摘要

在网络信息时代的今天面向新的需求和挑战为了学校的科研、教学、管理的技术水平为研究开发和培养高层次人才建立现代化平台现如今各大高校都已建立了基于Intranet/Internet技术的高速多媒体校园网。

校园网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。首先校园网应为学校教学、科研提供先进的信息化教学环境。能够隐藏自身独立的网络拓扑结构对内部网络提供一定的安全性并且可以为学校建立一个高效智能协同办公与教学自动化的计算机校园网是培养面向21世纪建设人才的迫切需要。系统做好校园网的规划,既是建立一个功能完善,安全可靠,性能先进的网络的关键也是实现投资保护和逐步解决网络拥塞和服务器瓶颈的重要措施.进而提升网络性能。

本次课程设计所设计的某高校校园网的规划与设计能够实现以下基本任务

• 使各个区域的路由器之间都可以相互通讯。
• 对于数据流量较大的采用链路聚合技术。
• 拥有缺省路由连接外网Internet。
• 采用单区域OSPF网络。
• 采用多个核心交换机的方式。

课程设计目的掌握交换机和路由器的配置与管理技术掌握网络设备的操作和技术在实践中的应用解决一些实际网络工程中的应用问题在此基础上真正理解和掌握网络相关理论通过应用所学习的知识进行网络布局和规划。

开发环境及工具eNSP

本人主要工作设计规划校园网拓扑图配置路由器和交换机。

关键词单区域OSPF链路聚合技术交换机eNSP路由器

目录

1校园网的需求分析. 4

1.1网络应用需求. 4

1.2安全及稳定性需求. 5

1.3网络分布式三层结构. 5

2单区域OSPF网络. 6

2.1 OSPF基本概念. 6

2.2 OSPF的特点. 7

2.3 OSPF链路状态算法的路由计算过程. 7

2.4 OSPF常见报文类型及邻居和邻接关系. 8

2.5 OSPF核心代码. 9

3链路聚合技术. 11

3.1链路聚合基本概念. 11

3.2链路聚合的方式. 11

3.3链路聚合的核心代码. 12

4整体设计流程. 13

4.1相关路由器地址分配. 13

4.2交换机的分布. 14

总结. 15

参考文献. 16

某高校校园网的规划与设计

校园网总拓扑图

1校园网的需求分析

1.1网络应用需求

1校园网与Internet连接使师生可通过互联网获取资源和信息。

2建设学校网站实现学校的对外宣传以及发布学校内部信息。

3校内网络辅助教育教学(如:广播、组播上机考试等)。

4校园生活电子化(包括如:一卡通消费转帐交纳网费、电费、水费个人帐户网上管理和查询)。

1.2安全及稳定性需求

1按照相应标准进行局域网的建设确保物理层安全。

2划分安全子网加强网络边界的访问控制防止内外的攻击威胁定期进行网络安全检测建立网络防病毒系统。

3做好应急设备的准备相应应有备用设备以确保紧急情况下的网络保障即当一个核心交换机出现故障时要求网络不会瘫痪。

1.3网络分布式三层结构

在校园网的设计方案中,采用核心层、汇聚层和应用层这种模式作为网络的主体架构,充分利用三层交换的高性能管理功能,最大限度的满足大容量、高吞吐率的数据传输要求。

1核心层,整个网络以校园网管理中心为核心。逻辑上只有一个核心结点 ,而物理实现上可以分布到几个关键结点。核心层负责各个子结点的接入,负责网络的安全以及网络负载的平衡及用于连通外部网络Internet。

2汇聚层,汇聚区域内的各个应用交换机。它主要负责楼内各层(接入层)的接入虽然该层只起承上启下的作用,但它对局部的作用不可忽视,合理及有效的配置该层直接关系到校园网的效率和安全。

3应用层,负责接入直接用户的接入设备所处的层面该层负责端对端的绑定,可以有效地防止网络风暴和网络欺骗.

从三层的分布可以看出,它们的拓扑结构是个树状结构,核心层为树的根结点,各汇聚层是它的子结点。这两者之间是校园网内部的主干,采用光纤连接。汇聚层与应用层之间同样是父与子的关系,它们之间的通讯速率一般在千兆以下,具体视终端数而定不过建议铺设的介质应可以传输千兆以上,以便将来扩充。分布层与终端用户之间采用百兆传输.

分布式三层网络提供了基于二层交换技术的智能网管和三层各种协议的路由选择,可以满足高级的网络应用要求三层交换机支持流行的路由协议,把二层交换与路由器的优点有机地结合起来;三层交换可以针对IP地址进行控制,使组建大型局域网络变得更加方便.分布式三层结构,可以管理到每一个基层网络,减轻了主干的负担;可以方便有效的实现冗余和容错设计,提供了强大的系统扩张能力。在网络管理和网络安全方面,提供了智能化、高效率和强有力的保障。

如下图图1-1所示为网络分布的三层结构图。

2单区域OSPF网络

区域是一组路由器和网络的集合单区域是指所运行OSPF协议的路由器被划分到同一个区域。

2.1 OSPF基本概念

OSPF是基于链路状态算法的常用的IGP路由协议之一。在 OSPF域内路由器之间交换的是链路状态信息,所有的链路状态信息Link State AdvertisementLSA集合成链路状态信息库Link State Database,LSDB路田器通过最短路径优先算法Shortest Path First, SPF计算出到达目的地的最短路由。由于通过SPF 算法可以生成一棵无环的最短路径树因此OSPF 路由协议没有环路问题。同RIP相比OSPF 协议更适合大规模网络应用。

OSPF发展经过了几个版本。OSPFv1在 RFC1131中定义该版本一直处于实验阶段没有公开使用日前IPｖ4使用的是OSPFv2。OSPFv2最早在 RFC1247中定义RFC2328 是其最新标准文档。OSPFｖ３是针对IPV6技术的版本。OSPF 直接运行于IP之上使用的IP号89。OSPF 报文结构为报文头部+报文体的格式。

2.2 OSPF的特点

1. 支持CIDR。

2. 支持区域划分。

3. 无路由自环。

4. 路有变化收敛速度快。

5. 使用IP多播收发协议数据。

6. 支持多条等值路由。

7. 支持协议报文的认证。

2.3 OSPF链路状态算法的路由计算过程

 图2-1 OSPF路由计算过程

      如图2-1所示为OSPF的路由计算过程大致可分为4个步骤。

1. 邻接关系建立。相邻的路由器会形成OSPF 邻接关系。只有邻接关系建立好后路由器之间才会交互各自知道的LSA。
2. LSDB同步。邻接关系建立好后每个 OSPF 路由器会把自己的LSA通告给自己的邻居同时接收邻居通告给自己的LSA,也会把自己知道的其他路由器的LSA通告给邻居。每个路由器会保存自己收到的LSA。所有LSA的集合叫作 LSDB。
3. SPF路由计算。LSDB同步后每个OSPF 路由器以自己为根运行SPF 算法。运算的结果是以自己为根的一棵最短路径树。
4. 路由表生成。根据SPF树每台路由器都能计算出各自的路由信息并添加到路由表。

2.4 OSPF常见报文类型及邻居和邻接关系

一．常见报文类型

1. Hello报文。最常用的一种报文 用于发现、维护邻居关系并在广播和NBMA类型的网络中选举指定路由器( Designated Router, DR )和备份指定路由器( Backup, Designated Router BDR)。

2. 数据库描述(Dalabase Description DD)报文。

3. 链路状态请求LSA Request,LSR报文。

4. 链路状态更新LSA UpdateLSU报文。

5. 链路状态确认Link State AcknowledgmentLSACK报文。

二．邻居和邻接关系

1. 邻居Neighbor路由器。

2. 邻接Adjacency路由器。

四种网络类型点到点网络、广播型网络、非广播多路访问网络和点到多点网络。

如下图2-2所示为报文发送与建立。

                                          2-2 邻居和邻接关系建立

2.5 OSPF核心代码

以其中一台路由器为例其它路由器同理下面为图书馆路由的配置

[Huawei]ospf 1 route   

[Huawei]ospf 1 router-id 10.0.1.1

[Huawei-ospf-1]area 0

[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.123.1 0.0.0.0

[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.1.1 0.0.0.0

[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]aut

[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]authentication-mode si 

[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]authentication-mode simple plain hua   

[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]authentication-mode simple plain huawei

注释

配置单区域OSPF。所有路由器属于区域O配置使用OSPF进程1。

注意在使用network命令时通配符掩码使用0.0.0.0。为了保证路由器的Router ID稳定我们在启动OSPF进程时使用router-id参数静态指定路由器的Router ID。

使用display ospf peer brief命令查看路由器的OSPF邻居关系建立情况如图2-3所示。

<Huawei>display ospf peer brief

                                          图2-3 OSPF邻居关系的建立

使用display ip routing-table protocol ospf命令查看路由器的OSPF表如图2-4所示为图书馆的ospf表。

<Huawei>dis ip rou pro ospf

                                         图2-4 OSPF路由表

3链路聚合技术

3.1链路聚合基本概念

链路聚合(Link Aggregation), 也称为端口捆绑、端口聚集或链路聚集。链路聚合是将多个端口聚合在一起形成一个汇聚组。使用链路汇聚服务的上层实体把同一个聚合组内多条物理链路视为一条逻辑链路一个汇聚组好像就是一个端口。

部署链路聚合组的目的主要在于以下两点

1. 增加网络带宽。
2. 提高网络连接的可靠性。

将物理链路加入链路聚合组时需要确保一下参数保持一致

     1.物理参数。

进行聚合的链路的数目。

进行聚合的链路的速率。

进行聚合的链路的双工方式

     2.逻辑参数。

STP配置一致。

QoS配置一致。

VLAN配置一致。

端口配置一致。

3.2链路聚合的方式

链路聚合根据是否启用链路聚合控制协议可以分为3种方式手工聚合、静态聚合、动态聚合。

本某高校校园网的规划采用的时静态链路聚合使用在了汇聚层与汇聚层汇聚层与核心层核心层与核心层之间。如下图3-1所示。

                                                  图3-1 链路聚合

3.3链路聚合的核心代码

以其中一台交换机为例其它交换机同理下面为学生宿舍交换机的配置

[Huawei]int e 5//创建Eth-trunk接口

[Huawei-Eth-Trunk5]bpdu enable //配置Eth-trunk的工作模式为静态LACP模式。

[Huawei-Eth-Trunk5]mode lacp-static

[Huawei]int g 0/0/5 //将GO/0/5和G0/0/6接口加入到Eth-trunk接口。

[Huawei-GigabitEthernet0/0/5]eth-trunk 5

[Huawei]int g 0/0/6

[Huawei-GigabitEthernet0/0/6]eth-trunk 5

使用命令display eth-trunk查看配置情况结果如下图3-2所示。

<Huawei>display eth-trunk

                                    图3-2 eth-trunk结果

4整体设计流程

4.1相关路由器地址分配

如表4-1所示为路由器地址分配。

                                                         表4-1相关路由器地址分配

路由器名称	Router-id	IP地址及掩码	Loopback及掩码
图书馆	10.0.1.1	10.0.123.1/24	10.0.1.1/24
阅览室	10.0.2.2	10.0.123.2/24	10.0.2.2/24
会议室	10.0.3.3	10.0.123.3/24	10.0.3.3/24
办公室	10.0.4.4	10.0.123.4/24	10.0.4.4/24
休息室	10.0.5.5	10.0.123.5/24	10.0.5.5/24
505	10.0.6.6	10.0.123.6/24	10.0.6.6/24
计算机教室	10.0.7.7	10.0.123.7/24	10.0.7.7/24
财经教室	10.0.8.8	10.0.123.8/24	10.0.8.8/24
教室	10.0.9.9	10.0.123.9/24	10.0.9.9/24
Internet	10.0.10.10	172.3.3.1/24	172.0.1.1/24

4.2交换机的分布

使用一到两个核心交换机另有五个汇聚层交换机分别代表为学生宿舍、学院楼、教学楼、行政楼和图书管并且它们与核心交换机通过链路聚合连接如图3-1所示。

在核心交换机将外网Internet接入。并分配IP地址和环回地址如下图4-1所示。

                                 图4-1 缺省路由的引入入

配置代码

[Huawei]int g 0/0/0

[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip add 10.0.1.1 24

[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip add 172.3.3.1 24

[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]quit

[Huawei-LoopBack0]ip add 172.0.1.1 24

[Huawei-LoopBack0]quit

[Huawei]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 loopback 0

[Huawei]ospf 1

[Huawei-ospf-1]default-route-advertise always type 1

每一个汇聚层交换机可连接多个应用层的交换机应用层交换机可连接多台路由器如图4-2所示并在路由器上配置环回地址用于测试网络是否可达在刚刚开启时需要等待一定时间用来发布OSPF通告如图4-3所示为ping教室和财经教室的结果是可达的。

                                                                              4-2 应用层交换机连接

                                   图4-3 网络连通测试

总结

在设计的过程中我也遇到了这样那样的问题比如在选择校园网所要使用的协议时我在RIP协议与OSPF协议之间选择选择OSPF之后又需在单区域还是多区域之间进行选择。在配置缺省路由时总是ping不同在网上查询了很多资料试了很多次才得到解决。因此光凭一本书的知识是远远不够的需要在实践中不断的积累经验与知识才能够使所做系统更加完美。

通过此次路由与交换技术的课程设计真正达到了学与用的结合增强了对路由器与交换机方面应用的理解对自己今后参与规划网络积累了不少经验在实验过程中从建立校园网模型开始对校园网理念及思想上有更高的认识从需求分析到搭建三层结构建立懂得了不少有关路由规划过程中的知识增强了自己在路由器与交换机应用CLI语言的灵活性其中包括给路由器配置IP地址、配置测试环回地址、配置OSPF的通告、配置链路聚合等在学习过程中我也能过上网查了不少资料也看了一些别人设计的校园网系统的设计报告学以致用自我创新独立完成了这份自己的报告从中在学到用从用又到学不断修改系统更新。虽然不能达到完善系统但也做到了尽善尽美加强理论学习对完善系统会有很多帮助。

限于我的技术水平有限这次的课程设计论文和eNSP软件的错误和不当之处在所难免还请老师多多指教在这次的课程设计中时间紧迫但我们学会了很多也感到自身知识的贫乏希望在日后的努力学习中把它做成更完善的系统并能做其他完善的系统发现其中的乐趣。

参考文献

[1] 赵新胜等.《路由与交换技术》[M].人民邮电出版社:北京市,2018.

[2]谢希仁.《计算机网络第七版》[M].电子工业出版社:北京市,2017.

[EB/OL].https://blog.csdn.net/weixin_44309905/article/details/110739794?utm_source=app&app_version=4.21.0&utm_source=app2020-12-06