学校获得的公共IP地址数量较少，教育网IP、公网IP采用NAT的方式接入教育网及互联网，私有IP地址在校园网内应用逐渐普遍。建议小型校园网私有IP地址使用地址空间小的192.168.0.0/16，中大型校园网，如三层结构的校园网上网人数多、设备数量多、网络后期建议采用地址空间大的10.0.0.0/8。校园网IP地址可分为用户IP、设备管理IP、设备互联IP、NAT地址池IP。虽然这些方法解决了目前IP地址资源有限的问题，但从长远来说使用IPV6是最彻底的解决办法，只是目前实现起来需要一个过程。
　　此次方案的设计，我们决定采用一个内部私有A类地址（10.0.0.0）对校园网的网络设备编址。由于从方案本身的网络拓扑图采用了典型的层次化设计，所以对IP地址的编址设计也应采取层次化的设计来完成，并采用VLSM来拓展有限的IP地址。表1 IP地址分配表网段描述所需的IP地址数
　　表1骨干核心层链路
　　下面列举几个区域的VLAN和IP地址设计：
　　（1）教学区
　　学生人数为64人，根据8人为一个项目组原则。该区域的VLAN信息和IP地址规划为：从VLAN 10～VLAN 80, IP地址段设定192.168.10.x/24～192.168.80.x/24，网关地址在核心交换机上。
　　（2）实训区
　　实训上课学生50人，8-10人为一项目组，该区域的VLAN信息和IP地址规划为：从VLAN 90～VLAN 130, IP地址段设定192.168.90.x/24~192.168.130.x/24，网关地址在核心交换机上。
　　（3）其他设备和IP地址
　　管理员地址，教育管理软件TMS系统和相关软件等服务器，使用VLAN5～VLAN9之间IP地址如表2所示。
　　4.3网络安全设计
　　校园网络建成后，为保证整个网络正常地运行，防止计算机病毒对网络的侵害及“黑客”入侵就变得特别重要。主要表现在以下几方面：身份认证、访问授权、数据保密、数据完整、审计记录、防病毒入侵。
　　网络安全是有层次的，在不同层次安全的着重点也不同，大致归纳起来可将网络安全划分成两个层次：网络层安全和应用层安全。因此，可以选用防火墙家族中的专用防火墙设施，防火墙要能提供强大的安全，且不影响网络性能。对外部世界完全隐藏了内部网体系结构，通过防火墙可以建立使用IPsec标准的虚拟专网VPN连接，防火墙加强了内部网、外部网链路和Internet之间的安全访问。如果条件许可，还可以考虑使用入侵检测防御系统（IDP）
　　5多校区网络互联设计
　　图6多校区双网络接入设计
　　目前，大多数高职学院都是在几所学校合并的基础上建立的，由多个校区组成。为了节约资金，在保留以前各校区投资的基础上进行改造升级非常重要。部分校园网在早期的建设中由于成本的原因并未在设计中考虑冗余问题，而在优化工作中则需从网络链路和网络设备两方面着手。冗余设计可以贯穿整个层次化结构，每个冗余设计都有针对性，可以选择其中一部分或几部分应用到网络中以针对重要的应用。如果网络中某条路径失效时，冗余链路可以提供另一条物理路径。可以采用链路聚合实现端口级冗余，以克服某个端口或线路引起的故障。也可以采用生成树提供设备级的冗余连接。而且，我们在设计中可以提供不同物理方向的双归属、双路由保护。
　　当前，校园网上业务量的发展都超出了过去最乐观的估计，上网热潮风起云涌，新的应用层出不穷，即使按照目前最优配置建设的网络，也很快会感到速度不够。尤其是各个网络的核心部分，其数据流量和计算强度非常之大，使得单一设备根本无法满足。而负载均衡建立是在现有网络结构之上，提供了一种廉价有效的方法扩展服务器带宽和增加吞吐量，加强网络数据处理能力，提高网络的灵活性和可用性。它主要解决网络拥塞问题、服务就近提供、实现地理位置无关性、为用户提供更好的访问质量，提高服务器响应速度、提高服务器及其他资源的利用效率、避免了网络关键部位出现单点失效。
　　6总结
　　通过对具有8000人规模的高职类专业技术学院网络的设计，在保证网络的性能优越、经济实用的前提下，本着严谨、慎重的态度，从系统结构、技术措施、设备选择、系统应用、技术服务和实施过程等方面综合进行系统的总体设计，使该系统真正成为符合西部高职学院的校园网络系统。并对多校区网络的改造和扩容进行技术探讨，有针对性地对学院网络改造和扩容过程中安全性、可实施性方面进行了思考。
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