中学校园网的规划与设计

第一章×××××PAGE2论文题目中学校园网的规划与设计□教师推荐题目自拟题目选题的目的、意义(理论意义、现实意义):选题目的：选择校园网络的设计与实现的目的主要有两个方面：一是为了解决中学校园网络管理滞后的问题，降低人力资源的管理成本；二是为了响应国家对智慧校园建设的号召，推进校园建设，提升教育信息化水平。在信息技术不断发展的互联网时代，网络通讯已经逐渐取缔了传统通讯手段。网络的发展造就了大数据信息的形成，校园网络的普及不仅提高了管理人员的工作效率，还为学生、教职工以及管理人员提供了可靠的网络通通讯和信息的获取。同时加快了校园网发展的步伐。理论意义：理论上来讲，完善的校园网络体系构建是促进校园管理发展的不竭动力，一个学校教育的发展离不开德智体美劳的发展的同时，也离不开健全的网络体系。有了健全的网络体系不仅在很大程度上降低了人力资源的管理成本，还提高了学校的资源共享利用率。2011年2月1日编号机构正式将IPv4的两组地址分配给亚太网络信息中心（APINC）。随之并启用了分配最后５组IPv4地址的有关规则。随后，APINC将根据末日规则分配最后剰余的IP地址[2]。为解决IPv4协议存在的问题，互联网工作组（IETFInternetEngineeringTaskForce）从1995年就开始着手开发下一代互联网协议IPv6（InternetProtocolVersion６）。众所周知，IPv4的地址长度只有32位，经过计算，其地址空间大概有43亿个地址，而IPv6地址长度有128位，它的地址覆盖面甚至可以达到每平方米1000多个，并且它还可进一步扩大地址空间，由此可彻底改善服务质量（QoS，QualityofService），进一步保证安全性，提高网络整体吞吐量[3]。相对于IPv4而言,IPv6它还可更好地实现多功能播放等功能，彻底解决了当前网络发展中暴露出的问题。为了积极稳步推进高校校园网的建立和发展，我国建立了中国教育科研网CERNET。我国高校己经全部建立起了各自的基于IPv4的校园网络，基本上均是采纳GE（GigabitEthernet千兆以太网）为主干100M直接交互到桌面的組网方案。此举为我国校园的信息化建设工作作出了卓越贡献。但对于中国的高等院校目前的现状来说，要想进一步提升其核心竞争力，那么教育信息化水平起着不可或缺的重要作用。所以基于IPv4协议的校园网络己经不能适应目前的网络需求，基于IPv6协议的下一代高校互联网的建立刻不容缓。2004年12月25日，我国第二代教育与科研网CERNET2正式在北京开通。由此我国校园信息化建设工作步入了IPv6时代。作为下一代互联网的示范工程-NGI核心网的主体，高校基于IPv4的校园网络将与CERNET2联通并向IPv6过渡，完成更加庞大而复杂的网络教育应用和服务工作。目前，我国部分学校都己经初步建设了IPv6实验网络。但是，校园网络向IPv6的转型仍处于起步阶段，在我们国家有很多高校还未开始IPv6校园网的建设，即校园网向IPv6过渡还需要一个漫长的过程。总体来说，已经部署IPv6实验网的高校用户享有的髙速网络服务，为IPv6能应用到整个互联网提供了宝贵的参考价值。最后，IPv6校园网络的成功构建与进一步完善对于我国核也网络CERNET2而言，有着至关重要的作用，全面推进高校IPv6网络建设，通过大学IPv6校园网的骨干节点的最终完成，提供IPv6接入和接入服务的大规模应用。现实意义：在互联网技术飞速发展的时代，Internet作为最大的局域网起到了不可替代的作用。中学位于昭通市彝良县下辖的一所乡镇中学，其校园网络建设相对于昭通市区以及彝良县城区有着较大的校园网网络差别。为了完善学校一体化建设，健全的校园网络体系是学校教育发展的关键。总之，校园网要有如下功能：提供网络服务、辅助教师教学、方便师生学习、改善办公条件、提高工作效率、开放对外窗口、树立学校形象等，最终要保证校园网的先进性、可靠性、可扩展性、可管理性和安全性。VLAN技术在校园网内的应用，不但使得校园网络更加的安全，快速，并且也减轻了网络管理员的工作，保证了各个部门之间不同的要求和信息的安全。选题的研究现状（理论渊源及演化、国外相关研究综述、国内相关研究综述）：理论渊源及演化:随着高校信息化建设的不断深入,高校网络建设的规模也在不断扩大,同时校园网多媒体教学、数据安全保障以及高速网络交换的大量应用,使网络数据流量骤然增大,各种问题和故障也层出不穷。因此,如何构建高效、稳定、易管理的校园网,增强校园网的安全性和可控性，已经成为学校网络管理人员面临的重点课题,也是提高学校信息化应用水平和整体投资效益的关键。开始阶段，校园网的概念是以硬件集成为主，那时的校园网只是一个硬件平台；到了第二阶段，在有了一定的硬件基础之后，人们提出了以教学应用软件为主的“软件建网”的校园网概念，这也是当今大多数校园网所采用的模式；但随着认识和实践的进一步深入，越来越多的人发现，硬件加软件的模式还远不能发挥出校园网的优势，校园网应该建构在全新的教育模式上，而不应依附于传统的教学模式。这样，第三代校园网的概念便应运而生了，那就是：硬件+软件+现代教育模式。21世纪网络信息技术已被应用于各行各业，并成为不可或缺的重要组成部分。对此，IPv4协议下的计算机网络暴露出了诸如路由表増长迅速、IP地址不足等一系列问题。而我国各高等院校近年来又在不断的扩招，校园网用户随之急剧増加，需求也日益多样化，随之逐渐出现了安全管理欠缺、带宽不足等多种问题。由此基于IPv6的下一代校园网络建设刻不容缓。国外相关研究综述:计算机网络的起步源于国外网络技术的发展，从第一代计算机的诞生开始，国外网络技术的发展就已经遥遥领先我们国家。因此，借鉴国外校园网络技术是我们国家推进我国学校一体化建设的关键。互联网技术最初便是诞生于美国，在最初的IP地址资源方面，美国有着得天独厚的优势占据着更多的资源，但是，美国对下一代互联网IPv6的研究却不够重视，仅局限于IPv6网络的理论研究和一些基础实验。1997年初，美国创建了UCAID（UniversityCorporationforAdvancedInternetDevelopment）即美国大学先进网络联盟，开始着手利用大学独有的资源优势展开下一代大学网络计划；同时，美国整个各界资源着重开展了新一代互联网络NGN（NextGenerationNetwork）的研发工作[7]。其通过开展了大量IPv6网络的理论研究与实验，妥善解决了推广与建设工作中所遇到的各类问题，并在此基础上构建起了IPv6网络的运行与实验环境。美国技术研究院（NIST）在2008年1月，正式发布了IPv6Ready的有关需求[8]。2011年初，美国安全部署圧IPv6的一系列政策文件被国防部Ｗ及技术研究院通过，也就意味着，美国将全面强制开展IPv6的有关建设工作[9]。到2013年9月30日，美国政府机构已经把公共网站和应用服务全面升级到了支持IPv6[10]。2001年，欧洲着手开展下一代互联网络的Geant网络建设，结合高校、研究机构等资源和技术优势，进行了大量的关于IPv6网络的研究和实验。2005年，欧洲开通了Geant2下一代学术性互联网，与此同时，也着手开展了IPv6在移动通信方面的研究工作。3GPP组织将之定义为当时开展新一代移动网研究的具体标准。同时，在信息设备与网络应用方面，支持该项协议的信息设备与应用的研发工作已经取得了重要突破，以实现IPv6在欧洲的迅速引入。2010年，一些欧洲国家和公司制定了一系列IPv6研究项目，诸如英国电信推出了ANDROID项目、瑞典推出了欧洲首个用于商业的SKANOVA项目、法国则同时推出了AIRS和RENATER2项目等。全球顶级CDN服务商Akamai公布了2014年一季度互联网报告，报告中称欧洲国家是全球进行IPv6网络建设的领导者。与此同时，欧盟IERC资助的IoT6项目，成功地基于IPv6技术开发了寻址代理器，实现了传统互联网标识符（比如RFID，X10，ZigBee与IPv6地址的映射[11]。国内相关研究综述:我国政府高度重视积极支持建设和大力发展IPv6网络技术。我国在上世纪90年代开展了关于IPv6的研究工作，随着相关课题的开展与深入逐步解决了一系列的核心问题，取得了较大的突破。1999年，我国国家自然科学基金会正式启动中国高速互联研究试验网（NSFCNET）研究项目[12]。2003年，八部委联合启动了中国下一代互联网示范项目（CNGI），该项目由郭贺铭院士任专家组组长。CNGI示范网络的核心＂CNGI－CERNET2/61X＂项目于2006年12月全部通过验收。这也就意味着CERNET2－跃成为了世界范围内最大的IPv6网络，多项核心技术已经取得了的重大突破[13]。2007年，国家发改委正式批准启动CNGI驻地网建设项目，并明确提出了CNGI示范驻地网络建设项目由我国的100所211示范高等院校共同承担建设。截止到2010年1月，我国已经有100所高校完成了校园网络的IPv6技术升级，即我国新一代的互联网建设工作取得了可喜进展。在2011年12月，我国以商业运用为突破点，制定了大规模应用IPv6网络的目标，以及具体的发展路线图。2012年11月15日，以IPv6过渡技术为主题的全球测试总结会议在北京隆重召开[14]。此会议不仅讨论了基于IPv6的下一代互联网过渡技术的演进方案、如何实施战略部署等关键问题，还明确了要真正实现下一代互联网的协调发展，业界就必须重视IPv6的科学规划问题，电信运营和互联网服务企业要切实做好，使过渡方案匹配，演进步调一致。2013年1月4日，清华大学电子工程系教授研究的＂IPv6控制信令的无状态源地址映射＂被IETF组织批准，编号RFC6791PH。它已经作为IPv6新的核心技术标准，也是我国IETF最核心的系列技术强制标准。当前，我国掀起IPv6网络、IPv6网络实验室建立的热潮，若干高校己经或开始着手IPv6校园网的建设，未来这些覆盖高校的IPv6城域网也将全部接入CERNET2。CERNET2将实现为全国2000余所高校提供IPv6网络高速接入，同时也将为国内其他科研机构、组织提供IPv6网络接入服务。目前，CERNET（中国教育和科研计算机网）、微软、诺基亚、中国电信和很多高校己经建立或加入了IPv6试验床。CERNET2的建立取得了阶段性胜利，硕果累累：首先我国建成了世界上第一个纯IPv6网，为全球下一代互联网的发展奠定了基础；其次提出了IPv6源地址认证，为IPv6网的安全奠定了良好基础；再次在骨干网络中大规模使用国产的IPv6路由器。最后提出了IPv6overIPv4的过渡方案，为IPv4向IPv6的过渡提供了重要的解决方案[15]。校园网IPv6实验网的初步建成并完成网络的互相通信，也为还处于研究阶段的各种IPv6过渡技术提供了实际的应用环境。在当今互联网飞速发展的时代，校园网络的普及是建设学校一体化建设的关键所在，科教兴国是国家发展的基本战略，科学技术与教育相结合才能更好地推动国家教育质量的发展，云南省昭通市彝良县乡中学处于网络欠发达地区，为了更好地提升中学综合教育的发展，拥有完善的网络体系是关键。学校是人才培养的重要基地，是为社会输送人才的源泉，是培养国家栋梁人才的基地。校园网络的规划与设计不仅是保证校园网络的安全，还是提高管理人员工作效率的关键。随着IT行业的快速崛起，互联网与信息技术的不断融合与发展，加快了人类社会进步的步伐。在学校校园网络的规划与建设中，由于计算机及网络技术的不断发展，极大地推动了校园网的建设，各高校及其中小学都在筹备建设校园网，希望通过校园网的建设，增加硬件的投入，改善办学条件，提高教学、科研和管理水平，提高办学质量。校园网的建设对于学校来说是一项大的工程，必须精心设计、精心施工，做到经济适用，技术先进、开放性能良好、投资强度合理、与国内外网络互联、能长期、稳定运行的高性能的校园网络。论文(设计)主要内容（提纲）：第1章绪论1.1研究的目的意义1.2国内外的研究综述第2章.中学校园概况2.1学校简介2.2学校概况第3章学校组网的需求分析3.1学校建筑布局分析3.2信息点分析3.3应用需求分析3.4可行性分析第4章学校网络设计4.1逻辑网络设计4.1.1网络拓扑设计结构4.1.2IP地址规划和子网划分4.1.3交换策略的选择4.1.4路由协议的选择.4.2物理网络设计4.2.1技术选型4.2.2设备选型4.2.3接入选择4.3部署网络4.3.1中心机房部署4.3.2综合布线第5章校园网络的总体设计5.1软件安装5.2网络配置5.2.1交换机的配置5.2.2路由器的配置5.2.3服务器的配置5.2.4网络安全配置5.2.5其他协议配置第6章网络调试与维护6.1网络测试6.2校园网的维护和管理总结参考文献致谢拟研究的主要问题、重点和难点:拟研究的主要问题：研究的主要问题是学校的网络访问安全和设备的预估，以及网络资源共享率差的问题。并且采用以太网技术进行网络的设计与实现也将是该项目研究的关键。安全性不高、路由表过度膨胀，特别是IPv4地址的匮乏是本项目将要解决关键问题。重点和难点:如何利用以太网网络对校园网络进行构建，在已有的校园网络的基础上提高学校的信息化水平。并且，采用建模工具对网络设备进行合理的部署。另外，综合布线也是本项目中的将会面临的主要问题。此外，物理网络调试成功以后网络的管理和运营成为了研究项目中的重点。在校园网络模拟测试成功以后，如何保证学校校园网络的安全性。研究目标及任务：采用理论研究、调查研究与实践研究相结合的方式进行。通过研究学习IP路由交换技术、局域网技术，VLAN技术和路由技术将组网技术运用到校园网络的建设中。同时对中学进行调查分析，设计出校园网搭建方案，并利用华为ENSP模拟器软件对所设计的网络进行验证。并且，保证网络之间能够互相通信。研究方法、技术路线、实验方案、可行性分析：1.研究方法：文献研究法：通过阅读有关书籍、文献，学习掌握相关知识技能，为论文设计打下坚实基础。实证研究法：确定所要研究问题，设定假设条件，提出理论假说，验证。2.技术路线：采用PDIOO模型进行校园网络的分析与设计来完成网络的规划与设计。通过查看相关书籍、浏览相关的网站，学习有关知识，对网络进行总体规划设计，实现网络通信等功能，进行测试，网络正常运行与维护[1]。3.实验方案：用户需求分析、逻辑网络设计、物理网设计、部署网络、调试与验收4.可行性分析（1）法律上：该网络是在导师指导下，我自主设计完成的，不会产生侵权行为，在法律上是可行的。（2）技术上：完成本课题计算机需安装eNSPV100R003C00、及其ENSP所需组件VirtualBox-5.2.22-126460-Win、WinPcap_4_1_3、Wireshark-win64-3.0.0以及其他网络所需的建模软件。因此以上所需软件组件安装完成，即可进行网络的设计。故技术上是可行的。（3）经济上：该网络设备选择可靠性高、并且成本低，在现有的PC机上即可提供网络设计与实现所需的所有软件和硬件设备，因此在经济上是可行的。（4）可控性：该校园网络是毕业设计课题研究，在导师的指导下由个人独立自主完成，因此在管理上网络的设计与实现完成期限是可控的。研究的特色与创新之处：校园网不在局限于一般的局域网。在逻辑网络设计上，校园网采用“核心层、汇聚层、接入层”三层网络设计模型。其中，最主要的是结合了Ipv6地址的使用，提高了网络工作效率。在物理网络设计上，网络建设使用综合布线系统。力求实现校园网的实用性、灵活性、开放性、模块化、可扩展性和经济性等要求。并且，校园网具有如下特点：提供高速的局域网络连接；满足各种信息结构的复杂性；具有可靠性和安全性；操作方便，易于管理；经济适用；有效控制网络上的广播风暴进度安排及预期结果：1.2019年11月10日-2019年11月24日：初步选题、选择指导老师并确定题目。2.2019年11月25日-2019年12月16日：撰写开题报告，开题答辩。3.2019年12月17日-2019年1月5日：网络需求分析、收集材料。4.2019年1月5日-2019年3月5日：完成该网络的基本设计与实现。5.2019年3月6日-2019年4月30日：网络测试、撰写论文。6.2019年5月1日-2019年5月20日：与指导老师交流，修改和完善网络设计与实现过程中的不足之处。7.2019年5月21日-2019年6月15日：准备文档进行开题答辩、上交相应材料。参考文献：[1]尤国华、师雪霖、赵英.网络规划与设计（第2版）。北京：清华大学出版社,2016.[2]再见，IPv4[J].科技新时代.2011，3:27.[3]李振强赵晓宇，马严IPv6技术揭秘［Ｍ］，北京人民邮电出版化2006.[4]中国互联网络发展状况统计报告[R].中国互联网络信息中心，2011,1:30-90.[5]马军锋.IPv4/IPv6过渡技术及标准化进展[J].电信网技术，2009.[6]邹涯梅.浅谈IPv6的过渡、优势及发展前景[J].科技资讯，2008,7:9495.[7]中欧物联网标识白皮书[R].工业和信