凯发k8官网下载客户端计算机网络工程设计 当今社会，通过计算机网络来交换信息已成为 人类活动的重要手段。因此，在进行工程设计时， 要充分考虑到网络的可靠性、实用性、合理性、灵 活性、安全性和先进性等因素。由于同属于数据网 范畴的、大量使用于广域网中的DDN、FRN、 PSPDN等已相对稳定，很少有新开局，更多的是作 为应用，这里就不再赘述了。本章将对IP网及各种 局域网设计技术进行概述，并重点介绍校园网及宽 带IP城域网的设计。 2022-4-28 现代通信工程设计 第一节 网络设计概述 一、IP地址分类 IP地址的网络部分称为网络地址，网络地址用 于唯一地标识一个网段，或者若干网段的聚合，同 一网段中的网络设备具有同样的网络地址；IP地址 的主机部分称为主机地址，主机地址用于唯一地标 识同一网段内的网络设备。最初互联网络设计者根 据网络规模大小规定了地址类，把IP地址分为A 、B、 C、D、E五类，每一类都有预定义的网络和主机界 限。 2022-4-28 现代通信工程设计 在进行IP地址规划时，通常在公司内部网络使 用私有IP地址。IPv4将地址子段10.0.0.0～ 10.255.255.255、172.16.0.0～172.31.255.255、 192.168.0.0～192.168.255.255划分为私有地址。 结合IP地址分类、建设方案及IP地址分配原则，软 交换网IP地址分配有两种方案：软交换网各设备均 采用公网地址，软交换网各设备均采用私网IP地址。 如某新建的软交换网就是一个相对封闭的专用网， 承载于CN2网络之上，且通过MPLS VPN与外网隔 离，地址规划时就采用了私网IP地址（10.0.0.0～ 10.255.255.255）。 2022-4-28 现代通信工程设计 二、IP地址规划原则 ① IP地址的划分应该充分考虑网络地址现状和业 务发展的需要，为各种软交换设备、网关以及大客 户等预留足够的业务地址空间；为同一网络分配地 址时，留有一定的余地，便于将来增加节点。 ② 参考网络组织结构和路由组织原则，IP地址规划 应满足IP地址聚合的要求，以降低IP选路的开销。 ③ IP地址分配应具有层次性，以便管理，局部变动 不影响网络其他部分。 ④ 应充分合理利用地址资源，采用可变长子网掩 码（VLSM ）技术，保证IP地址的利用效率。 ⑤ 在整个网络环境中，必须保持IP地址的唯一性。 2022-4-28 现代通信工程设计 ⑥ 为了提高路由器的处理效率，减少路由表项目 数，应为同一网络分配连续地址。 ⑦ 充分利用已申请的地址空间，合理使用已分配 的地址段，提高地址利用率。 ⑧ 核心汇接层面以及各省市内分配地址应连续； 设备地址、网管地址应配置一段相对独立的地址空 间。 ⑨ 城域网内应采用合法公网IP地址；宽带接入企 业用户内部地址由企业分配；内部IP地址分配建议 在上行接口采用公网IP地址，内部用户可分配私有 IP地址。 2022-4-28 现代通信工程设计 ⑩ IP地址应采用分层设计，这样，每台三层网络 设备就不必具体储存每一台主机的IP地址，而是储存 每一个网段的网络地址（代表该网段内的所有主机）， 减少了路由表条目，增加了路由的灵活性。 (11)所有的主干设备应设置在一个管理网段内。 (12) IP地址的划分应符合OSPF域的IP寻址。 (13)在进行IP地址分配时，如果信息点数量多， 采用静态IP地址分配会带来大量的管理工作，且易导 致网络地址冲突，因此建议采用动态地址分配来实现 对网络地址的管理。 (14) 地址分配应尽可能满足各种用户接入的需要， 具有一定的灵活性。 2022-4-28 现代通信工程设计 三、网络设计原则 四、网络安全 五、网络管理 六、网络设备选型原则 ① 从技术角度出发：网络技术发展日新月异， 因此，选择何种网络技术及产品极为重要，在进行 网络设计时应该站在一个较高的角度，选择最为先 进的主流网络技术及产品来进行网络建设，确保网 络系统的技术先进性。 2022-4-28 现代通信工程设计 ② 从用户角度出发：提供网络设备的厂商有很 多，每个厂商的网络设备都有各自的特点和相应的 适应范围。因此，应从使用者的角度出发，合理选 择各厂商的产品，提出适合用户需求的网络设备。 ③ 从应用角度出发：根据用户的应用需求，采 用自上向下的分析，分析网络系统如何满足用户的 应用需求，然后确定网络系统的设备选型。采用这 种方法，不仅保证网络系统能完全满足用户的应用 需求，还可以设计出具有良好性能价格比且扩展性 能好的网络系统。 2022-4-28 现代通信工程设计 第二节 局域网设计技术 一、以太网 1 ．10Mbit/s以太网 10BASE-T 以太网组网设计规则：用双绞线 （UTP）将工作站连接到集线器（HUB）上，一段 双绞线m；双绞线插头、工作站网 卡和集线标准接口；介质上 最多只允许接入4个中继器，从而构成5个网段，可 采用三类UTP，其特征阻抗为100；网卡上配有内 置式收发器和RJ-45型插座，用于双绞线直线连接； 多个HUB之间可使用同轴电缆互连，其最大长度为 100m。 2022-4-28 现代通信工程设计 2 ．快速以太网 100BASE-T是在传统以太网基础上发展起来的快 速以太网，因此它保持相同的以太帧格式，但桥接 器、路由器和交换机又有所不同，其比较如表7.1。 表7.1 比 较 项 目 100BASE-T 10BASE-T 速率 100Mbit/s 10Mbit/s 支持标准 IEEE802.3U IEEE802.3 介质访问控制方式 CSMA/CD CSMA/CD 拓扑结构 星形 总线型、星形 支持的介质 UTP和光纤 同轴电缆、UTP和光纤 集线 现代通信工程设计 目前100BASE-T定义了以下3种物理规范的介质。 ① 100BASE-TX ，用于两对五类UTP，它是目前使 用最为广泛的介质，100BASE-TX标准使用其中两对， 连线BASE-T完全相同，在HUB和端节点上 的连接器通常也是普通五类UTP的RJ-45。 ② 100BASE-T4 ，用于四对三、四或五类UTP，连 接最大距离为100m。而10BASE-T只使用两对线， 因此老的三类UTP布线BASE-T系统必须改变端 节点上的电缆连线BASE-FX ，用于光纤。100BASE-FX是针对 光纤提出的物理层规范，它的连线m ），如采用非标准的全双工模式，连线km，另外抗干扰能力也大大优于UTP和STP。 2022-4-28 现代通信工程设计 快速以太网的拓扑结构规则 ① HUB与站点间的最大UTP电缆长度为100m。 ② 在一条链路上，对于Ⅰ类中继器（延时为0.7µs 以下），最多只能使用一个，可以构成每段长 100m的两段链路，即站点到中继器距离为100m， 中继器到交换机距离为100m。对于Ⅱ类中继器 （延时为0.46µs 以下），最多使用两个，可有每段 长100m的两段链路和5m长的中继器间链路，站点 到交换机的最大距离为205m 。 2022-4-28 现代通信工程设计 ③ 对于光纤作垂直布线的拓扑结构，纵向只能连 接一个中继器（或HUB），各站点到HUB的最大距 离为100m，而HUB到交换机（或路由器）的垂直 向下链路可采用225m （最大限度）光纤，站点到 交换机的最大距离为325m 。 ④ 利用全双工光纤的拓扑结构，通过非标准的 100BASE-FX接口连接，可以使站点（远程）或 HUB到路由器或交换机的距离达到2km 。 2022-4-28 现代通信工程设计 100BASE-T组网方法 在采用以太网/快速以太网交换技术组网中，可以 将原来以太网服务器的网卡更换为快速以太网卡 （100BASE-TX网卡），并利用五类UTP通过RJ-45 端子接入100Mbit/s交换机的100Mbit/s高速端口上。 对于一般工作站，不必更换网卡，可通过原来的共 享HUB，连接到交换机10/100Mbit/s的10Mbit/s端口 上，组成10Mbit/s共享网；对于那些对带宽要求较 高的数据库服务器、工作站以及打印机等，可单独 直接连接到10/100Mbit/s交换机的端口上，组成多 级交换机的快速以太网。 2022-4-28 现代通信工程设计 3．千兆位以太网 在保持与以太网和快速以太网设备兼容的同时， IEEE 802.3z标准支持全双工和半双工1Gbit/s的传输， 相应的操作采用10BASE-T和100BASE-T向后兼容。 此外，支持最大距离为500m的多模光纤、最大距离 为2km 的单模光纤。 （1）现有以太网向千兆位以太网升级的方法 升级首先在现有以太网的LAN骨干网上进行，然 后是服务器连接的升级，最终是工作站的升级。这 些升级包括以下5个方面。 2022-4-28 现代通信工程设计 ① 交换机到交换机的链路升级 ② 交换机到服务器的链路升级 ③ 快速以太网骨干网的升级 ④ 共享式FDDI骨干网的升级 ⑤ 高性能工作站的升级 （2 ）千兆位以太网的物理层连接 ① 光缆介质上的长波和短波激光。 ② 150均衡屏蔽同轴电缆（1000BaseCX）。 ③ 千兆位以太网接口载体（GBC）。 2022-4-28 现代通信工程设计 二、令牌环网络 令牌环网络系统的拓扑结构为环形，遵循IEEE 802.2和IEEE 802.5标准，采用专用的令牌环介质访 问控制方式，传输介质为STP、UTP或光纤，传输 速率为4Mbit/s或16Mbit/s。 令牌环网中的覆盖范围没有限制，但站点数却受 到一定限制。使用STP时，可连接2～260台设备； 使用UTP时，只能连接2～27台设备。 令牌环网卡用于实现MAC层和物理层功能，用 于与干线耦合器之间的信息储存，其标准有两种： 一种是D型连接接口（用于STP ），另一种是RJ-45 接口（用于UTP），两者都采用四芯线 现代通信工程设计 三、FDDI光纤环网 FDDI传输速率高达100Mbit/s，覆盖距离可达 100km，可连接500多个站点，站点间的最大距离为 2km 。FDDI主要是用作连接一般局域网的主干网。 1．FDDI网的网络拓扑结构 采用主、副双环结构，主环进行正常的数据传输， 副环为备用环。 2 ．FDDI介质访问控制方式 采用多数据帧访问方式。 3 ．FDDI的组网 在FDDI上所连接的工作站有双附接站（DAS）和 单附接站（SAS ）两类。 2022-4-28 现代通信工程设计 四、VLAN VLAN逻辑上把网络资源和网络用户按照一定的 原则进行划分，把一个实际的物理网络划分成多个 小的逻辑网络。这些小的逻辑网络形成各自的广播 域，也就是虚拟局域网。 1．VLAN划分 交换机的一个端口就是一个冲突域，HUB和二层 交换机的所有端口都在一个广播域里，路由器上的 每个端口自成一个广播域。通常将VLAN划分为静态 VLAN和动态VLAN 。 2022-4-28 现代通信工程设计 VLAN 的划分原则：对于那些相互之间联系频繁 的节点，尽量划分在同一个网段，比如可以按照部 门来划分虚拟网，对于较大的部门，可以进一步细 化；对于公共的服务器，尽量设置在对其访问数据 流量最大的VLAN 中；对于公司级的服务器，或者为 多个VLAN用户所经常访问的服务器，可以使用虚拟 多宿主服务器技术，该技术使得一台服务器同时存 在于多个VLAN 中。虚拟网的划分可以跨多个交换机， 也可在一个交换机内划分出多个虚拟网。 2022-4-28 现代通信工程设计 2 ． VLAN隔离 VLAN可以不考虑用户的物理位置，而根据功能、 应用等因素将用户从逻辑上划分为一个个功能相对 独立的工作组，每个用户主机都连接在一个支持 VLAN 的交换机端口上并属于一个VLAN 。通过把交 换机的端口划进不同的VLAN就增加了每个虚拟局域 网用户的可用带宽。在大部分以太网交换机中均提 供了对VLAN 的支持。 2022-4-28 现代通信工程设计 3 ．VLAN实现 VLAN实现的协议主要有：IEEE 802.10、IEEE 802.1q、ISL、LANEmulation等。其中ISL是Cisco 公司专有的协议，用于多个交换机的连接和VLAN信 息的维护，该技术得到了Intel等厂商的大力支持。 实际中可采用ISL和LANEmulation技术相结合来实 现VLAN 。 一个虚拟网的节点数最好应限制在300个以内。 为获得比较好的性能，一个VLAN 中的用户数为15～ 150个。 2022-4-28 现代通信工程设计 五、WLAN室内覆盖一体化设计方案 符合基于IEEE 802.11标准的设备都可以接入到 WLAN室内覆盖系统中，本案将以基站射频输出口 为界面，对某楼室内分布系统及设备进行设计。 WLAN覆盖系统结构如图7.1所示，整个网络可由 微蜂窝语音基站、直放站、无线接入节点AP 、干线 放大器和信号分布系统等部分组成。用吸顶天线来 覆盖楼层，WLAN信号通过放大器放大后与室内覆 盖系统走同一条线路对大楼进行数据和语音的同时 接入。采用宏蜂窝基站作为信号源。接入控制点 （AC ）就设在本大楼数据机房内。干线放大器起放 大AP和无线终端射频信号的作用。 2022-4-28 现代通信工程设计 图7.1 WLAN覆盖系统结构示意图 2022-4-28 现代通信工程设计 第三节 校园网工程设计 一、校园网设计原则 ① 先进性 ② 交互性 ③ 开放性 ④ 实用性 ⑤ 可靠性 ⑥ 扩充性 ⑦ 经济性 2022-4-28 现代通信工程设计 二、校园网拓扑结构的设计 某校园网拓扑结构如图7.2，先设计接入层面，其 次设计分布层面和核心层面，最后是安全设计。 图 7 . 2 构 结 扑 拓 网 园 校 某 2022-4-28 现代通信工程设计 例7.2 某校园网为实现千兆交换到所有楼宇、百兆 交换到桌面、覆盖校园内的每一个角落的目标，要求 对其进行规划设计。图7.3所示为网络拓扑图。 图 7 . 3 图 扑 拓 络 网 2022-4-28 现代通信工程设计 三、校园网IP地址的规划设计 规划IP地址首先将申请到的IP地址按照网络拓 扑结构进行规划，其次对局域网进行子网配置或私 有地址配置。假定从主机标识部分（host-id）借用n 位给子网，剩下m位作为主机标识，那么生成的子 网数量为2n个，每个子网具有的主机数量为2m−2台 （主机地址减去全0和全1），主机标识位数为 （m+n ）位。配置过程如下：根据所要求的子网数 P≤2n ，推算出n （n为正整数），再检查每个子网所 具有的主机数是否满足实际要求；求出相应的子网 掩码；列出所有的子网和主机地址。 2022-4-28 现代通信工程设计 例7.3 一个C类地址为192.168.143.0，网内最 多可有254台主机，为了管理需要，要将该网分成6 个子网，每个子网能容纳30台主机。试给出子网掩 码。 因需要6个子网，22＜6＜23，n=3，主机标识 位数为8，则m = 8 − n = 5，从而每个子网主机数量 为25 −2 = 30 台。又因为C类地址192.168.143.0， 前三部分为网络号，子网掩码全为1，即 255.255.255 ；最后一个8位地址，有3位为子网号， 5位为主机号，即子网掩码因此，子 网掩码为255.255.255.224 。 2022-4-28 现代通信工程设计 例7.4 举例说明校园网内IP地址的分配方案。 某校学生宿舍区已接通校园网1Gbit/s光纤骨干 网络，其中IP网段地址为192.168.200.0～ 192.168.206.224，网关地址为192.168.200.1，则3 号楼108房间的IP地址设置方法为：在 192.168.200.0的第三地址段200上加3 （楼号），成 为192.168.203.0，然后再在192.168.203.0的第四地 址段0上加8  4=32 （4个信息点/房间），成为 192.168.203.33 （192.168.203.1除外）。因此，学 生108房间的IP地址范围是192.168.203.33～ 192.168.203.36。图7.4所示为学生宿舍区3号楼局 域网设计方案。 2022-4-28 现代通信工程设计 图7.4 宿舍楼局域网设计方案 2022-4-28 现代通信工程设计 四、校园网联网设计 校园网接入Internet的方式有DDN、ISDN、 ADSL等。 1 ．通过路由器访问Internet的配置方法 2 ．通过代理服务器访问Internet的配置方法 3 ．直接访问与代理访问并存的配置方法 4 ．通过广域网与校园网互联 图7.5所示为某大学校园网与广域网互联的设计方 案拓扑图，除校总部外，还有两个分校，广域网技 术可以这样设定：校总部网络通过DDN专线与科教 网、Internet相连，并设防火墙。校总部与分校之间 通过适当的广域网链路互联。 2022-4-28 现代通信工程设计 图7.5 某大学校园网与广域网互联的设计方案拓扑图 2022-4-28 现代通信工程设计 第四节 宽带IP城域网设计 一、宽带IP城域网组建原则 ① 网络的拓扑结构、网络组织、路由组织及路由 策略等应满足多媒体综合业务的需求，进行全程全 网的系统规划。 ② 以业务模型、业务提供方案及业务预测为基础， 提出业务的流量、流向分析和计算，据此进行网络 建设。 ③ 网络方案、业务发展策略均应充分利用原来的 网络资源。 2022-4-28 现代通信工程设计 ④ 结合城域传输网的建设，提出城域数据节点间 传输电路的合理组织。 ⑤ 向用户提供高品质的电信级业务服务、端到端 QoS保证。 ⑥ 建设城域数据网的认证计费结算系统，以形成 快速、灵活的业务开通能力。 ⑦ 数据网络的建设能力应能够满足数据业务规定 年限的业务拓展需求。 2022-4-28 现代通信工程设计 二、城域网结构 1 ．城域网垂直方向结构 城域网是OSI模型中从物理业务承载层垂直贯穿 到三层的多业务承载网络的总和，如图7.6所示。 图7.6 城域网垂直方向分析图 2022-4-28 现代通信工程设计 一般将城域传输网络划分为核心层、汇聚层、 接入层和面向CPN的引入层，如图7.7所示。 图7.7 城域传输网水平方向分析图 2022-4-28 现代通信工程设计 城域数据网的网络层次更趋向一种逻辑上的概念， 一般划分为三层即可，由于城域数据网涉及到二层、 三层的业务承载技术，可采用不同的技术层面进行 组网。如图7.8所示。 图7.8 城域数据网水平方向分析图 2022-4-28 现代通信工程设计 2 ．CHINANET概况 中国电信宽带互联网分为国家骨干网和城域网 两层结构。其中，在国家骨干网层面，又可分为3层： 核心层、汇接层和接入层，另外与核心层连接有国 际出入口层、互联互通层、汇接层和省际骨干部分。 三、网络拓扑结构设计 宽带IP城域网采用双星形结构，如图7.9所示 ， 分为核心层和汇聚层，鉴于网络初期用户需求及接 入数量较少，将接入层与汇聚层合并，用户业务直 接接入汇聚层交换机（或路由器）。 2022-4-28 现代通信工程设计 图7.9 宽带IP城域网的网络拓扑结构 2022-4-28 现代通信工程设计 四、核心层技术的选择 城域网的核心层定位应该是承载网络，只不过 是根据目前的技术研究水平及设备开发水平，针对 不同业务模式承载需求的特点所综合的一个多层面 承载网络的总和。 1 ．IP over SDH 2 ．MSTP 3 ．IP over ATM 4 ．IP over DWDM 5 ．GE 2022-4-28 现代通信工程设计 第五节 以太网组网方案 一、典型千兆位以太网组网方案 图7.10给出了典型的千兆位以太网解决方案， 系统由配线间接入交换机、数据中心核心交换机和 主干网主干交换机组成。 图 7 . 1 0 案 方 决 解 网 太 以 位 兆 千 的 型 典 2022-4-28 现代通信工程设计 典型全网状主干网络结构如图7.11所示，特点 是：在所有链路上实现动态负载共享；无单点故障； 自动链路故障处理；灵活的VLAN ；建筑物间 1.25Gbit/s的接口；可以很容易地升级到2.5Gbit/s或 更高速率；需要时可很轻松地增加链路和交换机， 无需改动第二层和第三层。 图7.11 典型全网状主干网络结构 2022-4-28 现代通信工程设计 二、电信网管大楼组网方案 某电信局网管大楼有18层，除第二层没有网络节 点外，其他各楼层共有网络节点约1500个，其中第 一层和第二层的网络节点数较少（小于24个）。网 络核心设在第四层，第三层、第五层～第八层有服 务器群。电信网管大楼的网络结构如图7.12所示。 本网络要互连的专业网管主要有电话网管、移动网 管、传输网管、数据网管等约20个独立的网管系统， 主要实现信息的统一管理。 2022-4-28 现代通信工程设计 图7.12 电信网管大楼的网络结构 2022-4-28 现代通信工程设计

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