简单校园网的设计与实现(1).doc

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作业（论文）题目： 简单校园网的设计与实现
所修课程名称： 《计算机网络实践》
修课程时间： 2012 年 9 月至 2012 年 12 月
完成作业（论文）日期： 2012 年 12 月
评阅成绩：
评阅意见：

评阅教师签名： 年 月 日

《计算机网络实践》课程期末考查

目录
一、设计构思 1
1 设计要求 1
2 设计报告 1
二 需求分析 2
三 校园网设计 2
1 概要设计 2
2 拓扑图 3
四 VLAN及IP地址划分 4
1 VLAN划分规划 4
2 IP地址规划 4
五 校园网详细配置设计 4
1 信息中心三层交换机 4
2 二层交换机配置 5
2.1 教学楼交换机 6
2.2 实验楼交换机 6
2.3 图书馆交换机 6
2.4 女生宿舍交换机 7
2.5 男生宿舍交换机 7
3 主机IP地址和网关配置 7
六 网络测试与诊断 8
1 查看配置信息 8
2 查看VLAN信息 9
3 查看路由表 10
4 测试主机连通性 10
4.1 处于同一网络内的主机间联通测试 10
4.2 处于不同网络间的主机间联通测试 12

《计算机网络实践》课程期末考查
简单校园网的设计与实现
一、设计构思
1 设计要求
为你所在学校设计一个简单的基于三层交换技术的校园网络。具体要求如下：
(1) 每部门1个单独的子网，自定义子网需要的IP地址数，至少有4种不同的地址规模；
2) 使用私有地址满足校内计算机的接入需求，统计需要多少个C类的IP地址段，并从192.168.0.0/16中选择连续的地址来使用；
(3) 计算每个部门的网络地址、掩码，并指定网关地址；
(4) 每个子网1个单独的VLAN，并使用三层交换机互连各VLAN。
2 设计报告
(1) 计算并描述出各VLAN信息；
(2) 绘制出网络拓扑图，要求包含三层交换机、二层交换机等节点，并标注各VLAN信息；
(3) 完成交换机配置，具体包括：
(4) 三层交换机中创建VLAN，为VLAN分配IP，配置与二层交换机互连的Trunk链路；
(5) 二层交换机中创建VLAN，配置与三层交换机互连的Trunk链路，并体会跨二层交换机的VLAN配置；
(6) 基于PacketTracer，实现校园网原型，并测试网络的可用性，给出测试结果。

二 需求分析
校园网是以学校的教学、管理、科研、信息交流和资源共享为目的，以一个学校的管辖区域为覆盖范围的局域网，是通过与Internet的互连实现信息交流和资源共享的系统。整个校园网建设遵循“经济高效、领先实用” 原则，集计算机技术、网络技术于一体，能够最大限度地调动学生对教学内容的积极性。
本校园网为中小型规模的组网，但对通信量的要求较高，本校园网设计的需求目标是将学校的各种PC工作站，终端设备和局域网连接起来，在网上发布和获取教育资源，并在此基础上建立能满足教学、科研和管理工作需求的软、硬件环境，开发各类信息和应用系统，为学校中的各类人员提供充分的网络信息服务。主要提供以下几种功能：
（1）FTP服务：主要是利用FTP服务来提供各种资料和技术文档的上传和下载。包括学校教所需要的资源、国家相关部门或学校内部的文件资料、学校之间的科研学术交流内容、学生或老师对学习资料的索取等；
（2）Web服务：所有合法用户可以通过Web浏览的方式获得校园网络中的信息，学生可以通过Web浏览的方式在线学习；
（3）电子邮件：主要为学校教学、科研、日常管理、老师学术交流、学校与外部的业务来往等提供邮件服务；为校园网内部用户与外界之间的邮件业务提供服务，还为学校师生交流提供相应的邮件服务。
（4）邮件服务器：提供邮件收发服务
三 校园网设计
1 概要设计
(1)根据本校区实际情况(按照计划中的三期工程完成后)列出需要组网的主要建筑：教学楼，实验楼，图书馆，宿舍。
(2)通过调查，考虑这些楼层的主要部门的职责，可以将它们划分成如下几个部门：教室，办公室，图书馆，男生宿舍，女生宿舍。每个部门设置一个单独的子网，每个子网搭建一个独立的vlan。
(3)选择使用C类私有地址连接校内所有的计算机，并从192.168.0.0/24中选择连续的地址块使用。
根据以上对校园网规划的考虑，我们设计出了下面的整体设计思路流程
信息中心设置在教学楼，为核心三层交换机，三层交换机可通过路由器连接外网进行通信，内网连接服务器群。校园内，主要建筑为4座，教学楼、实验楼、图书馆、学生宿舍，每座建筑分别使用一个二层交换机，下面连接各台主机，每台主机代表一个部门。学生宿舍划分为两部分，一为男生宿舍，二为女生宿舍。两处宿舍分别再用两个普通交换机，下面连接不同的主机代表学生宿舍和宿管宿舍。然后，同一类部门划分一个独立的子网，给这个子网划分为一个独立的vlan，具体规划如下图 三-1所示。

图三-1 校园网络设计规划图教学楼1
实验楼
图书馆
学生宿舍
女生宿舍
男生宿舍
多媒体教室
办公室
机房

办公室
借阅室
办公室
学生
信息中心
外网
服务器群
宿管
学生
宿管
V1
V1
V3
V2
V2
V2
V4
V5
V4
V5
教学楼2
\
2 拓扑图
参考上述设计方案，通过Tracket Packer仿真软件实现方案的具体规划，使用相应的网络配置命令，模拟真实的校园网网络环境，使用了一个三层交换机，一个服务器，五个普通交换机，九台主机，交换机与主机之间使用直通线相连，交换机与交换机之间使用交叉线相连。具体的校园网模拟环境如下图三-2所示

图三-2校园网络拓扑图
四 VLAN及IP地址划分
1 VLAN划分规划
（1）将不同建筑内的多媒体教室和机房划为同一个VLAN，方便于日常课程的学习和资料的共享。
（2）将不同建筑内的办公室划为同一个VLAN，有利于教师，工作人员之间的沟通与交流，以及教学资料的共享。
（3）将图书馆内的借阅室单独划分为一个VLAN，借阅室使用的是独立的借阅系统，需要有独立的子网来规划，仅限于图书管理人员内部使用，方便图书的管理。
（4）将男女宿舍划为学生用和宿管用，各两个VLAN。高校学生的流动性大，例如换寝室，毕业等，而导致的学生的人数和班级的变动。为了区别学生用的网络与宿管老师用的，将学生与宿管的网络单独分出来分别划分VLAN。
根据上述内容现将各部门划分为以下5个VLAN即：VLAN1、VLAN2、VLAN3、VLAN4、VLAN5.
具体划分如下表所示：

表 VLAN及IP地址规划
VLAN号
IP网段
部门
IP地址具体划分
VLAN1
192.168.0.1/24
多媒体教室、机房
192.168.0.2~192.168.0.4
VLAN2
192.168.1.1/24
办公室
192.168.1.2~192.168.1.5
VLAN3
192.168.2.1/24
借阅室
192.168.2.2~192.168.2.3
VLAN4
192.168.3.1/24
学生宿舍
192.168.3.2~192.168.3.3
VLAN5
192.168.4.1/24
宿管宿舍
192.168.4.2~192.168.4.3

2 IP地址规划
根据互联网络技术发展的趋势，结合学校网络目前真实IP地址的现实情况， 将IP地址规划遵循如下原则来设计：
（1）服务器区采用私IP地址，NAT后供人员远程访问；
（2）与internet 互联设备IP地址采用真实IP地址；
（3） 部分内部互连采用私有IP地址；

五 校园网详细配置设计
1 信息中心三层交换机
Switch>en //进入特权模式
Switch#conf t //进入全局模式
Switch(config)#hostname Center //设置主机名为Center
Center(config)#ip routing //设置路由选择
Center(config)#vtp mode server //设置VTP Server 模式
Center(config)#vtp domain test //设置VTP域名为test
Center(config)#int f0/24 //进入Fastethernet 0/24子接口模式
Center(config-if)# switchport trunk encapsulation dot1q //封装IEEE802.1Q端口
Center(config-if)# switchport mode trunk //端口配置为Trunk模式
Center(config-if)#int f0/20 //进入Fastethernet 0/20子接口模式
Center(config-if)# switchport trunk encapsulation dot1q //封装IEEE802.1Q端口
Center(config-if)# switchport mode trunk //端口配置为Trunk模式
Center(config)#int f0/1
no switchport //进入Fastethernet 0/1子接口模式
Center(config-if)# ip add 192.168.8.1 255.255.255.0 //配置fa0/1接口的IP地址
Center(config-if)#no shut //激活fa 0/1接口
%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to down
Center(config-if)#
%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to up
Center(config-if)#exit //退出子接口模式，返回全局模式
Center(config)#vlan 1 //建立vlan 1
Center(config)#vlan 2 //建立vlan 2
Center(config)#vlan 3 //建立vlan 3
Center(config)#vlan 4 //建立vlan 4
Center(config)#vlan 5 //建立vlan 5
Center(config)#int vlan 1 //进入vlan 1
Center(config-vlan)#ip add 192.168.0.1 255.255.255.0 //为vlan 1配置IP地址
Center(config-vlan)#no shut //激活vlan 1
Center(configvlan)#int vlan 2 //进入vlan 2
Center(config-vlan)#ip add 192.168.1.1 255.255.255.0 //为vlan 2配置IP地址
Center(config-vlan)#no shut //激活vlan 2
Center(config-vlan)#int vlan 3 //进入vlan 3
Center(config-vlan)#ip add 192.168.2.1 255.255.255.0 //为vlan 3配置IP地址
Center(config-vlan)#no shut //激活vlan 3
Center(config-vlan)#int vlan 4 //进入vlan 4
Center(config-vlan)#ip add 192.168.3.1 255.255.255.0 //为vlan 4配置IP地址
Center(config-vlan)#no shut //激活vlan 4
Center(config-vlan)#int vlan 5 //进入vlan 5
Center(config-vlan)#ip add 192.168.4.1 255.255.255.0 //为vlan 5配置IP地址
Center(config-vlan)#no shut //激活vlan 5
Center(config-vlan)#exit //退出子接口模式，返回全局模式
Center(config)#^Z //即Ctrl+Z的组合键，可直接返回特权模式

2 二层交换机配置
2.1 教学楼交换机
Switch>en //进入特权模式
Switch#conf t //进入全局模式
Switch(config)#hostname Teach //设置主机名为Teach
Teach(config)#vtp mode client //设置VTP Client 模式
Teach(config)#vtp domain test //设置VTP域名为test
Teach(config)#int f0/24 //进入Fastethernet 0/24子接口模式
Teach(config-if)#switchport mode trunk //端口配置为Trunk模式
Teach(config-if)#int f0/23 //进入Fastethernet 0/23子接口模式
Teach(config-if)#switchport mode trunk //端口配置为Trunk模式
Teach(config-if)#int f0/1 //进入Fastethernet 0/1子接口模式
Teach(config-if)#switchport access vlan 1 // access模式下，允许VLAN 1通过
Teach(config-if)#int f0/2 //进入Fastethernet 0/2子接口模式
Teach(config-if)#switchport access vlan 2 // access模式下，允许VLAN 2通过
Teach(config-if)#exit //退出子接口模式，返回全局模式
Teach(config)#^Z //即Ctrl+Z的组合键，可直接返回特权模式
2.2 实验楼交换机
Switch>en
Switch#conf t
Switch(config)#hostname Lab
Lab(config)#vtp mode client
Lab(config)#vtp domain test
Lab(config)#int f0/22
Lab(config-if)#switchport mode trunk
Lab(config-if)#int f0/23
Lab(config-if)#switchport mode trunk
Lab(config-if)#int f0/1
Lab(config-if)#switchport access vlan 1
Lab(config-if)#int f0/2
Lab(config-if)#switchport access vlan 2
Lab(config-if)#exit
Lab(config)#^Z
2.3 图书馆交换机
Switch>en
Switch#conf t
Switch(config)#hostname Libr
Libr(config)#vtp mode client
Libr(config)#vtp domain test
Libr(config)#int f0/22
Libr(config-if)#switchport mode trunk
Libr(config-if)#int f0/23
Libr(config-if)#switchport mode trunk
Librconfig-if)#int f0/1
Libr(config-if)#switchport access vlan 3
Libr(config-if)#int f0/2
Libr(config-if)#switchport access vlan 2
Libr(config-if)#exit
Libr(config)#^Z

2.4 女生宿舍交换机
Switch>en
Switch#conf t
Switch(config)#hostname Girlsdorm
Girlsdorm(config)#vtp mode client
Girlsdorm(config)#vtp domain test
Girlsdorm (config)#int f0/23
Girlsdorm(config-if)#switchport mode trunk
Girlsdorm (config-if)#int f0/24
Girlsdorm (config-if)#switchport mode trunk
Girlsdorm (config-if)#int f0/1
Girlsdorm (config-if)#switchport access vlan 4
Girlsdorm (config-if)#int f0/2
Girlsdorm (config-if)#switchport access vlan 5
Girlsdorm (config-if)#exit
Girlsdorm (config)#^Z
2.5 男生宿舍交换机
Switch>en
Switch#conf t
Switch(config)#hostname Boysdorm
Boysdorm(config)#vtp mode client
Boysdorm(config)#vtp domain test
Boysdorm(config)#int f0/24
Boysdorm(config-if)#switchport mode trunk

Boysdorm(config-if)#int f0/23
Boysdorm(config-if)#switchport mode trunk
Boysdorm(config-if)#int f0/1
Boysdorm(config-if)#switchport access vlan 4
Boysdorm(config-if)#int f0/2
Boysdorm(config-if)#switchport access vlan 5
Boysdorm(config-if)#exit
Boysdorm(config)#^Z

3 主机IP地址和网关配置

校园网共设置了10台主机，1台服务器，为其分配为C类私有地址，从192.168.0.0/16地址段中选择连续的地址进行分配，以下是各主机和服务器的IP地址及默认网关的详细分配表：

表五-1 PI地址和网关配置表
主机号
IP地址
默认网关
PC0
192.168.0.2
192.168.0.1
PC1
192.168.1.2
192.168.1.1
PC2
192.168.0.3
192.168.0.1
PC3
192.168.1.3
192.168.1.1
PC4
192.168.2.2
192.168.2.1
PC5
192.168.1.4
192.168.1.1
PC6
192.168.2.3
192.168.2.1
PC7
192.168.1.5
192.168.1.1
PC8
192.168.3.2
192.168.3.1
PC9
192.168.4.2
192.168.4.1
. PC10
192.168.3.3
192.168.3.1
PC11
192.168.4.3
192.168.4.1
Server0
192.168.8.8
192.168.8.1

六 网络测试与诊断
1 查看配置信息
（1）在核心三层交换机里配置show run命令, 查得内容如下：

（2）在宿舍楼二层交换机里配置show run命令, 查得内容如下：

（3）在教学楼二层交换机里配置show run命令, 查得内容如下：

注：在其他交换机查看配置同上。
2 查看VLAN信息
在核心三层交换机里配置show vlan命令，查得内容如下：

注：其他交换机查看配置同上。
3 查看路由表
在核心三层交换机里配置show ip route命令，查得内容如下：

4 测试主机连通性
4.1 处于同一网络内的主机间联通测试
（1）测试同一vlan同一网段之间的连通性，选vlan5中的主机PC9与vlan5中的主机PC11使用ping命令相ping，PC9所发送的4份数据已全部被PC11收到，各份数据报的最长传输时间为142ms，最短传输时间为44ms。ping得的结果如下图所示：

同一vlan同一网段主机间联通测试
（2）使用Packet Tracer仿真软件通过数据包传输测试主机之间的连通性，选择测试教学楼的多媒体教室与实验楼的机房是否连通。
PC0是多媒体教室里的一台主机，它的IP地址是：192.168.0.2 ，PC2是机房里的一台主机，它的IP地址是192.168.0.3。现在从主机PC0端开始向主机PC2发送数据包，通过直通线到达switch0，具体传输路线如下图所示：

PC0与PC2通信经过switch0
接着，主机PC0通过switch0和switch1之间的trunk链路到达switch1，实现网间通信，通过switch1与主机间的直通线将数据传输到主机PC2，具体传输路线如下图所示：

PC0与PC2通信经过网间trunk链路
最后，PC0向PC2发送ICMP报文，显示通信测试成功, 测试最后状态如下图所示：

网内通信ICMP报文测试最后状态
4.2 处于不同网络间的主机间联通测试
（1）测试不同vlan不同网段之间的连通性， vlan3中的主机PC4与vlan2中的主机PC3使用ping命令相ping，主机PC4所发送的4份数据有3个被主机PC3收到，数据丢包了一个，各份数据报的最长传输时间为29ms，最短传输时间为27ms，平均传输时间为28ms。ping得的结果如下图所示。

不同VLAN不同网段的主机间联通测试
（2）使用Packet Tracer仿真软件通过数据包传输测试主机之间的连通性，选择测试图书馆的借阅室与实验楼的办公室是否连通。
主机PC4图书馆借阅室的一台主机，IP地址是192.168.2.2。主机PC3是实验楼办公室的一台主机，IP是192.168.1.3。从主机PC4端开始向主机PC3发送数据包，通过直通线到达switch2，具体传输路线如下图所示。

PC4与PC3通信经过switch2
接着主机PC4通过switch2和switch1之间的trunk链路将数据包传送到switch1，具体传输路线如下图所示。

PC4与PC3通信经过switch1
接着，主机PC4通过switch0和switch1之间的trunk链路将数据包传送到switch0，具体传输路线如下图所示。

PC4与PC3通信经过switch0
接着，主机PC4通过switch2和三层交换机之间的trunk链路到达核心三层交换机，实现网间通信，数据包经过三层交换机存储转发，具体传输路线如下图所示。

PC4与PC3通信经过三层交换机存储转发
接着，主机PC4通过三层交换机实现数据包存储转发后回到二层交换机上，到达switch2，具体传输路线如下图所示。

PC4与PC3通信经过三层交换机转发回到二层交换机
接着，主机PC4的数据包再次通过switch0和switch1之间的trunk链路到达switch1，具体传输路线如下图所示。

p4与p3通信回到二层交换机继续传送
接着，主机PC4的数据包通过switch1与主机PC3之间的直通线，将数据最终传送给主机PC3，具体传输路线如下图所示。

PC4与PC3通过trunk链路通信成功
最后，通过使用ICMP报文传输测试成功，查看测试最后状态如下图所示。

PC4与PC3通信最终状态

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