计算机网络课程设计在线作业.docx
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计算机网络课程设计在线作业
第一章综述（分数占比10%）
说明：
这部分的目的是让同学们搞清楚所在单位（或家庭、网吧）网络设计的背景信息，以及设计的时候应该采用的原则和方法，这些教材上都有，目的是要理解这些原则和方法即可。
1.1网络设计背景分析
随着科技的发展,对于公司、企业、政府机构、银行等系统而言,信息日益成为关键性的资源,必须精确、高速地传输于各类通讯设备、数据处理设备之间。
用户普遍希望尽可能地改进通讯系统,根据需要配置完整、灵活的结构。
然而传统建筑采用的布线技术致使各子系统互不兼容,无法适应技术的高速发展;管路拥挤,配线投资巨大而且重复;这个问题随着公司、企业、政府部门的成长、设备的更新、人员和办公环境的变动而日益严重:
局部的变动引发全局的变动,降低个人效率,对整体工作产生不良影响。
尤其随着ISDN（综合业务数字网）和Internet（国际互联网络）的应用和推广,传统布线根本无法满足要求。
因此,寻求合理、优化、弹性、稳定和易扩展的布线技术,成为建设者的当务之急。
它必须满足当前的需求,并有能力迎接未来的挑战。
本课程设计以中国石油大学为背景,结合学校的未来发展,重新设计校园网网络架构,利用网络的优势,来加强各级学院的管理和整个校区资源的共享。
1.2网络设计采用的方法和原则
本课程设计以网络的实用性、拓展性、可靠性、安全性为基本原则,合理利用现有!
的资源和环境,在保障各学院正常工作的前提下,对现有网络架构的基础上进行改进和拓展,极大的降低了设计失败而产生的风险和损失。
由于计算机网络的特殊性,网络建设需要考虑以下因素:
系统的先进性、系统的稳定性、系统的可扩展性、系统的可维护性、应用系统和网络系统的配合度、与外界网络的连通性以及建设的成本等问题。
1、选择高带宽网络设计
校园网应用具体要求决定了网络必须采取高带宽网络。
多媒体课件包含了大量的声音、图像和动画信息,需要高带宽网络通信能力的支持。
在构建校园网时,不能由于网络传输速率不足,而影响整个网络的整体性能。
所以要尽可能的采用最新的高带宽网络技术。
2、选择可扩充的网络架构
校园网的用户数量或者服务功能是逐渐提高的,网络技术日新月异,新技术新产品不断涌现。
一般情况下,校园网的建设资金用量非常大,对于小小来说,办学资金相对紧缺,所以在校园网构建方面,适合采用当时最新的网络技术,结合学校的财力,实行缝补实施,循序渐近。
这就要求在网络架构上选择具有良好可扩展性能的网络互连设备,有效的利用现有的投资,并可持续发展。
3、充分共享网络资源
组建计算机网络的主要目的就是实现资源共享。
资源共享包括硬件资源、软件资源。
网络用户通过网络不仅可以实现文件共享、数据共享,还可以通过网络实现设备的共享,如打印机、扫描仪等。
4、网络可管理性
降低网络运营成本和维护成本是网络设计中必须考虑的一个环节。
只要在网络设计时选用支持网络管理功能的网路设备,才能将来降低网络运行即维护成本打下坚实的基础。
5、网络系统和应用系统的整和
校园网构建了学校内部数据的通路,为应用系统发挥更大的作用打下了基础。
网络系统和应用系统要能够很好的融合,才能发货校园网的效率和优势,构建校园网的目的并不是只为了人们浏览Internet的方便。
校园网要能够为学校图书资料管理、网络考试、档案管理、学生系统等提供技术的支持和帮助。
应用系统能在网络平台上与硬件平台很好的集合,才能发挥出网络的优势。
6、建设成本
考虑校园网工程在建设方面都希望成本较低,整个网络系统有较高的性价比,所以在设备选型等方面选用性价比较高的网络产品。
7、高可靠性
网络要求高可靠性、高稳定性和足够的设备冗余和备份,防止因局部故障引起整个网络系统的瘫痪,避免网络上出现单点失效的情况。
所以在网络干线上要提供备份链路,在网络设备上要提供适当的冗余配置。
采用各种有效的安全措施,保证网络系统和应用系统安全运行。
综合上述分析,中国石油大学校园网系统的架构为,各主要楼节点的交换机分别用光纤与网络中心的中心交换机相连,构成校园千兆以太网主干网络,各节点交换机至桌面采用超5类双线100Mbps交换。
第二章用户需求分析（分数占比30%）
说明：
这部分的目的是，搞清楚网络设计的功能有哪些？
能够做什么事？
这是网络设计的首要任务，不同的需求直接影响后续的设计工作。
对需求不清楚的同学可以咨询所在单位的网络管理人员，也可以咨询网吧管理人员或电信服务维修人员等，或者自己观察。
2.1网络功能性需求分析
中国石油大学校园网系统的用户为教师和学生。
这些用户对网络的需求教师和学生,高速、无阻塞等访问网络。
满足教师办公信息化、办公自动化、多媒体应用质量。
满足学生之间的资源共享,学生与老师之间的资源共享,以及老师对学生的可管理性具体可分为以下几点:
（1）连接校内所有教学楼、实验楼、办公楼中的PC机;
（2）同时支持约5000用户浏览Internet;
（3）提供丰富的网络服务,实现广泛的软硬件资源。
2.2网络非功能性需求分析
网络非功能性需求为网络本身的需求,即和用户没有之间关系。
对于本校园网系统需要有网络操作系统、校园网数据库系统以及客户端操作系统。
网络操作系统采用Windows2008Server作为网络操作系统,具有性能可靠、支持完善、升级稳定、维护方便、界面友好、配套软件多、易于学习等特点。
Windows2008Server,操作系统可以很容易的实现文件共享、打印共享以及系统中的账户管理。
校园网数据库系统使用MicrosoftSQLServer2005进行设计与管理,可以方便同意的对整个数据库进行操作、修改、管理和维护。
客户端操作系统最常用的为WindowsXP,由于近期微软停止了对WindowsXP的支持服务,所以客户端操作系统采用Windows7操作系统。
2.2.1网络拓扑结构需求分析
中国石油大学校园网系统的架构为,各主要楼节点的交换机分别用光纤与网络中心的中心交换机相连,构成校园千兆以太网主干网络,各节点交换机至桌面采用超5类双绞线100Mbps交换。
整个网络设计采用分层的结构,主要为核心层和接入层。
2.2.2网络综合布线需求分析
校园网面向的是整个学校的教师和学生,所以必须采用高性能的网络设备。
无论从主干线路到接入线路,都采用宽带设备,留足够的裕量,使网络的性能与目前新兴的高高速网络相兼容,以达到最好的效果。
校园网的用户数量庞大,信息量更大。
由于人们对网络的依赖性越来越强,作为网络的服务和运营商来讲,保障网络不间断的运行和使用是十分重要的,所以网络设备需有备用电源供电,保证网络设备不间断运行。
校园网的的安全性是非常重要的,网络的安全性分为物理安全和虚拟安全,物理安全为设备本身的故障或者操作错误,虚拟安全只网络对病毒和攻击的防护性。
随着网络安全问题的日益突出,网络安全是网络建设当中不可缺少的一部分。
第三章网络拓扑结构设计（分数占比20%）
说明：
这部分的目的是，把网络抽象出来是个什么样子的形状？
星型还是网状？
它们分别都有什么优缺点，这些内容教材上都有，目的是你要搞清楚所在单位（或网吧、家庭）的网络连接形式，理解这种连接形式的优缺点，同时给出网络是用什么硬件连接的，什么型号、类型等，网络IP地址是如何规划和分配的，不清楚的同学可以咨询所在单位的网络管理人员，也可以咨询网吧管理人员或电信服务维修人员等，我们这个课程的目的是能够理解书本上的内容，学以致用即可。
3.1网络拓扑结构
针对需求分析以及网络接入点数目流量分析对网络性能提出了很高的要求,为此采用吉比特以太网组网方案。
根据层次化网络设计原则,在链路方面核心层与分布层之间链路带宽达到1000Mbps,部分链路中,如网络中心至主教学楼,网络中心至学生宿舍区应采用1000Mbps#2的链路带宽。
分布层与接入层之间采用100Mbps链路带宽接入方式,部分流量集中接入点采用1000Mbps链路带宽。
设备方面,为了保证网络的高性能、高可靠性,核心层采用世界第一大网络厂商CisoCatalyst生产的6500系统高档多层交换机6504-E,分布层仍然是大量数据集中点,所以采用CisoCatalyst4500系列中档三层交换机WS-C4506,接入层因为数据相对较少,采用性能比较好的ws-C2960-48TC-L交换机。
具体网络拓扑结构如图1所示。
图1
网络采用星形结构,2台CISCO的6500系列交换机作为局域网的主干交换机,6504采用千兆级以太网体系结构。
双引擎,双电源,多个扩充插槽,这种体系结构交换容量达到96Gps,吞吐量高达72Mbps,因而可以提供建立大型交换机内部网络的扩展性、灵活性和冗余性。
3.2网络硬件结构
核心层设置一个核心节点,建在中心机房。
核心交换机处于网络的核心位置,不仅是网络的核心,还是数据中心服务器的核心交换机,应该具有高性能的吞吐量,线速的交换能力,强大的应用功能,还要有足够的扩展能力。
本方案建议采用一台核心交换机,都能够提供不小于64Gbps的无阻塞线速交换能力,达到48Mpps的包转发能力,提供至少4个接口模块插槽。
有多种高带宽接口模块选择。
配置至少12个多模千兆光口,分别连接接入层节点交换机。
每台配置一个24日100Base-T百兆以太网接口模块,用于连接应用服务器、防火墙等。
接入层共有12个接入节点,每层2个,分布在各个楼层,接入层交换机应具有线速的交换性能,千兆上联端口,并且能支持多模光纤和单模光纤,应该有足够的10/100M端口。
根据接入节点接入端口的需求不同,可分别提供24口或者48口10/100M自适应以太网接口的交换机。
1、中心区接入点
下面是每个接入节点的具体配置。
（1）一楼
一楼接入终端设备采用多模千兆光纤链路连接中心节点交换机,需要67个 10/100Base-T端口。
配置二台48口交换机,提供96个10/100Base-T接入端口;配置两个1000Base-SX短距离多模千兆光口,分别上联中心区汇聚节点交换机。
（2）二楼
二楼接入终端设备采用多模千兆光纤链路连接中心节点交换机,需要102个 10/100Base-T端口。
配置一台48口交换机,提供48个10/100Base-T接入端口;配置一个1000Base-SX短距离多模千兆光口,上联中心区汇聚节点交换机。
同时再配置一台24口和一台48口交换机,提供70个10/100Base-T接入端口;配置一个1000Base-SX短距离多模千兆光口,上联中心区汇聚节点交换机。
（3）三楼
三楼接入终端设备采用多模千兆光纤链路连接中心节点交换机,需要120个10/100Base-T端口。
配置一台48口和一台24口交换机,提供70个 10/100Base-T接入端口;配置一个1000Base-SX短距离多模千兆光口,上联中心区汇聚节点交换机。
同时再配置一台48和一台24口交换机,提供70个 10/100Base-T接入端口;配置一个1000Base-SX短距离多模千兆光口,上联中心区汇聚节点交换机。
（4）四楼
四楼接入终端设备采用多模千兆光纤链路连接中心节点交换机,需要150个10/100Base-T端口。
配置二台48口交换机,提供94个10/100Base-T接入端口;配置一个1000Base-SX短距离多模千兆光口,上联中心区汇聚节点交换机。
司时再配置一台48口和一台24口交换机,提供70个10/100Base-T接入端口;配置一个1000Base-SX短距离多模千兆光口,上联中心区汇聚节点交换机。
（5）五楼
五楼接入终端设备采用多模干兆光纤链路连接中心节点交换机,需要137个 10/100Base-T端口。
配置二台48口交换机,提供94个10/100Base-T接入端口;配置一个1000Base-SX短距离多模千兆光口,上联中心区汇聚节点交换机。
同时再配置一台48口和一台24口交换机,提供70个10/100Base-T接入端口;配置一个 1000Base-SX短距离多模千兆光口,上联中心区汇聚节点交换机。
（6）六楼
六楼接入终端设备采用多模千兆光纤链路连接中心节点交换机,需要160个 10/100Base-T端口。
配置二台48口交换机,提供94个10/100Base-T接入端口;·配置一个1000Base-SX短距离多模千兆光口,上联中心区汇聚节点交换机。
同时再配置二台48口交换机,提供94个10/100Base-T接入端口;配置一个 1000Base-SX短距离多模千兆光口,上联中心区汇聚节点交换机。
3.3网络地址规划
中国石油大学校园网络属于区域性的网络,具有一定的独立性。
建议在网络内部采|用 10.0.0.0-10.255.255.255,或者192.168.0.0-192.168.255.255网段保留地址。
IP地址分配的原则
1.简单性:
地址的分配应该简单,避免在主干上采用复杂的掩码方式。
2.连续性:
为同一个网络区域分配连续的网络地址,便于采用SUMARIZATION及 CIDR（CLASSLESSINTER-DOMAINROUTING）技术缩减路由表的表项,提高路由器的处理效率。
3.可扩充性:
为一个网络区域分配的网络地址应该具有一定的容量,便于主机量增加时仍然能够保持地址的连续性。
4.灵活性:
地址分配不应该基于某个网络路由策略的优化方案,应该便于多数路由策略在该地址分配方案上实现优化。
5.可管理性:
地址的分配应该有层次,某个局部的变动不要影响上层、全局。
6.安全性:
网络内应按工作内容划分成不同网段即子网以便进行管理。
IP地址的规划
从管理、运营维护方面考虑,根据不同的用户分配不通的IP地址段,对于不同应用的用户或不同权限的用户,分配不同的网段。
例如,需要访问Internet的用户分配10.x.x.x网段的IP地址,不需要访问Internet的用户分配192.168.x.x网段的IP地址,这样非常容易区分和控制这些用户,采用对此网段的限制即可限制用户的访问。
再如网络设备的互联IP地址和管理IP地址采用单独的一个IP网段,加强了网络设备的安全性。
下面以10.x.x.x网段为例,说明划分IP地址的方法,在具体实施时,可以对不同的用户换用不同的IP地址网段。
将IP地址10.X.X.X划分出三个部分:
（1）网络设备和设备互联IP地址段,网络设备包括核心节点设备、接入层设备、服务器等。
共有一个核心节点,20多个接入层节点。
考虑将来的网络的扩展。
核心层的 VLAN地址为对应VLAN的第一个地址,比如10.1.1.1等等,依次类推。
接入层设备的 IP地址为对应VLAN的最后240后的IP地址,比如10.1.1.254等等,依次类推。
（2）服务器和管理员IP地址段,考虑将来的网络的扩展,预留服务器和管理员网段10.1.0.0-10.10.0.0
（3）××天各单位的IP地址段,××系统内部单位较多,考虑将来的发展。
小的单位分配1-2个C类地址段。
大的单位分配4-5个C类地址段。
分配地址段为10.11.0.0以后的网段。
按地理位置和网络拓扑结构,以每个接入节点为一个区域,将各单位分厂的用户 IP地址段分成5个部分。
保证以每个核心节点为中心,接入设备和接入用户的IP地址有一定的连续性。
第四章网络物理设计（分数占比20%）
说明：
网络的物理连接是如何连接的？
采用的什么传输介质？
网络的综合布线是如何进行的，可以用自己的话说，在单位的同学可以咨询所在单位的网络管理人员，也可以咨询网吧管理人员或电信服务维修人员等，总之目的是用自己的话说，搞清楚网络在物理上是如何连接的。
4.1网络传输介质的选择
无屏蔽双绞线UTP（UnshieldTwistedPair）可用于所有配线子系统,可·传输70V以下几乎所有的弱电信号,包括数据、语音、控制和图像信号等,是结构化布线的基础介质。
UTP采用先进的平衡式传输方式,利用差值传送,减少了外界的干扰,与以往的同轴电缆和屏蔽双绞线相比大大提高了抗干扰能力。
UTP分 3类和5类两种。
3类 UTP支持 10Mbps数据传输和语音、低频控制信号,5类 UTP支持155MbpsATM数据传输,目前最高支持622MbpsATM数据传输。
光缆（OpticalFiber）主要用于建筑群间和主干子系统。
与UTP相比,光缆传输信号的特点是:
高带宽（最高可达 Multi-Gigabit几十亿位每秒）;
适用范围广（支持各种网络包括 10Base-F令牌网、FDDI100Base-FX,100VG-AnyLan,ATM,1000Base-FX）;
超长传输距离;
高可靠性、保密性、抗干扰能力强;
易于安装、维护、管理;
使用周期长,可通过更换光纤复用设备可不断提高光纤的使用周期
电缆配线架:
分多种系列和型号,设计完善,使用颜色编码,容易追踪和跳线,体积小,比传统配线箱节省50%空间;快接式跳线易于管理、维修。
配线板系列使用模块化接口,可直接端接各种网络设备。
光缆配线箱:
模块式结构,易于扩充插接耦合装置,接续容易。
分埋入型、表面型、双孔、单孔等多种型号,适应于墙面、家具表面或地面安装。
标准RJ45的8芯接线符合ISDN标准。
4.2网络综合布线设计
八十年代以来,有线电视、消防报警、安保监控、计算机网络、X.25,DDN.无线通讯等技术在大型建筑工程中被广泛使用,现代建筑早已超出了传统“挡风遮雨,的范畴,成为人们日常生活、工作的中心。
弱电系统象神经网络一样遍布每个角落,在带来便利的同时,也产生了诸多问题:
一、线路繁多,检修困难。
电话系统使用传统音频线,闭路电视使用同轴电缆,不同的电脑系统使用不同的网络电缆,这些线路标准不一,施工动作重复,建筑物内线路繁杂,检修、维护十分不便。
二、互不兼容,缺乏灵活性。
电脑和电话的线路互不相关,网络电缆各不相同,如果办公室改变用途,只能重新拉线,这对已完成装修的大楼是无法接受的,不但消耗人力物力,更加剧了线路混乱,造成故障隐患。
三、设计封闭,缺乏扩展性和统一标准。
由于各类系统独立设计,无法统筹,应用新技术只有另起炉灶。
当代科技日新月异,新技术不断涌现,百年大计和保持领先不可兼得实在是建筑艺术重大的遗憾。
四、故障繁多,缺乏可靠性。
各系统无统一标准,导致互相干扰。
据统计,大型楼宇70%的日常故障因线路而起,“三日一小修,半月一大修”,给工作和生活带来很大的困扰,
更何况损失惊人！
北方电讯 IBDN改变以往不同系统线缆的不一致性,统一采用62.5/125多模光缆、8.3/125单模光缆以及专门设计的无屏蔽双绞线（UTP）作为传输介质,仅 UTP在传输带宽及抗干扰性能方面就比传统的双绞线和细缆有了极大的提高,它可以支持高达100Mbps的数据传输,五类线缆更全面支持155MbpsATM与622MbpsATM数据传输。
由于 IBDN将不同系统的传输介质统一起来,从而提供了真正面向未来、技术先进的模块化、灵活及完整的布线系统。
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