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陕西邮电职业技术学院 计算机系毕业论文 一个四层大楼的网络拓扑设计方案 姓 名： _ 学 号： 0301103129_ 专 业： 计算机通信 _ 班 级： 计算机通信 0931_ 指导教师： _ 提交日期： 2012 年 5 月 _一个四层大楼的网络拓扑设计方案_ 1 陕西邮电职业技术学院陕西邮电职业技术学院 毕业论文（设计）任务书毕业论文（设计）任务书 姓姓 名名李国浩李国浩 专专 业业计算机通信计算机通信 学学 号号 0301103129 班班 级级 计算机通信计算机通信 1031 题题 目目一个四一个四层层大楼的网大楼的网络络拓扑拓扑设计设计方案方案 任任务务与要求：与要求： 要求： 1. 一个五层大楼的网络拓扑结构设计方案 2. 网络拓扑图的作用与功能。 3. 网络设计思想与搭建技术。 4. 个人网络拓扑设计中的心得。 论文字数 5000 字左右，必须有关于计算机网络的基本知识概 述、组建计算机网络的设备组成，以及网络拓扑结构图等方面。 重点是 IP 地址分配。 参考资料：参考资料：局域网组建 网络设备管理与维护 综合布线技术 开始日期开始日期2011 年 12 月 18 日完成日期完成日期 2012 年 5 月 1 日 _一个四层大楼的网络拓扑设计方案_ 2 指指导导教教师签师签名名 _一个四层大楼的网络拓扑设计方案_ 3 陕西邮电职业技术学院毕业论文成绩评定表陕西邮电职业技术学院毕业论文成绩评定表 姓姓 名名李国浩李国浩性性别别男男学学 号号0301103129 班班 级级 计计算机通信算机通信 1031专专 业业 计计算机通信算机通信 论论文文题题目目一个四一个四层层大楼的网大楼的网络络拓扑拓扑设计设计方案方案 指指导导教教师师张张 莉莉职职称称教授教授 评阅评阅教教师评语师评语及成及成绩绩 成成绩绩： ： 评评定定级别级别_ “优优秀（秀（100-90） ）” 、 、 “良好（良好（89-80） ）”、 、 “及格（及格（79-60） ）”、 、 “不及格（不及格（59-0） ）” 指指导导教教师师（ （签签名）：名）： 年年 月月 日日 注：此表和论文定稿一起装订，存入档案。 _一个四层大楼的网络拓扑设计方案_ 4 摘摘 要要 随着计算机及信息网络技术的飞速发展,计算机已普遍应用到日常工作、生 活的每一个领域,而一个好的网络设计，重要的是前期的网络规划和网络拓扑设 计。网络拓扑设计的优劣将直接影响着网络的性能、可靠性、安全性以及日后 的维护与扩容等。本文主要针对网络拓扑的设计和规划进行探讨。 关键字：计算机网络关键字：计算机网络 网络拓扑网络拓扑 可靠性可靠性 安全性安全性 维护与扩容维护与扩容 _一个四层大楼的网络拓扑设计方案_ 5 AbstractAbstract With the rapid development of computer and information network technology, the computer has been widely applied to the daily work, every area of life, and a good network design, it is important to network planning and network topology design stage. The merits of network topology design will have a direct impact on the network performance, reliability, security and future maintenance and expansion. In this paper, the design and planning of the network topology is discussed. KeyKey WordsWords: : ComputerComputer networknetwork， NetworkNetwork， TopologyTopology ，ReliabilityReliability ，SecuritySecurity， MaintenanceMaintenance andand expansionexpansion _一个四层大楼的网络拓扑设计方案_ 1 目目 录录 第一章第一章引引 言言.1 第二章第二章 计算机网络基础计算机网络基础 .3 2.1 计算机网络概述.3 2.1.1 计算机网络的发展.3 2.1.2 计算机网络的组成和分类.5 2.1.3 计算机网络的功能与应用.6 2.2 计算机网络体系结构.6 2.2.1 分层体系结构与网络协议.7 2.2.2 OSI 参考模型.7 2.2.3 TCP/IP 参考模型 .8 2.2.4 OSI 与 TCP 体系结构比较.8 第三章第三章 局域网基础局域网基础 .10 3.1 局域网概述.10 3.1.1 局域网的特点.10 3.1.2 局域网的优点.10 3.1.3 局域网的分类.10 3.1.4 网络体系的分类.11 3.1.5 网络协议.11 3.2 常用的网络设备.12 3.2.1 网卡.12 3.2.2 交换机.13 3.2.3 路由器.13 3.2.4 传输介质.14 3.3IP 地址详解 .15 3.3.1 IP 地址的概念.16 3.3.2 IP 地址的分类.16 3.3.3 IP 的寻址规则.18 3.3.4 IP 子网掩码概述.18 3.3.5 IP 地址的其他事项.19 3.4 网络拓扑结构.20 3.4.1 网络拓扑结构的概念.20 3.4.2 网络拓扑结构的类型.20 第四章第四章 四层大楼网络方案设计四层大楼网络方案设计 .24 4.1 工程详述.24 4.2 需求分析.24 4.2.1.网络要求.24 4.2.2 系统要求.25 4.2.3 用户要求.25 4.2.4 设备要求.25 4.3.5 用户现实需求.26 _一个四层大楼的网络拓扑设计方案_ 2 4.3 网络系统设计规划.26 4.3.1 网络设计的总体目标.26 第五章第五章 四层大楼网络整体设计四层大楼网络整体设计 .27 5.1 四层大楼网络拓扑分析.27 5.2 主流组网技术的分析和比较.27 5.3 组网方案.29 5.4 局域网的构型.29 5.5 网络层次化设计.30 5.5.1 骨干核心层网络拓扑设计.31 5.5.2 接入网拓扑设计.32 5.5.3 办公室内部网络拓扑设计.33 5.6 布线的比较与选择.34 5.7 以 ADSL 方式宽带接入 Internet.35 5.8 IP 地址规划 .35 5.8.1 规划原则.35 5.8.2IP 地址的申请与子网划分.36 5.9 网络安全体统设计.43 5.10 网络设备选型注意问题.43 5.10.1 核心层设备选型.44 5.10.2 汇聚层设备选型.44 5.10.3 接入层设备选型.44 5.11 网络设备选型及费用清单.45 5.12 方案特点.46 结论结论 .47 谢谢 辞辞 .48 参考文献参考文献 .49 _一个四层大楼的网络拓扑设计方案_ 1 第一章第一章 引引 言言 近几年来,随着企业数据通信业务以及相关的融合业务的迅猛发展,以太网交换机作 为不可或缺的关键设备不仅在数量上获得了极大的提高,而且在质量、性能等方面不断完 善。企业的信息应用正在全面走向宽带化和融合化,在这一背景下,传统的实现简单连接 和数据传输功能的以太网交换机已成为过去,纵观当前整个发展趋势,我们发现以太网交 换机正朝着高速化、智能化的方向前进。 首先,速度是我们衡量网络性能的一个重要标准,从而也就成为以太网交换机等设备 发展的一个重要方向。从最初的百兆到千兆再到万兆,以太网不断满足着人们快速增长的 需求,给人们带来超乎寻常的体验。目前,人们对带宽的要求正在迅速提高,如迅猛发展的 存储网络必需的海量数据传输通道;大量高带宽汇聚的城域网络;不断丰富的宽带应用所 需的带宽支持;大型金融机构的数据集中;企业核心业务、ERP、CRM 等复杂的应用扩展。 今天,千兆为骨干、百兆为接入的主流结构,将逐渐向万兆为骨干、千兆为接入的结构过 渡。 其次是智能化,这里所指的智能化不仅包括交换机设备智能化的管理,还包括它们对 越来越多的智能业务的支持。随着网络部署新应用和融合多业务的需求日益迫切,单一交 换机需要拥有丰富的功能以提供更多的支持,与此同时,复杂的网络环境加剧了网络管理 的难度,通过智能交换设备进行网络的集中管理,不仅简化了管理步骤,而且降低了部署和 维护的成本。从目前的市场发展趋势来看,智能交换机的需求量有了明显上升,越来越多 的用户更愿意将智能交换机作为设备采购的首选。现在,越来越多的网络厂商更加注重交 换设备的管理性能和功能融合,QoS、单一 IP 地址管理、远程控制等功能成为智能交换机 不可或缺的重要特性。 为了承载远程教学、呼叫中心、视频会议、VoIP 语音服务、VOD 视频点播等对带宽 和时延敏感的应用,智能化的以太网交换机还提供了丰富的 QoS 策略,保证了关键业务的 快速、及时转发。流量访问控制、速度限制、远程管理等智能管理特性都成为以太网交 换机帮助用户提升网络运行效率的重要因素。 此外,以太网交换机越来越多地融入路由功能。以往,大家习惯将交换机看作基于局 域网技术的一种设备,认为只有在局域网上,才考虑使用交换机,如果要与广域网互连,那 就是路由器的事情。实际上,随着 ASIC 技术和网络处理器的不断发展成熟以及网络逐渐 被 IP 技术所统一,以太网交换技术已经走出了当年“桥接”设备的框架,可以应用到汇聚 层和骨干层,路由器中所具有的丰富的网络接口,在目前的交换机上已经可以实现;路由器 中拥有的丰富的路由协议,在交换机中也得到大量的应用;路由器中具有的大容量路由表 _一个四层大楼的网络拓扑设计方案_ 2 在交换机中也可以实现。 对于整个以太网来说,它正在从企业级应用进入电信市场,出现了“电信级以太网” 的概念和相关的解决方案。电信业务的转型是电信级以太网产生的最大动力。首先, IPTV、三网融合等业务是当下最热门的应用,而以太网对于承载这些业务将非常胜任,在 市场空间越来越广阔的今天,电信级的以太网就成为关键;其次,以太网越来越多地应用于 家庭用户和企业用户的业务融合方面,打包式的业务组合是现在运营商开展的重点;最后, 在 IMS 技术中,用以太网可以承载无线网络底层的 IP 传输。 总的说来,端到端的服务质量 QoS、可靠性、网络安全性、扩展性以及网络管理能力 等是电信级以太网的主要特征。首先,服务质量 QoS 方面,早期的以太网在局域网内主要 承载数据业务,因此不需要差异化的服务质量保证。但是电信网络要求承载综合业务,传 统以太网这种不区分流量类型的“尽力而为”机制难以保证语音和视频等实时业务的质 量。其次,在网络的安全性方面,一些基本功能开始引入电信级以太网,比如能够支持 VPN 和防火墙,有效隔离其承载的各种业务网等。再者,可靠性方面,传统的以太网使用链路聚 合和生成树协议进行保护,链路聚合耗费大量的线路和端口资源,在链路出现故障时恢复 时间都在秒级,远远不能满足电信级网络的要求。采用 MPLS、RPR 等技术,以太网可以同 时具备快速修复故障能力。例如,RPR 的空间重用技术、公平机制增强了传统以太网的功 能,甚至可以组成环网拓扑,利用千兆或万兆以太网接口互连,组成高容量的环网链路,通 过环路检测等技术实现保护倒换。另外,网络管理方面,以太网原来主要用于小型局域网 环境,其网络管理工具不足以支持公用电信网所必需的网络范围管理和视野。最后,以太 网交换机的光口是以点到点方式直接相连的,不具备内置的故障定位和性能监视能力,使 以太网中发生的故障难以诊断和修复。发展到现在,电信级以太网已经能够提供完善强大 的网管功能,并能提供端到端的统一网管能力、集群管理能力、堆叠管理以及可视化图形 管理能力。除了常规的配置、监控、用户数据采样分析等,完善的网络管理还能自动发现 网络故障,并能及时恢复,自动发现新加入的业务节点,配置端到端的业务;网管还能够测 量端到端的性能,实时掌控网络的运行情况。 这些都是要建立在一个完善的网络设计上面的，所以本文将通过某企业的一个四层 大楼的网络拓扑设计的探讨一下。 _一个四层大楼的网络拓扑设计方案_ 3 第二章第二章 计算机网络基础计算机网络基础 要进行网络拓扑的设计，就要先了解一下计算机网络的基础知识。计算机 网络中不但有硬件，还有大量的软件。 2.1 计算机网络概述计算机网络概述 计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部 设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统、管理软件及通信协议的协调 下，实现资源共享和信息传递的的巨大系统。 简单地说，计算机网络就是通过电缆、电话线或无线通讯将两台以上的计 算机互连起来的集合。 计算机网络的发展经历了面向终端的单级计算机网络、计算机网络对计算 机网络和开放式标准化计算机网络三个阶段。 计算机网络通俗地讲就是由多台计算机（或其它计算机网络设备）通过传 输介质和软件物理（或逻辑）连接在一起组成的。总的来说计算机网络的组成 基本上包括：计算机、网络操作系统、传输介质（可以是有形的，也可以是无 形的，如无线网络的传输介质就是看不见的电磁波）以及相应的应用软件四部 分。 2.1.1 计算机网络的发展计算机网络的发展 事实上计算机网络是二十世纪 60 年代起源于美国,原本用于军事通讯,后逐 渐进入民用,经过短短 40 年不断的发展和完善,现已广泛应用于各个领域,并正 以高速向前迈进。20 年前,在我国很少有人接触过网络。现在,计算机通信网络 以及 Internet 已成为我们社会结构的一个基本组成部分。网络被应用于工商业 的各个方面,包括电子银行、电子商务、现代化的企业管理、信息服务业等都以 计算机网络系统为基础。从学校远程教育到政府日常办公乃至现在的电子社区, 很多方面都离不开网络技术。可以不夸张地说,网络在当今世界无处不在。随着 计算机网络技术的蓬勃发展,计算机网络的发展大致可划分为 4 个阶段。 第一阶段: 诞生阶段 20 世纪 60 年代中期之前的第一代计算机网络是以单个计算机为 中心的远程联机系统。典型应用是由一台计算机和全美范围内 2 000 多个终端 组成的飞机定票系统。终端是一台计算机的外部设备包括显示器和键盘,无 CPU _一个四层大楼的网络拓扑设计方案_ 4 和内存。随着远程终端的增多,在主机前增加了前端机(FEP)。当时,人们把计算 机网络定义为“以传输信息为目的而连接起来,实现远程信息处理或进一步达到 资源共享的系统”,但这样的通信系统已具备了网络的雏形。 图 1-1 第一阶段中电子计算机代表机型 IBM650 小机型 第二阶段: 形成阶段 20 世纪 60 年代中期至 70 年代的第二代计算机网络是以多个主机 通过通信线路互联起来,为用户提供服务,兴起于 60 年代后期,典型代表是美国 国防部高级研究计划局协助开发的 ARPANET。主机之间不是直接用线路相连,而 是由接口报文处理机(IMP)转接后互联的。IMP 和它们之间互联的通信线路一起 负责主机间的通信任务,构成了通信子网。通信子网互联的主机负责运行程序, 提供资源共享,组成了资源子网。这个时期,网络概念为“以能够相互共享资源 为目的互联起来的具有独立功能的计算机之集合体”,形成了计算机网络的基本 概念。 图 1-2 第二阶段计算机网络中计算机代表机型 IBM7094 控制台外观 第三阶段: _一个四层大楼的网络拓扑设计方案_ 5 互联互通阶段 20 世纪 70 年代末至 90 年代的第三代计算机网络是具有统一 的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络。ARPANET 兴起后,计 算机网络发展迅猛,各大计算机公司相继推出自己的网络体系结构及实现这些结 构的软硬件产品。由于没有统一的标准,不同厂商的产品之间互联很困难,人们 迫切需要一种开放性的标准化实用网络环境,这样应运而生了两种国际通用的最 重要的体系结构,即 TCP/IP 体系结构和国际标准化组织的 OSI 体系结构。第四 阶段:高速网络技术阶段 20 世纪 90 年代末至今的第四代计算机网络,由于局域网技术发展成熟,出 现光纤及高速网络技术,多媒体网络,智能网络,整个网络就像一个对用户透明的 大的计算机系统,发展为以 Internet 为代表的互联网。 2.1.2 计算机网络的组成和分类计算机网络的组成和分类 计算机网络的分类多种多样，主流的分类是从地理范围划分的。按这种标 准可以把网络划分为局域网、城域网、广域网和互联网四种，局域网一般来说 只能是一个较小区域内的网络，城域网是不同小地区的网络链路，广域网可以 说是将不同城市之间的网络连接起来，互联网是将不同地理位置的不同类型的 相对较小的网络全部连接起来的非常成熟和健全的大型网络，不过在此要说明 的一点就是这里的网络划分并没有严格意义上的地理区分，只能是一个定性的 概念。 1.1.局域网局域网（Local Area Network）简称 LAN，现在局域网随着整个计算机 网络技术的发展和提高得到充分的应用和普及，几乎每个单位都有自己的局域 网。所谓局域网，那就是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小， 比如在同一个房屋里面几台计算机之间的相互连接，就是一个简单的局域网。 这种网络的特点就是：连接范围窄、用户少、配置简单、连接效率高，目前局 域网最快的速率要算现今的 10G 以太网了。 2.2.城域网城域网（Metropolitan Area Network）简称 MAN，这种网络一般来说是 在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计算机互联。这种网络的连接距离 可达在 10100 公里，它采用的是 IEEE802.6 标准。MAN 与 LAN 相比扩展的距离 更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上可以说是 LAN 的延伸。 3.3.广域网广域网（Wide Area Network）简称 WAN，这种网络也称为远程网，所覆 盖的范围比城域网（MAN）更广，它一般是在不同城市之间的 LAN 或者 MAN 的网 络互连，地理范围可以从几百公里到几千公里。因为距离较远，信息衰减比较 严重，所以种种网络一般要租用专线，通过 IMP（接口信息处理）协议和线路 连接起来，构成网状结构，解决一些问题。这种网络因为所连接的用户多，总 _一个四层大楼的网络拓扑设计方案_ 6 出口带宽有限，所以用户的终端连接速率较低，通常为 9.6Kbps-45Mbps，如： 邮电部的 CHINAPAC 和 CHINADDN 网。 4 4、互联网、互联网（Internet）从地理范围来说，互联网可以使全球计算机的互联， 这种网络的最大的特点就是不稳定性，整个网络的计算机每时每刻随着人们网 络的接入在不变的变化。它的优点优点也是非常明显的，就是信息量大，传播 广，无论身处何地，只要连上互联网就可以对任何可以联网用户发出的信函和 广告。 按交换方式可分为线路交换网络（Circurt Switching） 、报文交换网络 （Message Switching）和分组交换网络（Packet Switching） 。 线路交换最早出现在电话系统中，早期的计算机网络就是采用此方式来传 输数据的，数字信号经过变换成为模拟信号后才能在线路上传输。 报文交换是一种数字化网络。当通信开始时，源机发出的一个报文被存储 在交换器里，交换器根据报文的目的地址选择合适的路径发送报文，这种方式 称做存储-转发方式。 分组交换也采用报文传输，但它不是以不定长的报文做传输的基本单位， 而是将一个长的报文划分为许多定长的报文分组，以分组作为传输的基本单位。 这不仅大大简化了对计算机存储器的管理，而且也加速了信息在网络中的传播 速度。由于分组交换优于线路交换和报文交换，具有许多优点，因此它已成为 计算机网络的主流。 （3）按网络拓扑结构可分为星型网络、树型网络、总线型网络、环型网络 和网状网络。 2.1.3 计算机网络的功能与应用计算机网络的功能与应用 计算机网络的功能主要体现在硬件资源共享、软件资源共享和用户间信息 交换三个方面。硬件资源共享，可以在全球范围内提供对处理资源、存储资源、 输入输出资源等昂贵设备的共享，是用户节省投资，也便于集中管理和均衡分 担负荷。软件资源共享，允许互联网上的用户远程访问各大类数据库，可以得 到网络文件传送服务、远地进程管理服务和远程文件访问服务，从而避免软件 研制上的重复劳动以及数据资源的重复存贮，也便于集中管理。而用户信息交 换是计算机网络为分布在各地的用户提供强有力的通信手段。用户可以通过计 算机网络传送电子邮件、发布新闻消息和进行电子商务活动。 计算机网络应用非常广泛，下面就是三个主要应用方向： 1、企业信息网络是指专门用于企业内部信息管理的计算机网络，它一般为 一个企业所专用，覆盖企业生产经营管理的各个部门，在整个企业范围内提供 _一个四层大楼的网络拓扑设计方案_ 7 硬件；软件和信息资源共享。 2、联机事务处理是指利用计算机网络，将分布在不同地理位置的业务处理 计算机设备或网络与业务管理中心网络连接，以便于在任何网络节点上