中国水利水电第十工程局有限公司
摘要：随着网络技术、Internet的发展和CERNET（中国教育科研网）的迅速壮大，很多学校建成校园网并接入到CERNET，校园网主要用于学校内部网络通信，也会利用因特网进行外部上网活动，但是，网络流量主要集中于校园网内部，因此对网络交换能力要求较高，校园网上网会有多媒体教学，视频点播等多种带宽应用。
引言
计算机网络从体系结构到实用技术已逐步走向系统化、科学化和工程化。在远程终端计算机系统基础上，人们开始研究把计算机与计算机通过PSTN等已有的通信系统互联起来。计算机网络系统是非常复杂的系统，计算机之间相互通信涉及到许多复杂的技术问题，为实现计算机网络通信，计算机网络采用的是分层解决网络技术问题的方法。但是，由于存在不同的分层网络系统体系结构，它们的产品之间很难实现互联。为此，国际标准化组织ISO在1984年正式颁布了"开放系统互连基本参考模型"OSI国际标准，使计算机网络体系结构实现了标准化。进入九十年代，计算机技术、通信技术以及建立在计算机和网络技术基础上的计算机网络技术得到了迅猛的发展。
1网络系统总体设计
1.1.网络设计原则
校园网连接了包括教学楼、办公楼、实验楼、图书馆、学生宿舍楼、教职工生活区等大量的信息点，学校管理、教育科研、电子教学、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大量的业务，要求校园网必须是一个实用的、高可靠、高效率、高扩展性、高安全性系统。
1.2网络拓扑结构
图1学校综合楼网络拓扑图
1.3IP地址规划和VLAN的划分
使用子网划分技术，大部分网络能够获得较好的地址规划。但在校园网中，由于网络的数量与主机的数量比例不平衡，这里就需要可变长的子网掩码（VLSM）技术作为规划的依据。
VLAN用于将数据流分类和分离以及控制单个配线间和大楼内的广播数据流。
2交换模块设计
2.1核心层交换服务
（1）路由冗余：核心交换机是整个网络的核心和心脏，如果发生致命性的故障，将导致本地网络的瘫痪，所造成的损失也是难以估计的。因此，对三层路由采用热备份是提高网络可靠性的必然选择。在一个三层路由完全不能工作的情况下，它的全部功能便被系统中的另一个备份路由完全接管，直至出现问题的路由器恢复正常，这就是热备份路由协议（HotStandbyRouterProtocol）。
（2）冗余链路：通过在核心层部署冗余链路，可确保发生故障时网络设备能找到替代路径来发送数据。核心层使用了第三层设备，则除备用外，这些冗余链路还可用于负载均衡。对于一个网络的负载均衡，可以从网络的不同层次入手，由于核心层的业务量分布比较高，所以在核心层可以采用传输链路聚合。链路聚合技术为消除传输链路上的瓶颈与不安全因素提供了成本低廉的解决方案。
（3）互联拓扑：网络中的大多数核心层都采用全互联或部分互联拓扑。在全互联拓扑中，任何两台设备都直接相连。虽然全互联拓扑具有全面冗余的优点，但难以布线和管理且成本高昂。对于大型网络，通常采用部分互联拓扑。在部分互联拓扑中，每台设备至少与其他两台设备相连，这提供了足够的冗余，同时比全互联拓扑简单。
（4）安全机制：在控制平面，防止非法路由更新报文导致的网络瘫痪；在管理平面，利用SNMPv3网管协议，提供基于802.1x、AAA/Radius的用户身份认证以及分级的用户权限管理保证了设备管理的安全性；在转发平面，支持IP、VLAN、MAC和端口等多种组合精细绑定。
2.2汇聚层交换服务
汇聚层是接入层和核心层之间的路由选择边界，也是远程站点和核心层之间的连接点。主要提供了用户的汇聚功能和服务质量保证的功能。在汇聚层能够真正做到通过识别用户及应用提供不同的服务质量保证。
汇聚层的多层交换机提供了众多功能，有助于实现网络设计目标，同时减轻核心层设备的压力。这些功能包括有：过滤和管理数据流；实施访问控制策略；向核心层通告路由前对路由进行汇总；防止接入层故障或中断影响核心层；在接入层VLAN之间进行路由选择。汇聚层设备还用于在数据进入园区核心层前管理队列和确定数据流的优先顺序。
（1）汇聚层的路由选择：汇聚层设备提供的三层路由功能，可以为二层上不同VLAN之间进行路由选择；另一个重要功能是路由汇总，也叫路由聚合。路由汇总给网络带来了很多好处，其中包括：路由选择表中的一条路由可代表众多其他路由，这缩小了路由选择表；减少了网络中的路由选择更新数据流；降低了核心设备的开销。
（2）汇聚层的交换：成对地部署多层交换机，并在它们之间平均地分配接入层交换机。这种配置称为大楼交换块。每个交换块独立运行，这样，单台设备发生故障便不会导致整个网络瘫痪，甚至整个交换块出现故障也不会影响太多终端用户。
2.3接入层交换服务
（1）接入层堆叠设计：接入层网络是纯二层交换网络，提供用户的网络接入。由于接入层设备需要部署在楼层，因此要求这些设备容易管理并且投资成本少。对于计算机机房、电子阅览室、学生公寓等接入计算机数量很大的接入场所，应当采用可堆叠交换机，以提供大量的100Mbps端口。接入交换机之间以高速堆叠模块相互连接在一起，并借助1000Mbps链路实现与汇聚层交换机之间的连接。为了提高网络稳定性和网络带宽，可以将2~4条千兆位链路绑定在一起借助链路汇聚技术实现链路冗余、负载均衡和带宽倍增，以确保所有计算机都能够无阻塞地实现与校园网络的连接。
（2）接入层链路汇聚设计：如果接入层所连接的计算机数量较多，除了使用上面所说的堆叠技术之外，还可以使用链路汇聚的方式实现接入层交换机之间的高速连接，既增加了接入层交换机之间的互联带宽，又提高了连接的稳定性。
（3）接入层级联设计：如果接入网络的计算机数量较多，需要由多台交换机才能满足用户需求时，也可以采用最简单的级联方式。当然，如果接入层交换机拥有1000Mbps端口，那么采用级联方式也可以实现接入层交换机之间的高速连接。
3网络系统设计的实现
3.1配置核心层
核心层交换机通过自己的端口同广域网接入模块相连，并负责整个校园网的VLAN间的路由选择。
设置交换机名称。当需要telnet登录到多台交换机时，通过交换机的名字，方便的确认其所在的位置。
配置核心层交换机的基本参数，包括核心交换机本地密码、管理IP和telnet密码配置。设置交换机名称。当需要telnet登录到多台交换机时，通过交换机的名字，方便的确认其所在的位置。
3.2配置汇聚层
汇聚层交换机除了负责将交换机进行汇聚之外，还为整个交换网络提供VLAN间的路由选择。汇聚层共有两个三层交换机组成，分别是SW-1和SW-2.
配置汇聚层交换机的基本参数，包括核心交换机本地密码、管理IP和telnet密码配置。设置交换机名称。当需要telnet登录到多台交换机时，通过交换机的名字，方便的确认其所在的位置。
3.3配置广域网接入模块-路由器
广域网接入模块采用的是路由器，通过完成在Internet和校园网内网间路由数据包。此外还要在该设备上配置相应的ACL，实现数据包的过滤功能。
4Server服务器
4.1DHCP的工作过程
DHCP服务器监听到客户端发出的DHCPdiscover广播后，它会从那些还没有租出的地址范围内，选择最前面的空置IP，连同其它TCP/IP设定，响应给客户端一个DHCPOFFER封包。
如果客户端收到网络上多台DHCP服务器的响应，只会挑选其中一个DHCPoffer而已（通常是最先抵达的那个），并且会向网络发送一个DHCPrequest广播封包，告诉所有DHCP服务器它将指定接受哪一台服务器提供的IP地址。同时，客户端还会向网络发送一个ARP封包，查询网络上面有没有其它机器使用该IP地址；如果发现该IP已经被占用，客户端则会送出一个DHCPDECLIENT封包给DHCP服务器，拒绝接受其DHCPoffer，并重新发送DHCPdiscover信息。事实上，并不是所有DHCP客户端都会无条件接受DHCP服务器的offer，尤其这些主机安装有其它TCP/IP相关的客户软件。客户端也可以用DHCPrequest向服务器提出DHCP选择，而这些选择会以不同的号码填写在DHCPOptionField里面。换一句话说，在DHCP服务器上面的设定，未必是客户端全都接受。客户端可以保留自己的一些TCP/IP设定，并且主动权永远在客户端这边。
当DHCP服务器接收到客户端的DHCPrequest之后，会向客户端发出一个DHCPACK响应，以确认IP租约的正式生效，也就结束了一个完整的DHCP工作过程。
4.2DNS服务
4.2.1DNS概述
DNS是计算机域名（DomainNameSystem）的缩写，它是由解析器和域名服务器组成的。域名服务器是指保存有该网络中所有主机的域名和对应IP地址，并具有将域名转换为IP地址功能的服务器。其中域名必须对应一个IP地址，而IP地址不一定有域名。域名系统采用类似目录树的等级结构。域名服务器为客户机/服务器模式中的服务器方，它主要有两种形式：主服务器和转发服务器。将域名映射为IP地址的过程就称为“域名解析”。在Internet上域名与IP地址之间是一对一（或者多对一）的，域名虽然便于人们记忆，但机器之间只能互相认识IP地址，它们之间的转换工作称为域名解析，域名解析需要由专门的域名解析服务器来完成，DNS就是进行域名解析的服务器。DNS命名用于Internet等TCP/IP网络中，通过用户友好的名称查找计算机和服务。当用户在应用程序中输入DNS名称时，DNS服务可以将此名称解析为与之相关的其他信息，如IP地址。因为，你在上网时输入的网址，是通过域名解析系统解析找到了相对应的IP地址，这样才能上网。其实，域名的最终指向是IP。
参考文献：
[1]苏英如等.《局域网技术与组网工程》.北京：中国水利水电出版社，2006，12
[2]黄道颖等.《计算机网络》.北京：科学出版社，2006，9
[3]胡胜红，毕娅.《网络工程原理与实践教程》.北京：人民邮电出版社，2005，