目录

摘要：……………………………………………1
Abstract:…………………………………………1
前言：……………………………………………4
第一章网络系统…………………………………5
1.1需求分析…………………………………5
1.2应用功能分析……………………………5
1.3网络性能几个重要指标……………………6
1.4总体目标………………………………………9
第二章网络系统设计…………………………11
2.1网络设计原则………………………………11
2.2交换技术…………………………………12
2.2.1第二层交换技术……………………14
2.2.2VLAN技术…………………………16
2.2.3局域网瓶颈…………………………18
2.2.4第三层交换技术……………………19
2.3骨干网络技术的选择……………………23
2.4分层次的网络结构设计…………………24
2.4.1网络核心层设计……………………24
2.4.2网络汇聚层的设计…………………24
2.4.3网络接入层设计…………………26
第三章可实现的校园网络整体方案…………27
3.1总体解决方案……………………………27
3.2教学区解决方案……………………………29
3.3宿舍区解决方案……………………………30
3.4网络管理方案………………………………31
3.5方案特点……………………………………32
结束语：………………………………………33
参考文献…………………………………………34

摘要
网络技术不断发展，其应用也越来越广泛。校园网络是网络建设的一个非常重要方面。本文将理论结合案例的方式阐述校园网络设计的整个过程。三层层次模型适用于各种规模的网络设计，本论文在设计时就采用了分层次的、模块化的设计方法来设计。在最后还提供了一个基于千兆位以太网技术的可实现的校园网整体方案。此方案为建立校本部包括，东校区，西校区和北校区的高速交互网络平台，实现教学楼千兆位到大楼，百兆到桌面的要求，提供充分的骨干链路负载分担和结构冗余，多级别网络管理功能。本论文的设计也可以是千兆位以太网技术在校园网络建设中的一次应用。

关键字：校园网络千兆位以太网网络设计

2.2.2VLAN技术
在传统的局域网中，各站点共享传输信道所造成的信道冲突和广播风暴是影响网络性能的重要因素。通常一个IP子网或者IPX子网属于一个广播域，因此网络中的广播域是根据物理网络来划分的。这样的网络结构无论从效率和安全性角度来考虑都有所欠缺。同时，由于网络中的站点被束缚在所处的物理网络中，而不能够根据需要将其划分至相应的逻辑子网，因此网络的结构缺乏灵活性。
为解决这一问题，从而引发了虚拟局域网（VLAN）的概念，所谓VLAN是指网络中的站点不拘泥于所处的物理位置，而可以根据需要灵活地加入不同的逻辑子网中的一种网络技术。
（1）基于交换式以太网的VLAN
在交换式以太网中，利用VLAN技术，可以将由交换机连接成的物理网络划分成多个逻辑子网。也就是说，一个VLAN中的站点所发送的广播数据包将仅转发至属于同一VLAN的站点。而在传统局域网中，由于物理网络和逻辑子网的对应关系，因此任何一个站点所发送的广播数据包都将被转发至网络中的所有站点。在交换式以太网中，各站点可以分别属于不同的VLAN。构成VLAN的站点不拘泥于所处的物理位置，它们既可以挂接在同一个交换机中，也可以挂接在不同的交换机中。VLAN技术使得网络的拓扑结构变得非常灵活，例如位于不同楼层的用户或者不同部门的用户可以根据需要加入不同的VLAN。到目前为止，基于交换式以太网实现VLAN主要有三种途径：基于端口的VLAN、基于MAC地址的VLAN和基于IP地址的VLAN。
1）基于端口的VLAN
基于端口的VLAN就是将交换机中的若干个端口定义为一个VLAN，同一个VLAN中的站点具有相同的网络地址，不同的VLAN之间进行通信需要通过路由器。采用这种方式的VLAN其不足之处是灵活性不好，例如当一个网络站点从一个端口移动到另外一个新的端口时，如果新端口与旧端口不属于同一个VLAN，则用户必须对该站点重新进行网络地址配置，否则，该站点将无法进行网络通信。
2）基于MAC地址的VLAN
在基于MAC地址的VLAN中，交换机对站点的MAC地址和交换机端口进行跟踪，在新站点入网时根据需要将其划归至某一个VLAN，而无论该站点在网络中怎样移动，由于其MAC地址保持不变，因此用户不需要进行网络地址的重新配置。这种VLAN技术的不足之处是在站点入网时，需要对交换机进行比较复杂的手工配置，以确定该站点属于哪一个VLAN。
3）基于IP地址的VLAN
在基于IP地址的VLAN中，新站点在入网时无需进行太多配置，交换机则根据各站点网络地址自动将其划分成不同的VLAN。在三种VLAN的实现技术中，基于IP地址的VLAN智能化程度最高，实现起来也最复杂。
事实上一个VLAN(虚拟局域网)就是一个广播域。为了避免在大型交换机上进行的广播所引起的广播风暴，可将连接到大型交换机上的网络划分为多个VLAN(虚拟局域网)。在一个VLAN(虚拟局域网)内，由一个工作站发出的信息只能发送到具有相同VLAN(虚拟局域网)号的其他站点。其它VLAN(虚拟局域网)的成员收不到这些信息或广播帧。
采用VLAN有如下优势：
1.抑制网络上的广播风暴；
2.增加网络的安全性；
3.集中化的管理控制。
这就是在局域网交换机上采用VLAN(虚拟局域网)技术的初衷，也确实解决了一些问题。但这种技术也引发出一些新的问题：随着应用的升级，网络规划/实施者可根据情况在交换式局域网环境下将用户划分在不同VLAN(虚拟局域网)上。但是VLAN(虚拟局域网)之间通信是不允许的，这也包括地址解析(ARP)封包。要想通信就需要用路由器桥接这些VLAN(虚拟局域网)。这就是VLAN(虚拟局域网)的问题：不用路由器是嫌它慢，用交换机速度快但不能解决广播风暴问题，在交换机中采用VLAN(虚拟局域网)技术可以解决广播风暴问题，但又必须放置路由器来实现VLAN(虚拟局域网)之间的互通。形成了一个不可逾越的怪圈。这就是网络的核心和枢纽路由器的问题。在这种网络系统集成模式中，路由器是核心。
路由器所起的作用是：
1.网段微化（网段之间通过路由器进行连接）：
2.网络的安全控制；
3.VLAN(虚拟局域网)间互连；
4.异构网间的互连

2.2.3局域网瓶颈
1）采用路由器作为网络的核心将产生的问题：
●路由器增加了3层路由选择的时间，数据的传输效率低；
●增加、移动和改变节点的复杂性有增无减；
●路由器价格昂贵、结构复杂；
●增加子网/VLAN(虚拟局域网)的互连意味着要增加路由器端口，投资也增大。
相比之下，路由器是在OSI七层网络模型中的第三层--网络层操作的，它在网络中，收到任何一个数据包(包括广播包在内)，都要将该数据包第二层(数据链路层)的信息去掉(称为"拆包")，查看第三层信息（IP地址）。然后，根据路由表确定数据包的路由，再检查安全访问表；若被通过，则再进行第二层信息的封装(称为"打包")，最后将该数据包转发。如果在路由表中查不到对应MAC地址的网络地址，则路由器将向源地址的站点返回一个信息，并把这个数据包丢掉。与交换机相比，路由器显然能够提供构成企业网安全控制策略的一系列存取控制机制。由于路由器对任何数据包都要有一个"拆打"过程，即使是同一源地址向同一目的地址发出的所有数据包，也要重复相同的过程。这导致路由器不可能具有很高的吞吐量，也是路由器成为网络瓶颈的原因之一。实际上路由器的工作远不止这些，它还要完成数据包过滤、数据包压缩、协议转换、维护路由表、计算路由、甚至防火墙等许多工作。而所有这些都需要大量CPU资源，因此使得路由器一方面价格昂贵，另一方面越来越成为网络瓶颈。
2）提高路由器的硬件性能，无法解决路由器瓶颈问题：
提高路由器的硬件性能(采用更高速，更大容量的内存)并不足以改善它的性能。因为路由器除了硬件支撑外，其"复杂的处理与强大的功能"主要是通过软件来实现的，这必然使得它成为网络瓶颈。另外，当流经路由器的流量超过其吞吐能力时，将引起路由器内部的拥塞。持续拥塞不仅会使转发的数据包被延误，更严重的是使流经路由器的数据包丢失。这些都给网络应用带来极大的麻烦。路由器的复杂性还对网络的维护工作造成了沉重的负担。例如，要对网络上的用户进行增加、移动或改变时，配置路由器的工作将显得十分复杂。
3）交换机结合路由器存在不足：
将交换机和路由器结合起来（这也是当今大多数企业所采用的网络解决方案），从功能上来讲是可行的。然而，存在显然不足，不足之出在于：从网络用户的角度看，整个网络被分为两种等级的性能：直接经过交换机处理的数据包享受着高速公路快速、稳定的传递性能；但是那些必须经过路由器的数据包只能使用慢速通路，当流量负荷严重时，便会产生另人头痛的延迟。交换机和路由器是网络中不同的设备，须分别购买、设置和管理，其花费必然要多于一个基于集成化的单一完整的解决方案的花费。

2.2.4第三层交换技术
局域网交换机的引入，使得网络站点间可独享带宽，消除了无谓的碰撞检测和出错重发，提高了传输效率，在交换机中可并行地维护几个独立的、互不影响的通信进程。在交换网络环境下，用户信息只在源节点与目的节点之间进行传送，其他节点是不可见的。但有一点例外，当某一节点在网上发送广播或组播时，或某一节点发送了一个交换机不认识的MAC地址封包时，交换机上的所有节点都将收到这一广播信息。整个交换环境构成一个大的广播域。点到点是在第二层快速、有效的交换，但广播风暴会使网络的效率大打折扣。交换机的速度实在快，比路由器快的多，而且价格便宜的多。
可以说，在网络系统集成的技术中，直接面向用户的第一层接口和第二层交换技术方面已得到令人满意的答案。交换式局域网技术使专用的带宽为用户所独享，极大的提高了局域网传输的效率。但第二层交换也暴露出弱点：对广播风暴、异种网络互连、安全性控制等不能有效地解决。作为网络核心、起到网间互连作用的路由器技术却没有质的突破。当今绝大部分的企业网都已变成实施TCP/IP协议的Web技术的内联网，用户的数据往往越过本地的网络在网际间传送，因而，路由器常常不堪重负。传统的路由器基于软件，协议复杂，与局域网速度相比，其数据传输的效率较低。但同时它又作为网段(子网，VLAN)互连的枢纽，这就使传统的路由器技术面临严峻的挑战。随着Internet/Intranet的迅猛发展和B/S(浏览器/服务器)计算模式的广泛应用，跨地域、跨网络的业务急剧增长，业界和用户深感传统的路由器在网络中的瓶颈效应。改进传统的路由技术迫在眉睫。一种办法是安装性能更强的超级路由器，然而，这样做开销太大，如果是建设交换网，这种投资显然是不合理的。
在这种情况下，一种新的路由技术应运而生，这就是第三层交换技术：第三层交换技术也称为IP交换技术、高速路由技术等。第三层交换技术是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层—数据链路层进行操作的，而第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。简单地说，第三层交换技术就是：第二层交换技术＋第三层转发技术。这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。一个具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单的把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。从硬件的实现上看，目前，第二层交换机的接口模块都是通过高速背板/总线(速率可高达几十Gbit/s)交换数据的，在第三层交换机中，与路由器有关的第三层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上，这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速的交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制(10Mbit/s---100Mbit/s)。在软件方面，第三层交换机也有重大的举措，它将传统的基于软件的路由器软件进行了界定，
其作法是：
1．对于数据封包的转发：如IP/IPX封包的转发，这些有规律的过程通过硬件得以高速实现。
2．对于第三层路由软件：如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能，用优化、高效的软件实现。假设两个使用IP协议的站点通过第三层交换机进行通信的过程，发送站点A在开始发送时，已知目的站的IP地址，但尚不知道在局域网上发送所需要的MAC地址。要采用地址解析(ARP)来确定目的站的MAC地址。发送站把自己的IP地址与目的站的IP地址比较，采用其软件中配置的子网掩码提取出网络地址来确定目的站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，A广播一个ARP请求，B返回其MAC地址，A得到目的站点B的MAC地址后将这一地址缓存起来，并用此MAC地址封包转发数据，第二层交换模块查找MAC地址表确定将数据包发向目的端口。（图示）