网络规划设计样本.doc

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课程名称
中小企业网络组建与管理
专业名称
计算机应用技术
授课教师/职称

授课方式( 合、 小班)
小班( 理实一体)
授课题目
项目( 一) 企业网络规划及综合布线 任务2网络规划设计
教材及参考书目
《中小企业网络组建与管理》校本教材
教学目的与要求:
了解(1)网络拓扑规划设计; (2)IP地址分配规划设计; (3)网络设备选用; ( 4) 电源及UPS。
掌握网络拓扑规划设计、 IP地址分配规划设计、 网络设备选用、 电源及UPS, 能按照实际需求规划设计局域网的拓扑与IP地址, 并选用相关网络设备。
内容和时间安排、 教学方法:
1．内容和时间安排:
网络拓扑规划设计2课时
IP地址分配规划设计2课时
网络设备选用1课时
电源及UPS1课时
2．教学方法: 理实一体
教学重点和难点:
1．重点: IP地址分配规划设计
2．难点: 常见网络设备选用
复习思考题、 作业题:
实训报告
实施情况及分析:

基 本 内 容
辅助手段和时间分配
计算机网络中的基本拓扑结构:
Ø 总线型
Ø 星型
Ø 环型
Ø 网状

总线型网络结构
总线型拓扑( Bus Topology) , 所有工作站共用一条通信线路( 总线) , 属于广播式的通信方式。

1、 总线型网络的结构特点:
Ø 一般使用同轴电缆进行网络连接, 不需要中间连接设备, 建网成本低。
Ø 每一网段的两端都要安装终端电阻器。
Ø 仅适用于连接计算机较少( 一般少于20台) 的网络。
Ø 网络的稳定性较差, 任一节点出现故障将导致整个网络瘫痪。
Ø 单纯总线型结构主要用于10Mbit/s的共享网络。
2、 总线上的通信方式——
( 带有冲突检测的载波侦听多路访问 ) CSMA/CD
3、 总线上的信号反射和终结器
当信号传到总线的端点时, 将产生反射信号, 反射信号将继续占用总线, 从而阻止其它计算机发送信号, 因此必须消除反射信号。
为了阻止反射信号, 总线两端各需安装一个终结器组件, 称为终端电阻器, 用于吸收传送到总线端点的信号。
4、 总线型网络通信的中断

星型网络结构
星型拓扑( Star Topology) , 所有网络中的计算机都直接连接到中心节点上, 常见的中心节点有集线器( HUB) 或交换机( SWITCH) 。传输数据都要经过中心节点。

1、 星型网络的结构特点:
HUB或SWITCH能够进行级连。

基 本 内 容
辅助手段和时间分配
Ø 缆线断开或松动只影响与缆线相连的计算机。
Ø 如果中心节点的HUB或SWITCH出现故障, 与之相连的所有计算机将全部无法进行通信。
Ø 一般使用双绞线或光纤进行连接。符合综合布线的标准。
Ø 能够满足多种网络带宽的要求, 包括10Mbit/s, 100Mbit/s, 1000Mbit/s。

环型网络结构
环型拓扑( Ring Topology) , 所有计算机连成环状, 不需要终结器。信号沿环的一个方向传播, 依次经过每台计算机。

环型网络中的每一台计算机都是一个中继器, 把信号放大并传给下一台计算机。任何一台计算机出现故障都会影响整个网络。
环上的通信方式——令牌传递( Token Passing)
令牌( Token) 是一个表示信息发送许可证的特殊控制帧。令牌帧沿着环网单向循环, 依次经过各个节点。
令牌环工作主要有三个步骤:
①获取令牌并发送数据帧;
②接收和转发数据帧;
③撤消数据帧并释放令牌。

网状网络结构
网状拓扑( Mesh Topology) , 各节点经过传输线相互连接, 任何一个节点都至少与其它两个节点相连。
状结构具有较高的可靠性, 但实现费用高, 结构复杂, 不易管理和维护, 常见在广域网中, 局域网中很少使用。

基 本 内 容
辅助手段和时间分配
网络拓扑结构的变体
1、 星型总线网的结构
特点:
Ø 任何一台计算机发生故障都不会影响整个网络。
Ø 如果网络中的HUB出现问题就会影响到整个网络, 使整个网络不能正常工作。
Ø 星型总线型是以太网、 快速以太网、 千兆以太网的基础。总线作为整个网络的主干, 一般采用光纤, 成本较高。
2、 星型环网络结构
星型环( Star－Ring) 中, 计算机连接到HUB或SWITCH上, 在HUB或SWITCH内部采用环状, 或将HUB或SWITCH直接连成环状。

IP地址
IP协议分为IPv4( 当前使用) 、 IPv6( 正在研发) 。
IPv4的IP地址是由32Bits的二进制数值组成。

IP地址是具有逻辑格式的地址:
IP地址=网络地址( 标识/ID) +主机地址( 标识/ID)
具有逻辑格式的目的是为了减轻路由器处理压力, 只需要找到目标网络即可。
根据网络地址的不同, IP地址分为5类( A、 B、 C、 D、 E) , 分别适用于不同规模的网络。
网络地址的分类是根据IP地址最左边的几位——前导位, 进行识别。

A、 B、 C三类IP地址, 分别适用于大、 中、 小型网络( 以入网计算机数为衡量标准) 。

基 本 内 容
辅助手段和时间分配

同类IP地址在数据链路层或物理层经过Switch( 物理寻址) 或HUB( 广播寻址) 实现访问。
异类IP地址必须在网络层经过Router( IP逻辑寻址) 实现访问。
特殊的IP地址:
Ø 主机地址全为0, 表示网络地址 。
Ø 主机地址全为1, ”广播”地址, 表示目标地址为网络中的全部设备。
Ø 私用IP地址, 供LAN使用, 在Internet上非法。

Ø Microsoft保留IP地址, 从169.254.x.x
要解决的问题:
IP地址按照类别来划分不能适应网络灵活变化的组织、 管理要求。
Ø 有30台计算机组网, 使用C类地址( 可容纳254台主机) , 则可能造成重大的资源浪费。
Ø 如有300台计算机组网, 使用C类地址( 可容纳254台主机) 则需要增加路由实现互连, 若使用B类地址( 可容纳65534台主机) 则浪费。
提出方案:
采用子网寻址技术来提高IP地址的利用率。将IP地址对应的网络进行分割, 产生多个逻辑网络, 其中每一个逻辑网称为原网络的子网, 便于网络的维护与管理。
当前是经过可变长子网掩码( VLSM) 技术实现的。
具体实现:
仅靠IP地址自身不能实现动态的确定主机地址与网络地址, 必须采用额外的方式加以确定——采用子网掩码的形式。
子网掩码是一个32位地址, 与IP地址一一对应。若子网掩码某位值为1, 则IP地址对应位是网络地址; 若子网掩码某位值为0, 则IP地址对应位是主机地址。( 高位用于网络地址, 低位用于主机地址, 前一串连续的1, 后面都是0) 。
系统默认子网掩码, 不进行子网分割的IP地址对应的子网掩码。

基 本 内 容
辅助手段和时间分配

解决问题: 有30台计算机组网, 使用C类地址( 可容纳254台主机) , 则可能造成重大的资源浪费, 采用可变长子网掩码对C类地址进行逻辑分割避免浪费。
具体实现:
∵24<30<25 ∴主机地址至少需要5位
分割逻辑子网, 采用对主机地址借位的方式进行。
所借位数=默认主机位数-需要主机位数

基 本 内 容
辅助手段和时间分配
3 = 8 - 5

C类地址( 192.168.0.0) 借用3位主机地址所构成的子网( 子网掩码为255.255.255.224) , 每一子网容纳机器数: 30。

可将一个较大规模网络分割成若干逻辑子网便于( 隔离) 管理。
解决问题: 如有300台计算机组网, 使用C类地址( 可容纳254台主机) 则需要增加路由器实现互连, 若使用B类地址( 可容纳65534台主机) 则浪费, 使用可变长子网掩码, 即节约路由器又避免地址浪费。
具体实现:
∵28<300<29 ∴主机地址至少需要9位
扩展逻辑子网, 采用对网络地址借位的方式进行。
所借位数=需要主机位数-默认主机位数
1 = 9 - 8

对网络地址借位的可变长子网掩码也被称为超网。

基 本 内 容
辅助手段和时间分配

关键看是否属于同一网络——网络地址相同
相同( Switch/HUB) ; 不同( Router)
要解决的问题: IPv4可用的资源有限, 不能满足Internet发掌的要求; IPv4数据包的头信息比较复杂, 消耗了额外的网络资源; IPv4的可扩展性较小。
提出方案: 建立新一代Internet通信协议, IPv6。
IPv6采用128位长度地址( 8个16位部分) , 大大增加了网络地址空间, 简化了头信息, 安全性, 可扩展性大大提高。

基 本 内 容
辅助手段和时间分配
集线器
集线器( HUB) 对网络进行集中管理的最小单元, 工作在ISO的物理层, 其实质是一个多端口中继器。
中继器是一种放大模拟或数字信号的网络连接设备, 主要是将接受到的信号进行再生放大, 以扩大网络的传输距离。
集线器( HUB) 的基本功能是使用广播技术进行信息分发, 将一个端口上接收到的信号, 以广播方式发送到集线器的其它所有端口。
IEEE802.3协议定义: 集线器的功能是随机选取某一端口的设备, 并让它独占全部带宽, 与集线器的上联设备( 交换机、 路由器或服务器等) 进行通信。
集线器的特点:
① HUB作为一种多端口信号放大设备, 工作时先将接收的信号整形放大( 恢复到发送状态) , 再发送到所有处于工作状态的端口( 广播, 不具备定向传送能力) 。
② HUB只与其上联设备( 如上层HUB、 交换机等进行通信) , 同层间端口不直接通信, 如要通信需经过上联设备再进行广播实现。

集线器在网络中的作用
HUB主要用于共享网络的组建, 是解决服务器直接到桌面最经济的方案。

集线器的分类
根据端口分:
Ø RJ－45端口
Ø AUI端口
Ø BNC端口
Ø SC光纤端口
根据外形尺寸分
Ø 机架式, 符合工业标准, 长19英寸( 48.3cm) , 高1U( 4.43cm) /2U等, 16口/24口, 适用较大型网络
Ø 桌面式, 简易式, 端口较少( 8口以内) , 用于小型网络
根据连接速度分
Ø 10Mbit/s
Ø 100Mbit/s和10/100Mbit/s自适应
Ø 1000Mbit/s和100/1000Mbit/s自适应
根据是否支持网络管理功能分
Ø 不可网管型集线器( Damp HUB) , 中低端
Ø 可网管型集线器( Intelligent HUB) , 支持SNMP

基 本 内 容
辅助手段和时间分配
可网管型集线器都配置有Console 接口。
根据是否具有可扩展功能分
Ø 可对叠集线器
Ø 不可堆叠集线器
堆叠方式是指将若干集线器的以电缆经过堆叠端口连接起来, 以实现单台集线器端口数的扩充, 要注意的是只有可堆叠集线器才具备这种端口, 一个可堆叠集线器中一般同时具有”UP”和”DOWN”堆叠端口。
集线器的堆叠是为解决单个集线器端口不足的问题。采用堆叠的集线器端口扩展方式要受到集线器的种类和间隔距离的限制, 首要条件是实现堆叠的集线器必须是可堆栈的: 集线器的堆叠一般以同一品牌、 同一型号相堆叠, 堆叠数量一般不超过4～5台 ; 其次堆叠连接的几台集线器之间的连接非常近( 厂家所能提供的堆栈连接电缆一般是1m) 。
堆叠中的所有集线器可视为一个整体的集线器来进行管理, 堆叠中所有的集线器从拓扑结构上可视为一个集线器。
级联是另一种集线器端口扩展方式, 指使用集线器普通的或特定的端口来进行集线器间的连接的。
普通端口就是经过集线器的某一个常见端口( 如RJ－45端口) 进行连接; 特殊端口就是集线器为级联专门设计的一种”级联端口”, 一般都标有”Uplink”或”MDI”字样。所有的集线器都能够进行级联。
两种集线器端口扩展方式( ”堆叠”与”级联”) 比较

条件
实现
投资
距离
网络管理
性能
堆叠
有
困难
大
短<=1m
简单、 同一
良好
级联
无
简单、 灵活
小
长<=100m
困难、 分散
一般
注: ”级联”还具有延扩局域网络范围的功能。

计算机网络收发器
网络收发器: 连接不同网络传输介质( RJ－45、 AUI、 BNC、 ST) 的转接器。

计算机网络中的交换机
交换机( SWITCH) 是交换式集线器的简称, 工作在OSI参考模型的数据链路层。交换机相当于多端口的网桥, 能识别地址信息( MAC地址) , 经过解析所传递信息包的目的地址, 能将每一信息包独立地从源端口转发至目的端口。
网桥区别于中继器, 工作在OSI参考模型的数据链路层, 够解析所收发的数据, 特别是能够读取目标地址信息( MAC) , 并决定是否向网络的其它段转发( 重发) 数据包。

交换机的工作方式
交换机的工作原理是存储转发, 它将某个端口发送的信息先存储下来, 然后按照信息包中的目的地址, 在交换机的地址表中查找目的计算机所连接的端口, 找到后将信息直接发送给目的端口, 从而避免了和其它端口发生碰撞, 提高了网络的交换和传输速度。
交换机为每个端口都设立了独立的通道和带宽, 一个16 口的百兆交换机, 它的每一个端口都享有独立的百兆带宽。

基 本 内 容
辅助手段和时间分配
交换机拥有一条高带宽的背板总线和内部交换矩阵, 交换机的所有的端口都挂接在这条背板总线上的, 当控制电路收到数据包以后, 处理端口会查找内存中的地址对照表, 以确定目的MAC的网卡是挂接在哪一个端口上, 然后经过内部交换矩阵迅速将数据包转发到目的端口。
目的MAC 在地址表中若找不到, 交换机便采用广播方式, 将数据包广播到所有的端口, 接收端口回应后, 交换机便会将该MAC 地址和所对应的端口记忆下来, 添加到内部的地址表中, 以后若要向该目的地址发送信息, 则就采用直接转发了——交换机对目的地址具有记忆和学习功能, 是一种智能化的设备。
交换机的背板带宽越宽( 背板带宽指的是交换机在无阻塞情况下的最大交换能力) , 交换机的处理和交换速度就越快。

交换机与集线器的本质区别
集线器( HUB) ——共享式网络, 共享带宽, 信道争用。
交换机( SWITCH) ——交换式网络, 专用信道。
交换机的主要功能:
① 交换机能够将原有的网络划分成多个子网络, 能够做到扩展网络有效传输距离, 并支持更多的网络节点。
② 利用交换机可有效隔离网络流量, 减少网络中的冲突, 缓解网络拥挤状况。
选择交换机( SWITCH) 的原因:
Ø 交换机( SWITCH) 工作特点和良好的性能。
Ø 网络的发展和交换机成本的降低, 推动交换机( SWITCH) 将逐渐取代集线器( HUB) 。
Ø 千兆以太网的高速网络的发展推动了交换机的应用。
交换机的相关技术
交换机的3种交换技术:
Ø 存储转发( Store and Forward) : 交换机在接收数据帧时, 先存储在一个共享缓冲区中, 然后进行过滤( 滤除不健全帧和冲突帧) 和差错校验, 最后将数据发送至目标端口。质量高、 速度慢。
Ø 直通( Cut Through) : 只检查接收到帧的目标地址, 立即转发, 不做差错和过滤处理。速度快。
Ø 无碎片直通( Fragment Free Cut Through) : 假定网络中无碎片( 碎片, 由于冲突产生的不完整的不健全帧) , 接收到数据帧的存储部分( 前64字节) , 进行差错检验, 无错则认为健全帧, 转发。
三层交换技术——能够解析第三层( OSI的网络层) 数据的交换机被称作第三层交换机, 关键是将路由功能集成到普通交换机中。
路由器( 工作在OSI的网络层) , 以IP协议经过软件实现网络互联( 路由) , 灵活、 可扩展, 但价格昂贵, 转发速率慢; 三层交换机采用交换技术来发送包实现路由, 与普通交换机相比较在性能上有质的飞跃, 在网络分段、 安全性、 可管理性等方面都有很大提高, 能提高网络的运行速度, 扩展网络的规模, 是网络核心的很好选择。
Ø 集线器运行在第一层( 物理层)
Ø 交换机运行在第二层( 数据链路层)
Ø 路由器运行在第三层( 网络层)

基 本 内 容
辅助手段和时间分配
随着交换技术的发展, 这种界限将会变得更加模糊。能够解析第三层数据的交换机被称作第三层( 路由) 交换机, 能够解析第四层数据的交换机被称作第四层( 应用) 交换机。
关键: 交换完全是由设备硬件处理的, 而路由则是由设备的软件处理的。
能解析更高层的数据使得交换机能够执行先进的过滤、 统计和安全功能。三、 四层交换机能够比路由器更快地传输数据, 而且比路由器更容易安装和配置。
一般, 三、 四层交换机的整体性能比不上路由器。例如, 三、 四层交换机不能在以太网和令牌环网间传输数据, 不能打包协议, 也不能优化数据传输。这些差别使得三、 四层交换机不适用于某些特殊的连接需要。如果想连接一个10BaseT以太网和一个100BaseT以太网, 使用交换机也就能够。但如果连接一个令牌环网和一个以太网, 就必须要使用路由器。

交换机的分类和特点
根据技术分类:
① 以太网( Ethernet) 交换机, 用于以太网( 以以太网的帧为传输单位) 的交换机, 交换机的主流产品。
② ATM( 异步传输模式) 交换机, 用于ATM网络( 确定长度为53个字节的信元为传输单位) , 电信主干网络中应用较多。
③ FDDI( 光纤分布式数据接口) 交换机, 被以太网取代, 基本不用。
④ 令牌网交换机, 失去市场, 基本不用
根据结构分类:
Ø 固定端口交换机, 只提供有限的端口, 无法经过模块来扩展端口数量。当前绝大多数交换机属于此类。
Ø 模块化交换机, 可选择不同数量、 速度、 接口类型的模块, 支持热插拔。部门级核心交换机采用较多。
根据所在协议层分:
Ø 二层交换机, 工作在OSI的数据链路层, 以介质访问控制( MAC) 子层为基础, 完成不同端口数据间的交换, 交换机应具备的基本功能。
Ø 三层交换机, 工作在OSI的网络层, 具有路由功能, 实现不同网段间的数据交换, 大中心网络的核心多采用。
Ø 四层交换机, 工作在OSI的传输层, 可使用传输层相关功能进行数据交换和处理。标准为制订完成, 实际使用较少。

路由器
路由器( Router) 工作在OSI参考模型的网络层, 能够将使用相同或不同协议的网段或网络连接起来, 实现互通, 扩大网络连接范围( Internet就是以无数个路由器连接起来的) 。
路由器具有较高智能, 内部拥有CPU、 内存, 基于协议( 软件) 转发数据包。

基 本 内 容
辅助手段和时间分配
路由器的特点
① 在不同网络或网段之间转发数据包( 基于协议) 。
② 选择最合适的路径, 引导通信( 经过路由表、 路由选择算法实现) 。
③ 根据预定规则拆分、 组合数据包, 使之适合于网络的传输。
④ 支持多协议, 作为不同通信协议网络连接的平台。
⑤ 经过隔离网络的一部分来防止网络的瓶颈, 避免网络运行停止和网络广播风暴的产生。
⑥ 保护网络免受入侵( 经过策略、 访问控制列表、 路由表实现) 。

路由器与交换机的区别

路由器( Router)
交换机( Switch)
工作层次
网络层
数据链路层
工作方式
软件协议
硬件交换
智能程度
高
低
寻址方式
IP地址
MAC地址
广播域
可分割
不可分割, 只能分割冲突域
连接对象
端到端连接不同网络、 Internet连接
网络中的段

电源及UPS
供电安全, 要解决网络能源安全的问题( 主要是解决供电中断对网络产生影响) 。
为了避免突然供电中断对网络造成的严重危害( 硬件、 软件、 数据) , 一般采用配备UPS( 不间断电源) 的方式。
后备式UPS, 内部有一充电电池, 平时供电正常时设备使用从电源输出的电力, 保证电池处于满电状态。当UPS检测到电源断电或电压波动时就立即切换到电池供电方式, 经过内部电路转换实现将电池的直流变交流为设备继续供电。后备式UPS的关键是在极短的时间内检测到供电中断或电压波动, 并迅速进行供电切换。后备式UPS相对与在线式UPS性能较差, 功率负载较小( 一般小于3KvA) , 价格便宜。
在线式UPS, 工作时与电源相连, 电源正常供电时对UPS内部的电池不停地进行充电, 然后UPS内部电路将电池的直流电转换为交流电, 设备不与电源直接相连, 电源中断或电压波动对设备毫无影响。在线式UPS输出负载大, 对服务器的供电系统安全性能有较大的提高, 价格较高。UPS为网络设备( 一般是核心服务器) 提供后备电力, 但一般的UPS的供电能力是有限的, 一般为20～30分钟( 视电池容量大小与负载大小有关) 。