1、实验7 智慧校园网络工程分析与设计实验7 智慧校园网络工程分析与设计实验报告姓名： 班级： 学号： 同组实验者： 实验名称智慧校园网络工程分析与设计实验时间6.1实验地点流-315指导教师实验目的与要求：1.了解网络工程规划和设计任务2.掌握应用具体分析和网络设计需求分析的基本技能3.了解网络技术指标与网络性能参数的意义实验内容： 1.规划用户网络的规模2.确定网络系统的分层结构3.网络资源平台及网络安全实验步骤：一 智慧校园的需求分析1.1 智慧校园的概念智慧校园是以信息网络为基础，以服务于学生、教师和管理者为宗旨，充分融合物联网、云计算、智能控制等先进技术而搭建的智能化、充分互动、环保节能
2、的全网络式智慧平台，提供涉及教学、科研、生活和管理等全面覆盖校园各项活动，便利、快捷、互动的多样化应用和服务。智慧校园网络提供在线管理服务、教学服务、科学服务、生活服务和感知服务5方面服务。1.2 用户需求分析利用各种先进、成熟的网络技术和通信技术，采用统一的网络协议（TCP/IP），建设一个可实现综合网络应用的技术先进、稳定高效、安全可靠，具有较高可维护性和管理性的计算机网络系统。智慧校园网络提供在线管理服务、教学服务、科学服务、生活服务和感知服务5方面服务。具体内容如何：1、便捷教学-考勤、课堂、课程、考务、成绩智能管理。2、科研资源-科研信息与科研平台共享。3、安心校园-巡更与安防。4、
3、舒适生活-吃、住、行、医、物等服务。5、智能楼宇-环境、运维和能耗优化，智能管控。1.3 功能需求1、满足计算机教学科研、行政办公需要，提供各种教学、办公工具和支撑平台，并提供丰富的计算机软硬件系统资源。2、具有完善的办公事务处理能力，包括电子公文传递、电子公文管理、电子邮件、邮件收发等无纸办公自动化功能。3、满足信息情报交流的需要，方便学校各级领导和教学科研人员对各种信息资料、科技情报的检索和查阅。包括Web查询、电子公告、电子新闻等。4、具有远程通信能力，借助电话网等通信手段，以最低的通信成本，方便地实现远程互联，跨越地域限制，满足学校要求，加强各单位之间的业务联系和信息资源共享。5、具有
4、收集、处理、查询、统计各类信息资源的能力，充分利用原有数据资源，为学校领导提供准确、快捷的数字信息，实现数据化管理和智能化决策。6、学校网络系统要确保整个计算机网络系统的可靠性、安全性，具有一定的冗余。容错能力强，确保信息处理安全保密。7、学校信息网络系统要保证实用和技术先进，便于非计算机专业人员使用，并能不断满足学校未来业务发展的需要，具有很强的扩展能力。二 系统方案设计的总体思路2.1校园网络系统的构成校园网络系统由软件、硬件两个部分组成。软件部分包括应用软件和系统软件。应用软件主要是校园网站上的Internet应用、教学管理系统（计算机辅助教学系统、网络教学与远程教学系统）、办公管理系统
5、（管理信息系统MIS、办公自动化系统OA）；系统软件主要是服务器操作系统、工作站操作系统、网络设备上的操作系统、网络管理系统以及安全系统。硬件部分主要由网络布线系统、网络设备、主机（服务器）系统以及各种外设（UPS、投影机、打印机、磁带备份设备等）组成。2.2 系统方案设计的总体思路 校园网络的拓扑图如下图所示。校园网络系统的设计、实施，按照一切从实际出发，遵循经济实用的原则，依照以下思路进行：1、总体规划，分步实施，基础设施建设一步到位考虑到学校资金、学校计算机应用的现状、学校教职员的现有水平以及网络建设和应用系统开发的固有规律，学校网络系统的建设应该分步实施。但是分步实施是在总体规划下的分
6、步实施。没有总体规划，整个系统有可能陷入各个部分相互不兼容和前期投资的极大浪费。基础设施建设，这里主要是指综合布线系统的建设，采用一步到位的办法。因为综合布线系统有它的特殊性，综合布线的材料并不昂贵，且双绞铜线已经发展到六类，可以满足1000M的应用需求，专家预测，铜线的性能基本已经到了物理极限，不会再有什么七类、八类铜线出现了；现有的光缆，其性能也足以满足十年以内各种应用对介质的要求。而综合布线系统的施工费用比较高，在旧的楼房里就更是这样，且对工作、学习、生活有一定的影响。为了尽量减少对学校教职员生活的影响，综合布线系统建设采取一步到位的办法，适度超前。2. 特别注重应用系统的建设建设校园网
7、络的目的就是为了应用，从而提高学校的办事效率、教学效率，所以要特别注重应用系统的建设，这一点应该是不言而喻的。应用系统的覆盖范围相当广泛，大致就是功能需求里提到的几个方面：校园网内部网站应用（Web发布系统、信息查询系统、电子邮件系统、BBS电子公告系统和文件传输系统）、网络教学和远程教学系统（网上课件制作平台、网上课件管理与浏览、网上作业与考评系统、网上答疑系统、网上教学管理系统和实时交互式远程教学系统）、计算机辅助教学系统（VOD视频教学系统、多媒体课件制作平台、电子备课系统、COD课件点播系统、试题库管理系统和素材库管理系统等）、办公自动化系统（校长办公系统、网络会议系统、办公审批系统、
8、通知公告系统、公文收发系统和文档管理系统）和管理信息系统（校长查询系统、后勤管理系统、财务管理系统、图书管理系统、教务管理系统和学籍管理系统）。3. 把当前先进性、未来可扩展性和经济可行性结合起来当前计算机技术和网络技术发展很快，设备更新淘汰也快。先进的技术只有在使用中产生了巨大的效益时才被赋予了先进性，只是采用了先进的技术并不表示就有了先进性。一个系统是否具有长久的生命力是考察一个系统是否具有先进性的最重要的考察依据。系统的可扩展性是指系统的硬件和软件对未来技术的包容能力和现实的扩充能力。其主要表现为系统的结构是否开放，其重要性远远超过具体的设备是否开放和冗余。只有把当前先进性、未来可扩展性
9、和经济可行性有机地结合起来，才能保证一个系统具有长久的生命力，从而具有先进性。4. 符合标准（国际标准和国家标准）符合标准，其实是系统具有开放性的前提条件，是不言自明的。因为当今时代是一个强调开放的时代，从而是一个强调标准的时代，所以把这一条单列，以示重视。5. 特别注重对人员的培训除了应用系统的使用人员以外，一个系统，在它的生命周期里，是需要系统维护人员对它进行大量的维护的，所以系统维护人员的培训要特别注重。概括地说，在校园网络建设的过程中，要特别注重对人员的培训，要注重对实施系统的工程人员、维护系统的管理人员和使用系统的教职员工们的培训；工程人员是系统建设成功的保证、系统维护人员是系统正常
10、运行的保证、而教职员工作为系统的最终用户，是系统真正发挥作用的关键。 三 网络系统设计方案3.1 网络分层设计原则从逻辑上，大型网络可分为核心层、分布层和接入层，每层都有其特点。层次化设计的优点可以总结为如下几点：可扩展性：因为网络可模块化增长而不会遇到问题；简单性：通过将网络分成许多小单元，降低了网络的整体复杂性，使故障排除更容易，能隔离广播风暴的传播、防止路由循环等潜在的问题；设计的灵活性：使网络容易升级到最新的技术，升级任意层次的网络不会对其他层次造成影响，无需改变整个环境；可管理性：层次结构使单个设备的配置的复杂性大大降低，更易管理。3.1.1 核心层 Core Layer核心层为下两
11、层提供优化的数据输运功能，它是一个高速的交换骨干，其作用是尽可能快地交换数据包而不应卷入到具体的数据包的运算中(ACL，过滤等)，否则会降低数据包的交换速度。3.1.2 分布层Distribution Layer分布层提供基于统一策略的互连性，它是核心层和访问层的分界点，定义了网络的边界，对数据包进行复杂的运算。在园区网络环境中，分布层主要提供如下功能：地址的聚集部门和工作组的接入广播域/多目传输域的定义Inter VLAN路由介质的转换安全控制3.1.3 接入层 Access Layer接入层的主要功能是为最终用户提供对园区网络访问的途径。本层也可以提供进一步的调整，如Access-list
12、 Filtering等。在广域网环境中，接入层主要提供通过Frame Relay、ISDN、Leased Line连入远程节点。3.2综合布线系统设计针对用户需求和本布线工程性质，我们将按照校园网系统的实际需求，本着一切从用户出发的原则，根据我方多年来的丰富经验及对本工程的深入理解，充分考虑以后的管理、使用及节省投资，尽我们所能提供一套高性能的系统设计方案3.2.1 综合布线系统组成简介工作区子系统 WORK AREA SUBSYSTEM工作区子系统由终端设备连接到信息插座的连线(或软线)组成，它包括装配软线、连接器和连接所需的扩展软线，并在终端设备和I/O之间搭桥。信息输出口采用符合ISDN
13、标准的RJ45 8芯插口，根据用户的使用环境选用埋入型、桌上型、地毯型或通用型插座，根据网络系统末端设备的接口选用相应的适配器。水平子系统 HORIZONTAL SUBSYSTEM由各区的分线架(IDF)到该区的各个信息输出口的连接。水平布线子系统是整个布线系统的一部分，它将干线子系统线路延伸到用户工作区。对于数据和图像的传输，采用CAT5类双绞线(1061)或CAT5+（1071）超五类双绞线，部分对传输频宽及高速数据传输有更高要求的信息点，可采用光纤到桌面(FTTD)方式设置。对于语音和控制信号的传输，采用CAT3类双绞线(1010)。管理子系统 ADMINISTRATION SUBSYS
14、TEM管理子系统即指楼层配线间（FD），由交连、互连和I/O组成。管理点为连接其它子系统提供连接手段。交连和互连允许你将通信线路定位或重定位到建筑物的不同部分， 以便能更容易地管理通信线路。I/O位在用户工作区和其它房间， 使你在移动终端设备时能方便地进行插拔。由电缆配线架(110型)和光纤配线箱(LIU)组成。110型配线架采用模块化的设计，颜色编码，便于跳线，根据使用的不同情况采用打入式或插拔式跳线方法。光纤配线箱采用易于扩充插接的STII光纤插头，使光纤的连接非常简单。垂直主干子系统 RISER BACKBONE SUBSYSTEM该子系统由所有的布线电缆组成， 或者由导线和光缆以及将此
15、光缆连到其它地方的相关支撑硬件组合而成。传输介质可能包括一幢多层建筑物的楼层之间垂直布线的内部电缆或从主要单元(如计算机机房或设备间和其它干线接线间)来的电缆。由主线架(MDF)到各区分线架(IDF)的连接部分，根据传输信号的不同，分别采用UTP电缆或Lucent Technologies 50/125多模光纤为传输介质，以满足现在和将来所有通讯网络的要求。设备间子系统 EQUIPMENT SUBSYSTEM该子系统将中继线交叉连接处和布线交叉连接处与公共系统设备(如PABX)连接起来。该子系统还包括设备间和邻近单元(如建筑物的入口区)中的导线。这些导线将设备或雷电保护装置连接到有效建筑物的接
16、地点。主线架(MDF)与主控室内各系统的连接部分，包括通讯系统、计算机系统、广播系统、闭路电视监视系统和消防报警系统和大厦设备自动化系统等。建筑群子系统 CAMPUS SUBSYSTEM它是整个布线系统中的一部分(包括传输介质)并支持提供楼群之间通信设施所需的硬件， 其中有导线电缆、光缆和防止电缆的浪涌电压进入建筑物的电气保护设备。与外界公共交换网络的连接部分，包括与邮电局等通过光缆或电缆的连接。3.2.2 设计综合布线系统依据的标准（1） EIA、TIA568A/568B标准和ISO/IEC11801标准；（2） 邮电部大楼通信综合布线系统设计规范 YD/T 926.1-1997（3） 邮电
17、部综合布线用电缆、光纤技术要求 YDT/T926.2-1997（4） 建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范CECS 72：97（5） 中国民用建筑电气设计规范(JGJ/T16-92)3.3 网络系统方案设计3.3.1 校园网的设计目标建设一个以办公自动化、计算机辅助教学、现代计算机校园文化为核心，以现代网络技术为依托，技术先进、扩展性强、能覆盖全校主要楼宇的校园主干网络，将学校的各种PC机、工作站、终端设备和局域网连接起来，并与有关广域网相连，在网上宣传自己和获取Internet网上的教育资源。形成结构合理、内外沟通的校园计算机网络系统，在此基础上建立能满足教学、科研和管理工作需要的软硬件环境
18、，开发各类信息库和应用系统，为学校各类人员提供充分的网络信息服务。系统总体设计将本着总体规划、分布实施的原则，充分体现系统的技术先进性、高度的安全可靠性，同时具有良好的开放性、可扩展性。3.3.2 网络建设原则要求1、稳定性只有运行稳定的网络才是可靠的网络，而网络的可靠运行取决于诸多因素，如网络的设计，产品的可靠，而选择一个具有运营此类网络规模经验的网络合作厂商则更为重要。要求有物理层、数据链路层和网络层的备份技术。2、高带宽为了支持数据、话音、视像多媒体的传输能力，在技术上要到达当前的国际先进水平。要采用最先进的网络技术，以适应大量数据和多媒体信息的传输，既要满足目前的业务需求，又要充分考虑
19、未来的发展。为此应选用高带宽的先进技术。3、先进性网络硬件、软件平台的先进性，要注意选择性能价格比好的先进技术和硬件和软件组网，保证系统的基础环境十年不落后。4、标准性和开放性选择统一性的网络结构与软件硬件平台，有利于系统的建立与开发。制定信息管理的规范，在学校领导下，组织有关人员对管理信息系统进行系统分析，制定数据流图和数据结构，为信息系统的开发奠定基础。为了实现与各种网络互访的要求，要选择开放的网络体系结构，既要选择当前的主流产品，又要具有开放性，以利于今后的扩充。5、可扩展性系统要有可扩展性和可升级性，随着业务的增长和应用水平的提高，网络中的数据和信息流将按指数增长，需要网络有很好的可扩
20、展性，并能随着技术的发展不断升级。易扩展不仅仅指设备端口的扩展，还指网络结构的易扩展性：即只有在网络结构设计合理的情况下，新的网络节点才能方便地加入已有网络；网络协议的易扩展：无论是选择第三层网络路由协议，还是规划第二层虚拟网的划分，都应注意其扩展能力。6、容易控制管理因为上网用户很多，如何管理好他们的通信，做到既保证一定的用户通信质量，又合理的利用网络资源，是建好一个网络所面临的首要问题。7、经济性充分利用原有的软件、硬件资源，减少投资浪费，做到高性能价格比。8、安全性网络系统应具有良好的安全性，保证数据的安全及网络使用的安全。由于XX中学网络连接园区内部所有用户，安全管理十分重要。应支持V
21、LAN的划分，并能在VLAN之间进行第三层交换时进行有效的安全控制，以保证系统的安全性。9、符合IP发展趋势的网络在当前任何一个提供服务的网络中，对IP的支持服务是最普遍的，而IP技术本身又处在发展变化中，如IpV6，IP QoS，IP Over SONET等等新兴的技术不断出现。3.3.3 系统需求分析 以学校的网络中心为全网中心，采用千兆以太网技术，将全校的计算机及已有的局域网全部连网，对于数据、图形、图像、语音、视频等信息都有较好的传输效果，使得教学、科研、管理等网络应用能够平滑高效地在校园网上运行。整个网络要求设计成为Intranet/Internet应用模式，具有高速、开放、安全、易
22、于管理的特点。3.3.4 产品技术选型随着计算机科技的不断进步，现代计算机网络传输技术已取得突飞猛进的发展。在局域网和城域网中有多种可选的主流网络技术，以下我们将针对不同技术类型，简单阐明其特点，为我们的技术选型提供科学的依据。传统以太网络技术以太网络正是利用载波监听多路访问/碰撞检测(CSMA/CD)技术成功地提高了局域网络共享信道的传输利用率，从而得以发展和流行的。特别是近几年交换式以太网和100M快速以太网产生和应用，使以太网络成为当今局域网应用较为广泛的主流技术之一千兆以太网络技术千兆位以太网联盟(GEA)为千兆位以太网的应用提出以下几种方案：1. 更新快速以太主干网：更换核心交换机，
23、全面提高原有网络性能。2. 用于交换机到服务器链路：服务器使用千兆位以太网卡，直接与千兆位以太网交换机相接，提供每秒百万个包的处理能力。3. 千兆位以太网到桌面台式机。高性能工作站安装千兆位以太网卡，直接与千兆位以太网相连。4. 用于交换机之间的链路。千兆位以太网交换机用光纤相接，提供一条高性能主干线路。5. 更新FDDI主干：保留现有光缆，提高带宽10倍。ATM网络概括起来，ATM技术具有如下特点：1、实现网络传输有连接服务，实现服务质量保证(QoS)这是ATM先进于其他网络交换技术、最有魅力的特点所在。以太网、FDDI等传统网络由于受当时技术所限，传输机制主要围绕解决信息包冲突碰撞问题、保
24、证发端的信息包能够到达收端就可以了，并不考虑“如何到达”。而提出ATM技术的主要目标则是为了解决传输的服务质量问题，不仅要能够到达，还要控制如何到达，因而ATM技术是网络通讯技术中革命性的突破，具有其他技术在产生时所不具备的天生优势。2、交换吞吐量大ATM交换理论在建立时，充分利用了当时刚刚成熟的超大规模集成电路(VLSI)技术，其定长的帧结构使所有交换工作能用纯硬件完成，因而ATM交换机本身硬件交换性能就远大于一般传统网络交换设备。3、带宽利用率高ATM是有连接的网络服务，内部交换是通过建立虚电路完成的。每一个虚电路所需带宽由服务质量保证体系按需分配，不同的应用要求分配不同的信道带宽。一经分
25、配，该带宽就由所属应用以统计的方式所占用，有传输则提供始终如一的持续带宽，无传输则自动让出带宽给其他通讯使用，因而带宽分配灵活，利用率极高，可达90%以上。4、具有灵活的组网拓扑结构和负载平衡能力，伸缩性、可靠性极高由于ATM采用有连接的网络服务，因而在ATM网络中可以存在多条冗余链路，实现环接、并行连接等冗余拓扑结构，在传输时可同时传输，带宽按链路冗余数目加倍，使全网具有极高的可伸缩性和可靠性，这在传统网络中都是难以做到的。比如：以太网是不能同时启动两条和两条以上的冗余链路的，这样会导致永无休止的“回环包”占据所有有用带宽，让网络崩溃。一旦网络中出现冗余，则必须启动一种称之为Spanning
26、 Tree算法的寻径技术，堵塞住所有冗余链路端口。用这种算法重新拓扑后的网络不仅会失去所有负载平衡功能，而且还会带来额外的网络负担，降低网络性能。5、局域网与广域网技术统一ATM是现今唯一可同时应用于局域网、广域网两种网络应用领域的网络技术，两种技术的统一是网络未来发展的趋势，也是实现宽带综合业务数字网（B-ISDN）这一计算机网络未来的宏远目标的必由之路，具有广阔的发展前景。四 软件系统设计方案4.1 系统软件系统软件的选择，从理论上讲，可以采用Unix、Linux、Windows 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。Unix的版本很多，有IBM的AIX、HP
27、的HP-Unix、SUN Microsystems的Solaris、SCO公司的UnixWare等。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，首先是因为这种搭配性能好。应用系统的软件平台则采用微软的Windows系列。稳妥一点，服务器可以采用Windows 2000 Server，工作站操作系统采用Windows 98。计算机操作系统：SUN Solaris、Windows NT、Windows 98、Windows95及DOS。在硬件平台选型一节里，我们已经推荐采用PC服务器，并且也提过，PC服务器与小型机、工作站的区别就在于他们的体系结构采用的是Wi
28、ntel。既然如此，我们的操作系统理所当然地是采用微软的Windows系列了。4.2 服务器软件服务器软件主要是为网络用户提供各种类型的信息服务，主要有以下一些类型。电子邮件：提供校园网内用户的电子邮件收发服务。可以采用的邮件服务器有Microsoft Exchange以及SUN Solaris SMTP Mail等。文件服务：负责存储管理全网的公用软件和网络标准的规范文件，并向下一级节点分发全网信息检索表和存储信息资源。WWW服务：用于存储管理全网超文本信息，对不同部门的信息提供授权访问。可以采用的WWW Server有Microsoft IIS（Internet Information S
29、erver）、Netscape WWW Server和APACHE WWW Server等。Client端则可用MS IE和Netscape Navigator等。代理服务器：Microsoft Proxy Server。DNS服务：提供对校园网的域名服务。NEWS服务：负责存储、提供和管理电子新闻信息，为全网提供基于网络环境的电子论坛、新闻服务。BBS服务：允许网络用户提出问题，通过BBS获得或发布消息。数据库：在网络中心及其它主要网络节点的数据库，用于信息存储、检索等服务。4.3 应用软件在计算机网络系统中，有着异常丰富的应用软件。在XX中学校园网络中，同样会有各种各样的应用软件运行其上。
30、OA系统软件：采用统一的Internet技术及各种软件进行办公自动化系统管理。包括校长办公、网络会议、办公审批、通知公告、公文收发和文档管理等子系统。管理信息系统软件：包括校长查询、后勤管理、财务管理、图书管理、教务管理和学籍管理等子系统。教学软件：包括计算机辅助教学系统和网络教学与远程教学系统。如多媒体教学系统、网络远程教学系统以及题库管理系统等等。计费软件：建议可以采用被华中科技大学成功应用过的开放（计算机）实验室管理系统软件。我们可以认为，整个XX中学的网络就是一个开放的计算机实验室，对任何在这个网上活动的用户进行管理和计费4.4 工具软件工具软件主要是指那些用于方便地管理网络和计算机的
31、软件。1、网络管理软件：包括网络管理平台软件和网络管理应用软件两类。2、网络安全软件：在这方面比较优秀的有CA Unicenter TNG系统管理软件、IBM Tivoli TME 10系统管理软件等。这里采用XX中学指定的京联特Anti-X互联网过滤器（网络版）。3、病毒防止和清除软件：主要是面向以Windows 9X、Windows NT、Windows 2000 Server为主要操作平台的应用环境，较为出色的有Network Associates的McAfee Total Virus Defense网络防病毒套件、CA的Unicenter TNG/Advanced AntiVirus Option软件等等，国产的主要有KV3000以及瑞星等。4、网页制作工具软件：Microsoft FrontPage 2000，Macromedia Dreamweaver3.0等。结果综述：通过本次实验，让我了解了网络工程规划和设计的任务，了解了网路技术指标与网路性能参数的意义。在智慧校园网络工程分析与设计实验中，根据用户需求设计出一个以信息网络为基础，服务于学生、教师和管理者的智慧校园。同时还学到了设计一个方案要从多角度去考虑，比如网络系统方案设计、软件系统方案设计等等。只有综合考虑完整，才能让设计方案实施起来具有可靠性。智慧校园体现了现代先进网络技术给人们带来的便利
