计算机网络课程设计

计算机网络课程设计计算机网络课程设计校园网规划设计1课程设计的目的和意义课程设计的目的，实际上是为了让学生更深入的掌握计算机网络的核心内容，实现理论与实践相结合的教学目的，让学生能用具体的实践成果来体现对理论知识掌握的程度，有利于学生提高计算机网络方面的实践能力和加深计算机网络理论知识的理解。其具体来讲，安排计算机网络课程设计的目的主要有两个：一是引导学生将书本上抽象的概念和具体实现技术结合起来，使学习深化；二是消除学生对计算机网络理论知识的神秘感，调动学生学习的积极性与主动性，进而锻炼解决实际问题的能力。通过本课程设计，使学生在对计算机网络技术与发展整体了解基础上，掌握了计算机网络的核心内容、基本概念及子网规划和VLAN划分，初步掌握以TCP/IP协议为主的网络协议结构，培养学生在TCP/IP协议工程和LAN、WAN上的实际工作能力；学会网络构建、日常维护及管理的方法，使学生掌握在信息化社会建设过程中所必需的计算机网络组网和建设所需的基本知识与操作技能。2问题描述2.1设计题目和要求题目：以德州学院主校区为背景，设计一个校园网网络解决方案(2)要求：①根据要求对园区建网进行需求分析，提交需求分析报告；②在需求分析的基础上进行系统设计、技术选型，规划、设计网络的逻辑拓扑方案、布线设计等。③根据条件进行设备选型，决定各类硬件和软件的配置；④构建工作型局域网，在指定计算机内安装网络接口卡，动手制作双绞线网线，把计算机与集线器（交换机）相连；在工作组中指定的基于计算机上分别安装操作系统、TCP/IP协议，配置IP地址、掩码和网关等参数。⑤搭建相关服务器。3概要设计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：(1)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、、文件服务器等实现远程学习，此外为教务处提供教务管理、学籍管理、办公管理等。(2)通信需求：通过网络功能满足全院师生的通信与信息交换的要求，提供文件数据共享服务等。(3)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），文件服务服务器等为内部单位服务，WWW服务器实现远程学习，从外部网站获得资源。(4)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。(5)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。(6)实用与经济性需求：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。3.2网络拓扑设计方案考虑到地理位置和服务点等因素，将网络中心设在综合楼楼，以综合楼为中心，用光纤连接到其它建筑物，构成主校区校园网光纤主干。通过DDN专线将整个校园网连入教育科研网CERNET，即连入国际互联网，同时接入电信网。网络结构分成三层：核心层、汇聚层、接入层。考虑传输高速率和扩展的需求，校园网整体采用光线传输。网络主干采用6芯多模光纤。网络中心到主建筑物结点采用六芯多模光纤连接，在全双工条件下传输距离可达两公里。光纤布线采用星形拓扑结构，这样当过渡到ATM时，不需要重新布线可使整个网络保持原有的拓扑结构本校园网网络系统的设计采用层次化的设计方法，即核心层、分布层（汇聚层）和接入层。网络设计的层次可如图1所示：核心层核心层高速传输与交换汇聚层基于策略的连接接入层本地与远程工作组用户图1网络设计层次以上特点分层网络结构可以获得良好的扩展性，根据实际需求，整个校园网采用星型结构，并分为核心层（分布于网管中心内）和访问层（分布在各宿舍楼、教学楼内，包括分布广泛的各种低端网络连接/交换设备及各种终端设备）二层。对于整个网络的拓扑结构为混合型结构，以快速交换机为网络中心的星型结构，各部门以二级交换机为主结点的树型结构。本校园网络设计的层次拓扑结构图如图2所示：图2层次结构拓扑图3.3网络系统设计原则由于计算机与网络技术的特殊性，网络建设需要考虑以下一些因素：系统的先进性、系统的稳定性、系统的可扩展性、系统的可维护性、应用系统和网络系统的配合度、与外界网络的连通性、成本的可接受度等。(1)选择带宽高的网络设计校园网应用的具体要求决定了网络必须采取高带宽网络。多媒体课件包含了大量的声音、图象和动画等信息，需要高带宽的网络通信能力的支持。在构建校园网时，不能由于网络传输速率的不足，而影响整个网络的整体性能，使传输速率成为网络传输的瓶颈。所以校园网尽可能地采用最新的高带宽网络技术。(2)选择可扩充的网络架构校园网络的用户数量或服务功能是逐步提高的，网络技术也是日新月异的，新技术新产品不断地涌现。一般情况下，校园网络的建设资金用量非常大，对于学校来说，办学资金是比较紧张的，所以在校园网构建是，宜采用当时最新的网络技术，结合学校财力，实行分步实施，循序渐进。这就要求在网络构件时要选择具有良好可扩展性能的网络互连设备，有效地保护现有的投资。(3)充分共享络资源组建计算机网络的主要目的是实现资源共享，这个资源包括硬件资源、软件资源。网络用户通过网络不仅可以实现文件共享、数据共享，还可以通过网络实现网络设备的共享，如打印机、存储设备的共享等。(4)网络可管理性，降低网络运行及维护成本降低网络运营成本和维护成本是网络设计过程中必须考虑的一个环节。只要在网络设计时选用支持网络管理功能的网络设备，才能为将来降低网络运行及维护成本打下坚实的基础。(5)网络系统与应用系统的整和校园网络构建了校园内部通畅的数据流通路了，为应用系统发挥更大的作用打下了基础。网络系统与应系统要能够很好的融合，才能发挥校园网的效率和优势，构建校园网的目的并不是只为了人们浏览Internet的方便。校园网平台要能够为学校的图书资料管理、网络考试、课件制作、教师档案管理、校长办公系统、多媒体教学等提出技术的支持和帮助。应用系统应能够在网络平台上，与硬件平台很好的结合，发挥出网络的优势。(6)高可靠性网络要求具有高可靠性、高稳定性和足够设备冗余和备份，防止局部故障引起整个网络系统的瘫痪，避免网络出现单点失效的情况。在网络干线上要提供备份链路。在网络设备上要提供适当的冗余配置。采用各种有效的安全措施，保证网络系统和应用系统安全运行。安全包括4个层面-网络安全，操作系统安全，数据库安全，应用系统安全。由于Internet的开放性，世界各地的Internet用户也可访问校园网，校园网将采用防火墙、数据加密等技术防止非法侵入、防止窃听和篡改数据、路由信息的安全保护来保证安全。同时要建立系统和数据库的磁带备份系统。各主要楼节点的交换机分别用光纤与网络中心的中心交换机相连接，构成校园网千兆位以太网的主干网络，各节点交换机至桌面采用超5类双绞线100Mbps交换。3.4设备的配置方案系统软件在整个软件架构中处于最底层，直接与各种类型的硬件设备交互，主要作用是有效地支配和管理系统中的各种硬件资源。系统软件的选择，从理论上讲，可以采用Unix，Linux，Windwos或NetWare。但是系统软件的选择又是跟硬件平台的选择紧密关联的。如果硬件平台采用的是IBM公司的小型机，则操作系统十有八九就是采用IBM的AIX；如果硬件平台采用HP的Unix服务器，则一般采用HP-UIX。对于PC服务器，操作系统可以采用微软的Windows系列、Linux系统或Sun公司的Solaris86。经比较，决定服务器采用微软Windows2000Server。工作站的系统最好采用Windows2000Professional或WindowsNTWorkstation，安全性比Windows98好一些。此外，与微软操作系统平台配合，选用MicrosoftSQLServer2000作为数据库平台软件。3.5子网设计方案3.5.1IP地址合理规划在网络规划中，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。3.5.2IP地址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。3.5.3网络VLAN设计在校园网络的整个网络规划当中，VLAN的划分是非常重要的部分，很好的利用VLAN技术的功能，能起到事半功倍的效果，对整个网络的性能也是事关重要的。主要突出为以下几点：(1)可以避免广播风暴，在骨干网络中尤为突出，在多媒体、视频点播等很容易引起广播信息；划分之后，VLAN是广播只在子网中进行，不会做无意义的广播，消除了广播风暴产生的条件。(2)可以增加网络的安全性，在不同的VLAN之间不能随意通讯，只限与本子网间通讯，不会对其他的子网产生干扰。要进行访问，需要通过三层交换，这样信息流就得到相当好的控制。(3)网络管理系统采用完全独立的IP子网和VLAN，实现更加安全的对所有网络设备进行管理。建立VLAN和IP子网的对应关系。(4)提高管理效率，实现虚拟的工作组，减少站点的移动和改变的开销。(5)VLAN间的子网访问，可以在三层交换机上实现，子网间的通讯也可以在汇聚设备上实行，分流核心交换机的三层交换，优化了组网。3.6配置WEB服务器Web服务器是校园网中非常重要的一个服务器，通过Web服务器可以发布Web网站，随着教育经济时代的到来，对生源、师资的竞争会越来越来激烈，学校应该将自己的最新研究成果及有关信息发布到网络上，适时实现对网络资源的更新。IIS（InternetInformationService）是Windows系统提供的Web服务器程序，可提供以下服务：(1)WWW服务：将Windows计算机配置为Web服务器，在互联网上发布自己的Web站点。(2)FTP服务：建立FTP站点，为用户提供文件上传与下载的服务。(3)DNS功能。3.6.1安装IIS(1)单击"开始"，指向"设置"，单击"控制面板"，然后启动"添加/删除程序"应用程序。(2)选择"添加/删除Windows组件"，然后按照如图提示安装、删除或添加IIS组件。如图3所示。图3安装iis组件3.6.2.建立WEB站点并发布内容(1)为Web站点创建主页，单击"开始"，单击"控制面板/管理工具/Internet服务器管理器"，打开服务应用程序。右击单击“默认Web站点”，选择“属性”即可设置并发布站点。如图4，图5，图6所示。图4找到iss管理器图5进入iss管理器图6添加需要发布的网页(2)添加新的主页默认文件名为“index.html”，并移动到首部。如图7所示。图7将需要发布的网页上移到顶部(3)将主页复制到IIS的默认或指定的Web发布目录中。默认Web发布目录也称为主目录，安装程序提供的位置是C:\Users\Administrator\Desktop\学习。(4)在浏览器中输入3/即可访问网站了。（网络中的其他计算机亦可访问）3.7创建FTP服务器，实现文件的上传与下载(1)安装IIS后打开Internet信息服务管理器，右击“添加FTP站点”,选择“属性”即可设置FTP。如图8，图9所示。图8打开属性图9设置FTP属性(2)默认FTP站点目录位置是C:\Users\Administrator\Desktop\学习，为实现文件上传和下载功能，如图10所示选择“读取”、“写入”功能。图10设置FTP访问方式(3)访问FTP://3/，实现上传和下载文件功能。如图11所示。图11上传和下载3.8创建DNS服务器DNS是域名系统(DomainNameSystem)的缩写，是一种组织成域层次结构的计算机和网络服务命名系统。DNS命名用于TCP/IP网络，如Internet，用来通过用户友好的名称定位计算机和服务。当用户在应用程序中输入DNS名称时，DNS服务可以将此名称解析为与此名称相关的其他信息，如IP地址。(1)打开“添加/删除程序”窗口。选择“开始菜单→设置→控制面板→添加/删除程序”。(2)然后单击“添加/删除Windows组件”，打开“Windows组件向导”窗口，在“组件”下，滚动列表并选中“网络服务”，单击“详细信息”按钮，打开“网络服务”窗口。如图12所示。图12安装DNS软件(3)在“网络服务的子组件”下，单击“域名服务系统(DNS)”，然后单击“确定”按钮。安装程序开始配置组件，在“文件复制来源”中，键入分配文件的完整路径，然后单击“确定”按钮。所需的文件被复制到硬盘上，就可以使用服务器软件了。(4)选择“开始菜单→程序→管理工具→DNS”打开DNS控制台，建立域名“”映射IP地址“3”的主机记录：建立“com”区域：选“DNS→aidezhou（所选的服务器名）→正向搜索区域→右键→新建区域”，然后根据提示选“标准主要区域”、在“名称”处输入“com”。单击“下一步”按钮，显示如图新建区域信息，然后单击“确定”按钮完成新区域的创建。如图13所示。图13创建新区域建立“aidezhou”域：选“com”域，执行“右键→新建域”命令，在“键入新域名”处输入“aidezhou”。建立“www”主机。选“aidezhou”，执行“右键→新建主机”命令，“名称”处为“www”，“IP地址”处输入“3”，再按“添加主机”按钮。(5)建立域名“”映射IP地址“3”的主机记录。域名“”和“”均位于同一个“区域”和“域”中，均在上步已建立好，因此应直接使用，只需再在“域”中添加相应“主机名”即可。建立“aidezhou”主机：选“aidezhou→右键→新建主机”，在“名称”处输入“admin”，“IP地址”处输入“3”，最后再“添加主机”即可。(6)建立域名“ftp.”映射IP地址“3”，方法同上。(7)在任一本网内的工作站中打开“网络”窗口。选网络组件的“TCP/IP”组件，单击“属性”按钮，打开“TCP/IP属性”窗口。在“DNS配置”标签中，首先选中“启用DNS”单选项，在“主机”处输入“aidezhou”。然后单击“添加”按钮，添加DNS服务器的IP地址（3）。如图14所示。图14添加DNS服务器(8)单击“确定”按钮。系统将所需的文件复制到硬盘上，重新启动系统后，测试验证所进行的设置，采用自带的“ping”命令来完成。4设计成果及心得本次课程设计完成了以德州学院主校区为背景。方案中确定了校园网的拓扑方案，完成了对设备的选型，基本确定了各类硬件和软件的配置。在具体设计过程中，构建了工作型局域网，通过计算机与集线器（交换机）相连，在工作组中指定的基于计算机上分别安装操作系统Windows、TCP/IP协议，配置IP地址、掩码和网关等参数，创建一个简单的WEB服务器，并制作一些网页，放入WEB服务器内以及一个FTP服务器，实现文件的上、下传；并在局域网内创建DNS服务器，配置了相关文件，进行对局域网内的主机作域名解析。本次设计查阅了很多案例，学习到了很多知识，原先很多不懂的东西、都有了初步的了解。开始的时候就遇到了困难。因为需求分析是整个设计的纲领，只有搞好了这个纲领下面才有思路往下继续。设计一个校园网，不仅要求结构要合理，还要根据实际需要，对性能和价格作出合理的搭配，达到性能价格比达到最优。之前的学习仅限于书本，网络的很多东西都只知道其然而不知道其所以然。现在我懂得了理论与实际相结合是识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，同时也加深了我对OSI七层模型、TCP/IP模型的各层功能和设计思想的理解，掌握了组建计算机网络的基本技术提高了我的应用能力和动手实践能力。随着科学技术发展的日新月异，网络现在已经成为当今计算机发展中空前活跃的领域，