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        高層建筑內(nèi)局域網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2015-04-16 01:30:00崔絨花
        電腦與電信 2015年7期
        關(guān)鍵詞:核心層掩碼布線

        崔絨花

        (江蘇省南通中等專業(yè)學(xué)校,江蘇 南通 226011)

        1 引言

        為了更好地適應(yīng)現(xiàn)代信息社會(huì)的高速發(fā)展,實(shí)現(xiàn)高層建筑內(nèi)局域網(wǎng)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì),本文以某高層建筑為例,實(shí)現(xiàn)用戶通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖形、視頻等的傳輸。整個(gè)設(shè)計(jì)由六部分組成:用戶需求分析、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、IP地址劃分、虛擬局域網(wǎng)(VLAN)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)及綜合布線系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

        用戶需求分析主要是支持現(xiàn)在以及未來(lái)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻會(huì)議、流媒體等信息的高速傳輸要求,實(shí)現(xiàn)辦公的信息化和網(wǎng)絡(luò)化。大樓采用核心層、匯聚層和接入層的三層架構(gòu)模式,達(dá)到用戶的需求。根據(jù)大樓所采用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行IP地址的有效劃分,進(jìn)行子網(wǎng)劃分,節(jié)約IP地址。通過虛擬局域網(wǎng)(VLAN)的合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)廣播風(fēng)暴的有效抑制,并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中不同部門、不同站點(diǎn)之間的限制互訪,保證信息暢通的同時(shí),實(shí)現(xiàn)信息保密。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性要求,進(jìn)行鏈路備份,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì),確保網(wǎng)絡(luò)的暢通。綜合布線系統(tǒng)由六個(gè)子系統(tǒng)組成,包括工作區(qū)子系統(tǒng)、水平區(qū)子系統(tǒng)、管理間子系統(tǒng)、垂直干線子系統(tǒng)和設(shè)備間子系統(tǒng)。

        2 用戶需求分析

        用戶的需求是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在及未來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻會(huì)議、流媒體等信息的高速傳輸;建立開放、安全、可靠、高效的網(wǎng)絡(luò)辦公環(huán)境;實(shí)現(xiàn)工作業(yè)務(wù)的電子化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。

        本建筑是某公司擁有的一棟20層的辦公大樓,此大樓層樓垂直間距為3米,每層建筑面積約為1500平方米,從綜合布線上考慮每層大約需要40個(gè)信息點(diǎn),大樓的傳輸介質(zhì)為光纖和雙絞線。從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上考慮使用核心層—匯聚層—接入層三層的架構(gòu)模式,并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余備份。用1000Mb/s光纖作為主干和垂直布線,用100Mb/s超五類雙絞線作為水平布線,實(shí)現(xiàn)100Mb/s交換到桌面的網(wǎng)絡(luò)?;谛畔⒌拇罅總鬏敚W(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用高帶寬高性能的交換機(jī)。考慮到設(shè)備的統(tǒng)一性與兼容性,所以本大樓的所有網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品均采用Cisco系列產(chǎn)品。

        根據(jù)用戶需求將1到3層規(guī)劃為市場(chǎng)部,其中1層設(shè)有前臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)器間和總設(shè)備間。整座大樓約配有15臺(tái)服務(wù)器提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。總設(shè)備間配有2臺(tái)高端3層交換機(jī)作為核心交換機(jī),2臺(tái)匯聚層交換機(jī),防火墻,配線架等相關(guān)弱電系統(tǒng)。整個(gè)市場(chǎng)部主機(jī)約100臺(tái),其中含網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控室。4到5層規(guī)劃為人力資源部,共有主機(jī)60臺(tái)。6到8層規(guī)劃為技術(shù)部,有主機(jī)200臺(tái)。9到11層為研發(fā)部,有主機(jī)150臺(tái)。12到13層為賬務(wù)部,有主機(jī)60臺(tái)。14到16層為行政樓,有主機(jī)50臺(tái)。17到18層為后勤部,有主機(jī)120臺(tái)。19層為四個(gè)公共部門會(huì)議室,有主機(jī)200臺(tái)。20層為大會(huì)議廳,有主機(jī)150臺(tái)。

        VLAN(虛擬局域網(wǎng))根據(jù)用戶需求按部門劃分,市場(chǎng)部、人力資源部、技術(shù)部、研發(fā)部、財(cái)政部、行政部、后勤部這7個(gè)部門各設(shè)一個(gè)VLAN;4個(gè)公共會(huì)議室各設(shè)一個(gè)VLAN,大會(huì)議廳設(shè)一個(gè)VLAN,還有服務(wù)器群也為一個(gè)VLAN,共13個(gè)VLAN。

        3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

        網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有星型、環(huán)狀、總線這三種結(jié)構(gòu),并且這三種結(jié)構(gòu)都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn),選其各自優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),從而滿足用戶需求。本大樓采用三層網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)模式,這三層分別為核心層、匯聚層和接入層,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其核心層采用千兆以太網(wǎng)交換機(jī)Cisco Catalyst WSC6506-E交換機(jī),提供安全的端到端融合網(wǎng)絡(luò)服務(wù);匯聚層采用交換機(jī),高性能服務(wù)器和工作站的低密度、多層匯聚提供了出色的性能和可靠性,擁有傳輸速率10/100/1000Mbps的端口數(shù)量50個(gè);接入層采用快速以太網(wǎng)交換機(jī)Cisco Catalyst 2918交換機(jī),擁有24個(gè)10/100Mbps端口和2個(gè)10/100/1000Mbps端口。

        圖1 三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式

        4 IP地址劃分

        根據(jù)大樓內(nèi)部辦公需要并結(jié)合大樓的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖對(duì)IP地址進(jìn)行子網(wǎng)劃分。該大樓共20層,7個(gè)部門,4個(gè)公共會(huì)議室,1個(gè)大型會(huì)議廳,并根據(jù)IP地址劃遵循的統(tǒng)一性、層次性、連續(xù)性和唯一性四個(gè)原則,將IP地址劃分結(jié)果如表1。

        表1 IP劃分表

        5 虛擬局域網(wǎng)設(shè)計(jì)

        虛擬局域網(wǎng)(VLAN),是一種通過將局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備邏輯地而不是物理地劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的技術(shù)。虛擬網(wǎng)技術(shù)用于解決網(wǎng)絡(luò)中廣播包急劇增加而引起的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率明顯下降問題,通過劃分VLAN的方式將一個(gè)大的廣播域劃分為若干個(gè)小的廣播域,以減小廣播可能造成的損害。從而使每一個(gè)子網(wǎng)都成為一個(gè)單獨(dú)的廣播域,當(dāng)在交換機(jī)上劃分VLAN后,不同VLAN間的設(shè)備就如同是被物理地分割。在同一VLAN中的設(shè)備可以互相訪問,而在不同VLAN中的設(shè)備彼此之間的通信一定要經(jīng)過路由設(shè)備,否則將無(wú)法進(jìn)行任何通信。

        VLAN的劃分方式共有四種,分別為(1)基于端口的VLAN;(2)基于MAC的VLAN;(3)基于IP的VLAN;(4)基于組播的VLAN。目前使用最多的為基于端口的VLAN。因?yàn)楸敬髽菫槠髽I(yè)辦公樓,是按部門進(jìn)行劃分,所以VLAN劃分應(yīng)該主要按照部門劃分。部門內(nèi)信息交流比較方便,對(duì)于不同部門需要互訪時(shí),可通過路由器轉(zhuǎn)發(fā),并配合基于MAC地址的端口過濾,設(shè)定可通過的MAC地址集也能起到很好的保密效果?;赩LAN發(fā)展的趨勢(shì),考慮到各種VLAN劃分方式的優(yōu)缺點(diǎn),為了最大程度上地滿足用戶在具體使用過程中的需求,減輕用戶在VLAN的具體使用和維護(hù)中的工作量,采用基于端口劃分VLAN的方式,在匯聚層劃分VLAN,劃分方式簡(jiǎn)單實(shí)用,劃分方式如圖2。

        圖2VALN劃分方式

        如圖2所示,共13個(gè)VLAN,A、B、C、D、E、F是匯聚層上六個(gè)三層交換機(jī),其中B、D、F為冗余備份交換機(jī),所以配置VLAN僅需在A、C、E上完成,具體配置如下:

        匯聚層A交換機(jī)上的2端口劃分給VLAN2,VLAN的IP:192.168.1.1,掩碼:255.255.255.0;3端口劃分給VLAN3,VLAN的IP:192.168.2.1,掩碼:255.255.255.0;4端口劃分給VLAN4,VLAN的IP:192.168.3.1,掩碼:255.255.255.0;5端口 劃 分 給 VLAN5,VLAN 的 IP:192.168.4.1,掩 碼 :255.255.255.0;6 端 口 劃 分 給 VLAN6,VLAN 的 IP:192.168.5.1,掩碼:255.255.255.0。

        匯聚層C交換機(jī)2端口劃分給VLAN7,VLAN的IP:192.168.6.1,掩碼:255.255.255.0;3 端口劃分給 VLAN8,VLAN的IP:192.168.7.1,掩碼:255.255.255.0;4端口劃分給VLAN9,VLAN的 IP:192.168.8.1,掩碼:255.255.255.0;5端口 劃 分 給 VLAN10,VLAN 的 IP:192.168.9.1,掩 碼 :255.255.255.0;6端 口 劃 分 為 VLAN11,VLAN 的 IP:192.168.10.1,掩碼:255.255.255.0;7端口劃分給 VLAN12,VLAN的IP:192.168.11.1,掩碼:255.255.255.0;8端口劃分給VLAN13,VLAN的IP:192.168.12.1,掩碼:255.255.255.0。

        匯聚層E交換機(jī)2端口劃分給VLAN14,VLAN的IP:192.168.13.1,掩碼:255.255.255.0。

        6 網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)

        現(xiàn)在企業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性要求越來(lái)越高,但隨著網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度的不斷深入,反而讓其穩(wěn)定性逐步下降,從而可通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)來(lái)解決這個(gè)問題。整座大樓的局域網(wǎng)采用接入層、匯聚層、核心層三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),所以網(wǎng)絡(luò)冗余也從這三層去解決。

        6.1 核心層網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)

        在典型的層次化模型設(shè)計(jì)中,核心層的主要功能是實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)絡(luò)之間的優(yōu)質(zhì)傳輸,核心層設(shè)計(jì)的重點(diǎn)為冗余能力、可靠性和高速的轉(zhuǎn)發(fā)通信。核心層設(shè)備采用雙機(jī)冗余熱備份,雖可通過復(fù)雜的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)冗余,但此設(shè)計(jì)時(shí)如鏈路或節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障不能提供一致的收斂性,同時(shí)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,不容易日常維護(hù)與管理。同時(shí),隨著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的日益增長(zhǎng)或變化,端口的增加也增大了成本和復(fù)雜性。所以為了保證可靠性采用兩臺(tái)設(shè)備構(gòu)成雙核心主干,構(gòu)成設(shè)備級(jí)冗余,互為備份,實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡,進(jìn)一步提高性能。

        6.2 匯聚層網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)

        匯聚層匯聚來(lái)自接入層的節(jié)點(diǎn),保護(hù)核心不受高密度對(duì)等關(guān)系的影響。此外,匯聚層還創(chuàng)建故障邊界,在接入層發(fā)生故障時(shí)提供邏輯隔離點(diǎn)。匯聚層的高可用性通過兩條等成本路徑來(lái)提供,包括從匯聚層到核心以及從接入層到匯聚層的鏈路,可在鏈路或節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)提供確定性的快速收斂。當(dāng)冗余路徑存在時(shí),故障切換主要依賴硬件鏈路故障檢測(cè),而不是基于定時(shí)器的軟件故障檢測(cè)?;谶@些功能(在硬件中實(shí)施)的收斂是最具確定性的。

        6.3 接入層網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)

        接入層提供網(wǎng)絡(luò)的第一級(jí)接入功能,完成簡(jiǎn)單的二、三層交換,安全、服務(wù)質(zhì)量(QoS)和支持端口供電(POE)功能都位于這一層。接入層中的交換機(jī)連接兩個(gè)單獨(dú)的分布層交換機(jī)以實(shí)現(xiàn)冗余,當(dāng)其中一個(gè)設(shè)備因故障停止工作時(shí),另一臺(tái)設(shè)備處動(dòng)接替其工作,并且不引起其它節(jié)點(diǎn)的路由表重新計(jì)算,從而提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

        7 綜合布線設(shè)計(jì)

        如果說(shuō)前面五步都是理論上的設(shè)計(jì)思路,那么綜合布線就是讓這些思路得到實(shí)施。根據(jù)大樓實(shí)際結(jié)構(gòu)選擇信息點(diǎn)的分配考慮網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍,帶寬和延遲,各子系統(tǒng)之間的連接和傳輸介質(zhì)的選擇,以及無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)的設(shè)計(jì)。將整個(gè)設(shè)計(jì)分成5個(gè)子系統(tǒng):工作區(qū)子系統(tǒng)、水平區(qū)子系統(tǒng)、管理間子系統(tǒng)、垂直干線子系統(tǒng)、設(shè)備間子系統(tǒng)。根據(jù)采用結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的方式,該大廈的簡(jiǎn)略布線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如3所示。

        圖3 布線結(jié)構(gòu)示意圖

        本設(shè)計(jì)論文介紹了某高層建筑的局域網(wǎng)設(shè)計(jì),采用當(dāng)前先進(jìn)的、成熟的技術(shù),滿足用戶對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖案?jìng)鬏數(shù)鹊膽?yīng)用需求。整個(gè)設(shè)計(jì)分成六個(gè)部分:用戶需求、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、IP地址劃分、虛擬局域網(wǎng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)和綜合布線系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

        用戶需求主要考慮必須支持現(xiàn)在以及未來(lái)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻會(huì)議、控制等信息高速傳輸?shù)囊?。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用核心、分布、接入三層設(shè)計(jì)。IP地址劃分根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有效地選擇地址,并且做好子網(wǎng)劃分。網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)考慮到對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性的要求,必須通過鏈路備份,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余,確保網(wǎng)絡(luò)的暢通。虛擬局域網(wǎng)(VLAN)的設(shè)計(jì)能將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)廣播域,從而有效地控制廣播風(fēng)暴的發(fā)生。綜合布線系統(tǒng)包括工作區(qū)子系統(tǒng)、水平區(qū)子系統(tǒng)、管理間子系統(tǒng)、垂直干線子系統(tǒng)和設(shè)備間子系統(tǒng)。

        [1]王群.《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》[M].北京:清華大學(xué)出版社,2012.

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