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

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)在以及未來數(shù)據(jù)、語音、視頻會議、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)在及未來對數(shù)據(jù)、語音、視頻會議、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?，網(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)劃為市場部，其中1層設(shè)有前臺、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臺服務(wù)器提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。總設(shè)備間配有2臺高端3層交換機(jī)作為核心交換機(jī)，2臺匯聚層交換機(jī)，防火墻，配線架等相關(guān)弱電系統(tǒng)。整個(gè)市場部主機(jī)約100臺，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。6到8層規(guī)劃為技術(shù)部，有主機(jī)200臺。9到11層為研發(fā)部，有主機(jī)150臺。12到13層為賬務(wù)部，有主機(jī)60臺。14到16層為行政樓，有主機(jī)50臺。17到18層為后勤部，有主機(jī)120臺。19層為四個(gè)公共部門會議室，有主機(jī)200臺。20層為大會議廳，有主機(jī)150臺。

VLAN（虛擬局域網(wǎng)）根據(jù)用戶需求按部門劃分，市場部、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)公共會議室各設(shè)一個(gè)VLAN，大會議廳設(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)公共會議室，1個(gè)大型會議廳，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，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)對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性要求越來越高，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，從而可通過對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)來解決這個(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設(shè)備構(gòu)成雙核心主干，構(gòu)成設(shè)備級冗余，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)

匯聚層匯聚來自接入層的節(jié)點(diǎn)，保護(hù)核心不受高密度對等關(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，而不是基于定時(shí)器的軟件故障檢測。基于這些功能（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)的第一級接入功能，完成簡單的二、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)，滿足用戶對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的語音、數(shù)據(jù)、圖案傳輸?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)在以及未來語音、數(shù)據(jù)、視頻會議、控制等信息高速傳輸?shù)囊蟆＞W(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.

[2]關(guān)智.《局域網(wǎng)組建與管理》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[3]陶璇.某小區(qū)局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013，(27)：66.

[4]張莉平.局域網(wǎng)系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)及解決策略[J].發(fā)展，2011，(04)：125.

[5]史瑾.小型企業(yè)局域網(wǎng)的組建要點(diǎn)[J].才智.2009，(16)：250.

[6]周秀紅.中小型企業(yè)局域網(wǎng)的組建與維護(hù)[J].快樂閱讀，2012，(33)：128.

[7]梁德璋.對局域網(wǎng)組建及優(yōu)化策略的研究[J].信息與電腦(理論版)，2012，(02)：80.

[8]劉悅.虛擬局域網(wǎng)技術(shù)在中小型網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013，(01)：32-33.