1、校园无线网络设计方案校园无线网络设计方案摘 要：本文介绍了XX中学无线校园网规划及实施方案。首先给出校园网的建设目标及设计原则, 在此基础上提出校园网的总体结构及实施方案。根据目前网络发展的现状，网络主干采用千兆以太网技术，工作组网络采用IEEE 802.11g的无线网络技术。在网络主干方面,设计出三种不同的网络方案,并对它们分别作出比较;在工作组网络方面,主要阐述了无线局域网的特点、传输媒体、主要无线协议标准、拓朴结构和安全性问题,并且探讨了无线网络安全及接入点设计等具体问题。关键词：校园网,网络规划,无线局域网,无线协议标准,无线网络安全前 言随着网络技术、信息技术的飞速发展，远程教育、电
2、化教学、多媒体网络教学等方式已经成了现代化教学的必备手段，几乎全世界的学校都在建设自己的校园网.以信息化带动教育的现代化，努力实现我国基础教育跨越式的发展，是我国教育发展的重要方向。教育信息化已成为教育改革的共识。新建的江苏省XX中学环境优美、具有一流的教学设施。作为与之配套的网络基础建设需能满足教学、语音、图形图像等多媒体信息，以及综合教学科研信息传输和处理需求的综合数字教学网。江苏省XX中学紧扣时代的脉搏，提出了构建自己校园网的设想。基于网络高速、便捷性、可扩展性、以及网络建设投资成本,学校决定采用技术较为先进而成本低的无线局域网。第一章 需求分析1.1 基本情况目前网络正渗透社会生活的各
3、个角落，它将极大地提高人们的工作效率，改变人们的生活面貌。高性能的校园网络目前已成为衡量学校能力和水平的一项必备的硬件条件。为了进一步加快教育现代化的建设，全面提高XX中学的教学和管理水平，经学校领导的研究决定，投资建设无线校园网。1.2 功能和技术要求此次构建的江苏省XX中学校园无线网络是以计算机为基础，服务于基础教学、远程教育、教学科研、行政管理和内外通信等目标为主的计算机校园网络。客户要求以信息楼为网络中心组建校园局域网络，以有线局域网为主干连接，无线局域网覆盖整个校园。要求实现以下功能：1、向江苏省XX中学局域网中的所有用户提供基本的数据传输服务，并提供物理层、链路层、网络层及各种协议
4、的互联； 2、网络要求实用、高速、安全、经济、稳定、可靠、可扩展性好、维护方便简单。 3、建成的学校内部局域网，可以进行网页访问、电子邮件的收发（内、外）、电子公告牌BBS、教师课件制作资料的搜索查询、图书馆管理（可进一步扩展为电子阅览室）、学校管理软件（如校长决策、总务管理、教务管理、财务管理、档案管理等）以及各种网络软件的应用运行。 4、在校园内部实现资源的安全共享，为教学、科研、管理提供网络服务，为计划、组织、管理与决策提供基础信息和教学手段。 5、提供办公自动化，对外实现与常州市教育网的互联。 6、网络与远程网络应用系统相连接，能支持各项业务应用。 7、支持各种网络应用的逻辑结构。 8
5、、考虑江苏省XX中学的VLAN划分和IP地址的分配要便于日后的维护及统一管理；9、流量管理及QOS功能实现上，要保障关键业务的带宽，同时对各项业务也要保证一定的QOS，使得网上的各种应用可以顺利开展。1.3 地域需求根据XX中学的网络规划，本次工程中接入校园网的主要建筑为科学馆（六层）、图书馆（三层）、体育馆（五层），电教楼（三层），实验楼（五层），教学楼一（六层）和教学楼二（六层）。各建筑楼之间通过光缆连接。各大楼内部通过无线网络进行覆盖。其中科学馆是网络中心，负责接入互联网和教育网。主要建筑楼分布图如下： 1.4系统维护和培训需求因为该校园网是一项综合复杂的网络，它不但要求使用人员有一定的
6、计算机和网络技术，而且必须有一定数量的维护人员。本方案中我们有专门的章节说明我们对于系统维护和培训的承诺第二章 设计原则和实现目标2.1网络系统设计原则2.1.1先进性和实用性 作为中国教育科研网的一部分，江苏省XX中学的核心计算机网络江苏省XX中学校园网网络系统处理的信息量将会十分庞大，要求计算机网络有很高的工作效率。而且随着教学科研任务工作的迅速系统面临的任务也愈来愈艰巨，所以，我们设计的网络在技术上必须体现高度的先进性。技术上的先进性将保证处理数据的高效率，保证系统工作的灵活性，保证网络的可靠性，也使系统的扩展和维护变得简单。我们将在网络构架、硬件设备、传输速率、协议选择、安全控制和虚拟
7、网划分等各个方面充分体现建东学院园网网络系统的先进性。在考虑系统先进性的同时，我们也会考虑实效、兼顾现实，建设不仅先进而且合适的系统，在系统建设中坚持“边实施，边发展，高起点，早收益”的原则。由于XX中学大部分还处于规划阶段或基础建设阶段，因此我们建议实施分期建设的方法，先根据目前的需要建设第一期工程，但为以后的建设提供一定的可扩展空间。2.1.2 系统与软件的可靠性在江苏省XX中学校园网网络系统设计中，很重要的一点就是网络的可靠性和稳定性。在外界环境或内部条件发生突变时，怎样使系统保持正常工作，或者在尽量短的时间内恢复正常工作，是XX中学校园网网络系统所必须考虑的。在设计时对可靠性的考虑，可
8、以充分减少或消除因意外或事故造成的损失。我们将从网络线路的冗余备份及信息数据的多种备份等方面保证校园网网络系统的可靠性。2.1.3 系统安全性与保密性 随着计算机技术的发展，尤其是网络和网络间互联的规模的扩大，信息和网络的安全性日益受到重视。面临十分严肃的安全性挑战。在网络设计时，将从内部访问控制和外部防火墙两方面保XX中学校园网网络系统的安全。系统还将按照国家相关的规定进行相应的系统保密性建设。2.1.4易管理与维护 XX中学校园网网络系统的节点数目大，分布范围广，通信介质多种多样，采用的网络技术也较先进，尤其引入交换式网络和虚拟网之后，网络的管理任务加重了，如何有效地管理好网络关系,是否充
9、分有效地利用网络的系统资源等问题就摆在我们面前。用图形化的管理界面和简洁的操作方式，可以提供强大的网络管理功能，使网络日常的维护和操作变得直观、简便和高效。2.1.5易扩充性随着教学科研的快速发展，XX中学校园网网络系统面临的任务将愈来愈艰巨，愈来愈复杂。为了适应这个变化和日新月异的计算机技术的发展，我们网络十分注重扩充性。无论是网络硬件还是系统软件，都可以方便的扩充和升级。上述系统设计的原则将自始自终贯穿整个系统的设计和实现。2.2 主要网络设备的选择原则根据已制定的网络系统设计原则，我们所选择的网络设备必须具有以下一些特点：2.2.1 安全、稳定、可靠作为整个校园网络系统的硬件基础，网络设
10、备必须是具备安全性、稳定性和可靠性的特点。这是网络系统稳定运行的最基本条件。最好是经过相当长时间，在世界范围内被广泛应用的网络产品。为此，我们建议选择国际知名厂商的产品。2.2.2 技术先进网络设备仅仅具有安全、稳定和可靠的特点是不够的。作为高科技的产品，还应该具有的特点就是技术的先进性。我们所选择的网络设备应该采用当今较先进的技术，能够保持该设备在相当长的一段时间内不会因为技术落后而被淘汰。同时，在网络规模进一步扩大，该设备不能承担繁重的负荷时，能够降级使用。2.2.3便于扩展由于信息技术和人们对于新技术的需求发展都非常迅速，为了避免不必要的重复投资，我们必须选择具有一定扩展能力的设备，能够
11、保证在网络规模逐渐扩大的时候，不需要增加新的设备，而只需要增加一定数量的模块就行。最好能够做到在网络技术进一步发展，现有模块不支持新技术的情况下，只需要更换相应模块，而不需要更换整个设备。2.2.4 管理和维护方便先进的设备必须配合先进的管理和维护方法，才能够发挥最大的作用。所以，我们选择的设备必须能够支持现有的、常用的网络管理协议和多种网络管理软件，便于管理人员的维护。2.3实现目标建设校园网的目的是为学校教学、科研、管理提供先进的计算机网络环境，为学校的改革与长远发展服务。为学校的人才培养、科学研究、学科建设、教学管理、后勤服务发挥实际的作用。在国际互联网迅速发展的今天，高效地连入Inte
12、rnet，为全校师生提供全球信息资源共享服务，为学校与外界联系提供网络支持。校园网完全建成后主要应实现以下应用目标：支持学校的整个教学过程与教学管理：通过多媒体技术在校园网络的应用，构造丰富多彩的教学环境，实现多样化的教学手段。运用教学管理系统，使得网上教师业务管理、教师网上备课、教案管理电子化、网上教学、VOD点播、网上辅导、学生网上自修、网上考试等网络应用变成现实。支持学校行政管理：主要是办公自动化、档案管理电子化、财务/物资管理电子化。逐步建立数字化图书馆与学校专业类图书情报电子化检索系统。校园内以WEB方式建成信息服务系统，并能够实现校园内的E-MAIL、BBS、FS等服务功能。支持与
13、Internet的连接：在Internet上建立学校自己的WEB站点，把学校教育搬上Internet；通过Proxy代理服务器提供校园网内部用户与Internet的互连服务。第三章 计算机网络系统方案3.1 拓扑结构选型常用的网络拓扑结构有总线型、环型和星型结构，混合型结构为了便于网络扩展和管理，同时满足综合布线的要求，本方案采用星型拓扑结构。整个网络采用有线+无线的方案，即主干的千兆以太网+无线802.11g的解决方案。拓扑结构见下图:XX中学无线网络拓扑结构图3.2 网络主干技术选型主干网络设计是方案设计的重点之一，主干网的选择要考虑带宽、可靠性、先进性等特点，要以当前及未来网络技术的发展
14、和业务量的增加为基础，同时兼顾资金的承受能力。主干网络设计的好坏直接影响到本校园无线网设计的成败。目前，应用于校园网主干的网络技术有以下几种。1DDI光纤布数据接口FDDI光分布数据接口采用反向双环通信和各种故障恢复技术，可以提供100Mb/s带宽的高可靠性主干。这是一种复杂的成熟技术，但价格高、网络延迟大、带宽难以扩展，技术上已显得较为落后。2ATM异步传输模式ATM是在70年代末、80年代初的宽带ISDN基础上发展起来的，是一种与在今天市场上流行的所有其它LAN技术大相径庭的新技术。ATM使用定长的53字节的信元交换，按不同的速率传输数据、图像、语音，由此对连网作了本质上的修改，从根本上解
15、决了传统连网技术所存在的问题。但是，作为一种新兴的联网技术，ATM仍然存在着许多问题。首先，也就是用户最为关注的价格问题，同样速率的ATM网络设备，其价格要远远超出以太网设备；第二，从技术上来讲，ATM存在兼容性上的问题，由于完全不同的传输机制，ATM与以太网在数据交换时需要一种称为ATM LAN仿真的技术。如果在局域网内采用这种技术，需要一定的转换时延，因此会抵消ATM技术上所带来的优越性，得不偿失。所以，目前，尤其是针对中学校园网络的环境，我们不建议采用ATM技术。3千兆以太网技术千兆以太网是相当成功的10Mbps以太网和100Mbps快速以太网连接标准的扩展。IEEE已批准千兆位以太网工
16、程IEEE 802E Task Force。千兆位以太网和已充分建立的以太网与快速以太网的节点完全匹配。最初的以太网规范由分组格式定义，且支持CSMD/CD协议、全双工、流控制和由IEEE802.3标准定义的管理项目，千兆位以太网将使用所有这些规范。总之，千兆位以太网和管理员以前使用和了解的以太网相同，所不同的仅仅是比快速以太网快十倍与当前的高带宽需求应用程序相协调的额外特性，而且和日益增强的服务器和台式计算机的功能相匹配。 3.3主干组网技术选择根据以上对各类组网技术的分析和比较，可以得出以下结论：最适合XX中学的网络主干组网技术是千兆以太网技术。3.4工作组网络选择传统的工作组网络实现，是
17、通过采用大量的交换式高速以太网端口，这样一方面导致了较高的建网成本，另一方面，布线的施工难度大，因为有穿墙或天花板等繁琐工作。因此组建工作组网络，我们决定采用先进的无线网络技术。3.4.1无线局域网的特点 近些年来随着个人数据通信的发展，功能强大的便携式数据终端以及多媒体终端得到了广泛的应用。为了实现使用户能够在任何时间、任何地点均能实现数据通信的目标，要求传统的计算机网络由有线向无线、由固定向移动、由单一业务向多媒体发展，由此无线局域网技术得到了快速的发展。在互联网高速发展的今天，可以认为无线局域网将是未来发展的趋势，必将最终代替传统的有线网络。 无线局域网，也被称为 WLAN(Wirele
18、ss LAN),一般用于宽带家庭,大楼内部以及园区内部，典型距离覆盖几十米至几百米，目前采用的技术主要是 802.11a /b/g 系列。 WLAN 利用无线技术在空中传输数据、话音和视频信号，作为传统布线网络的一种替代方案或延伸。无线局域网的出现使得原来有线网络所遇到的问题迎刃而解,它可以使用户任意对有线网络进行扩展和延伸。只要在有线网络的基础上通过无线接入点、无线网桥、无线网卡等无线设备使无线通信得以实现。在不进行传统布线的同时，提供有线局域网的所有功能，并能够随着用户的需要随意的更改扩展网络，实现移动应用。无线局域网把个人从办公桌边解放了出来，使他们可以随时随地获取信息，提高了员工的办公
19、效率。一般而言，对比于传统的有线网络，无线局域网的应用价值体现在：1可移动性由于没有线缆的限制，用户可以在不同的地方移动工作，网络用户不管在任何地方都可以实时地访问信息。2布线容易由于不需要布线，消除了穿墙或过天花板布线的繁琐工作，因此安装容易，建网时间可大大缩短。3组网灵活无线局域网可以组成多种拓扑结构，可以十分容易地从少数用户的点对点模式扩展到上千用户的基础架构网络。4成本优势这种优势体现在用户网络需要租用大量的电信专线进行通信的时候，自行组建的 WLAN 会为用户节约大量的租用费用。在需要频繁移动和变化的动态环境中，无线局域网的投资更有回报。 另外，无线网络通信范围不受环境条件的限制，室
20、外可以传输几十公里、室内可以传输数十、几百米。在网络数据传输方面也有与有线网络等效的安全加密措施。 3.4.2无线局域网的传输媒体3.4.2.1微波技术微波的频率介于无线频率和红外线频率之间,微波技术不是真正意义上的局域网技术.它在WLAN中主要用来互联建筑物间的局域网,两个链接端都需要微波天线。天线必须相互可视,以发射和接收微波信号。微波技术支持绝大多数电信公司提供的许多数据通信服务。尽管它是一个不错的选择,甚至可用于私人通信,但有两大缺点。其一,微波通信需要FCC的许可。一旦某个地方得到许可,无论什么原因,其频率波段不再被28km范围内的其他任何地方使用。其二,采用微波技术(塔/天线结构)
21、的成本高。另一方面,微波通信易受到干扰。3.4.2.2红外线技术红外线局域网采用小于1微米波长的红外线作为传输媒体，有较强的方向性，由于它采用低于可见光的部分频谱作为传输介质，使用不受无线电管理部门的限制。红外信号要求视距传输，并且窃听困难，对邻近区域的类似系统也不会产生干扰。红外线的优缺点都不多,不过在WLAN的情况下,其缺点非常严重。红外线的最大优势在于它能够传输很高的带宽。最大的弱点是会被阻塞。因为红外线在形式上是一种光线,所以很容易被阻隔。和光线一样,它不能穿越实心物体。因为红外线能够高速连接,因此有时用作点对点连接,但采用红外线通信这种方案费用很昂贵。因为红外线距离和黑穗病范围的限制
22、,更多的红外线设备必要提供和无线接收设备相同的覆盖范围。3.4.2.3无线电波采用无线电波作为无线局域网的传输介质是目前应用最多的，这主要是因为无线电波的覆盖范围较广，应用较广泛。使用扩频方式通信时，特别是直接序列扩频调制方法因发射功率低于自然的背景噪声，具有很强的抗干扰抗噪声能力、抗衰落能力。这一方面使通信非常安全，基本避免了通信信号的偷听和窃取，具有很高的可用性。另一方面无线局域使用的频段主要是S频段（2.4GHz2.4835GHz），这个频段也叫ISM（Industry Science Medical）即工业科学医疗频段，该频段在美国不受美国联邦通信委员会的限制，属于工业自由辐射频段，不
23、会对人体健康造成伤害。所以无线电波成为无线局域网最常用的无线传输媒体。3.4.3无线局域网协议标准无线局域网技术（包括IEEE802.11、蓝牙技术和HomeRF等）将是新世纪无线通信领域最有发展前景的重大技术之一。以IEEE（电气和电子工程师协会）为代表的多个研究机构针对不同的应用场合，制定了一系列协议标准，推动了无线局域网的实用化。3.4.3.1 IEEE802.11系列协议作为全球公认的局域网权威，IEEE 802工作组建立的标准在局域网领域内得到了广泛应用。这些协议包括802.3以太网协议、802.5令牌环协议和802.3z100BASE-T快速以太网协议等。IEEE于1997年发布了
24、无线局域网领域第一个在国际上被认可的协议802.11协议。1999年9月，IEEE提出802.11b协议，用于对802.11协议进行补充，之后又推出了802.11a、802.11g等一系列协议，从而进一步完善了无线局域网规范。IEEE802.11工作组制订的具体协议如下：（1）802.11b802.11b协议是由IEEE（电气电子工程师学会）于1999年9月批准的，该协议的无线网络工作在2.4GHz频率下，最大传输速率可以达到11Mbps(部分增加型可以达到802.11b产品可以达到22Mbps)，可以实现在1Mbps、2Mbps、5.5Mbps以及11Mbps之间的自动切换；采用DSSS（直
25、接序列展频技术），理论上在室内的最大传输距离可以达到100米，室外可以达到300米。目前，也称802.11b为Wi-Fi。目前，802.11b协议凭借其价格低廉、高开放性的特点被广泛应用于无线局域网领域，是目前使用最多的无线局域网协议之一。在无线局域网中，802.11b协议主要支持Ad Hoc（点对点）和Infrastructure（基本结构）两种工作模式，前者可以在无线网卡之间实现无线连接，后者可以借助于无线AP，让所有的无线网卡与之无线连接。（2）802.11a802.11a协议同样是在1999年制定完成的，其主要工作在5GHz的频率下，数据传输速率可以达到54Mbps，传输距离在10米1
26、00米之间；采用了OFDM（正交频分多路复用）调制技术，可以支持语音、数据、图像的传输，不过与802.11b协议不兼容。 802.11a协议凭借传输速度快，还因为使用了5GHz工作频率，所以受干扰比较少的特点，也被应用于无线局域网。但是因为价格比较昂贵，且相下不兼容，所以目前市场上并不普及。（3）802.11g 802.11g协议于2003年6月正式推出，它是在802.11b协议的基础上改进的协议，支持2.4GHz工作频率以及DSSS技术，并结合了802.11a协议高速的特点以及OFDM技术。这样802.11g协议即可以实现11Mbps传输速率，保持对802.11b的兼容，又可以实现54Mbp
27、s高传输速率。 随着人们对无线局域网数据传输的要求，802.11g协议也已经慢慢普及到无线局域网中，和802.11b协议的产品一起占据了无线局域网市场的大部分。而且，部分加强型的802.11g产品已经步入无线百兆时代。3.4.3.2 蓝牙标准蓝牙（IEEE 802.15）是一项新标准，对于802.11来说，它的出现不是为了竞争而是相互补充。“蓝牙”是一种极其先进的大容量近距离无线数字通信的技术标准，其目标是实现最高数据传输速度1Mbps（有效传输速率为721Kbps）、最大传输距离为10厘米10米，通过增加发射功率可达到100米。蓝牙比802.11更具移动性，比如，802.11限制在办公室和校
28、园内，而蓝牙却能把一个设备连接到局域网和广域网，甚至支持全球漫游。此外，蓝牙成本低、体积小，可用于更多的设备。“蓝牙”最大的优势还在于，在更新网络骨干时，如果搭配“蓝牙”架构进行，使用整体网路的成本肯定比铺设线缆低。3.4.3.3 家庭网络的HomeRF标准在美国联邦通信委员会（FCC）正式批准HomeRF标准之前，HomeRF工作组于1998年为在家庭范围内实现语音和数据的无线通信制订出一个规范，即共享无线访问协议（SWAP）。该协议主要针对家庭无线局域网，其数据通信采用简化的IEEE802.11协议标准。之后，HomeRF工作组又制定了HomeRF标准，用于实现PC机和用户电子设备之间的无
29、线数字通信，是IEEE802.11与泛欧数字无绳电话标准（DECT）相结合的一种开放标准。HomeRF标准采用扩频技术，工作在2.4GHz频带，可同步支持4条高质量语音信道并且具有低功耗的优点，适合用于笔记本电脑。3.4.3.4 HyperLAN/2标准 2002年2月，ETI的宽带无线接入网络（Broadband Radio Access Networks，BRAN）小组公布了HiperLAN/2标准。HiperLAN/2标准由全球论坛（H2GF）开发并制定，在5GHz的频段上运行，并采用OFDM调制方式，物理层最高速率可达54Mbit/s，是一种高性能的局域网标准。HyperLAN/2标准
30、定义了动态频率选择、无线小区切换、链路适配、多波束天线和功率控制等多种信令和测量方法，用来支持无线网络的功能。基于HyperRF标准的网络有其特定的应用，可以用于企业局域网的最后一部分网段，支持用户在子网之间的IP移动性。在热点地区，为商业人士提供远端高速接入因特网的服务，以及作为W-CDMA系统的补充，用于3G的接入技术，使用户可以在两种网络之间移动或进行业务的自动切换，而不影响通信。3.4.3.5 无线局域网标准的比较 802.11系列协议是由IEEE制定的，目前居于主导地位的无线局域网标准。HomeRF主要是为家庭网络设计的，是802.11与DECT的结合。HomeRF和蓝牙都工作在2.
31、4GHz ISM频段，并且都采用跳频扩频（FHSS）技术。因此，HomeRF产品和蓝牙产品之间几乎没有相互干扰。蓝牙技术适用于松散型的网络，可以让设备为一个单独的数据建立一个连接，而HomeRF技术则不像蓝牙技术那样随意。组建HomeRF网络前，必须为各网络成员事先确定一个惟一的识别代码，因而比蓝牙技术更安全。802.11使用的是TCP/IP协议，适用于功率更大的网络，有效工作距离比蓝牙技术和HomeRF要长得多。34无线局域网拓扑结构无线局域网组网分两种拓扑结构：对等网络和结构化网络。3.4.1 对等网络对等网络也成Ad-hoc网络，它覆盖的服务区称独立基本服务区。对等网络用于一台无线工作站
32、和另一台或多台其他无线工作站的直接通讯，该网络无法接入有线网络中，只能独立使用。对等网络中的一个节点必需能同时看到网络中的其他节点，否则就认为网络中断，因此对等网络只能用于少数用户的组网环境，比如4至8个用户，并且他们离得足够近。3.4.2 结构化网络结构化网络由无线访问点（AP）、无线工作站（STA）以及分布式系统（DSS）构成，覆盖的区域分基本服务区（BSS）和扩展服务区（ESS）。无线访问点也称无线hub，用于在无线STA和有线网络之间接收、缓存和转发数据。无线访问点通常能够覆盖几十至几百用户，覆盖半径达上百米。基本服务区由一个无线访问点以及与其关联（associate）的无线工作站构成，在任何时候，任何无线工作站都与该无线访问点关联。换句话说，一个无线访问点所覆盖的微蜂窝区域就是基本服务区。无线工作站与无线访问点关联采用AP的基本服务区标示符（BSSID），在802.11中，BSSID是
