【实验题目】：局域网的设计和组建

一、实验目的

1.了解局域网的基本特点

2.掌握局域网的规划及拓扑结构的绘制

3.利用网络设备组建一个小型局域网

二、实验原理

1.局域网

    局域网是利用各种传输介质将分散在不同地域的计算机、网络设备连接在一起，以实现相互通信、资源共享。

局域网技术包括了以太网、FDDI、令牌环网等，在当前局域网设计中几乎全部采用以太网技术。对于局域网的设计，是一个涉及了网络硬件、软件等方面的系统工程，某些设计方案提供扩展性有限的硬件平台，与当前基础设施不容易进行系统集成，或无法进行系统集成，还有些方案则需完全放弃对当前网络基础设施所做的全部投资，n町因此作为一个成功的局域网解决方案，应实现以下几点：

A、充分利用现有通信基础设施中的战略投资，同时提供可用的带宽。

B、减少管理网络操作的费用。

C、提供跨越多平台、支持多媒体应用程序和其他急需信息流的万法。

D、提供扩展性、信息流控制功能和安全性。

E、能支持RMON代理。

2.以太网技术

     在所有网络中，关键的问题是：当信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权。用来决定信道分配的协议属于数据链路层的子层，称作介质访问控制MAC(medium access control)子层。由于几乎所有的局域网都以多路复用信道作为通信的基础，而广域网中除卫星网以外，都采用点到点连接，所以MAC子层在局域网中尤其重要。

  介质访问子层的中心论题是相互竞争的用户之间如何分配一个单独的信道。其分配方法有静态分配和动态分配两种。而所有传统的信道静态分配方法均不能有效地处理通信的突发性，所以我们必须采用信道动态分配。

3.网络的拓扑结构

(1).总线型

(2).星型

(3).环型

(4).网状型

三、构建局域网的目的

   ·实现教学管理网络化，完成学校教学管理信息的采集、处理、查询、统计、分析。同时，实现学校各部门办公自动化，提高学校管理工作效率。

·发挥计算机在教学中的作用，实现多媒体课件制作网络化，逐步实现教师备课电子化、多媒体化。

·保证网络系统的开放性、可持续发展性，便于以后集成视频点播、远程教学等功能。

·网络系统必须安全可靠，保证教学数据的安全运行，并能满足学校不断发展的需要。

·校园网以Internet的方式来组织网内信息。建立校内电子邮局，同时校园网能与Internet全面接入。

·接入中国教育科研网(CerNET)及因特网(Internet)，实现真正意义上的数据共享、信息共享。

四．实验内容

1.实验设计

校园网的建设是一项非常复杂的系统工程，校园作为一个特殊的网络应用环境，它的建设与使用都有其自身的特点。在选择局域网的网络技术时要体现开放式、分布式、安全可靠，维护简单的原则。校园网的建设主要应用局域网技术以及多媒体技术为主的各种网络应用技术。局域网技术是一项在20世纪70年代发展起来的计算机互联技术，经过多年的发展，技术已经成熟，并得到了广泛的应用，局域网技术成为网络技术的重要组成部分。计算机多媒体技术是伴随着多媒体信息的应用而得到迅速的计算机应用技术，在网络环境下，多媒体得到了更快更好的应用，使我们得到了更好更多的信息。校园网是使用了局域网技术以及各种多媒体应用技术，并结合Internet应用等其它的技术来建设。使得校园网能满足现代教学对信息处理的要求，使计算机的应用能对教学管理现代化起重要的促进作用，能实现信息查寻、教务管理，并与外部网络系统进行交流等多种需要。

校园的网络化建设， 是学校信息化建设的基础，校园网建成以后应能满足学校现代化教学及管理需要，实现教育现代化、提高教学水平，通过计算机网络加强学校与学校之间的资源共享。

2.需求分析

校园网建设是一项综合性非常强的系统工程，它包括了网络系统的总体规划、硬件的选型配置、系统管理软件的应用以及人员培训等诸多方面。因此在校园网的建设工作中必须处理好实用与发展、建设与管理、使用与培训等关系，从而使校园网的建设工作健康稳定地开展。首先，校园网的建设是一个为学校教育教学活动长期服务的工作，因此在校园网的规划建设过程中，必须从学校长远发展规划出发，以服务于教育为基本点，结合学校当前教育教学的实际需要，做出科学的规划部署。在校园网的规划建设中，一般学校应遵循“统一规划、整体设计、分步实施”的原则。其次在校园网的建设中必须坚持硬件建设与组织管理协调发展的原则，在重视硬件建设的同时，加强网络的组织管理水平，不断开发网络的功能，从而充分发挥校园网络的功效，提高校园网对学校教育的服务水平。

校园网最终必须是一个集计算机网络技术、多项信息管理、办公自动化和信息发布等功能于一体的综合信息平台，并能够有效促进现有的管理体制和管理方法，提高学校办公质量和效率，以促进学校整体教学水平的提高。为了满足校园网络系统用户对网络的性能、容量、扩展性、先进性和服务质量等方面的要求，经过对各种网络技术的分析和比较，在设计时选择千兆以太网作为校园网网络的主干技术。具有高带宽1000Mbps 速率的主干，100Mbps 到桌面。这样运行目前的各种应用系统绰绰有余，还可轻松应付将来一段时间内的应用要求，且易于升级和扩展，最大限度的保护用户投资；同时网络设备选型为国际知名产品，性能稳定可靠、技术先进、产品系列全及完善的服务保证；采用支持网络管理的交换设备，足不出户即可管理配置整个网络。

对于网络的互联，要求提供国际互联网ISDN 专线接入（或DDN），实现与各公共网的连接；可扩容的远程拨号接入/拨出，共享资源、发布信息等。应用系统及教学资源丰富；有综合网络办公系统及各个应用管理系统，实现办公自动化，管理信息化； 有以WEB数据库为中心的综合信息平台，可进行消息发布，招生广告、形象宣传、课业辅导、教案参考展示、资料查询、邮件服务及远程教学等。

五．方案设计

具体实施方案与设备要求

    1、服务器：为使网络能适应学校应用要求和未来扩建需要，需用多个专用服务器，具体为：文件服务器、视频服务器、网络管理服务器，数据库服务器等。

2、交换机：中心机房的交换机建议选用带光纤接口的千兆交换机。各建筑物主交换机选择Catalyst 3524 XL（2口千兆，24口10/100M）

3、机柜：用以存放交换机、机架式存储服务器等设备。

4、电源：如在学校建设网站，为确保24小时不间断提供外界访问，机房必须有不间断电源。

5、主交换机直接在1000M接视频网络直播服务器，教室与楼层交换机之间用双绞线连接。光纤接入楼层，每层楼中间放置一台带光纤接口的二层交换机。

6、办公室需一台二层交换机（S2000）机房需3台二层交换机（S2000）

7、此外还需要以下一些设备，传输介质连接设备、网络适配器、Internet接入设备、路由器，PC机、大容量存储设备和投影仪等。

8、主干采用三层构架，充分利用三层交换的高性能管理，满足大容量、高速率的数据传输。9、基于三层的管理，对网络的各种信息数据处理游刃有余。

10、分布式的三层提供强大的系统张力，有利于今后网络的扩充、维护和管理。

11、三层交换技术实现网络路由管理。不但有效地控制了网络风暴，又能实现跨VLAN的网络连接，为网络安全提供了强有力的保障。

12、分布式三层结构使管理智能化，提高了管理效率。

网络为星形结构，并分为主干层、分布层、接入层三层，中心机房设在东校区新教学楼，东校区和西校区的接入交换机通过1000M光纤上联主干交换机，并通过IO／IOOM接入各教学楼内终端PC。这样，通过三级连接，保障网络整体速度，增加网络整体安全性。

根据学校的实际应用，配服务器7台，用途如下：

1主服务器2台：装有Solaris操作系统，负责整个校园网的管理，教育资源管理等。其中一台服务器装有DNS服务，负责整个校园网中各个域名的解析。另一台服务器装有电子邮件系统，负责整个校园网中各个用户的邮件管理。

2WWW服务器1台：装有Linux操作系统，负责远程服务管理及WEB站点的管理。WEB服务器采用现在比较流行的APACHE服务器，用PHP语言进行开发，连接MYSQL数据库，形成了完整的动态网站。

③电子阅览服务器1台：多媒体资料的阅览、查询及文件管理等；

④教师备课服务器1台：教师备课、课件制作、资料查询等文件管理以及Proxy服务等。

⑤光盘服务器1台：负责多媒体光盘及视频点播服务。

⑥图书管理服务器1台：负责图书资料管理。

在充分考虑学校未来的应用，整个校园的信息节点设计为3000个左右。交换机总数约 50台左右，其中主干交换机5台，配有千兆光纤接口。原有计算机机房通过各自的交换机接入最近的主交换节点，并配成多媒体教学网。INTERNET接入采用路由器接ISDN方案，也可选用DDN专线。可保证多用户群的数据浏览和下载。

六．局域网拓扑图

七．配置指令

配置路由器基本参数

通过 Boson NetSim 中的工具栏按钮“ eRouters”选择“ R1”并按照下面的 过程进行路由器基本参数的配置

Router>enable

Router#conf t

Router(config)#host ISP

ISP (config)#ena se c1

ISP (config)#line vty 0 4

ISP (config-line)#pass c2

ISP (config-line)#int eth 0

ISP (config-if)#ip add 192.168.1.1 255.255.255.0

ISP (config-if)#no shut

ISP (config-if)#int se 0

ISP (config-if)#ip add 10.0.0.1 255.0.0.0

ISP (config-if)#clock rate 64000

ISP (config-if)#no shut

ISP (config-if)#end

ISP #copy run start

通过 Boson NetSim 中的工具栏按钮“ eRouters”选择“ R2”并按照下面的 过程进行路由器基本参数的配置：

Router>enable

Router#conf t

Router(config)#host R2

R2(config)#ena se c1

R2(config)#line vty 0 4

R2(config-line)#pass c2

R2(config-line)#int eth 0

R2(config-if)#ip add 192.168.2.1 255.255.255.0

R2(config-if)#no shut

R2(config-if)#int se 0

R2(config-if)#ip add 10.0.0.2 255.0.0.0

R2(config-if)#no shut

R2(config-if)#end

R2#copy run start

配置、测试静态路由选择路由器 R1 并配置相关的静态路由信息，如下所示：

ISP #conf t

ISP (config)#ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 10.0.0.2

ISP (config)#end

ISP #copy run start

选择路由器 R2 并配置相关的静态路由信息，如下所示：

R2#conf t

R2(config)#ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 10.0.0.1

R2(config)#end

R2#copy run start

选择路由器 R1 并按照下面的步骤测试静态路由配置结果：

ISP #show ip route

选择路由器 R2 并按照下面的步骤测试静态路由配置结果：

R2#show ip route

配置交换机

相关程序如下：

Switch>enable

Switch#conf t

Switch(config)#host SW1

SW1(config)#ena se c1

SW1(config)#line vty 0 15

SW1(config-line)#pass c2

SW1(config-line)#int fe 0/1

SW1(config-if)#switchport mode access

SW1(config-if)#int fe 0/2

SW1(config-if)#switchport mode access

SW1(config-if)#int vlan 1

SW1(config-if)#ip add 192.168.0.1 255.255.255.0

SW1(config-if)#no shut

SW1(config-if)#end

SW1#copy run start

通过 Boson NetSim 中的工具栏按钮 “ eSwitches”选 择“ SW2” 并 按照下面 的过程进行交换机基本参数的配置：

Switch>enable

Switch#conf t

Switch(config)#host SW2

SW2(config)#ena se c1

SW2(config)#line vty 0 15

SW2(config-line)#pass c2

SW2(config-line)#int fe 0/1

SW2(config-if)#switchport mode access

SW2(config-if)#int fe 0/2

SW2(config-if)#switchport mode access

SW2(config-if)#int vlan 1

SW2(config-if)#ip add 192.168.0.2 255.255.255.0

SW2(config-if)#no shut

SW2(config-if)#end

SW2#copy run start

通过 Boson NetSim 中的工具栏按钮“ eStations”选 择“ Host 1”并按照下面 的步骤配置 Host 1 的相关参数

给相应网络PC配置IP地址

通过 Boson NetSim 中的工具栏按钮“ eStations”选 择“ Host 1”并按照下面 的步骤配置 Host 1 的相关参数：

键入“回车键”继续。

在 Host 1 的命令提示符下键入 ipconfig /ip 192.168.0.11 为 Host 1 设置 IP 地址、子网掩 码。

在 Host 2 的命令提示符下键入 ipconfig /ip 192.168.0.22 为 Host 2 设置 IP 地址、子网掩 码。

在 Host 3 的命令提示符下键入 ipconfig /ip 192.168.0.33 为 Host 3 设置 IP 地址、子网掩 码。

在 Host 4 的命令提示符下键入 ipconfig /ip 192.168.0.44 为 Host 4 设置 IP 地址、子网掩 码。

检测网络畅通性

在 Host 1 的命令提示符下键入 ping 192.168.0.1 测试到交换机 SW1 的管理 IP 的连通性。

在 Host 1 的命令提示符下键入 ping 192.168.0.2 测试到交换机 SW2 的管理 IP 的连通性。

在 Host 1 的命令提示符下键入 ping 192.168.0.22 测试到 PC 机 Host 2 的连通性。

在 Host 1 的命令提示符下键入 ping 192.168.0.33 测试到 PC 机 Host 3 的连通性。 在 Host 1 的命令提示符下键入 ping 192.168.0.44 测试到 PC 机 Host 4 的连通性。

八．方案评价

(1)功能评价

功能评价主要是判断相应的服务软件和客户端软件是否已安装、部署； 现有的网络是否能够满足相应的应用协议的要求；通常在评价的时候，应该结合“需求分析”的结果， 逐条地设计测试用例， 以验证这些功能是否都能够满足。踟从功能上来说，本设计方案具备用户需求的所有功能，完全符合用户的需求。

(2)性能评价

性能评价是网络系统评价的核心部分， 而且其不如功能评价直观， 需要借助大量的方法与工具。通常评价的主要指标包括响应时间、吞吐率、资源利用率等。一般情况下， 功能上的不足很容易暴露出来， 而性能方面的缺失往往隐藏较深，且较复杂。

九．局域网的安全性考虑

所选择的思科产品提供多种网络连接，如网段交换、以太网交换、高速以太网交换、千兆以太网主干、冗余主干。如果以后网络扩展，只需选择所需的产品即可。作为网络核心的思科主干交换机选备份电源，保障不会因故障致使整个网络瘫痪，所以堆叠内交换机都市相互独立的，不会因某个设备或某个端口的故障影响其他设备或端口，也就是说主干换机不存在单一故障点；另外，思科交换机可以设计成具有冗余的主干连接方式，保证主干线路的容错能力。

十．局域网未来发展的展望

如今，局域网已经被很广泛的使用，在家庭，小型办公室，企业以及公众服务中都广泛地用到局域网。现在，3G时代的来临，也使得局域网开始有有线像无线转变。对于无线局域网而言，在安全性和漫游方面则会有很大的发展。与此同时，红外线则将由于它的传输质量优于无线电而将有很大的发展。而局域网也会在未来的网络中发挥着越来越重要的作用。

十一．小结及体会

通过设计，对局域网有了新的认识。在设计时，要将多方面的因素考虑，还要结合所学的相关知识进行分析和总结，并将设计的对象和知识整合起来。开始的时候是比较困难的，但是通过实验，我对此熟悉了很多，使我从概念的认识转为了实际的结构上的理解。对局域网以及网络组建都有了具体点认识，使我获益良多。

参考文献

1.Cisco Networking Academy Program《思科网络技术学院教程网络安全基础》

人民邮电出版社 20##年4月

2.谢希仁 主编．计算机网络．北京：电子工业出版社，２００８

3.陈伟 刘会衡　主编．计算机网络与通信．北京：电子工业出版社，２０1０

4.陈海涵 查振宇  主编. 基于三层交换技术的中小型千兆以太校园网的构建. 中国科技信息, ２００６年12期

5.Cisco Networking Academy Program《思科网络技术学院教程CCNP1高级路由（第二版）》

人民邮电出版社 20##年3月