1、校园网络设计方案设 计 者 ： 王 帆2017 年 11 月1目 录1 校园网需求分析 .31.1 网络基本情况 .31.2 网络需求分析 .32 网络总体设计 .32.1 网络架构分析 .32.2 设计思路 .42.3 校园网的设计原则 .42.4 网络三层结构设计 .52.4.1 主干网核心层设计 .52.4.2 园区内汇聚层设计 .52.5 IP 规划与 VLAN.62.5.1 IP 地址的分配原则 .63.5.2 公网地址分配 .72.5.3 专用网的 IP 地址规划 .72.5.4 专用网中 vlan 划分 .82.6 设备选型 .82.6.1 核心交换机设备选型 .82.6.2 汇
2、聚层设备选型 .82.6.3 接入层设备选型 .82.7 物理/链路层配置原则 .93 网络安全与管理 .93.1 网络安全 .93.1.1 威胁网络安全因素分析 .93.1.2 网络安全防范措施 .93.2 网络管理 .93.3 网络安全策略配置 .103.3.1 安全接入和配置 .103.3.2 拒绝服务的防止 .103.4 电源系统 .114 综合布线设计 .114.1 综合布线的设计原则 .114.2 结构化综合布线系统的组成及设计 .114.2.1 工作区子系统（Work Area）及其网络设计 .114.2.2 配线子系统（Horizontal）及其网络设计 .114.2.3 干线
3、子系统（Backbone）及其网络设计 .124.2.4 设备间子系统（Equipment Room）及其网络设计 .124.2.5 管理子系统（Administration）及其网络设计 .124.2.6 建筑群子系统（Campus Subsystem）及其网络设计 .124.2.7 进线间子系统及其网络设计 .1324.3 防雷系统 .134.4 在施工中注意事项 .134.4.1 工程施工前准备 .134.4.2 现场施工 .144.4.3 现场测试 .145 硬件设备预算 .1431 校园网需求分析1.1 网络基本情况某大学具有 6 个二级学院，分别位于同一个城市的 4 个园区中，其中
4、大学与两个二级学院在一个园区（园区 1），另外两个二级学院位于一个园区（园区 2），而其他两个学院分别位于园区 3 和园区 4。大学已从中国教育科研网（CERNET）有关机构申请了 IPV4 地址块58.193.152.0/21。因特网具有统一接口，即通过百兆以太网接入中国教育科研网（CERNET）。大学向因特网发布信息并为全校提供有关的信息服务， 每个二级学院都包含网管中心、院办公楼、教学楼、实验楼、干部培训楼、学生公寓楼等。每个学院也自行向因特网发布学院信息并负责学院自己的信息服务，每个学院都拥有约 1500 台 PC。1.2 网络需求分析为提高网络可靠性及安全性，需要在主干网采用光纤布线
5、。校园网应实现虚拟局域网（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。主干网络应该采用成熟的、可靠的快速以太网和千兆位以太网技术作为校园网主干。校园网应选用先进的网管软件，建立完善的网络管理体系。在设备方面，应选择有校园网成功案例的网络厂商的设备，同时为 Internet、拨号用户和移动用户提供接口，网络还应具有良好的扩展性。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2 网络总体设计2.1 网络架构分析现代网络结构化
6、布线工程中多采用星型结构，主要用于同一楼层，由各个房间的计算机间用集线器或者交换机连接产生的，它具有施工简单，扩展性高，成本低和可管理性好等优点；而校园网在分层布线主要采用树型结构；每层的集线器或交换机在连接到本楼出口的交换机，各个楼的交换机再连接到园区通信网中。为了增加网络的可靠性，四个园区通信网连成一个环构成校园网的核心区域，从而构成了大学校园网的拓补结构。4采用三层结构为该大学设计校园网。选用万兆以太网作为连接大学 4 个校区的高速主干；选用千兆以太网作为各个校区内楼层之间的主干，形成大学校园网的汇聚层；选用百兆以太 LAN 作为基本的接入形式，在网络中心的设备选型和结构设计上必须考虑整
7、体网络的高性能和高可靠性。2.2 设计思路 进行校园网总体设计，首先要进行对象研究和需求调查，明确学校的性质、任务和改革发展的特点及系统建设的需求和条件，对学校的信息化环境进行准确的描述；在应用需求分析的基础上，确定学校 Intranet 服务类型，进而确定系统建设的具体目标，根据应用需求建设目标和学校主要建筑分布特点，进行系统分析和设计。1 、万兆交换机互联各个园区网选用万兆交换机互联各个园区网，而不选用高速路由器是因为：各园区网均采用的以太网技术体系，兼容性好。大学将在校园网上开展教学视频观摩、远程听课等多媒体应用，提供高速率信息通道是必要的。万兆交换机为三层交换机，是具有选路功能的交换机
8、，在校园网环境下能够具有更好的性能。价格因素。若在覆盖几十千米范围采用高速路由器的话，底层通常要采用 SDH技术，这使有关设备的价格要增加 23 倍。尽管高速路由器带来的对各个园区有更好的隔离性，在该校园网中用处不大。2、主干网采用公用 IP 地址相连该校园网从 CERNET 获得了 IP 地址的数量是无法满足需求的，只能供向因特网发布信息和联系或进行网络科学研究之用，因此构成校园网 IP 地址的主体是经过NAT 转换的专用网地址。使用专用网地址不利于与其他大学的学术交流，但也是不得已而为之的方法；另一方面，可能使得校园网受到网络黑客侵扰会少些。2.3 校园网的设计原则（1）先进性原则以先进、
9、成熟的网络通信技术进行组网，支持数据、语音和视频图像等多媒体应用，采用基于交换的技术代替传统的基于路由的技术，并且能确保网络技术和网络产品在几年内基本满足需求。（2）开放性原则校园网的建设应遵循国际标准，采用大多数厂家支持的标准协议及标准接口，从而为异种机、异种操作系统的互连提供便利和可能。（3）可管理性原则网络建设的一项重要内容是网络管理，网络的建设必须保证网络运行的可管理性。在优秀的网络管理之下，将大大提高网络的运行速率，并可迅速简便地进行网络故障的诊断。5（4）安全性原则信息系统安全问题的中心任务是保证信息网络的畅通，确保授权实体经过该网络安全地获取信息，并保证该信息的完整和可靠。网络系
10、统的每一个环节都可能造成安全与可靠性问题。（5）灵活性和可扩充性选择网络拓扑结构的同时还需要考虑将来的发展，由于网络中的设备不是一成不变的，如需要添加或删除一个工作站，对一些设备进行更新换代，或变动设备的位置，因此所选取的网络拓扑结构应该能够容易的进行配置以满足新的需要。（6）稳定性和可靠性可靠性对于一个网络拓扑结构是至关重要的，在局域网中经常发生节点故障或传输介质故障，一个可靠性高的网络拓扑结构除了可以使这些故障对整个网络的影响尽可能小以外，同时还应具有良好的故障诊断和故障隔离功能。2.4 网络三层结构设计2.4.1 主干网核心层设计校园网分为公网和专网。通过防火墙，连接放置各种应用服务器的
11、非军事区部分，并经路由器与 CERNET 相连。该三层校园网结构中的核心层位于公网部分，可选用了 Cisco 公司的万兆交换机 Cat6509。租用电信公司的光纤裸芯，用万兆速率将 4 个园区的 4 台万兆交换机连成一个环。为提高网络可靠性，还在园区 2 和园区 4 之间用千兆光缆连接起来。校园网的核心层结构如下图所示：62.4.2 园区内汇聚层设计汇聚层设备不但分担了核心设备的部分压力，同时提高了网络的安全性。本实施方案从网络运行的稳定性、安全性及易于维护性出发进行设计，以满足客户需求。园区网可基本保持原有的二层网络架构，并在自己的园区网中使用专用 IP 地址块，楼层之间采用千兆光纤相连，汇
12、聚到千兆主交换机上与大学万兆交换机通过防火墙相连。由于各二级学院的园区中具有的 PC 数量为 1500 台左右，考虑到教学区域、管理区域和学院内数据服务区域，建议划分为若干个子网，也可以划分为多个 VLAN，以隔离广播流量，提高网络工作效率，并提高安全性。二级学院网络的主干网可采用 3COM 公司的 Switch 4007 交换机与 3C16980 连接的千兆光缆构成了学院园区网的主干，向下以百兆以太网作为接入网与用户 PC 相连。二级学院园区网的二层网络拓扑架构如下图所示：2.5 IP 规划与 VLAN 2.5.1 IP 地址的分配原则7IP 地址规划的好坏，不仅影响到网络路由协议算法的效率
13、，更影响到网络的性能和稳定以及网络的扩展和管理，也必将直接影响到相关新业务的开拓和网络应用的进一步可持续性发展。该大学有六个二级学院,每个学院大约 1500 台 PC,而申请到的 IP 地址为 8*256-2个=2022 个,远小于 6*1500 台，所以必须用到 NAT 技术。学校对外各种 INTERNET 服务，核心层设备都使用公网 IP,普通终端 PC 使用私网 IP，经 NAT 技术上网。这样既满足普通用户上网需求又可以使服务器正常作用于互联网。3.5.2 公网地址分配对 IP 地址块 58.193.152.0/21 进行子网划分，划分为 8 个子网，6 个二级学院各分配 254 个
14、IP 地址，余下的 254 个 IP 地址用于大学校园网主干和科研。大学和同在一园区的一个二级学院的 IP 地址分配时应连续。表 1：学校公网 IP 地址分配表名称 公网 IP 段大学本部 58.193.152.0/24学院一 58.193.153.0/24园区一学院二 58.193.154.0/24学院三 58.193.155.0/24园区二学院四 58.193.156.0/24园区三 学院五 58.193.157.0/24园区四 学院六 58.193.158.0/24学校服务器 58.193.159.0/242.5.3 专用网的 IP 地址规划由于分配给该大学校园网的 IP 地址远远不能满
15、足需求，因此这些 IP 地址主要用于向因特网发布信息和进行科学研究之用。而大学内部教学、科研、办公用的校园网，就需要我们采用 NAT 技术。每个学院都有 1500 台计算机，这里从专用的 IP地址段中取出一个 B 类地址进行规划即可。本例我们可以取 172.16.0.0/21，将其分配给大学和 6 个二级学院。每个单位都能够分配一块 IP 地址，其中具有 30 个子网，每个子网容纳的主机数量达 8*256-2=2046 台，选用 7 个子网，分别给大学和二级学院各一个子网。事实上，由于各学院使用的专用 IP 地址互不相关，可以由各个学院独立进行规划也可。表 2：学校专网公网 IP 地址分配表名
16、称 专网 IP 段大学本部 172.16.8.0/21学院一 172.16.16.0/21园区一学院二 172.16.24.0/21学院三 172.16.32.0/21园区二学院四 172.16.40.0/21园区三 学院五 172.16.48.0/21园区四 学院六 172.16.56.0/218学校服务器 58.193.159.0/242.5.4 专用网中 vlan 划分VLAN 技术允许将一个网络的物理的 LAN 逻辑划分成不同的广播域。一个 VLAN 内部的广播和单播流量被限制在本 VLAN 之内，不会转发到其他 VLAN 中，这有助于控制流量、简化网络管理、提高网络的安全性。VLAN
17、 是为解决以太网的广播问题和安全性而提出的一种协议，它在以太网帧的基础上增加了 VLAN 头，用 VLAN ID 把用户划分为更小的工作组，限制不同工作组间的用户二层互访。虚拟局域网的好处是可以限制广播范围，是一种比较成熟企业组网规范，在本案例中我们可以利用它划小网络特点，我们可以进一步监控网络，就算 IP 冲突产生，也轻易知道它发生在哪个部门（若 VLAN 划分以部门为依据）2.6 设备选型2.6.1 核心交换机设备选型通常将网络主干部分称为核心层，核心层的主要目的在于通过高速转发通信，提供油画，可靠的骨干传输结构，因此核心层交换机应拥有更高的可靠性，性能和吞吐量。锐捷网络 RG-S9620
18、 如图 3.3 所示，交换机成为企业网络核心交换机的理想选择，适用于为政府、学校、企业构建高速、安全、可靠的万兆网络，它的背板带宽为 9.6T, 包转发率：L2:3571Mpps,L3:3571Mpps, 扩展插槽：20 个(4 个用于管理与交换距阵)2.6.2 汇聚层设备选型通常将位于接入层和核心层之间的部分称为分布层或汇聚层，汇聚层交换层是多台接入层交换机的汇聚点，它必须能够处理来自接入层设备的所有通信量，并提供到核心层的上行链路，因此汇聚层交换机与接入层交换机比较，需要更高的性能，更少的接口和更高的交换速率。各二级学院网管中心汇聚层交换机选择,锐捷网络RG-S8606 为企业网络核心交换
19、机的理想选择，如图 4.4所示。适用于为政府、学校、企业构建高速、安全、可靠的千兆背板带宽为 1.6T, 包转发率：L2:595Mpps,595Mpps,扩展插槽：6 个(2 个用于管理引擎模块)。在二级学院各楼层的汇聚层交换机，我们采用锐捷网络 RG-S3760E-24，如图 3.5 所示，属于千兆交换机，背板带宽：49.6G，包转发率：12.8/16.4Mpps。2.6.3 接入层设备选型通常将网络中直接面向用户连接或访问网络的部分称为接入层，接入层目的是图 3.3图 3.4图 3.59允许终端用户连接到网络，因此接入层交换机具有低成本和高端口密度特性。接入层交换机我们选择可网管的交换机。
20、2.7 物理/链路层配置原则物理/链路层配置遵循下面的原则：1.网络设备互连的物理端口都应该绑定端口的速率和全双工模式；2.建议所有的 Vlan 都不要穿透核心层，所有的 Vlan 都将在汇聚层交换机上终结；3.本实施方案建议不要启用 STP 生成树协议，由于所有的 Vlan 都已在汇聚层交换机终结，在二层上并没有环路存在，故无必要启用；如果开启基于每个 Vlan 的生成树协议，广播报文将会很多，影响核心交换机性能和网络收敛时间；4.所有核心层和汇聚层交换机之间的互连端口均设置为 Trunk 模式，但目前只容许互连 Vlan 通过，以应付将来有 Vlan 穿越核心层这种情况；5.汇聚层交换机和
21、接入交换机之间的互连端口设置为 Trunk 模式。 3 网络安全与管理3.1 网络安全校园网的安全威胁主要来源于两大块，一块是来自于网内，一块来自于网外。来源于网内的威胁主要是病毒攻击和黑客行为攻击。根据统计，威胁校园网安全的攻击行为大概有 40左右是来自于网络内部，如何防范来自于内部的攻击是校园网网络安全防护体系需要重点关注的地方。3.1.1 威胁网络安全因素分析计算机网络安全受到的威胁包括：1.“黑客”的攻击；2. 计算机病毒；3. 拒绝服务攻击（Denial of Service Attack）。3.1.2 网络安全防范措施在不改变原有网络结构的基础上实现多种信息安全，保障校园内部网络安全，我们选购了一套网络安全防范设备。1 瑞星杀毒软件网络版1. 超强病毒查杀2. 智能主动防御3. 增强型全网漏洞管理4. 强大的网络管理能力是网络安全的基础部署、控制、执行、升级、报告和日志、二次开发。 5. 兼容多种平台
