校园网VLAN设计与配置

《计算机网络》课程设计报告 张鹏

学 院 城南学院 专 业 通信工程 班 级 通信1001班 学 号 133 学生姓名 张 鹏 指导教师 王 静 课程成绩 完成日期 2013年7月5日 课程设计成绩评定 学 院 城南学院 专 业 通信工程 班 级 通信1001班 学 号 133 学生姓名 张 鹏 指导教师 王 静 完成日期 2013年7月5日 指导教师对学生在课程设计中的评价 评分项目 优 良 中 及格 不及格 课程设计中的创造性成果 学生掌握课程内容的程度 课程设计完成情况 课程设计动手能力 文字表达 学习态度 规范要求

长沙理工大学城南学院 课程设计论文的质量 指导教师对课程设计的评定意见 综合成绩 指导教师签字 2013年7月8日 课程设计任务书

城 南 学院 通信工程专业 课程名称 计算机网络课程设计 时间 2012～2013学年第二学期18～

19周 学生姓名 张鹏 指导老师 王静 题 目 校园网VLAN设计与配置 主要内容： (1)通过对计算机网络的学习，完成实验所需求的分析； (2)熟练掌握网络模拟软件，列出所需设备，进而设计完成网络拓扑结构图； (3)在实验环境下完成设备的具体配置和调试验证； (4)顺利、规范的完成本次课程设计的报告。

要求： （1）按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计结果。 （2）通过课程设计培养学生严谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作精神。 （3）学会文献检索的基本方法和综合运用文献的能力。 （4）在老师的指导下，要求每个学生独立完成课程设计的全部内容。

应当提交的文件： （1）课程设计报告。 （2）课程设计附件（各类图纸、设备配置清单、报告等） 校园网VLAN设计与配置 学生姓名：张鹏 指导老师：王静 摘 要 目前校园网正处于一种高速发展之中,在校园网络中实施VLAN技术，可以提高网络管理效率、性能、带宽及灵活性, 同时还能控制广播风暴, 提高校园网安全性能。在本次课程设计中，结合高校校园网的特点，主要基于VLAN 技术，从IP 规划、网络架构设计、协议选择、网络设备配置等方面对校园网进行了规划和设计，以此来提高系统的运作性能, 起到均衡网络数据流量, 合理利用网络资源的作用，进而建设稳定性好、管理性强、安全性高的校园网络。 关键词 校园网；VLAN；三层交换机；二层交换机 目 录 1 引言 校园网是各种类型网络中一大分支，有着非常广泛的应用。作为新技术的发祥地，学校尤其是高等学校，和网络的关系十分密切，网络最初是在校园里进行实验并获得成功的，许多网络新技术也是首先在校园网中获得成功，进而才推向社会的。 在传统的局域网中，各站点共享传输信道所造成的信道冲突和广播风暴，这是影响网络性能的重要因素。在这种网络结构中,由集线器、粗缆和细缆所构成的物理网络与逻辑子网相对应。通常一个IP子网是属于一个广播域的，因此网络中的广播域是根据物理网络来划分的。这样的网络结构无论从效率和安全性角度来考虑都有所欠缺。同时，由于网络中的站点被束缚在所处的物理网络中，而不能够根据需要将其划分至相应的逻辑子网，因此网络的结构缺乏灵活性。为解决这一问题,引入了虚拟局域网(VLAN，Virtual Local Area Network)的概念。

1.1 课程设计的目的 本课程设计主要目的是系统设计、软件仿真、程序安排与调试、写实习报告等步骤，使学生初步掌握工程设计的具体步骤和方法，提高分析问题和解决问题的能力，提高实际应用水平。本课程设计的主要是对校园网VLAN的设计和配置，进而提高网络管理效率、性能、带宽及灵活性, 同时还能控制广播风暴, 提高校园网安全性能。

课程设计的要求

本次课程设计需要分析具体情况，完成需求分析，正确运用网络模拟软件，列出所需设备，设计完成网络拓扑结构图；在实验环境下完成设备的具体配置和调试验证；最终在老师的指导下，按要求完成课程设计的全部内容。 课程设计的平台

本次课程设计使用的网络模拟软件是Cisco Packet Tracer。

Packet Tracer是由Cisco公司发布的一个辅助学习工具，为学习CCNA课程的网络初学者去设计、配置、排除网络故障提供了网络模拟环境。学生可在软件的图形用户界面上直接使用拖曳方法建立网络拓扑，软件中实现的IOS子集允许学生配置设备；并可提供数据包在网络中行进的详细处理过程，观察网络实时运行情况[1]。

课程设计的步骤

本次课程设计的步骤是先根据课题所需,同时结合计算机网络中通信原理以及

其他网络资料所学，先在纸质文档上画出本课题所要用到的网络拓扑结构图，然后在通过网络模拟软件Cisco Packet Tracer找到拓扑结构图中所要用到的各元件，并按图中的连接方式进行连接，按照计算机网络中VLAN配置的原理对每个模块进行相应的参数设置，配置成功后，通过给出的PC机ping位于校园网中处于其它VLAN中得PC机，根据运行结果或出错提示，不断地修改配置的参数，直至达到实验的目的，最终顺利、规范的完成本次课程设计的报告。

2 设计原理

虚拟局域网 (VLAN)的诞生主要源于广播。广播在网络中起着非常重要的作用，如发现新设备、调整网络路径等，许多网络协议都要用到广播，局域网通常被定义为一个单独的广播域，主要使用集线器或交换机等网络设备连接同一网段内的所有节点[2]。

VLAN技术的定义和特征

VLAN即虚拟局域网，是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术。虚拟网络是在整个网络中通过网络交换设备建立的虚拟工作组。虚拟网在逻辑上等于OSI模型的第三层的广播域，与具体的物理网及地理位置无关，虚拟工作组可以包含不同位置的部门和工作组，不必在物理上重新配置任何端口，真正实现了网络用户与它们的物理位置无关。它以其高速、灵活、管理简便和扩充容易得到了广泛应用。一方面，VLAN建立在局域网交换机的基础之上；另一个方面， VLAN 是局域交换网的灵魂。VLAN 用户能方便的在网络中移动和快捷的组建宽带网络，而无需改变任何硬件和通信线路。网络管理员能从逻辑上对用户和网络资源进行分配，而无需考虑物理连接方式。它与普通局域网从原理上讲没有什么不同，但它与普通局域网最基本的差异体现在：VLAN 并不局限于某一网络或物理范围，VLAN中的用户可以位于一个园区甚至国家的任意位置。IEEE于1999年颁布了用以标准化VLAN实现方案的802. 1Q协议标准草案[3]。

VLAN的特性使局域网的通信流量控制和数据保密性方面有了很大的提高，VLAN具有以下一些特征： 1 同一个VLAN中的所有成员共同拥有一个VLAN ID，在逻辑上组成一个虚拟局域网络； 2 同一个VLAN中的成员均能收到同一个VLAN中的其他成员发来的广播包，但收不到其他VLAN中成员发来的广播包。不同的VLAN处在不同的广播域中； 3 不同VLAN的成员之间不可相互直接通信，需要通过路由支持才能相互通信，而同一VLAN中的成员通过VLAN交换机可以直接通信，不需路由支持。

VLAN在网络管理中的优势

1 增加了网络连接的灵活性 网络管理员对网络工作站可以按业务功能, 而不必按地理位置分组。VLAN 可以降低移动或变更工作站地理位置的管理费用, 特别是一些业务情况有经常性变动的公司使用了VLAN后, 这部分管理费用大大降低。 2 有效地控制网络上的广播风暴 VLAN 可以提供建立防火墙的机制, 防止交换网络的过量广播风暴。使用VLAN可以将某个交换端口或用户赋予某一个特定的VLAN 组。该VLAN 组可以在一个交换网中或跨接多个交换机, 在一个VLAN 中的广播风暴不会送到VLAN之外。同样, 相邻的端口不会收到其他VLAN 产生的广播风暴。这样, 可以减少广播流量, 释放带宽给用户应用, 减少广播风暴的产生。 3 增加网络的安全性 人们在网络上经常传送一些保密的、关键性的数据。保密的数据应提供访问控制等安全手段。一个有效和容易实现的方法是将网络分段成几个不同的广播组，网络管理员限制了VLAN 中用户的数量, 禁止未经允许而访问VLAN 中的应用。交换端口可以基于应用类型和访问特权来进行分组, 被限制的应用程序和资源一般置于安全性VLAN中。 4 增加了集中化的管理控制 通过集中化的VLAN 管理程序, 网络管理员可以确定VLAN 组, 分配特定用户和交换端口给这些VLAN组, 设置安全性等级, 限制广播域的大小, 通过冗余链路负载分担网络流量, 跨越交换机配置VLAN 通信, 监控交通流量和VLAN 使用的网络带宽。这些能力有效地提高了网络管理程序的可控性、灵活性和监视功能,减少了管理的费用。

TRUNK链路技术

Trunk 技术是在两台交换机之间建立一条点到点的链路, 每台交换机的相应端口称为中继端口。一条中继链路可以传输多个VLAN 的数据流, 并允许用户将VLAN 的范围从一台交换机扩展到另一台交换机。 Trunk是一种封装技术,它是在两台交换机之间的一条点到点链路,主要功能就是仅通过一条链路就可以连接多个交换机,从而扩展已配置的多个VLAN,传输多个VLAN 的数据流。还可以采用通过Trunk技术和上级交换机级连接的方式来扩展端口的数量,将VLAN的范围从一台交换机扩展到另一台交换机,节省了网络硬件的成本,从而扩展整个网络。TRUNK 可通过的VLAN 范围缺省下是1～1005, 可以修改, 但必须激活Trunk协议。使用Trunk 的端口不在任何VLAN 中。 在校园网建设时, Trunk绝对是必需的. 在设置Trunk后, Trunk链路不属于任何一个VLAN. Trunk链路在交换机之间起着VLAN管道的作用,交换机会将该Trunk以外及Trunk中的端口处于一个VLAN中的其他端口的负载自动分配到该Trunk中的各个端口. 因为同一个VLAN中的端口之间会相互转发数据,而位于Trunk中的Trunk端口被当作一个端口来看待,因此在设置了Trunk后,该Trunk将自动加入其成员端口所属的VLAN中,而其成员端口则自动从VLAN中删除。对于Trunk端口来说,其上允许通过的VLAN范围体现的是一种能力,与系统中是否存在对应的VLAN实体没有关系。 Trunk技术具有以下优点： 1 可以在不同的交换机之间连接多个VLAN,可以将VLAN扩展到整个网络中; 2 Trunk可以捆绑任何相关的端口,也可以随时取消设置,提供了很高的灵活性;