CN112291132A - 一种基于数字化校园的网络结构的优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及信息技术技术领域，涉及一种基于数字化校园的网络结构的优化方法。本发明建立有线与无线网络相结合覆盖校园，解除网络运营商对学生宿舍的独立管理，将其纳入校园网进而方便监管学生在宿舍的上网行为。多层、分组管理提升整体网络运行问题，也便于及时发现网络运行中突发问题。通过新的校园网络建设，能够实现校园内部的网络通信，进而实现学校的信息交互和信息共享，同时要能够连接到互联网环境，以满足学校的各种教育信息能够同互联网进行教育信息资源的共享和交换，本网络结构满足所有的教师和学生之间交流的流畅性，从而使得学生的信息和校园管理等数据能够在网络中进行转发，并且这种转发具有安全性、高效性和稳定性。

Description

一种基于数字化校园的网络结构的优化方法
技术领域
本发明涉及信息技术技术领域，涉及一种基于数字化校园的网络结构的优化方法。
背景技术
随着近年来互联网的迅速发展，网络已在人们的生活、经济和政治等方面起到了不可或缺的重要作用。全国各大高校信息化的发展更是突飞猛进，再加上网络的普及，传统的教学方式已经满足不了当前社会的教育需求，为了能够让教育行业同时代发展接轨，国家已大力实行智慧校园等特色校园。由此可以看出，数字化校园的时代已经到来，建设校园网络已经成了学校向数字化发展的最佳选择。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种数字网络的优化方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种基于数字化校园的网络结构的优化方法，包括如下步骤：
A、网络结构优化
网络结构分为接入层、汇聚层、核心层和出口层，接入层、汇聚层、核心层和出口层依次连通，校园各种终端设备通过接入层接入，接入层与汇聚层和核心层的交换机连通，最终通过出口层与外网连接；
B、接入层设备配置
接入层将校园PC、IP电话、监控设备等终端设备连接至网络结构的第一层，作为边缘交换机，接入层交换机选择为超群交换机 CISCOWS-C2960-24TT-L，便具备扩展槽，根据需要加插 2 口堆叠模块、单口或者双口千兆模块，接入层主要为终端用户提供网络访问的途径；提供交换带宽、带宽共享、MAC 层过滤以及网段微分的功能，在规划接入 Internet 时，向 CERNET 管理部门申请 IP 地址及注册域名，通过IP 地址及注册域名进行对学生上网的计费；
C、汇聚层设备配置
汇聚层将接入层交换机进行汇聚，且承载所有来自接入层设备上的流量和信息，并将用户信息和流量转发到核心层；汇聚层设备选用 CISCO WS-C3560-24PS-E，Cisco 3560 系列交换机；
D、核心层设备的配置
校园内内所有的流量和用户信息都将汇聚在核心层设备上，核心层设备选用 CISCOWS-C4506-E系列交换机，核心层交换机提供安全不间断的通信，将数据、语音、视频等集成在一个 IP 网络中统一通信。
进一步的，还包括：
D、VLAN 划分及 IP 地址的分配
将有线与无线网络分别进行VLAN 划分，并根据接入层设备数量进行分组管理。
进一步的，所述步骤D中将接入层的监控设备进行VLAN 划分，划入单独组别管理。
进一步的，所述接入层、汇聚层、核心层采用双链路连通，下行链路为接入层和汇聚层，上行链路为核心层，上行链路设置两组分别与下行链路相互连通；所有下行链路监控上行链路状态，所有的上行链路出现故障，所有的下行链路被强制关闭，当任意一条上行链路恢复时，所有的下行链路将被重新打开，下行链路的变化不影响上行链路的状态。
本发明的有益效果为：
1、针对目前校园整体情况，对于各大高校依旧采用传统教学方式，只有部分楼宇存在有线网络，像学生宿舍等楼宇并没有直达的网络，学生想通过网络汲取知识更是不能。而且学校对学生的管控也存在很多的限制，诸多条件均限制了高校的进一步发展，中小学的网络化建设更加薄弱。再加上学校的教师和学生人数也在不断地增加，而且教育水平也需要进一步地提高，某高校当前的软硬件设备已经不能够满足现阶段时代需要的网络教学的需求。本发明彻底改变上述情况，实现校园全网络化覆盖。
2、本发明建立有线与无线网络相结合覆盖校园，解除网络运营商对学生宿舍的独立管理，将其纳入校园网进而方便监管学生在宿舍的上网行为。多层、分组管理提升整体网络运行问题，也便于及时发现网络运行中突发问题。
3、通过新的校园网络建设，能够实现校园内部的网络通信，进而实现学校的信息交互和信息共享，同时要能够连接到互联网环境，以满足学校的各种教育信息能够同互联网进行教育信息资源的共享和交换，本网络结构满足所有的教师和学生之间交流的流畅性，从而使得学生的信息和校园管理等数据能够在网络中进行转发，并且这种转发具有安全性、高效性和稳定性，同时建设后的校园网络要保证校园的网络安全流畅并且资源的利用率高、容错性能高，能为学校教育及科研提供良好的技术支撑和保障。使得高校的教育真正的与社会进行信息互通，学生能够借助高校网络系统的建设获取更多的学习渠道，在全方位提升自己的综合能力。
附图说明
图1是校园网络拓扑图；
图2是接入层示意图；
图3是双链路聚合示意图；
图4是出口层示意图；
图5是双运营商网络出口层示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种基于数字化校园的网络结构的优化方法，包括如下步骤：
A、网络结构优化
网络结构分为接入层、汇聚层、核心层和出口层，接入层、汇聚层、核心层和出口层依次连通，校园各种终端设备通过接入层接入，接入层与汇聚层和核心层的交换机连通，最终通过出口层与外网连接；
B、接入层设备配置
接入层将校园PC、IP电话、监控设备等终端设备连接至网络结构的第一层，作为边缘交换机，接入层交换机选择为超群交换机 CISCOWS-C2960-24TT-L，便具备扩展槽，根据需要加插 2 口堆叠模块、单口或者双口千兆模块，接入层主要为终端用户提供网络访问的途径；提供交换带宽、带宽共享、MAC 层过滤以及网段微分的功能，在规划接入 Internet 时，向 CERNET 管理部门申请 IP 地址及注册域名，通过IP 地址及注册域名进行对学生上网的计费；
C、汇聚层设备配置
汇聚层将接入层交换机进行汇聚，且承载所有来自接入层设备上的流量和信息，并将用户信息和流量转发到核心层；汇聚层设备选用 CISCO WS-C3560-24PS-E，Cisco 3560 系列交换机；
D、核心层设备的配置
校园内内所有的流量和用户信息都将汇聚在核心层设备上，核心层设备选用 CISCOWS-C4506-E系列交换机，核心层交换机提供安全不间断的通信，将数据、语音、视频等集成在一个 IP 网络中统一通信。
进一步的，还包括：
D、VLAN 划分及 IP 地址的分配
将有线与无线网络分别进行VLAN 划分，并根据接入层设备数量进行分组管理。
进一步的，所述步骤D中将接入层的监控设备进行VLAN 划分，划入单独组别管理。
进一步的，所述接入层、汇聚层、核心层采用双链路连通，下行链路为接入层和汇聚层，上行链路为核心层，上行链路设置两组分别与下行链路相互连通；所有下行链路监控上行链路状态，所有的上行链路出现故障，所有的下行链路被强制关闭，当任意一条上行链路恢复时，所有的下行链路将被重新打开，下行链路的变化不影响上行链路的状态。
如图1所见，先对校园的网络规划进行调研，然后进行再其原来的基础上进行相应的优化核心层设备及网络更换部署，并将出口设备1与核心交换机1、核心交换机2、出口设备2通过光网联通，出口设备2与核心交换机1、核心交换机2、出口设备1通过光网联通，核心交换机1与核心交换机2互通，这种环网状结构减少网络的故障率，优化网络速率及分流。整个网络按图示1设计四层网络架构。包括接入层—汇聚层—核心层—出口层。连接校园各个终端设备的接入层设计；将接入层设备与各楼宇汇聚层交换机连接，并和主机房双机热备核心层交换机相连，再通过路由器接入到外网。采用多链路，管理系统自动优化每条链路，提升学生的网络性能优良感受。计费方式采用用多少交多少费，避免学生包月或包年带来的经济损失。
接入层设备的配置：本方案接入层的功能是将校园的终端设备如 PC、IP 电话等连接至网络的第一层，作为边缘交换机，它是最靠近终端用户的设备，接入交换机可直接与信息点相接，因此接入层交换机的选择应是可网管、具有较低成本以及可堆叠的高性能超群交换机 CISCOWS-C2960-24TT-L，便于扩展，同时还应具备扩展槽，可以根据需要加插 2口堆叠模块、单口或者双口千兆模块。接入层主要为终端用户提供网络访问的途径。提供交换带宽、带宽共享、MAC 层过滤以及网段微分的功能。在规划接入 Internet 时，推荐采用局域网（LAN）光纤专线接入的方式，通过配备路由器设备，可租用电信专线并向 CERNET 管理部门申请 IP 地址及注册域名，通过路由器计费进行对学生上网的计费。采用双链路，所有下行链路监控上行链路状态，一旦所有的上行链路出现故障，那么所有的下行链路都会被强制关闭，当只要有一条上行链路恢复时，所有的下行链路将被重新打开，下行链路的变化不影响上行链路的状态，这种做法将提升网络的健康状况及维护简单。
汇聚层设备的配置：汇聚层交换机是整个用户的核心，将接入交换机进行汇聚，且必须能够承载所有来自接入层设备上的流量和信息，并将用户信息和流量转发到核心层交换机上；结合实际情况，因行政楼宇与学生宿舍区域流量比较大，因此对交换机的转发速率要求高，所以汇聚层设备选用 CISCO WS-C3560-24PS-E，Cisco 3560 系列交换机可为学校提供安全性、可用性和服务质量的功能，并且还具备高可靠性、大容量、高密度的千兆以太网端口，并支持智能堆叠，能够充分满足校园网的接入、汇聚，或者 IDC 千兆接入多种应用场景。
核心层设备的配置：核心层设备是整个校园网络的重中之重，是网络的核心部分，校内所有的流量和用户信息都将汇聚在核心层设备上，因此核心层交换机应当具备高速的转发率、路由处理能力、高性能、吞吐量和可靠性。所以选用 CISCO WS-C4506-E 交换机。Cisco 4506 系列交换机能够提供安全灵活及不间断的通信，同时，它可将数据、语音、视频等集成在一个 IP 网络中统一通信，并要求交换基础设施能分辨各种流量的类型，根据它独特的要求进行管理。如图2所示，即为交换机的参数要求。汇聚交换机采用双链路，提升网络的健康状况。
VLAN 划分及 IP 地址的分配：将一般高校中存在的行政楼划属 VLAN 2、教学楼划属 VLAN 3、图书馆划属 VLAN 4、实验楼划属 VLAN 5、男生宿舍楼划属VLAN 6、女生宿舍楼划属 VLAN 7，并且考虑到该高校要求实现有线与无线相结合的网络，故此单独划分一个VLAN 8 方便管理无线网络，而学校的所有物理监控则划分给 VLAN 30，以此提高该高校各区域内所有师生用户通信的安全性。交换机划分VLAN之后,缩小了ARP攻击的范围，ARP报文只能在同一个VLAN中传播。并且VLAN划分能提高交换机的性能，不划分VLAN,整个交换机都处于一个广播域,一台PC发送的广播报文需要传送整个广播域,占用了很多带宽.划分了VLAN,缩小的广播域的大小,缩小了广播报文能够到达的范围。
根据已经划分好的 VLAN，再与该高校实际情况相结合，采用 C 类地址，对应VLAN-ID 分配 IP 地址，如 VLAN 2 下的用户可分配 192.168.2.0 网段地址。
配置 VTP 协议：为了方便后期对已划分 VLAN 的管理，故在此设计中将 HX1 设为 VTP Server 模式。将 HX2 上的配置，原理与在 HX1 上的配置一样，只不过在 HX2 上将其设置为 vtp client 即可。
DHCP的配置：所以在设计当中以 VLAN-ID为地址池进行命名，首先分别在 HX1 和HX2 进行 DHCP 排除地址的配置。配置完成还需要开启路由功能。DHCP 服务配置完成后从客户端验证能否自动获取到 IP 地址。
STP 生成树协议配置：为稳定地生成树的拓扑结构选一个根桥，并为每一个交换网段选择一台指定的交换机，来消除网络中的环路。
本发明主要用到了 DHCP、VTP、OSPF、STP、NAT 等方面的技术，以保证实现最终整个网络的相互通信及内外网之间的通信，而且对设备的选型需要综合全面的对校园实际需求及业务、接入终端的并发量，选择适合学校需求、高转发量、高承载并发量的网络设备。达到数字网络的应用。

Claims (4)

1.一种基于数字化校园的网络结构的优化方法，其特征在于包括如下步骤：
A、网络结构优化
网络结构分为接入层、汇聚层、核心层和出口层，接入层、汇聚层、核心层和出口层依次连通，校园各种终端设备通过接入层接入，接入层与汇聚层和核心层的交换机连通，最终通过出口层与外网连接；
B、接入层设备配置
接入层将校园PC、IP电话、监控设备等终端设备连接至网络结构的第一层，作为边缘交换机，接入层交换机选择为超群交换机 CISCOWS-C2960-24TT-L，根据需要加插 2 口堆叠模块、单口或者双口千兆模块，接入层主要为终端用户提供网络访问的途径；提供交换带宽、带宽共享、MAC 层过滤以及网段微分的功能，在规划接入 Internet 时，向 CERNET 管理部门申请 IP 地址及注册域名，通过IP 地址及注册域名进行对学生上网的计费；
C、汇聚层设备配置
汇聚层将接入层交换机进行汇聚，且承载所有来自接入层设备上的流量和信息，并将用户信息和流量转发到核心层；汇聚层设备选用 CISCO WS-C3560-24PS-E，Cisco 3560 系列交换机；
D、核心层设备的配置
校园内内所有的流量和用户信息都将汇聚在核心层设备上，核心层设备选用 CISCOWS-C4506-E系列交换机，核心层交换机提供安全不间断的通信，将数据、语音、视频等集成在一个 IP 网络中统一通信。
2.根据权利要求1所述一种基于数字化校园的网络结构的优化方法，其特征在于还包括：
D、VLAN 划分及 IP 地址的分配
将有线与无线网络分别进行VLAN 划分，并根据接入层设备数量进行分组管理。
3.根据权利要求3所述一种基于数字化校园的网络结构的优化方法，其特征在于所述步骤D中将接入层的监控设备进行VLAN 划分，划入单独组别管理。
4.根据权利要求3所述一种基于数字化校园的网络结构的优化方法，其特征在于所述接入层、汇聚层、核心层采用双链路连通，下行链路为接入层和汇聚层，上行链路为核心层，上行链路设置两组分别与下行链路相互连通；所有下行链路监控上行链路状态，所有的上行链路出现故障，所有的下行链路被强制关闭，当任意一条上行链路恢复时，所有的下行链路将被重新打开，下行链路的变化不影响上行链路的状态。
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