目录

1.需求分析. 2

1.1校园网发展现状. 3

1.2校园网功能需求. 3

2.相关理论及设计思路. 4

2.1 相关理论. 4

2.2 设计思路. 5

3.方案设计. 5

3.1 局域网技术选取. 5

3.2 传输介质选取. 6

3.3 主干网传输技术选取. 8

3.4 IP地址分配方案与划分子网. 10

3.5 Internet接入方案设计. 10

3.6 中心机房设计. 11

3.7 设备选型. 14

3.8 网络拓扑图设计. 22

3.9 网络工程报价. 23

4.总结. 23

参考文献. 23

1.需求分析

近年来，随着经济发展和国家科教兴国等战略的部署以及实施，高校的校园网建设水平逐渐成为一个衡量一个学校教育信息化、现代化、科技化的标准，也意味着一个学校的学生能够接收到何等程度的现代化教育，这对于一个学校的长远发展意义重大。目前，大多数学校都在教育部的要求下逐步建成了设施配套齐全的校园网，帮助师生解决教育、科研、综合管理以及信息服务等各种方面的问题。当然由于校园网技术发展的多样和差异，社会普遍对校园网技术存在许多认识偏差。比如说，并不是购买了最顶尖的设备，投资花费了不菲的一笔费用，就一定能实现高效的校园管理自动化和信息化。如何能运用好校园网，考验着学校内部技术人员的素质培训水平以及学校教育资源的开发以及积累等多个领域的积淀。所以，如果想要构建一个性价比高，功能方便多样，能够提供科技先进的信息教学环境，就要求校方在构建校园网时做到校园网是一个宽带，具有交互功能和专业性很强的局域网络。并且基于一个学校内有多个部门，也可以形成多个局域网并通过有线无线的方式相互连接。

（1）环境需求：用户规模 500 台计算机；用户大致平均分散在 4 栋楼房内，4 栋楼房排成前后两排，楼房之间各相距 200米，楼房高 4 层；中心机房设在其中 1 栋楼房的 1 楼靠近另一栋楼房的一端。

（2）功能需求：连接校内所有教学楼、实验室、办公楼中的PC。支持大量同时用户浏览Internet。对于多媒体形式的数据如语音、图像、动画演示、视频点播等，网络应该及时、高效地完成数据传输，确保电子教学的正常运做。满足学生上机要求。提供丰富的网络服务，实现广泛的软件，硬件资源共享。

（3）性能需求：安装对外 WWW、邮件、FTP、BBS 服务器。提供匿名服务，但 FTP 仅对内部开放。接入 Internet,校园网内部提供有线与无线网络两种接入方式。

（4）网络管理需求：网络系统应该能够支持 SNMP，这样便于计算机管理人员通过网管软件随时监视网络的运行状况，一旦出现故障，可以自动报告出错位置和出错原因，管理人员可以迅速发现故障并即时维护。

（5）网络安全需求：配备防火墙。防火墙的配备，极大的提高了我校校园网与外网之间的安全性。

（6）网络拓扑结构需求：随着校园网对因特网接入需求的增加，应该考虑校园网能够顺利实现与外部网络和Internet的连接。校园网应该具备使用灵活，管理简单的特性。校园网应该具备很好的扩展能力，能够保证在需要时校园网能够实现向未来网络的平滑升级。另外校园网应该能够保证新的应用形顺利开发实现。

2.相关理论及设计思路

（1）构成局域网的基本构件：

硬件： ① 计算机(一般为PC机)； ② 传输媒体(可以是同轴电缆、双绞线、光缆或辐射性媒体)； ③ 网络适配器(即网卡)； ④ 网络连接设备(即将计算机与传输媒体相连的各种连接设备,如 RJ-45插头座等)；

软件： ⑤ 网络操作系统(NOS是在每个PC机原有操作系统上增加网络 所需的功能)。 局域网网络设备一般在同一网段内，不考虑路由选择问题，只 需考虑最低的两个层次：跨越物理层与数据链路层两层。

（2）局域网常用拓扑结构：总线网、星型网、环形网。

（3）局域网共享介质访问控制方式：

①随机接入介质访问控制方法：CSMA/CD （载波监听多点接入/碰撞检测）

“多点接入”表示许多计算机连接在一根总线上。

 “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。

 “碰撞检测”也称为“冲突检测”。就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。

②受控接入介质访问控制方法：令牌环（token ring）介质访问控制方法：

令牌环网使用令牌的特殊控制帧（空数据帧）来协调介质的使用。为了发送数据，计算机必须等待令牌到来，然后传输一帧，再向下一台计算机传输令牌。当没有计算机要发送数据时，令牌在环上高速循环。

第一，要进行对象研究和需求调查，明确学校的性质、任务和改革发展的主系统建设的需求和条件，对学校的信息化环境进行准确的描述;

　　第二，在应用需求分析的基础上，确定学校服务类型，进而确定系统建设的目标，包括网络设施、站点设置、开发应用和管理等的目标;

　　第三，确定网络拓扑结构和功能，根据应用需求建设目标和学校的主要建筑分布特点，进行系统分析和设计;

　　第四，确定技术设计的原则要求，如在技术选型、布线设计、设备选择、软件配置等方面的标准和要求;

　　第五，规划校园网建设的实施步骤。

　　校园网总体设计方案的科学性，应该体现在能否满足以下基本要求方面：

　　(1)整体规划安排;

　　(2)先进性、开放性和标准化相结合;

　　(3)结构合理，便于维护;

　　(4)高效实用;

　　(5)支持宽带多媒体业务;

　　(6)能够实现快速信息交流、协同工作和形象展示。

3.方案设计

（1）以太网（Ethernet）

光纤分布式数据接口（FDDI）

异步传输模式（ATM）

令牌环网（Token Ring）

交换局域网(Switching)

（2）总线型拓扑：总线型拓扑是采用单根传输作为共用的传输介质,将网络中所有的计算机通过相应的硬件接口和电缆直接连接到这根共享的总线上。使用总线型拓扑结构需解决的是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点的链路配置时，如链路是半双工操作，只需使用简单的机制便可保证两个用户轮流工作。在一点到多点方式中，对线路的访问依靠控制端的探询来确定。

环形拓扑：环形拓扑结构由沿固定方向连接成封闭回路的网络节点组成，每一节点与它左右相邻的节点连接，是一个点对点的封闭结构。所有的节点公用一个信息环路，都可以提出发送数据的请求，获得发送权的节点可以发送数据。环形网络常使用令牌来决定哪个节点可以访问通信系统。在环形网络中信息流只能是单方向的，每个收到信息包的站点都向它的下游站点转发该信息包，直至目的节点。信息包在环网中“环游”一圈，最后由发送站进行回收，只有得到令牌的站才可以发送信息。每台设备都可直接连到环上，或通过一个接口设备和分支电缆连到环上。

星型拓扑：在星型拓扑结构中，网络中的各节点通过点到点的方式连接到一个中央节点（又称中央转接站，一般是集线器或交换机）上，由该中央节点向目的节点传送信息。中央节点执行集中式通信控制策略，因此中央节点相当复杂，负担比各节点重得多。在星型网中任何两个节点要进行通信都必须经过中央节点控制。

树型拓扑：树型拓扑实际上是星型拓扑的发展和补充，为分层结构，具有根节点和各分支节点，适用于分支管理和控制的系统。树型拓扑结构是网络节点呈树状排列，整体看来就像一棵朝上的树。树型拓扑具有较强的可折叠性，非常适用于构建网络主干，还能够有效地保护布线投资。这种拓扑结构的网络一般采用光纤作为网络主干，用于军事单位、政府单位等上下界限相当严格和层次分明的网络结构。

局域网常用的传输介质： 双绞线(Twisted pair )两根互相绝缘绞在一起的铜导线、同轴电缆(Coaxial cable）、光纤(Fiber optic cable) 、无线媒体 无线媒体有三种主要类型：无线电、微波及红外线。

（1）同轴电缆

同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料。这层绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又覆盖一层保护性材料。同轴电缆有许多种不同的规格，最常用是细同轴电缆和粗同轴电缆。细同轴电缆主要用于建筑物内的网络连接，而粗同轴电缆则常用于建筑物间相连。它们的区别在于粗同轴电缆屏蔽更好，能传输更远的距离。同轴电缆是由中心导体、绝缘材料层、网状织物构成的屏蔽层以及外部隔离材料层组成。

（2）双绞线

双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消，与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。目前，双绞线可分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线。

（3）光纤

光纤是一种直接为50 一100um 的柔软的、能传导光波的介质， 一般由玻璃制造。光纤分为： 单模光纤和多模光纤。单模光纤的纤芯直径很小，在给定的上作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。多模光纤是在给定的工作波长上，能以多个模式同时传输的光纤，与单模光纤相比，多模光纤的传输性能较差。

在经过综合考量之后，楼与楼之间使用光纤可被当作第一选择。因为它具有以下优势：更大的带宽和更快的速度——光纤支持极高的带宽和速度，它最大的优点是每根光纤都可以传输大量的信息。低成本——制造玻璃光纤最基本的原材料是二氧化硅即砂子，而砂子在大自然界中几乎是取之不尽、用之不竭的，因此其潜在成本是比较低的。更细更轻——光纤更细，可以拉成比铜线更小的直径。与类似铜线相比，光纤的尺寸更小、重量更轻，更适合空间有限的地方。更高的承载能力——由于光纤比铜线细得多，因此可以将更多的光纤捆绑到一定直径的线缆中。这也就使得光纤可以承载更高的通信容量。信号衰减小——光纤中的信号损耗要比铜线小。抗干扰能力强——光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。使用寿命长——光纤的生命周期通常更长，一般超过 100 年。

而楼层内部使用双绞线更为合适。因为它具有以下优点：1.传送远距离、传送品质高。因为在双绞线收发器中选用的解决技术性，极好地改善了双绞线对视频流力度的衰减系数及其不一样频率间的衰减系数差，维持了初始图像的色度和颜色及其实用性，在传送间距做到1km或更远时，图像数据信号基本上无失帧。走线便捷、电缆线使用率高。一对一般网络线就可以用于传输视频流。此外，房屋商务大厦内普遍铺装的5类非屏蔽双绞线中任取一对就可以传输一路视频流，不必此外走线，即便是再次走线，5类缆也比同轴输出缆非常容易。除此之外，一根5类缆内有4对双绞线，降低了工程预算。抗干扰性强。双绞线能合理抑止共模干扰，即便在强影响自然环境下，双绞线也能传送很好的图像数据信号。并且，应用一根缆内的几组双绞线各自传输不一样的数据信号，彼此之间不容易产生影响。稳定性高、方便使用。运用双绞线传送视频流，在前面要连接专用型调频发射机，在监测中心要连接专用型接收器。这类双绞线传送机器设备价格低，应用起也非常简单，不用专业技能，也无过多的实际操作，一次安裝，长期性稳定工作。价格低，取样便捷。因为应用的是现阶段普遍应用的一般5类非屏蔽双绞线或一般网络线，选购非常容易，并且价钱也很便宜。

(1)以太网（Ethernet）

以太网是现实世界中最普遍的一种计算机网络。以太网有两类：第一类是经典以太网，第二类是交换式以太网，使用了一种称为交换机的设备连接不同的计算机。经典以太网是以太网的原始形式，运行速度从3~10 Mbps不等；而交换式以太网正是广泛应用的以太网，可运行在100、1000和10000Mbps那样的高速率，分别以快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的形式呈现。

以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但快速以太网（100BASE-T、1000BASE-T标准）为了减少冲突，将能提高的网络速度和使用效率最大化，使用交换机来进行网络连接和组织。如此一来，以太网的拓扑结构就成了星型；但在逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，即载波多重访问/碰撞侦测）的总线技术。

以太网实现了网络上无线电系统多个节点发送信息的想法，每个节点必须获取电缆或者信道的才能传送信息，有时也叫作以太（Ether）。（这个名字来源于19世纪的物理学家假设的电磁辐射媒体-光以太。后来的研究证明光以太不存在。） 每一个节点有全球唯一的48位地址也就是制造商分配给网卡的MAC地址，以保证以太网上所有节点能互相鉴别。由于以太网十分普遍，许多制造商把以太网卡直接集成进计算机主板。

(2)光纤分布式数据接口（FDDI）

实质上FDDI由四个子部分组成，每部分具有各自特定的功能。各部分合起来使得FDDI能够在上层协议（如TCP/IP、IPX）和介质（如光缆）间提供高速连接。

FDDI四个子规范为介质访问控制（MAC）、物理层协议层（PHY）、物理介质相关层（PMD）以及站管理（SMT）。MAC规定了怎样访问介质，包括协议所需要的帧格式、寻址、令牌处理、循环冗余校验算法（CRC）以及差错恢复机制；PHY规定了传输编码和解码程序、时钟要求及其他功能；PMD规定了传输介质应具备的特性，包括光纤链路（Fiber-optic Link）、功率电平（Power Level）、误码率（Bit-error Rate）、光纤器件（Optical Component）以及连接器（Connector）；SMT规定了FDDI站配置、环配置以及环控制等特征，包括站的插入和删除、启动、故障分离和恢复、模式安排及统计集合。

FDDI的工作原理主要体现在FDDI的三个主要过程中，这三个主要过程是站点物理连接建立、环初始化和数据传输。

站点物理连接建立：FDDI网络在正常运行时，站管理SMT一直监视着环的运行状况并管理着所有站点的活动。站管理SMT中的连接管理模块负责在站点的每对PHY/PMD之间的双向光缆上建立起端到端的物理连接。站点通过发送与接收某些特定的线路状态序列与相邻站点交换端口类型和连接规则等信息，对物理连接的质量进行测试。在测试过程中，一旦检测到故障，就用跟踪诊断的方法来确定故障原因，对故障进行隔离，并对网络进行重新配置。

环初始化：在完成站点的物理连接后，然后对环进行初始化。在进行环的初始化工作之前，首先要确定系统的目标令牌循环时间TTRT。各个站点都可借助声明帧，提出各自的TTRT值。系统按照既定的竞争规则来确定TTRT值，通过被选中TTRT值的那个站点来完成环的初始化工作。确定TTRT值的过程通常叫做声明过程，声明过程是用来确定TTRT值的。

数据传输：FDDI数据传输包括数据发送、接收和删除三个过程。

(3)异步传输模式（ATM）

  ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术，数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备，能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小，不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法，预计和保证应用所需要的带宽。ATM是一种异步传输模式；ATM以信元为基本单位；ATM的信元的长度为53个字节；在光通信中有应用。

ATM采用面向连接的传输方式，将数据分割成固定长度的信元，通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体，在复用上采用的是异步时分复用方式，通过信息的首部或标头来区分不同信道。ATM真正具有电路交换和分组交换的双重性:

ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。但它摒弃了电路交换中采用的同步时分复用，改用异步时分复用，收发双方的时钟可以不同，可以更有效地利用带宽。

ATM的传送单元是固定长度53byte的CELL（信元），其中5B为信元头，用来承载该信元的控制信息；48B为信元体，用来承载用户要分发的信息。信头部分包含了选择路由用的VPI（虚通道标识符）/VCI（虚通路标示符）信息，因而它具有分组交换的特点。它是一种高速分组交换，在协议上它将OSI第二层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成，降低了网络时延，提高了交换速度。

3.4 IP地址分配方案与划分子网

表3-4 IP地址分配表

地点

可用主机地址范围

子网地址

子网掩码

1号楼

192.168.1.1-254

192.168.1.0

255.255.255.0

2号楼

192.168.2.1-254

192.168.2.0

255.255.255.0

3号楼

192.168.3.1-254

192.168.3.0

255.255.255.0

4号楼

192.168.4.1-254

192.168.4.0

255.255.255.0

3.5 Internet接入方案设计

(1)ADSL接入方案：所谓非对称主要体现在上行速率和下行速率的非对称性上。它利用数字编码技术从现有铜质电话线上获取最大数据传输容量，同时又不干扰在同一条线上进行的常规话音服务。其原因是它用电话话音传输以外的频率传输数据。用户可以在上网的同时打电话或发送传真，而这将不会影响通话质量或降低下载Internet内容的速度。事实上，ADSL的传输技术中，ADSL用其特有的调制解调硬件来连接现有双绞线连接的各端，它创建具有三个信道的通道。它具有一个高速下行通道（Downstream）到用户端，一个上行通道（Upstream）和一个POTS通道（4kHz），POTS通道用以保证即使ADSL连接失败了，语音通信仍能正常运转。高速和中速信道均可以采用多路复用技术以创建多个低速通道。ADSL的关键概念，也是数字信号与模拟信号能同时在电话线传输的关键，在于其上行与下行的带是不对称的。也就是从ISP以客户端（下行通道）传输的带宽比较高，客户端到ISP（上行通道）的传输带宽比较低。这样的设计一方面是为了与现有的电话网络频谱相容，一方面也符合使用互联网的习惯与特性（接受的数据量远远大于送出去的数据量）。

（2）ISDN接入方案：ISDN  既综合业务数字网，它由电话综合数字网（IDN) 发展而来。ISDN 是数字交换和数字传输的结合， 它以迅速、准确、经济、有效的方式提供目前各种通信网络中现有的业务，而且将通信和数据处理结合起来，开创了很多前所未有的新业务。ISDN 是一个全数字的网络，也就是说，不论原始信号是话音、文字、数据还是图象只要可以转换成数字信号，都能在ISDN 网络中进行传输。在传统的电话网络中，实现了网络内部的数字化，但在用户到电话局之间仍采用模拟传输，很容易由于沿途噪声的积累引起失真。而对于ISDN 来说，实现了用户线的数字化， 提供端到端的数字连接，传输质量大大提高。由于ISDN 实现了端到端的数字连接， 它可以支持包括话音、数据、图像等各种业务。随着电子通信在全球不断扩大，我们许多人需要和不同地区的用户交换信息。而现在人们对通信的要求已经不仅是简单的声音交换，还需要共享各种格式的不同信息。例如，有些人需要高速数据和文件传输； 有些人可能需要多媒体和会议电视；有些人则希望能访问中央数据库。ISDN 的业务覆盖了现有通信网的全部业务,例如传真、电话、可视图文、监视、电子邮件、可视电话、会议电视等，可以满足不同用户的需要。ISDN 还有一个基本特性是向用户提供了标准的入网接口。用户可以随意地将不同业务类型的终端结合起来，连接到同一接口上， 并且可以随时改变终端类型。ISDN 主要有两种类型： 基本速率(BRI) 和基群速率（ PRI）。

3.6 中心机房设计

（1）中心机房建设内容：机房装修系统、机房布线系统(网络布线、电话布线、DDN、卫星线路等布线)、机房屏蔽、防静电系统(屏蔽网、防静电地板等)、机房防雷接地系统、机房保安系统(防盗报警、监控、门禁)、机房环境监控系统、机房专业(精密)空调通风系统、机房服务器及网络设备机柜/机架、机房照明及应急照明系统、机房UPS配电系统、机房设备远程控制管理系统(KVM)

（2）机房的功能布局一般分为：

主机房：用于安置小型机/服务器等主机、通讯网络区域（内外网络）、存储区域、介质库区域。

监控室：网络管理人员上班、值班场所，监控室和主机房相通，主要对主机房进行监控和管理，减少人员频繁进入主机房。

资料室：存放资料的房间。

配电室：负责整个主机房关键设备的配电，放置UPS及电池系统。

钢瓶间：放置气体消防的钢瓶间，要求开门方向正对消防通道，保证危急时刻的快速处理。如小机房采用无管网则不需要设置。

会议接待室：为机房的参观人员及内部的机房管理人员准备的临时接待场所。

硬件维修和软件开发室：设备的维修和软件的开发测试，不能在主机房内进行。

休息室：提供给机房管理人员值班休息的场所。

值班及更衣室：值班和更衣室设置在机房的入口，便于管理和人员进出的需求。

洗漱间和卫生间：洗漱间和卫生间设置靠近管理人员主要工作的区域。

3.7 设备选型

1.数据库服务器

图3-7-1 数据库服务器配置图                图3-7-2数据库服务器实物图

图3-7-3 视频服务器配置图（1） 

 图3-7-4 视频服务器配置图（2）

图3-7-5 视频服务器实物图

3.软件防火墙

图3-7-6 软件防火墙实物图

图3-7-8 软件防火墙配置图

4.路由器

图3-7-9 路由器硬件规格图

图3-7-10 路由器功能特色图

图3-7-11 路由器实物图

5.核心交换机

图3-7-13 核心交换机实物图

6.汇聚交换机

图3-7-14 汇聚交换机硬件规格图

图3-7-15 汇聚交换机实物图

7.接入交换机

图3-7-16 接入交换机硬件规格图

图3-7-17 接入交换机实物图

8.网卡

图3-7-18 网卡硬件规格图

图3-7-19 网卡实物图

9.双绞线

图3-7-20 双绞线硬件规格图

10.光纤

图3-7-21 光纤硬件规格图

11.水晶头

图3-7-22 水晶头硬件规格图

3.8 网络拓扑图设计 

3.9 网络工程报价

表3-9 网络工程报价表

设备

型号

价格（元）

数量

合计

数据库服务器

 PTA641-D

58900

2

117800

视频服务器

HDMI H265

688

16

11008

软件防火墙

USG6305E/USG6309E/USG6315E-AC 

8950

16

143200

路由器

tplink

585

1

585

核心交换机

tplink

569

1

569

汇聚交换机

tplink

560

4

2240

接入交换机

ty-aopre-time

550

12

6600

网卡

DETWU

298

4

1192

双绞线

SAMZHE

2.38元/米

100

238

光纤

AMPERE

1.26元/米

200

252

水晶头

CNCOB

0.5

500

250

合计

283934

4.总结

在本次的课程设计中，通过对校园网发展现状的了解以及查阅资料后知道学校对校园网功能需求的不同，我更加深入的学习了关于构建局域网的相关知识，也更加深刻的明白了计算机网络对于一个学校、一个公司等组织的重要性，体会了搭建校园网的相关理论和设计思路，也深入了解了搭建一个局域网所需要的设备其的造价，功能，个数以及结构，明白了一个学校在搭建局域网时的物理拓扑结构，深刻体会了Internet接入技术的复杂多样，学会了简单初步的分配IP地址和划分子网技术，了解了一个学校中心机房设计都需要哪些子系统和结构加以辅佐。

在今后的学习中我还要更加全面的了解计算机网络的相关技术，踏实学习，提高自身素质和能力，以积极的心态去面对任何的苦难，像解决课程设计中难题一样，通过查阅资料的方式或者与同学之间的讨论来解决。道阻且长，我将永远上下探索。

参考文献

[1] [日]户根勤．网络是怎样连接的．人民邮电出版社，2017，1

[2] 校园网接入internet的接入方案设计的研究设计，豆丁网，2021，5

[3] hai-chu，校园网搭建，CSDN，2020，5

[4] 校园网常用网络设备传输介质及选型，豆丁网，2012，10

[5]谢希仁，计算机网络（第8版），电子工业出版社，2022，1