综合教学管理平台的网络设计与实现.pdf
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1、湖南软件职业学院(毕业设计)目 录 第一章第一章 概述概述.1 1.1 项目背景.1 1.2 项目内容.1 1.3 项目目标.2 第二章第二章 需求分析需求分析.3 2.1 业务需求.4 2.2 网络需求.4 2.3 功能需求.4 2.4 性能需求.5 第三章第三章 系统设计系统设计.8 3.1 总体设计.8 3.2 拓扑结构.8 3.3 资源规划.9 3.5 物理设计.12 3.6 系统设计.15 第四章第四章 网络实现网络实现.18 4.1 设备选型.18 4.1.1 选型规则.18 4.1.2 核心交换机.19 4.1.3 汇聚层交换机.23 4.1.4 接入层交换机.27 4.1.5
2、路由器.28 4.1.6 服务器.29 4.3 路由配置.30 4.3.1 路由规划原则.30 4.3.2 路由规划实现.31 4.3.3 OSPF 优势.37 4.4 综合布线.38 第五章第五章 网络安全与管理网络安全与管理.39 5.1 网络安全.39 5.1.1 信息收集.40 5.1.2 功能过滤.40 5.1.3 接口管理.41 5.1.4 用户帐号.42 5.2 网络管理.42 5.1.1 故障排除.42 5.2.2 SNMP 管理.43结语结语.45参考文献参考文献.46 第一章第一章 概述概述 1.1 1.1 项目背景项目背景 现代化的校园,需要现代化的管理手段。借助先进的信
3、息技术来解决学院在教学管理上遇到的各种难题,实现教学管理的信息化,是十分迫切需要的,应用前景也很好。现在,计算机网络的发展速度非常快,各高校都在建设自己的内部网综合教学管理平台。在这样的环境下,教学管理信息系统应该是构建在计算机网络之上的网络管理信息系统,利用计算机网络技术和软件开发技术建立教学管理信息系统,通过互联网实现高校的教学信息管理 综合教学管理平台是在互联网的基础上,提供网络教学和网络教学管理的系统。综合教学管理平台是教学与科研及管理办公的平台。它对学校的制度、服务、管理、信息化处理都有很大的帮助,不但能够实现科学管理,而且还能大大提高管理工作的效率,减轻了工作人员的负担。1.21.
4、2 项目内容项目内容综合教学管理平台连接了办公楼、教学楼、实训楼、图书馆、学生宿舍楼、教职工生宿舍楼等大量的信息点,涉及学校管理、电子教学、教学科研、远程教育和互联网的引入以及对外技术交流与合作服务等业务。这就要求综合教学管理平台必须是一个实用的、高效率、高安全以及高扩展性的系统。为使综合教学管理平台系统具备易管理、易维护,并有扩展性,在网络设计及构建中始终应遵照统一标准、统一网络分层的准则,如统一采纳 IP 技术,统一规划 IP 地址及各种应用,采用开放的技术及国际标准,如路由协议、安全标准、接入标准和网络管理平台等,才能保证完成网络的统一,并确保网络的可扩展性。为了便于网络的实施及管理,在
5、网络的构建中,从整体上可以将网络划分为核心层、汇聚层和接入层等 3 个层次根据学校的具体情况,综合教学管理平台网络建设要做到如下要求:(1)要有较高的可靠性、稳定性和冗余性,防止因为网络的故障导致用户 2数据域的损失。(2)有一定的可扩充性,方便网络扩大容量,支持更多的用户,同时可以应对网络技术的持续发展。(3)有一定的经济性以及可维护性和可管理性1.31.3 项目项目目标目标以现代网络技术为依托,建设以技术先进、扩展性强、能覆盖全校主要楼宇,将学校 PC 机、终端设备和局域网连接起来,形成结构合理、内外沟通的综合教学管理平台网络系统。完成校内信息的高度共享、传递,教学及管理信息化,校领导能及
6、时、全面、准确地掌握全校的教学、科研、生产、管理、财务、人事等各方面情况。将全校的局域网互联,共享校内网络信息资源(教学、科研、图书等信息),改善校内信息流通状况,促进校园内部网络应用的开发。第二章第二章3需求分析需求分析 综合教学管理平台随着技术和市场的逐渐成熟,网络正以无处不在,无时不在的网络连接方式,改变着人们对“网络”和“信息化”的传统看法。目前,由于观念和习惯等原因,在已建成综合教学管理平台中大概有 50%以上没有真正发挥互联网应有的效益,即使在大学也一样。因此,提高综合教学管理平台的使用效率是建设的重要考核指标之一。综合教育平台作为管理和查阅系统也随之出现。综合教学管理平台是在学校
7、范围内,在一定的教育思想和理论指导下,为学校教学、科研和管理等教育提供资源共享、信息交流和协同工作的计算机网络。概括地讲,综合教学管理平台是为学校师生提供教学、科研和综合信息服务的宽带多媒体网络。首先,综合教学管理平台应为学校教学、科研提供先进的信息化教学环境。这就要求:综合教学管理平台是一个宽带、具有交互功能和专业性很强的局域网络。多媒体教学软件开发平台、多媒体演示教室、教师备课系统、电子阅览室以及教学、考试资料库等,都可以在该网络上运行。如果一所学校包括多个专业学科(或多个系),也可以形成多个局域网络,并通过有线或无线方式连接起来。其次,综合教学管理平台应具有教务、行政和总务管理功能。在我
8、国,近年来综合教学管理平台建设发展迅速,到目前为止仅在我国中小学就有近 6000 所学校建设了综合教学管理平台。他们为我国中小学内部实现教育的资源共享、信息交流和协同工作提供了较好的范例。然而,随着我国各地综合教学管理平台数量的迅速增加,综合教学管理平台之间如何实现教育的资源共享、信息交流和协同工作的要求越来越强烈。综合教学管理平台的设计目标是将各种不同应用的信息资源通过高性能的网络设备相互连接起来,形成校园区内部的 12000XPranet 系统,对外通过路由设备接入广域网。2.1 总体需求总体需求综合教学管理平台网络建设旨在以建立覆盖全校基础通信网络。在该网络上实现多媒体视频点播服务、数据
9、备份服务、e-mail 服务、文件传输功能、数据库服务器等服务,避免网络拥塞,保证各种信息的高质量传输、充分使用网络带 宽。2.2.2 24业务需求业务需求(1)为学校提供教学管理服务,如学生学籍管理、人事档案管理、教学教 务管理、财产管理等。(2)为学生提供学习活动服务,也是教学资源的提供者,有利于学生自主学习和协作学习。(3)为教师的教学、科研、培训等服务,如辅助教师备课、提供教学资源、支持教师在学习服务、参与课堂教学。(4)综合教学管理平台可以获取校外的教育信息,也可以对外发布各种各样教育信息。2.2.3 3 网络需求网络需求 1、网络运行拥有高可靠性、稳定性、安全性2、拥有分布式数据运
10、算能力3、系统易于扩充、易管理,便于用户的增加4、系统互连性好5、拥有数据库的数据共享和管理,反应速度快6、每个教室的 PC 都能通过 FTP 下载教学课件和资料2 2.3.3 功能需求功能需求 1、资源共享:凡是入网用户均 bai 能享受网络中各个计算机系统的全部或部分软件、硬件和数据资源,为最本质的功能。2、提高性能:网络中的每台计算机都可通过网络相互成为后备机。一旦某台计算机出现故障,它的任务就可由其他的计算机代为完成。3、分布处理:通过算法将大型的综合性问题交给不同的计算机同时进行处理。用户可以根据需要合理选择网络资源,就近快速地进行处理。2 2.4.4 5性能需求性能需求 1、速率:
11、在计算机网络中速率指的是数据的传输速率,即每秒传输的比特数量,它也称为数据率或比特率。速率是计算机网络中最重要的一个性能指标,速率的单位是 bit/s,有时候也写为 b/s 或者 bps。2.带宽:在计算机网络中,带宽用来表示网络的通信线路传输数据的能力,即在单位时间内网络中通信线路所能传输的最高速率,由此可知,带宽的单位就是速率的单位 bit/s,即比特每秒。从图 2-1 来看,该网卡的带宽是 100Mb,即每秒最高能传输 100Mb 的数据量,注意:这里是以 Mb 为单位来算的。但是在平时生活中,我们所说的带宽是以 MB 为单位来算的,如果把 100Mb以 MB 为单位换算理论上是可以达到
12、 12.5MB,但实际上可能也就 10MB 左右。图 2-13、吞吐量:吞吐量表示在单位时间内通过某个网络或接口的实际的数据量,包括全部的上传和下载的流量。一般吞吐量用于对某个网络的一种测量,通过测量我们可以知道实际上有多少数据能够通过该网络,显然,网络的带宽的大小或网络允许的最高速率限制会影响吞吐量。比如:对于一个 1Gbit/s 的以太网,其额定速率(即最高速率)是 1Gbit/s,也就是说 1Gbit/s 是该以太网的吞吐量的最高值。因此,对于 1Gbit/s 的以太网,其实际的吞吐量可能也只有 100Mbit/s,甚至更低,远没有达到额定速率。图 2-624、时延:时延是指数据(一个报
13、文或分组,甚至比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间。时延也称为延迟或迟延。需要注意的是,网络中的时延是由以下几个不同的部分组成:发送时延和传播时延,排队时延和处理时延。我们在计算一个数据分组的时延应该要把这几个时延算进去。(1)发送时延:发送时延是主机或路由器发送数据帧所需要的时间,也就是从该数据帧的第一个比特算起,直到最后一个比特发送完毕所需要的时间。发送时延的计算公式:从该公式中可知,发送时延的大小取决于数据帧的长度和发送速率,如果发送的数据帧长度越长,那么该数据帧所需要的发送时间也越长,即发送时延也越长。对于发送速率来说,如果发送速率越大,那么该数据帧在发送时可以发送更多的
14、数据,那么所需要的时间减少,发送时延也就越小。(2)传播时延:传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。电磁波在自由空间中传播速率是光速,即 3.0 X 10 5 km/s,电磁波在网络传输媒体介质中的传播速率比在自由空间中要低一些。在铜线中的传播速率为2.3 X 105 km/s,在光纤中的传播速率为 2.0 X 105 km/s。例如,1000km 长的光纤线路产生的传播延时为 5ms,这里所说的铜线和光纤就代表着不同的信道。传播时延的计算公式:从传播时延的公式可知,传播时延的大小取决于信道长度和电磁波在信道上的传播速率,如果信道长度越长,那么电磁波在传输过程中的距离也越长,传
15、输时所需要的时间也更多,即传播时延也就越长。如果电磁波在不同信道上的传播速率越大(即电磁波在光纤,铜线等通信介质上的传播速率),那么电磁波就可以更快的传输,对应的传播时延也就更小了。我们结合发送时延和传播时延的公式来看,它们本质的区别在于:发送时延 一般发生在机器(网络设备)内部中的网络适配器,与传输的信道无关。而传播时延则是发生在机器外部的传输信道媒体上(光纤,同轴线缆等),与信号的速率无关7。一般来说,信号传送的距离越远(信道长度越长),传播时延就越大。(3)排队时延和处理时延 处理时延:主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理,例如分析首部,从分组中提取数据部分,进行差错校验或查
16、找路由转发数据等,这就是处理时延。排队时延:数据分组在网络中传输时,要经过许多路由器。但分组到达路由器时要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了从哪个接口转发后,还要在输出队列中排队等待转发,这就是排队时延。排队时延的长短往往取决于网络当时的通信量,当网络综通信流量较大时,就会发生队列溢出,使分组丢失,导致排队时延更大。再回到我们之前说过的,时延是指数据(一个报文或分组,甚至比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间,其实这个总的时延包括了发送时延和传播时延,排队时延和处理时延。平时我们所说的数据在网络中经历的时延就是指总的时延。5、往返时间:在计算机网络中,往返时间 RTT(Ro
17、und-Trip Time)也是一个非常重要的性能指标,它表示从发送端发送一个数据包开始,到接收到该数据包的确认所花费的时间 第三章第三章8系统设计系统设计3.3.1 1 总体设计总体设计1、核心层设计网络中心节点是整个系统的心脏,要提供全线速的数据交换,当网络流量较大时,对关键业务的服务质量提供保障。同时作为整个网络的交换中心,在保证高性能、无阻塞交换的同时,必须保证稳定可靠的运行。在网络中心的设备选型和结构设计上必须考虑整个网络的高可靠性和高性能。核心节点的交换机有以下两个基本要求:(1)高密度端口下保持各个端口 的线速转发;(2)关键模块必须冗余,如管理引擎、电源、风扇。2、汇聚层设计汇
18、聚层是各区域数据、媒体流汇聚主节点。汇聚路由交换机需要具备高性能性、高可靠性、高端口密度、高安全性、可管理性等要求,还要具有网络可扩容升级能力和多种业务支持能力。在完成高速交换的基础上,能够提供稳定可靠的网络基础服务功能并能够支持下层的基础功能、分布服务以及 Qos 保证。3、接入层设计 接入层是纯网络交换,因此只要求这些设备容易管理和投资成本少。这类交换机需要支持冗余链路,实现接入控制,对广播风暴起到限制作用,还要易于管理。3.2 3.2 拓扑结构拓扑结构以千兆以太网技术为基础,万兆以太网为目标,采用主干千万兆,支干千兆,百兆交换桌面的三层设计思路,分为核心层、汇聚层、接入层,核心层采用高性
19、能的万兆核心路由交换机,和万兆高性能交换机组成全冗余的万兆双链路,保证综合教学管理平台的高速数据路由交换,有很好的可扩展性 图 3-19拓扑图 3.3.3 3 资源规划资源规划 综合教学管理的 IP 地址规划与分配:对于网络上经常出现 IP 地址冲突、IP 地址盗用等等,随着用户规模越来越大,网络管理工作越来越复杂。网络中心要采取静态 IP 地址管理办法,统一分配 IP 地址,采用先申请、后分配、集中管理的办法。建立 IP 地址和 MAC 地址信息档案,对局域网执行登记制度、将每个用户的 IP 地址、MAC 地址和用户身份信息记录在网络管理员的数据库。局域网中存在广播风暴、以及网络系统的可扩展
20、性、灵活性和易管理性方面的问题,所以需要进行 VLAN 划分。不同部门不同 VLAN,地理位置不同划分不同的 VLAN,基于服务器各种不同的应用划分几个不同的 VLAN。1、IP 地址规划 IP 地址的合理是网络运行和网络资源有效的利用重要保障。校园用户众多,IP 的分配要充分使用申请到的地址空间,让网络地址分配均匀。IP 地址规划有以下意义:(1)IP 地址的合理使用;(2)优化业务流量分布;(3)便于故障诊断。IP10地址规划原则:(1)使用 CIDR 等技术,高效分配地址;(2)按需分配,避免地址浪费;(3)合理预留 IP 地址;(4)内部网络应使用私有地址;(5)限制静态地址分配,客户
21、端采用动态地址分配 2 网络 VLAN 设计VLAN 划分是网络规划非常重要的部分,对网络性能也是至关重要的。VLAN划分的意义:增加网络的安全性,不同 VLAN 之间不能任意通讯,只能在本子网间通讯,不会对其他子网产生干扰。网络管理系统采用独立的 IP 子网和 VLAN,实现更安全的对所有网络设备进行管理。建立了 VLAN 与 IP 子网的对应关系。可以避免广播风暴,在多媒体、视频点播等很容易产生广播风暴;VLAN 划分之后,广播只能在子网中进行,不会做无意义的广播,解决了广播风暴产生的条件。提高管理的效率,实现虚拟工作组,减少站点的改动开销IP 地址和 VLAN 对应关系如下:11 VLA
22、N 号 IPVLAN名称网段默认网关说明 VLAN 192 -211.80.192.-254管理211.80.192./254VLAN VLAN 193 JWC211.80.193.-254教务处211.80.193./254VLAN VLAN 194 XSSS211.80.194.-254男 生 公 寓211.80.194./254VLAN VLAN 195 CWC211.80.195.-254财务处211.80.195./254VLAN VLAN 196 JZX211.80.196.-254医务室211.80.196./254VLAN 地址 建 筑物 可靠性 网络需求 安全性 可扩展性 楼
23、层数信息点主要应用 办公楼 1 栋 2层/栋 全日制不停机工作 下载2048KB/s上传100KB/s 高 良好2OA 办公、课件制作、资源 共 享、Internet 服120务等 实验楼 1 栋 3层/栋 白天工作状态良 好,网络正常运行 下载 1024kB/s上传100KB/S 中等 好3微机网络教室、课件制作、编程学习、应用软件 学 习、Internet 服务、生物化70验等 教学楼 1 栋 4层/栋 白天工作状态良好,网络运行正常 下载1024KB/s上传100KB/s 一般 好4Internet 服务、多媒体教学、语音100教学等 教师公寓 1 栋 4层/栋 全日制不停机工作 下载2
24、048KB/s上传100KB/s 一般 良好4课件制作、资源共享、OA 办公、Internet 服70务等 学生公寓13 3 栋 6层/栋 白天工作状态良 好,网络正常运行 下载1024KB/s上传50KB/s 一般 良好18资源共享、编程学习、应用软件学习、Internet130服务、等 学生公寓45 2 栋 6层/栋 白天工作状态良 好,网络正常运行 下载1024KB/s上传50KB/s 一般 良好12资源共享、编程学习、应用软件学习、Internet450服务、等 VLAN 12197 GLX211.80.197.-254女 生 公 寓211.80.197./254VLAN VLAN 1
25、98 JSJX211.80.198.-254教学楼211.80.198./254VLAN VLAN 199 WQQ211.80.199.-254图书馆211.80.199./254VLAN 综合教学管理平台出口路由器地址:202.202.102.105接入 lsp 的路由器端口地址:202.202.102.1063 3.5.5 物理设计物理设计教学平台是各种应用的统一通信平台。无故障和恢复时间的平均时间应保持在可容许的允许范围内。在此前提下,中继设备应该具有一定的冗余度,这不仅是设备级别,而且是物理线路、数据链路层、网络层和应用层的容错能力。骨干网从教学平台中心的主机房向外辐射,通过各部门(学
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