《高速局域网的设计与安装》毕业论文设计.docx
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《高速局域网的设计与安装》毕业论文设计
毕业设计
学生姓名王愿超
学号200902081235
专业计算机网络技术
班级网络200902班
指导教师刘烨
开题时间2011年5月30日
电子信息学院
高速局域网的设计与安装
[概述]：
随着个人计算机处理能力的增强，计算机网络应用的普及，用户对计算机网络的需求日益增加，现在常规局域网已经远远不能满足要求，于是高速局域网（HighSpeedLocalNetwork）便应运而生。
高速局域网的传输速率大于等于100Mbit/s，常见的高速局域网有FDDI光纤环网、100BASE-T高速以太网、千兆位以太网、10Gbit/s以太网等。
目前，在建设企业局域网时都会把高速局域网技术作为首选的网络技术，随着中国加入WTO，Internet的推广，集散控制系统DCS在生产中的广泛应用，信息技术给现代社会带来了根本性变革，信息已成为当今世界经济的战略资源和独特的生产要素。
分析比较现有组网技术，确定适合企业信息建设发展需要的组网规划，采用100Mbit/s快速以太网构建集价格、性能优异、配置灵活于一体的局域网，使企业能充分应用信息技术，运用当代先进的管理理论、管理技术、管理手段，提高企业的综合素质和竞争能力，使企业的发展不断迈上新的台阶。
【关键词】：
局域网规划设计
1引言
在国民经济信息化进程中，企业如何提高自身竞争力，怎样利用Internet/Intranet技术带来的机遇和挑战，来提高工作效率和管理科学水平，是亟待解决的问题。
近年来，大部分企业单位的大部分部门微机还是报表处理、单机作业为主。
日常通信也是简单地文件传送，显然越来越不能满足业务民展和现代管理的需要，Internet及相关技术的出现和高速发展，为企业提供了利用网络进行信息交流和管理的极好机遇。
随着中国加入WTO，Internet的推广，集散控制系统DCS在管理生产中的广泛应用，信息技术给现代社会带来了根本性变革，信息已成为当今世界经济的战略资源和独特的生产要素。
随着中国经济迅猛发展，企业要不断的保持并加强自己的管理优势，不断推出适合中国经济发展的需求之外，还要不断寻求和创造更大的发展空间。
充分应用信息技术，运用当代先进的管理理论、管理技术、管理手段，为企业的发展注入强劲的科技动力和应变能力，全面创新，提高企业的综合素质，使企业的发民不断迈上新的台阶，成为一流企业。
因此，企业单位迫切需要建立基于Intranet的企业信息系统，在提高企业管理效率、降低成本，为实现企业在21世纪成为市场的赢家，在信息化方面奠定了坚实的基础。
2需求分析
建成一个高效率的开放式计算机企业网，覆盖公司经营管理、质量管理、领导信息查询等业务所涉及到的主要业务处理部门和综合管理机构，提供广泛的软、硬件资源共享，分布式数据库存取，结构化与非结构化数据（如多媒体图形、图像、行政公文、电子邮件等）传输功能。
充分利用Internet/Intranet技术进行增值通信，与企业内部（开发商）以及外部合作伙伴交流信息，为建立企业间动态联盟和虚拟企业提供支持。
整个企业网的规划设计应有足够的弹性，能够根据公司的需要和发展步骤，逐步实施和扩展升级。
2.1企业在信息建设方面应用的现状
一般企业信息化建设目前存在以下几个弊端：
（1）低水平重复建设且成本高昂：
各部门拥有相对独立的信息系统，资源分散于各部门之中，容易形成信息孤岛。
（2）安全漏洞和系统风险大：
各部门拥有相对独立的信息系统，不但系统复杂度高，而且核心数据全部分布于本地，对系统的安全性提出了较高的要求。
（3）管理信息和反馈信息不能迅速传递：
随着企业的发展，数据信息流不断增大，对部门管理提出了快速响应的要求。
2.2设计原则
（1）实用性：
网络建设从应用实际出发，坚持为领导决策服务，为经营管理服务，为生产建设服务，建立一个具有现代化管理、通讯手段的信息系统，实现信息收集、查询、统计、分析、辅助决策等功能。
（2）先进性：
采用成熟的先进技术，兼顾来来的发展趋势，即量力而行，又适当超前，留有发挥余地，全面准确地体现用户的管理思想、管理模式及操作运行方式。
（3）可靠性：
确保网络可靠运行，在网络的关键部分应用容错能力，要在硬件选型、网络设计、支撑环境和应用系统的建设中充分体现这一原则。
（4）安全性：
提供公共网络连接、内部网络连接、服务器等全方位安全管理。
（5）开放性：
采用国际标准通信协议、标准操作系统、标准网管软件，采用符合标准的设备，保证整个系统具有开放特点，增强与异机种、异构网的互联能力。
（6）可扩展性：
系统便于扩展，保证前期投资的有效性与后期投资的连续性，充分考虑到目前的业务需求和今后较长时间内业务发展的需要。
（7）可管理性：
从系统设计、设备选型都必须考虑到整个系统的可管理性和可维护性。
3网络规划
3.1网络结构技术分析
3.1.1交换以太网技术
新的以太网是新近发展起来的先进技术。
它在保证与以太网协议兼容的前提下，提高网络利用率，减少网络资源争夺造成的冲突，使网络性能大幅度提高，以满足各类数据信息传输的要求。
3.1.2快速以太网技术
快速以太网的运行速度要比10Mbps以太网快10倍。
快速以太网相对其他高速网络技术更容易被掌握和接受，它可以应用在共享式和主干环境下，提供高带宽的共享式网络和主干连接，现时也可以应用在交换式环境下，提供优异的服务质量（Qos）。
3.1.3千兆以太网技术
千兆以太网技术采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。
可与10M或100M的以太网很好的配合工作，可以实现主干和各网段及桌面已实现了无缝结合，千兆以及网技术有两个标准：
IEEE802.3z和IEEE802.3ab，千兆以太网现日益成为当前主流的主干技术，为城域网建设提供了思想。
4综合布线
4.1布线系统标准的比较
综合布线系统概述：
在信息社会中，一个现代化的大楼内，除了具有电话、传真、空调、消防、动力电线、照明电线外，计算机网络线路也是不可缺少的。
布线系统的对象是建筑物或楼宇内的传输网络，以使话音和数据通信设备、交换设备和其他信息系统彼此相连，并使这些设备与外部通信网络连接。
4.2综合布线系统的优点
（1）结构清晰，便于管理维护。
传统的布线方法是各种不同的设施的布线分别进行设计和施工，如电话系统、消防与安全报警系统、能源管理系统等都是独立进行的。
一个自动化程度较高的大楼内，各种线路如麻，接线时又免不了在墙上打洞，在室外挖沟，造成一种难堪的局面，而且还造成难以管理，布线成本高、功能不足的不适应形势发展的需要。
（2）材料统一先进，适应今后的发展需要。
综合布线系统采用了先进的材料，如五类非屏蔽双绞线，传输的速率在100Mbps以上，完全能够满足未来5—10年的发展需要。
（3）灵活性强，适应各种不同的需求，使综合布线系统使用起来非常灵活。
一个标准的插座，既可接入电话，又可用来连接计算机终端，实现语音/数据点交换，可适应各种不同拓扑结构的局域网。
5网络可靠性安全性设计和容错
由于连入Internet为用户提供各种信息服务。
资源共享和开放是Internet特点，因而Internet的安全机制很松散；而公司的网络信息系统要求有较高的安全性，其内部的许多数据和文件严禁XX的访问。
5．1网络安全和防火墙
除了关注全球互联网对企业业务的积极影响之外，同时也要充分考虑到将因特网作为企业内部计算机网络的延伸后的安全问题。
若没有合适的防火墙解决方案，系统就会成为网络黑客们的众知之的。
5.2网络容错
计算机网络系统是整个业务运行的平台，服务器是整个网络运行的心脏，它能否可靠运行直接影响到日常业务的动作。
在主服务器发生故障的情况下，备用机能自动启动为主服务器。
全面代替服务器响应全部的网络服务请求，直至主服务器被恢复。
由于采用了双机模式，备份服务器和主服务器的数据和程序完全一致，不会出现丢失的情况。
5.3安全备份及灾难恢复
企业最重要的资产不是网络硬件，而是网络运行的数据。
如果不能保证数据的安全，对网络进行的大量投资就失去了意义。
5.4安全管理的两个方面
（1）内部安全管理：
主要是建立内部安全管理制度，如机房管理制度、设备管理制度、安全系统管理制度、病毒防范制度、操作安全管理制度、安全事件应急制度等，并采取切实有效的措施保证制度的执行。
内部安全管理主要采取行政手段和技术手段相结合的方法。
（2）网络安全管理：
在网络上设置防病毒安全检测系统后，必须保证防病毒系统的设置正确，且其配置不允许被随便修改。
采用用户和口令认证机制加强对用户的管理，可以通过财务软件本身和一些网络层的管理工具来实现。
6企业局域网具体设计实施方案
6.1技术规划
6.1.1网络层次划分
核心层：
核心层配置设备承担的任务主要是通过核心层设备与汇聚层间信息的交流、分发与管理，因此核心层设备是整个网络的中心枢纽，应具有强大的交换能力，保证不会发生信息拥塞；强大的安全防护能力，保证不会因单点故障而影响整个系统的正常运行；有效的故障恢复能力,保证任何一种单点故障都能在短时间内迅速予以恢复。
汇聚层：
汇聚层设备承担的任务，一是构造本地网络核心，二是通过核心设备实现与其他部分大量信息交换。
汇聚层设备具备较高的吞吐能力和上连带宽，同时还具备强有力的用户访问控制能力（即三、四层交换能力、虚网功能）。
接入层：
接入层的功能在于将各种媒体、各种速度、任何地方的最终用户接入IP网络。
这一层主要实现各单位终端节点设备的接入，并上连到网络汇聚层。
这一层网络建设可以根据各节点的具体情况分期分批建设。
6.1.2网络IP子网划分
根据企业安排，信息点的具体分布是：
办公楼
生产、装配中心
平房
合计
一层
二层
三层
一层
二层
三层
四层
22
20
18
30
30
30
28
26
204
60
118
26
204
把一个大网缩小为若干小网，叫子网（作动词），而要把一个或几个小网扩大为一个大网，叫超网，后者一般应用于电信等其它领域，我们不作讨论。
划分IP子网，有利于我们搞好系统维护，合理配置系统资源，减少资源浪费，
企业信息点以楼层划分。
根据192.168.0.0的保留地址划分企业内部局域网，属于C类地址，子网掩码255.255.255.0。
根据结构分析，生产、装配中心一层，数量最大，30台，为每个楼层划分单独的网段
公式：
2的N次方-2=Hosts
2的N次方-2=30
N=5
N代表掩码中0的个数，5个零则意味着二进制掩码为11100000，即十进制的224．加上前面24个1，1的总数为27个。
子网掩码255.255.255.224
确定掩码规则以后，就要确认每一个子网的具体地址段。
当前的IP地址192.168.1.0的最后一位是0，二进制表示为00000000；而我们已经算出的掩码255.255.255.224的最后一位是224，二进制表示为11100000
00000000
11100000
00000000
与
00100000
11100000
00100000
与
结果：
0
结果：
32
去除网络回环地址与广播地址
依次类推
办公楼一层192.168.1.32
办公楼二层192.168.1.64
办公楼三层192.168.1.96
生产、装配中心一层192.168.1.128
生产、装配中心二层192.168.1.160
生产、装配中心三层192.168.1.192
生产、装配中心四层192.168.1.224
6.1.3网络流量规划
一个设计成功的企业网，其网络流量合理，系统各部分负载均衡。
那么什么是网络流量呢？
网络流量简而言之就是网络上传输的数据量。
就像要根据来往车辆的多少和流向来设计道路的宽度和连接方式一样，根据网络流量设计企业网络是十分必要的。
“80/20”规则
在传统网络中，一般将使用相同应用程序的用户放到同一工作组中，他们经常使用的服务器也放在一起。
工作组位于同一物理网段或VLAN（虚拟局域网）中。
这样做的目的是将网络上客户机与服务器之间产生的数据流量限制在同一网段中。
在同一网段，可以使用带宽相对高的交换机连接客户机和服务器，而不必使用带宽相对较低的路由器。
将大部分网络流量控制在本地的这种网络设计模式，被称为“80/20规则”，即80%的网络流量是本地流量（采用交换机交换数据），在同一网段中传输；只有20%的网络流量才需要通过网络主干（路由器或三层交换机）。
“80/20”规则中的“80”和“20”不能简单地理解为数字，应该理解为网络流量分布的方式，即大部分网络流量局限在本地工作组，小部分流量通过网络主干。
因此在实际网络设计中，只要大部分网络流量在本地、小部分网络流量通过主干，就认为它符合了“80/20”规则，而不管实际的数字比例是多少。
后面谈及的“20/80”规则也是如此。
按照“80/20”规则，分支交换机可以使用不支持VLAN的交换机，如全向的QS-6924交换机，这样能够大大降低不必要的开支。
当然使用支持VLAN的交换机产品就更好了，如果以后想划分子网也比较方便，全向系列交换机中，带有“V”的型号具有VLAN功能，如QS-532V交换机、QS-516V交换机等。
“20/80”规则
随着网络应用的逐渐丰富，“80/20”规则已经不能完全满足网络设计的需要。
而一种被称为“集中存储、分布计算”的模式逐渐得到推广。
集中存储，就是数据集中在网络中心存储，如已经得到普遍使用的Web服务、电子邮件系统和逐渐流行的VOD（视频点播）、多媒体资源库等；分布计算，就是数据被下载到各个工作站上处理，如使用网络上的多媒体资源库制作多媒体课件等。
在“集中存储、分布计算”的网络应用模式下，对网络流量的要求已经大大偏离了“80/20”规则，一种新的规则应运而生，这就是“20/80”规则。
在符合“20/80”规则的网络中，只有大约20%的网络流量局限在本地工作组，而大约80%网络流量经过网络主干传输。
这种网络流量模式的转变，给企业网主干交换机带来了很大的负荷。
因此理想状态下主干交换机应该能够提供与下面连接的支干交换机相匹配的性能，即提供线速三层交换，也就是说，下面的支干交换机能够跑多快，上面的主干交换机也应该能够跑多快。
同样，如果网络中有许多按功能划分的VLAN，这些VLAN也很难管理。
在以往的“80/20”规则中，服务器往往分布在VLAN中，因此对于各工作组来说，访问起来比较快。
但是在“20/80”规则中，服务器往往集中在网络中心，因此对于各工作组，必须实现跨VLAN的访问。
没有三层交换机，VLAN之间无法通信，VLAN类似于硬盘的逻辑分区，可以简单地理解为把同一硬盘划分成不同的硬盘盘符。
但是与逻辑盘不同的是，VLAN之间通信可不像把文件从一个逻辑盘复制到另一个逻辑盘那样简单，而是必须依靠路由器才能使VLAN之间相互通信。
因此符合“20/80”规则的大中型网络必须使用三层交换机，如神州数码D-Link的DES-6706交换机。
企业网适用哪一条规则？
在企业网络环境中，有的地方“80/20”规则适用，数据流量一般局限在本地子网中，如果将专用的服务器架设在网络中心，必将大大增加网络主干的负担。
有的地方“20/80”规则适用，比如电子邮件服务器、Web服务器等，是任何网络用户都会使用的，就应当放置在网络主干上，如果放在某一个子网中，不仅增加该子网的负担，其他子网的用户访问起来也会很慢。
6.1.4以太网交换技术
以太网交换技术具有许多类型，各自宣传其具有不同的优点；通过简单的鼠标即可增加、移动和改变往来落的结构；比网桥和路由器更为有效地进行网络分段；为高性能工作站或服务器提供高宽带。
网络管理者渴望采用这些技术，但是首先他们想了解各种以太网交换技术。
当前有两种以太网交换技术：
静态以太网交换和动态以太网交换。
一、静态以太网交换
静态以太网交换是为网络管理者通过软件来完成网络配置的增加、移动及改变而设计的。
静态以太网交换工作与传统的共享式网络环境。
所以称为“静态”是由于需要网络管理员的人工干预，既每次网络节点的移动和增加，网络管理员必须通过网络管理软件进行操作。
一旦一次静态交换操作完成，用户或工作站将被移到一个新的共享网段，并且一直呆在那里直到另一次新的操作。
静态交换允许网络管理员在一个ＨＵＢ内将用户容易地从一个共享局域网总线移到另外一个共享局域网总线。
，集线器的以太网总线１是由工程部８台工作站共享的以太网网段。
而以太网总线４是由市场部的工作站所共享）的网段，以上两个网段都是传统的共享局域网。
当工程部某位工程师调至市场部，希望将其工作站连至市场部局域网段（以太网总线４）时，该如何操作？
对静态以太网交换，网络管理员只需通过网络管理工作站的集线器图形界面，用鼠标将调离的工程师工作站所对应的端口从总线１拉至总线４即可。
这种改变只需几秒钟的时间。
而传统的方法，则需网络管理员通过查线、拨号、重新布线等一系列的工作才能完成。
显然，在网络结构需经常改变的场合，静态交换以太网极为适宜。
静态交换不能改变带宽（性能）,用户唯一可以提高网络性能的方法是将工作站从拥挤的网段移到空闲的网段。
只有动态以太网交换才可以增加标准以太网的带宽（性能）。
二、动态以太网交换
动态以太网交换最初设计思路来源于电话网,即在一个系统内同时按需存在许多点-点会话.动态以太网交换可以在不改变标准以太网节点设备的同时（即工作站和服务器采用标准的以太网卡,驱动程序,电缆和应用程序）,极大地提高网络的带宽.其工作过程如下:
交换机检查来自PC的数据包;交换机识别该数据包的源地址和目的地址;交换机动态打开一专用的10Mbps链路,将包由源地址端口传送至目的地址端口。
动态交换检查由A工作站发往B工作站的数据包,在A与B之间动态建立一专用的10Mbps链路.显然,不象传统的共享以太网,数据包不是发往网络上的所有工作站,而是对每一数据传输产生专用的10Mbps链路.而连接到动态交换上的工作站及服务器仍使用标准的以太网卡,驱动程序,电缆及应用程序。
在动态交换的内部,标准以太网的冲突式网络存取机制（CSMA/CD）不再存在,与以太网相依存的"冲突"显著变小或不复存在,每一用户昀可独立享受局域网的全部带宽（以太网10Mbps）,所有的数据包都通过专用的点对点10Mbps链路进行交换,因此以太网交换为诸如客户机/服务器应用,分布式数据库,图像处理,CAD,甚至多媒体等数据密集型网络应用提供了足够的带宽。
因为数据不昌传送到所有的端口,网络也难以被窃听,所以动态交换环境比共享式以太网更加安全。
动态交换同时检查所有数据包,同时开辟许多的10Mbps专用链路以完成并行的数据通信。
这样在任何时间内可以存在许多专用的源-目的以太网。
动态交换以太网的这种并行的,点对点特性与电话网相似,同时也与FTM相近。
一旦一个独立的端口通信完成,动态交换释放此链路。
因此,动态交换的带宽流量是按需的,这种按需带宽特性是ATM网的另一特性.但因动态以太网交换是建立在标准以太网基础上（标准接口卡,驱动,电缆和应用）,用户可以保留其在原有以太网上的投资和基础上,获得像ATM一样的专用带宽及安全保密性。
三、以太网交换技术分类
上面已讨论了动态交换和静态交换在功能和应用上的基本差异,下面将着重讨论每种交换技术的两种实现方式:
动态端口交换
动态段交换
静态端口交换
静态模块交换
对静态交换而言,模块交换和端口交换差别很小,它们可应用于相同的场合,而对动态交换,段交换与端口交换的应用明显不同.
1.动态端口交换
动态端口交换的功能已在前面讲述过,每一端口联接到单一的工作站或服务器.因为每一端口可被按需赋予一个独立的10Mbps专用以太网链路,这样可以赋予每一工作站或服务器更高的网络带宽。
2.动态段交换
动态段交换与动态端口交换的功能相似,通过交换结构,按需提供专用的端口间10Mbps专用链路.每一动态段交换端口可以连接一个网段（即传统的共享以太网）,而不只是一个工作站或服务。
动态段交换通过对大量MAC地址的识别来完成此功能。
用端口连结整个网段,可以使动态段交换取代现今分段网络中的路由器及网桥。
如果网段A的用户在网段内发送数据包,交换识别数据为本网段数据包而不允许这些数据包进入其它网段.但是如果网络段A的用户发送数据包到网络段B,则交换机识别那些传送至网段B的数据包,分配一专用的10Mbps链路，发送数据包到网段B的目的用户.网络分段,即将一个大的拥挤的网络分成一系列的小型网络,每一网络具有小的用户和小的流量。
以前网络分段一般是通过网桥和路由器来实现的,而采用动态段交换对网络分段比用网桥和路由器更优越,理由如下:
（1）价低.
（2）易管理,而路由器需要OSI协议中网络层的复杂网络管理.
（3）更快速,因为交换只检测其数据包头中的源及目的地址,而网桥及路由器则需检测整个包,这样交换所产生的时延比网桥及路由器小得多.
3.静态端口交换
静态端口交换允许网络管理员通过软件将用户工作站从一条共享以太网总线移到另一条，灵活地对网络进行增加,减少所需的交换模块订货量.例如,在网络上增加8个用户,他们工作于4个不同的部门,在4条不同的以太网总线上。
所有这些用户可以采用一块单一的端口交换模块来实现.与此相比,以前则需购4块新的模块并连到不同的总线,但每个新的模块的大部分端口是未用的,造成低效及浪费.
4.静态模块交换
静态模块交换也是由软件来实现网络的增加,移动和改变.与静态端口交换不同的是,静态模块交换是将整个模块（包括模块上的所有端口）从一条共享总线移至另一条共享总线.
6.1.5虚拟交换技术
一、VLAN技术的概述及其优点
VLAN（虚拟局域网）是对连接到的第二层交换机端口的网络用户的逻辑分段，不受网络用户的物理位置限制而根据用户需求进行网络分段。
一个VLAN可以在一个交换机或者跨交换机实现。
VLAN可以根据网络用户的位置、作用、部门或者根据网络用户所使用的应用程序和协议来进行分组。
基于交换机的虚拟局域网能够为局域网解决冲突域、广播域、带宽问题。
传统的共享介质的以太网和交换式的以太网中，所有的用户在同一个广播域中，会引起网络性能的下降，浪费可贵的带宽；而且对广播风暴的控制和网络安全只能在第三层的路由器上实现。
VLAN相当于OSI参考模型的第二层的广播域，能够将广播风暴控制在一个VLAN内部，划分VLAN后，由于广播域的缩小，网络中广播包消耗带宽所占的比例大大降低，网络的性能得到显著的提高。
不同的VLAN之间的数据传输是通过第三层（网络层）的路由来实现的，因此使用VLAN技术，结合数据链路层和网络层的交换设备可搭建安全可靠的网络。
网络管理员通过控制交换机的每一个端口来控制网络用户对网络资源的访问，同时VLAN和第三层第四层的交换结合使用能够为网络提供较好的安全措施。
另外，VLAN具有灵活性和可扩张性等特点，方便于网络维护和管理，这两个特点正是现代局域网设计必须实现的两个基本目标，在局域网中有效利用虚拟局域网技术能够提高网络运行效率。
二、VLAN的实现
VLAN的实现方式有两种：
静态和动态。
静态实现是网络管理员将交换机端口分配给某一个VLAN，这是一种最经常使用的配置方式，容易实现和监视，而且比较安全。
动态实现方式中，管理员必须先建立一个较复杂的数据库，例如输入要连接的网络设备的MAC地址及相应的VLAN号，这样当网络设备接到交换机端口时交换机自动把这个网络设备所连接的端口分配给相应的VLAN。
动态VLAN的配置可
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