大学校园网的IP地址规划.doc

大学校园网的IP地址规划 大学校园网的IP地址规划学生姓名：XXX 指导老师：XXX摘 要 为了利用计算机网络建设现代校园和现代教育，校园网的概念就应运而生了，校园网是一个典型的计算机局域网。为满足当前学校校园网的实际功能需求，我根据校园网的组建原理、技术特点及大学校区的具体需求设计了一个校园网，设计的主要内容包括：校园网需求分析、IP地址的分类结构，IP地址编址，IP地址分配。 关键词 校园网；IP地址分配；IP地址规划1 引 言在网络信息时代的今天，面向新的需求和挑战，为了学校的科研、教学、管理技术水平，为研究开发和培养高层次人才建立现代化平台，Intranet/Internet技术的高速多媒体校园网已经越来越普及。 整个高速多媒体校园网建设的原则是经济高效、领先实惠，既要领先一步，具有发展余地，又要比较实惠。校园网是集计算机技术、网络技术、多媒体技术于一体的系统，能够最大限度地调动学生对教学内容的参与性以及积极性。校园网的建设主要是建立以校园网络为基础的行政、教学及师生之间交互式管理系统，逐步建立学校信息管理网络，实现办公自动化；为开展网上远程教学、多媒体交互式立体教学模式的探索提供高速、稳定的支持平台；逐步建立计算机辅助教学、计算机辅助考试等系统，为实现多媒体课件制作网络化，教师备课电子化、多媒体化打好基础；保证网络系统的开放性、可持续发展性，便于以后集成视频会议、视频点播等高层次教学。1.1本文主要内容目前互联网使用的是Internet协议第4版本即IPv4。IPv4协议规定，每个互联网上的主机和路由器都有一个32位的IP地址，它包括网络号和主机号，这一编码组合是唯一的。把IP地址分成两部分的优点是使路由器中的路由表不会太大。路由器不必为每个目的主机维持一个路由选择表项，而为每个网络维护一个路由选择表项，当进行路由时，只检查目的地址的网络部分。 IPv4地址结构分为A、B和C三类。A类地址可用作126个网络，每个网络可容纳1600万个主机节点。B类地址可用作16000个网络，每个网络可容纳65000个主机节点。C类地址可用作2百万左右的网络，每个网络可容纳254个主机节点。为何当前的IP 地址不足，ROAD小组研究后认为主要原因是IPv4 B类地址空间耗尽和地址分配的非分级结构导致平面的路由空间。 当1981年9月TCP/IP协议开始发布时，当时互联网上大约只有1000台主机，并且几乎所有的主机都是基于时分系统的大型机，为单个用户设计的计算机几乎不存在。因此在当时IPv4所拥有的40亿个地址简直就是天文数字，在分配IP地址时也就没必要太保守，从而导致早期的地址分配方案不尽合理，浪费比较严重。例如，申请到一个B类地址的用户单位，理论上可以用约65000个IP地址，但实际上接入的没有这么多主机。这也就意味着相当一部分IP地址被闲置，并且不能被再分配。另外由于历史的原因，美国一些大学和公司占用了大量的IP地址，例如MIT、IBM和AT&T分别占用了1600多万，1700多万和1900多万个IP地址，而分配给象中国这么大国家所用的地址量还不如美国一个大学。由此导致一方面大量的IP地址被浪费，另一方面在互联网快速发展的国家如欧洲、日本和中国得不到足够的IP地址。最后导致互联网地址耗尽和路由表爆炸。到目前为止，A类和B类地址已经用完，只有C类地址还有余量。为了缓解地址危机的发生，相应地产生了两种新的技术无类型网络区域路由技术CIDR和网络地址翻译技术NAT。现结合校园网的具体情况，完成需求分析；掌握IP地址的编址技术;掌握IP地址的获取、分配方法；合理使用私有地址和公用地址。 2 设计原理在需求分析的基础上进行IP规划、划分子网，设计子网地址、掩码和网关，为每个子网中的计算机指定IP地址；在网络规划中，IP地址方案的设计至关重要，好的IP地址方案不仅可以减少网络负荷，还能为以后的网络扩展打下良好的基础。IP地址的合理是保证网络顺利运行和网络资源有效利用的关键。校区IP地址的分配应该尽可能地利用申请到的地址空间，充分考虑到地址空间的合理使用，保证实现最佳的网络内地址分配及业务流量的均匀分布。具体地来说IP地址的合理规划有如下的意义：1、减少对各种资源（内存、CPU的处理能力以及网络带宽等）的需求IP地址的合理规划有利于网络中路由的汇聚，因而可以使得路由器中的路由表数目以及链路状态数据库等占用的内存减少，同时更新所占用的网络带宽也降低了；2、有利于IP地址空间的合理使用；3、优化业务流量的分布；4、有利于故障诊断。IP地址空间的分配与合理使用与网络拓扑结构、网络组织及路由政策有非常密切的关系，将对校区网的可用性、可靠性与有效性产生显著影响，应充分考虑本地网对IP地址的需求，以满足未来业务发展对IP地址的需求。 3设计内容3.1 需求分析随着信息时代的到来，校园网已经成为现代教育背景下的必要基础设施，成为学校提高水平的重要途径。校园网络的主干所承担的信息流量很大，校园网络的建设的目标是在校园内实现多媒体教学、教务管理、通信、双向视频点播（VOD）等信息共享功能，能实现办公的自动化、无纸化。能通过与Internet的互联，为全校师生提供国际互联网上的各种服务。教师可以制作多媒体课件以及在网上保存和查询教学资源，能对学生进行多媒体教学和通过网络对学生进行指导与考查等。学生也可以通过在网上浏览和查询网上学习资源，从而可以更好地进行学习，校园网能为学校的信息化建设打下基础。根据本校园实际情况主要应用需求分析如下：用户的应用需求：所有用户可以方便地浏览和查询局域网和互联网上的学习资源，通过WWW服务器、电子邮件服务器、文件服务器、远程登录等实现远程学习，此外为教务处提供教务管理、学籍管理、办公管理等。通信需求：通过E-mail及网上BBS以及其它网络功能满足全院师生的通信与信息交换的要求，提供文件数据共享、电子邮箱服务等。信息点和用户需求：按照要求本校园网内信息点总数为N个，其中教学区为（XX个），生活区为（XX个），电子邮件服务器、文件服务服务器等为内部单位服务，WWW服务器、远程登录等实现远程学习，从外部网站获得资源。性能需求：此校园网络支持学校的日常办公和管理，包括：办公自动化、图书管理、档案管理、学生管理、教学管理、财务管理、物资管理等。支持网络多媒体学习的信息传输要求。安全与管理需求：学生基本信息档案和重要的工作文件要求对数据存储、传输的安全性的性能较高，如图书管理、档案管理、学生管理、教学管理、财务管理、物资管理等可以通过分布式、集中式相集合的方法进行管理。网络安全对于网络系统来说是十分重要的，它直接关系到网络的正常使用。由于校园网与外部网进行互联特别是和Internet的互联，Internet是一个开放式网络系统，它的安全性是很差的。因此安全问题更加重要。应该采用一定的技术来控制网络的安全性，从内部和外部同时对网络资源的访问进行控制。当前主要的网络安全技术有，用户身份验证，VLAN划分，防火墙等技术。网络系统还就具备高度的数据安全性和保密性。实用与经济性：校园网的特点决定了网络系统必需要有实用与经济性。实用性使得网络便于管理、维护，以减少网络使用人员运用网络的难度，从而降低人为操作引起的网络故障，并使更多的人掌握网络的使用。应根据学校的实际情况，由于学校的建设资金有限，所以一般都要求网络具有较高的性价比，所以在建设校园网时一定要使用性价比高的网络技术和网络设备，以节约建设资金。校园规模属于一般的中小型局域网。如图所示为该大学的物理位置图，简化可分为7个区，分别是网络中心大楼、学生宿舍区、教师公寓区、行政区、办公区、图书馆、教学区,学校建筑楼如图3-1所示。教师公寓区学生宿舍区网络中心大楼办公区行政区理工科区文科区教学区图书馆 图3-1 学校建筑图学校每栋大楼的具体情况见下表图3-2：网络大楼学生宿舍区办公区行政区图书馆教学区教师公寓区楼层数8653665每一层的房间数201218101710幢数1411122 图3-2 每栋大楼具体情况表3.2 IP地址规划设计方案3.2.1 IP地址分类IP地址分为公有IP地址和私有IP地址。公有地址（Public address，也可称为公网地址）由Internet NIC（Internet Network Information Center因特网信息中心）负责。这些IP地址分配给注册并向Internet NIC提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网，它是广域网范畴内的。私有地址（Private address，也可称为专网地址）属于非注册地址，专门为组织机构内部使用，它是局域网范畴内的，出了所在局域网是无法访问因特网的。 留用的内部私有地址目前主要有以下几类： A类：-55 B类：-55 C类：-55A类地址:范围从0-127，0是保留的并且表示所有IP地址，而127也是保留的地址，并且是用于测试环回用的。因此A类地址的范围其实是从1-126之间。如：，第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。转换为2进制来说，一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”， 地址范围从 到。可用的A类网络有126个，每个网络能容纳1亿多个主机(2的24次方的主机数目)。以子网掩码来进行区别：.B类地址：范围从128-191，如，第一和第二段号码为网络号码，剩下的2段号码为本地计算机的号码。转换为2进制来说，一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，地址范围从到55。可用的B类网络有16382个，每个网络能容纳6万多个主机 。以子网掩码来进行区别：C类地址：范围从192-223，如，第一，第二，第三段号码为网络号码，剩下的最后一段号码为本地计算机的号码。转换为2进制来说，一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。范围从到55。C类网络可达209万余个，每个网络能容纳254个主机。以子网掩码来进行区别： D类地址：范围从224-239，D类IP地址第一个字节以“1110”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播(Multicast)中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。E类地址：范围从240-254，以“11110”开始，为将来使用保留。 全零(“”)地址对应于当前主机。全“1”的IP地址(“55”)是当前子网的广播地址。在日常网络环境中，基本是都在使用B,C两大类地址，而A,D,E这3类地址都不大可能被使用到。子网掩码的简单叙述：子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。以上述IP地址为例来说明一下，比如一个C类IP 地址，子网掩码为(转换2进制，255在2进制表示8个1，也就是全部占满).这杨的写法表示，这个C类IP地址的网络号码为192.168.0 而起主机地址为1。在这么多网络IP中，国际规定有一部分IP地址是用于我们的局域网使用，也就是属于私网IP，不在公网中使用的，他们的范围是： 555555 3.2.2 IP地址的分配IP地址的分配：IP地址是一种非常重要的网络资源。IP地址是一种非常重要的网络资源。两种分配IP地址的方法：两种分配IP地址的方法：静态分配和动态分配。静态分配IP地址，对于一个设立了因特网服务的组织机构，由于其主机对外开放了诸如WWW、FTP、mail等访问主机对外开放了诸如WWW、FTP、E-mail等访问服务，通常要对外公布一个固定的IP地址，以方便服务，通常要对外公布一个固定的IP地址，以方便用户访问。 当然，数字IP不便记忆和识别，人们更习惯于通当然，数字IP不便记忆和识别，人们更习惯于通过域名来访问主机，而域名实际上仍然需要被域名服务器（DNS）翻译为IP地址。例如，你的主 名服务器（DNS）翻译为IP地址。例如，你的主页地址是/，用户可以方便地 页地址/，用户可以方便地记忆和使用，而域名服务器会将这个域名翻译为 32，这才是你在网上的真正地址。32，这才是你在网上的真正地址。动态分配IP地址对于大多数拨号上网的用户，由于其上网时间和空间的离散性，为每个用户分配一个固定的IP地空间的离散性，为每个用户分配一个固定的IP地址（静态IP）是非常不可取的，这将造成IP地址址（静态IP）是非常不可取的，这将造成IP地址资源的极大浪费。因此这些用户通常会在每次拨通ISP的主机后，自因此这些用户通常会在每次拨通ISP的主机后，自动获得一个动态的IP地址，该地址当然不是任意动获得一个动态的IP地址，该地址当然不是任意的而是该ISP申请的网络ID和主机ID的合法区间的,而是该ISP申请的网络ID和主机ID的合法区间中的某个地址。拨号用户任意两次连接时的IP地中的某个地址。拨号用户任意两次连接时的IP地址很可能不同，但是在每次连接时间内IP地址很可能不同，但是在每次连接时间内IP地址不变。3.2.3 IP地址合理规划 根据互联网络技术发展的趋势，结合学校网络目前真实IP地址的现实情况，我们建议IP地址规划遵循如下原则来设计：1、服务器区采用私IP地址，NAT后供人员远程访问；2、与internet 互联设备IP地址采用真实IP地址；3、部分内部互连采用私有IP地址；4、面向用户的私有IP地址，由统一出口的边缘设备（路由器、防火墙）进行地址翻译。即出口路由器（防火墙）互联采用合法IP地址；公共服务器如WWW/FTP/DNS/资源服务器等均采用合法地址（或从安全角度考虑采用私有IP）；部分接入用户采用私有保留IP地址相连。这样设计，既可以充分利用已有的公网IP地址，解决了IP地址空间不足的，既可以方便的实现互通互连，而且将地址翻译（NAT）这种耗费设备资源的工作由网络边缘设备分担，提高网络数据传输整体性能。IP地址规划表如下图图3-1所示：PS:网络位：21位，主机位：11位学院单位网络地址范围子网掩码起始IP地址结束IP地址学生宿舍15454学生宿舍254255.255. 248.054学生宿舍354255.255. 248.054学生宿舍454255.255. 248.054教师公寓A54255.255. 248.054教师公寓B54255.255. 248.054文科区54255.255. 248.054理科区54255.255. 248.054行政区54255.255. 248.054办公区54255.255. 248.054图书馆54255.255. 248.054教学区54255.255. 248.054网络中心54255.255. 248.054 图3-3 IP地址规划表 4结束语 本次课程设计的任务是给学校的校园网进行子网划分，在具体设计之前，先复习了以前在计算机网络课上学过的IP编址及子网划分的相关知识，之后根据学校实际的网络拓扑结构，采用B类私有地址，合理计算并分配相应的子网段，进而得到每个子网下的可用IP地址段。刚开始在进行子网划分的过程中，不知道怎样划分子网使其既能够满足学校对网络IP的实际需求，又能够合理有效的利用IP地址而不至于浪费。通过在网上参考很多相关资料和老师同学们的帮助，最终顺利的完成了校园网子网划分的设计，并达到了预期的设计目标。本次课程设计的实践使我对原来学到的知识有了更深层次的理解，以前都只是学习书本上的理论知识，这次却是让自己通过运用以前的知识去设计一个校园网的子网划分方案，在设计的过程中也使我对一些概念有了更深刻的认识。由此，对理论的理解就更加简单方便，而且记忆力深刻。同时我在也课程设计中找到了动手的乐趣和