畢業設計(論文)中小型企業局域網的設計與實現(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 息交換量增加，使得網絡通常會在核心發生通訊瓶頸現象，改善局域網的網絡數據交換性能，往往是首先擴充核心交換機的交換性能，增加邊緣設備到核心的數據通訊帶寬，以減輕整個網絡的瓶頸，使得應用軟件的性能和效率得到提高。因此在設計局域網的原則上，首先應該考慮滿足網絡規模所要求的核心設備數據交換處理能力，以及邊緣設備到核心的鏈路帶寬。 核心交換機的高可靠性核心交換機關鍵部件可以實現冗余工作，可以在線更換(熱插拔)，故障的恢復時間在秒級間隔內完。通過 cisco 專有的 HSRP 技術可以配置雙核心交換，在發生故障時自動切換到備用交換機，確保數據不發生丟包。隨著信息化社會的飛速發展，普遍采用了 Intra 應用模式，實現管理和生產自動化，提高管理效率，管理水平。支持單位應用的基礎設施是網絡。它直接影響到辦公應用環境，交易、生產、開發、設計等業務環境，財務管理，部品管理等環境，信息檢索、數據庫查詢、Inter 瀏覽等支持正常運行的必要服務設施功能。網絡的可靠性要求是保障應用環境正常運行的首要條件，網絡要求可靠性的同時，要求網絡具有高可用性。網絡設備的選擇，尤其是核心機箱式設備，應該可以配置冗余部件，關鍵部件不存在單一故障點，也就是說，像交換機的電源、風扇、交換引擎、管理模塊這些部件可以冗余備份，其中之一任何部件的損壞，不會影響設備的正常運行，不會影響網絡的連通。提供網絡設備的可靠性，容錯性的另一個要求是設備損壞部件更換時，不需要停機，更換部件后不需要重新啟動，也就是說部件的更換可以進行在線操作，這樣可以使停機的時間降低到最小。在設計局域網的原則上提高網絡的高可靠性、高可用性原則是至關重要的，不僅要求設備的部件冗余，同時要求網絡的鏈路冗余，以保證網絡可以在任何時間、任何地點提供信息訪問服務。東華理工大學本科畢業設計（論文） 組建局域網的設計目標和原則9 核心交換機的靈活擴充性核心交換機應該具備靈活的端口擴充能力，模塊擴充能力，滿足網絡規模的擴充。同時提高性能，滿足更高性能的要求。在設計局域網的方案上，首先是滿足現有規模的網絡用戶的需求，同時考慮到業務發展、規模的擴大，應該設計網絡具有用戶端口的擴充能力。核心設備是整個網絡的樞紐，用戶端口數的擴充，需要增加配線間邊緣工作組的設備，增加邊緣設備的同時，要求連接核心骨干設備的端口數相應增加，因此核心設備應該可以通過增加模塊來靈活地增加端口數。核心設備的機箱設計應該具備強大的背板帶寬，足夠多的負載插槽容量。對于交換機來說，核心交換引擎應該可以滿足最大配置下，無阻塞的進行端口數據包交換，模塊的擴充不影響交換性能。采用分布式交換結構是實現這一原則的最佳方案，分布式交換機結構實現了交換機的并行數據交換處理，優化了網絡的性能，本地交換和全局交換相結合的分布式結構減少了交換引擎的壓力。因此在設計大規模網絡的原則上普遍采用分布式交換機實現靈活的模塊、端口擴充能力。 網絡的安全性可以有效的控制網絡的訪問，靈活的實施網絡的安全控制策略。網絡的安全性對局域網的設計是非常重要的，合理的網絡安全控制，可以使應用環境中的資源得到有效的保護。在網絡中，關鍵應用服務器、核心網絡設備，只有系統管理人員才有操作、控制的權力。應用客戶端只有應用訪問的權限，網絡應該能夠阻止黑客的任何非法操作。在網絡設備上應該可以進行基于協議、基于 Mac地址、基于 IP 地址的包過濾控制功能。在大規模網絡的設計上，劃分虛擬子網，一方面可以有效的隔離子網內的大量廣播，另一方面隔離網絡子網間的通訊，控制了資源的訪問權限，提高了網絡的安全性。在設計局域網的原則上必須強調網絡安全控制能力，使網絡可以任意連接，又可以從第二層、第三層控制網絡的訪問。 網絡的可管理性網絡中的任何設備均可以通過網絡管理平臺進行控制，網絡的設備狀態，故障報警等都可以通過網管平臺進行監控，通過網絡管理平臺簡化管理工作，提高網絡管理的效率。在設計局域網時，選擇先進的網絡管理軟件是必不可少的。網絡管理軟件應用于網絡的設備配置，網絡拓撲結構表示，網絡設備的狀態的顯示，網絡設備的故障事件報警，網絡流量統計分析以及計費等等。網管軟件的應用可以提高網絡管理的東華理工大學本科畢業設計（論文） 組建局域網的設計目標和原則10效率，減輕網絡管理人員的負擔。網絡管理的目標是實現零管理，基于策略的管理方式，網絡管理是通過制定統一的策略，由管理策略服務器進行全局控制的。基于Web 的網管界面，是網管軟件的發展趨勢，靈活的操作方式簡化了管理人員的工作。在設計局域網的設備選擇上，要求網絡設備支持標準的網絡管理協議 SNMP，同時支持 RMON/RMONII 協議，核心設備要求支持 RAP(遠程分析端口)協議，實施充分的網絡管理功能。在設計局域網的原則上應該要求設備的可管理性，同時先進的網管軟件可以支持網絡維護、監控、配置等功能。網絡設備采用開放技術、支持標準協議：采用標準的協議保護用戶的投資，提高設備的互操作性。局域網的設備要求具有可互操作性，設備的技術采用開放技術，協議標準，支持跨平臺之間的相互連接與通訊。在設計網絡的原則上，發揮不同廠商產品的專用先進技術同時，必須強調考察設備的技術、協議的標準性。東華理工大學本科畢業設計（論文） 局域網設計方案114. 局域網設計方案 網絡結構設計方案對于網絡平臺的網絡結構，建議采用模塊化的設計思想，按照功能劃分為以下區塊：交換區塊和核心區塊。對于由交換區塊和核心區塊構成的局域網再按照目前流行的層次化的設計思想，劃分為接入層、匯聚層和核心層。交換區塊的主要功能是提供用戶的接入點，并防止廣播數據流和網絡問題到達核心區塊或者其他區塊，交換區塊由接入層交換機和匯聚層交換機構成：(1)接入層：接入層設備作為最終用戶的網絡接入點，使用 100M 雙絞線連接各層桌面終端，為每個用戶提供專用的帶寬，并可基于端口或 MAC 地址的 VLAN 成員資格和流量進行過濾，接入層主要的設計原則是能夠通過低成本、高端口密度的設備提供這些功能。(2)匯聚層：接入層交換機使用 100M 雙絞線匯聚到一臺或者多臺匯聚層設備，匯聚層設備在接入層交換機之間提供第二層連接，作為接入層交換機的集中連接點及接入層和核心層之間的分界點，匯聚層在提供接入層接入的同時，還能夠做到廣播域的隔離、不同網段之間的路由、介質轉換、安全控制。匯聚層需要提供第三層功能，即支持路由選擇和網絡層服務，以保護交換區塊不受網絡其他部分失效的影響，并防止本交換區塊故障對網絡其他部分的影響，如果交換區塊發生了廣播風暴，分布層設備可以防止該廣播風暴擴散到核心和網絡的其他部分。核心區塊是園區網絡的主干，主要功能是在交換區塊之間用最小的時延傳輸數據，盡可能快的將交換數據提供到其他區塊（比如交換區塊） 。核心區塊由核心層構成，包含一個或一組用來連接多個交換區塊的交換機。核心層：核心層交換機負責所有交換區塊設備和廣域網設備的接入，因此需要高速的數據轉發能力。核心層設備需要支持 portchannel 鏈路捆綁技術，來保證數據的轉發能力，防止出現線路瓶頸。作為企業網絡的心臟，核心層也是路由協議最優選路和運行穩定的保證，需要合理的配置路由協議，并添加冗余處理器或者應用冗余協議來保障網絡核心的穩定，使企業數據流正常運作。網絡結構的設計是整個網絡系統設計的基礎，一個優秀的網絡結構設計方案有利于提高網絡的性能、可靠性及將來網絡的擴展能力，并能夠有效的減少維護難度，東華理工大學本科畢業設計（論文） 局域網設計方案12本論文設計的網絡結構拓撲圖如圖 1：核 心 層匯 聚 層接 入 層遠 端 分 支 機 構服 務 器 區 域P I X 防 火 墻C i s c o C a t a l y s t 3 6 4 0C i s c o C a t a l y s t 3 5 5 0C i s c o C a t a l y s t 2 9 5 0C i s c o C a t a l y s t 2 9 5 0C i s c o C a t a l y s t 3 6 4 0C i s c o C a t a l y s t 2 9 5 0 E t h C h a n n e l i n t e r n e t 圖 1 網絡拓撲結構示意圖 虛擬局域網（vlan）設計方案劃分虛擬局域網是整個網絡系統的重要技術之一。企業網絡內部的環境復雜、分布區域廣、網絡用戶多，以至于企業內部網絡用戶的可靠性得不到完全的保證。通過劃分虛擬局域網，隔離不同部門，可以增強企業網絡安全性，以下詳細論述了虛擬局域網的技術及在網絡系統中的必要性和設計方案。 VLAN 技術簡介以太網基本上是以廣播為基礎的，如最初包的尋址等，交換機雖然能夠通過建立地址映射表減少不必要的廣播，但是地址映射表的建立過程仍然是基于廣播的，網絡節點（如 PC 機）在處理廣播時浪費了 CPU 處理時間，降低了處理性能，根據統計，當網絡上存在 15000 個廣播包時，將耗盡 CPU 資源；在傳統的網絡里，節點東華理工大學本科畢業設計（論文） 局域網設計方案13的吞吐量都會隨著節點的增多而下降，交換式以太網雖然能夠隔離沖突域及第二層廣播，但是無法隔離第三層網絡。另一方面，接入網需要保障用戶數據（單播地址的幀）的安全性，隔離攜帶有用戶信息的廣播消息（如 ARP、DHCP 消息等） ，防止關鍵設備受到攻擊。對每個用戶而言，當然不希望他的信息被別人利用，因此需要從物理上隔離用戶數據（單播地址的幀） ，保證用戶單播地址的幀只有該用戶可以接收到，不像在局域網中采用共享總線方式，使單播地址的幀能被總線上的所有用戶接收。如果不隔離這些廣播消息而讓其他用戶接收到，容易發生 MAC/IP 地址仿冒，影響設備的正常運行，中斷合法用戶的通信過程。為了隔離第三層廣播，增強安全性、提高網絡性能，可以運用 VLAN（虛擬局域網）技術或者使用路由設備。使用路由器時可以將網絡劃分多個物理網段，這些物理網段可以連接到路由器的多個端口，多個物理網段間通過路由器進行通信，但是路由器的端口價格遠遠高出交換機的端口價格，所以這種方式將增加設備投資，在物理網段增多時就更為嚴重，而且只有使用高端設備才能滿足高端口密度的要求，所以不推薦這種方式。VLAN 技術不需要特殊的設備，目前第二層交換機均支持 VLAN 技術。通過在一個物理網段上劃分出多個邏輯網段，由每一個邏輯網段構成一個 VLAN，其內部采用交換機連接，所有的廣播信息只限制在本 VLAN 內，而之間的連接則采用路由實現，具體實施時可以外加路由器，或者直接使用第三層交換設備。使用路由器時，將這些邏輯網段連接到路由器時可以只使用一條物理鏈路、占用一個路由器接口，這樣就節省了設備的投資，而使用三層交換設備時，不需要額外增加設備，只要交換機支持三層路由功能即可，由于三層交換設備的工作效率高于路由器，所以在本論文中推薦采用三層交換設備實現 VLAN 之間的路由。 VLAN 方案設計目前，VLAN 技術可以使用以下方式組建：基于交換機端口的 VLAN、基于MAC 地址的 VLAN 和基于應用協議的 VLAN：基于端口的 VLAN，即靜態 VLAN，特點是技術簡單，容易配置且維護工作量小，缺點是終端設備移動時需要更改設備配置。基于 MAC 地址的 VLAN，即動態 VLAN，基于 Vlan 策略服務組建，特點是終端設備可以在整個局域網中移動而不用改變配置，適合于移動辦公型的網絡環境，缺點是配置工作量大、繁瑣。由于交換機為二層設備，所以基于應用協議的 VLAN 對于交換機來說沒有任何意義，反而會造成交換機性能的下降。考慮到本系統的特點，節點在網絡中內移動的可能性較小，基于易維護、易管東華理工大學本科畢業設計（論文） 局域網設計方案14理方面的考慮，使用基于交換機端口的 VLAN 進行配置。VLAN 規劃參照圖 2，各個 VLAN 間由 ACL 控制，限制互訪。其中VLAN10~31 為部門 VLAN，禁止互訪，VLAN 51 為文件服務器區，能被任何部門訪問，VLAN 52 為網管區，能單向訪問各個部門。 C o r e S w 1s w 1C o r e S w 2s w 2s w 3I N T E R N E TP I X 防 火 墻v l a n 1 0v l a n 2 0v l a n 3 02 0 1 . 1 . 1 4 . 4 / 3 01 9 2 . 1 6 8 . 1 0 . 0 / 2 41 9 2 . 1 6 8 . 2 0 . 0 / 2 41 9 2 . 1 6 8 . 3 0 . 0 / 2 41 9 2 . 1 6 8 . 4 0 . 0 / 2 41 9 2 . 1 6 8 . 5 . 0 / 3 01 9 2 . 1 6 8 . 5 . 4 / 3 01 9 2 . 1 6 8