综合实验：中小型网络工程设计与实现

综合实验：中小型网络工程设计与实现一、课程设计背景随着信息技术的飞速发展，网络已经成为现代社会不可或缺的一部分。中小型企业为了提高生产效率、加强内部沟通与协作以及拓展业务范围，对网络工程的需求日益增长。本次综合实验(课程设计)旨在培养学生综合运用所学网络知识，进行中小型网络工程设计与实现的能力，使其能够独立完成一个完整的网络工程项目，包括需求分析、网络拓扑设计、设备选型、IP地址规划、网络安全设计以及网络测试与优化等环节，为今后从事网络工程相关工作打下坚实的基础。

二、课程设计目标1.深入理解中小型网络工程的需求分析方法，能够准确把握企业的网络应用需求。2.熟练掌握网络拓扑结构设计原则，设计出合理、可靠的网络拓扑图。3.根据网络需求和拓扑结构，正确选择合适的网络设备，并能阐述选型理由。4.完成网络的IP地址规划，确保地址分配合理、可扩展。5.掌握网络安全设计方法，制定有效的网络安全策略，保障网络安全。6.能够对设计的网络进行测试和优化，确保网络性能满足企业需求。7.通过课程设计，培养学生的团队协作能力、沟通能力和解决实际问题的能力。

三、需求分析（一）企业概况本次课程设计以一家中小型制造企业为例，该企业拥有多个部门，包括生产部、销售部、研发部、财务部、人力资源部等。企业员工总数约为300人，分布在不同楼层的办公区域。

（二）网络应用需求1.生产部：需要与自动化生产设备进行数据交互，实时监控生产过程。2.销售部：需要访问外部客户资源，同时能够高效地与客户进行沟通，包括视频会议等。3.研发部：需要高速稳定的网络环境，支持大量数据的传输和共享，以及进行远程研发协作。4.财务部：要求网络具备高度的安全性，确保财务数据的保密性和完整性。5.人力资源部：负责员工信息管理，需要与内部其他部门进行数据共享。6.企业内部：各部门之间需要实现高效的文件共享、邮件通信和实时沟通协作。7.企业外部：需要建立与供应商和合作伙伴的安全连接，实现业务数据的交互。

（三）网络性能需求1.网络带宽：根据各部门的业务需求，估算总网络带宽需求为100Mbps以上，以确保各类应用的正常运行。2.网络延迟：要求网络延迟控制在较低水平，特别是对于实时性要求较高的应用，如视频会议和自动化生产监控。3.网络可靠性：网络应具备较高的可靠性，保证7×24小时不间断运行，尽量减少因网络故障导致的业务中断。

（四）网络安全需求1.访问控制：限制外部非法访问，只有授权用户能够访问企业内部网络资源。2.数据加密：对敏感数据（如财务数据、研发资料等）进行加密传输和存储，防止数据泄露。3.网络入侵检测与防范：及时发现并阻止网络攻击，保障网络安全稳定运行。

四、网络拓扑设计（一）拓扑结构选择根据企业的网络需求和实际情况，选择分层星型拓扑结构。分层星型拓扑结构具有易于扩展、管理方便、故障隔离性好等优点，能够满足企业未来网络发展的需求。

（二）拓扑图绘制拓扑图分为核心层、汇聚层和接入层三个层次。核心层采用高性能的三层交换机，负责高速数据交换和骨干网络连接。汇聚层通过二层交换机将接入层设备连接起来，并进行数据汇聚和初步的流量控制。接入层为用户提供网络接入，包括计算机、服务器、生产设备等。拓扑图如下：

[此处插入绘制好的网络拓扑图]

（三）拓扑结构说明1.核心层：核心层交换机采用华为S5700系列三层交换机，具备高速背板带宽和端口密度，能够满足企业网络的高流量需求。核心层交换机之间采用冗余链路连接，提高网络的可靠性。2.汇聚层：汇聚层交换机选用华为S2700系列二层交换机，负责将接入层设备的数据汇聚到核心层。汇聚层交换机与核心层交换机之间采用千兆链路连接，保证数据传输的高速性。3.接入层：接入层根据不同区域的用户分布，合理部署接入交换机。对于计算机用户，采用普通以太网交换机提供网络接入；对于生产设备，采用工业级交换机确保网络的稳定性和可靠性。接入层交换机通过百兆链路连接到汇聚层交换机。

五、设备选型（一）核心层交换机华为S570028CEI4SAC背板带宽：336Gbps包转发率：96Mpps端口密度：28个以太网端口，其中4个为SFP光口支持三层交换功能，可实现不同VLAN之间的高速数据转发具备冗余电源模块，提高设备可靠性

（二）汇聚层交换机华为S270026TPPWREI背板带宽：48Gbps包转发率：36Mpps端口密度：26个以太网端口，其中2个为复用的SFP光口，支持POE供电支持VLAN划分、端口安全等二层功能，可有效隔离网络流量

（三）接入层交换机1.普通接入交换机：华为S172028GWR4PA背板带宽：36Gbps包转发率：27Mpps端口密度：28个以太网端口，其中4个为SFP光口提供简单的二层交换功能，满足计算机用户的网络接入需求

2.工业级接入交换机：西门子SCALANCEXB0058TX工作温度范围：40℃至70℃防护等级：IP30端口密度：8个以太网端口适用于恶劣工业环境，确保生产设备的稳定网络连接

（四）路由器华为AR1220S支持多种广域网接口，如以太网口、串口等具备丰富的路由协议，如RIP、OSPF、BGP等，可实现企业内部网络与外部网络的互联互通支持NAT功能，实现内部网络地址转换，访问外部网络

（五）防火墙深信服AF1000B1400具备状态检测防火墙功能，能够有效防范网络攻击支持入侵检测、防病毒、URL过滤等安全功能，保障网络安全提供丰富的访问控制策略，可根据用户、应用、时间等条件进行灵活控制

（六）无线接入点华为AP4050DNACN支持802.11acWave2协议，提供高速无线网络双频并发速率高达1750Mbps支持POE供电，方便部署可通过华为无线控制器进行集中管理，实现无线网络的统一配置和优化

六、IP地址规划（一）IP地址分配原则1.采用私有IP地址空间，以节省公网IP地址资源。2.按照部门和区域进行划分，便于管理和维护。3.为每个子网分配足够的主机地址，满足未来发展需求。4.预留一定数量的地址用于网络设备和特殊用途。

（二）IP地址规划方案1.核心层交换机VLAN10：192.168.1.1/24，网关地址2.生产部VLAN20：192.168.2.0/243.销售部VLAN30：192.168.3.0/244.研发部VLAN40：192.168.4.0/245.财务部VLAN50：192.168.5.0/246.人力资源部VLAN60：192.168.6.0/247.服务器区VLAN70：192.168.7.0/248.无线接入VLAN80：192.168.8.0/249.汇聚层交换机与核心层交换机之间的链路VLAN100：192.168.100.0/3010.各楼层接入交换机与汇聚层交换机之间的链路VLAN10110n：根据实际楼层数量依次分配，如192.168.101.0/30、192.168.102.0/30等

（三）子网掩码说明采用24位子网掩码（255.255.255.0），每个子网可容纳254个主机地址，满足各部门的主机数量需求。对于网络设备之间的链路，采用30位子网掩码（255.255.255.252），每个子网仅容纳2个主机地址，用于点对点连接。

七、网络安全设计（一）访问控制策略1.在防火墙上设置访问控制列表（ACL），限制外部非法IP地址对企业内部网络的访问。2.根据部门职责和业务需求，设置不同VLAN之间的访问控制策略。例如，财务部VLAN只能与服务器区VLAN进行特定端口的通信，其他部门无法直接访问。3.对内部用户的网络访问进行权限管理，通过用户名和密码认证，限制用户只能访问其授权的网络资源。

（二）数据加密1.对财务数据、研发资料等敏感数据，在传输过程中采用SSL/TLS加密协议进行加密。2.在存储方面，对重要数据进行加密存储，可采用文件加密系统（如EFS）或数据库加密功能。

（三）网络入侵检测与防范1.在防火墙上启用入侵检测功能，实时监测网络流量，发现异常流量及时报警并阻断。2.部署入侵检测系统（IDS）或入侵防御系统（IPS），对网络攻击进行深度检测和防范，如DDoS攻击、端口扫描等。3.定期更新防火墙和IDS/IPS的特征库，以应对不断变化的网络安全威胁。

（四）安全审计1.建立网络安全审计系统，记录和分析网络用户的操作行为、访问记录等信息。2.通过安全审计，及时发现潜在的安全风险和违规行为，以便采取相应的措施进行处理。

八、网络测试与优化（一）网络连通性测试使用Ping命令测试网络中各设备之间的连通性，确保网络链路正常。例如，从核心层交换机Ping接入层交换机、服务器、生产设备等，检查是否能够正常响应。

（二）网络性能测试1.使用网络性能测试工具（如Iperf），测试网络的带宽利用率、延迟、丢包率等性能指标。2.根据测试结果，分析网络性能瓶颈所在，如是否存在链路拥塞、设备性能不足等问题。

（三）网络优化1.如果发现网络带宽不足，可考虑升级网络设备或增加网络链路带宽。2.对于网络延迟较高的情况，检查网络拓扑结构是否合理，是否存在过长的链路或过多的网络设备转发。如有必要，调整拓扑结构或优化设备配置。3.定期清理网络设备的缓存和日志，确保设备性能稳定。4.对无线网络进行优化，调整无线接入点的位置和信道，提高无线网络的覆盖范围和信号强度。

九、课程设计总结通过本次中小型网络工程设计与实现的课程设计，学生们深入了解了中小型企业网络工程的设计流程和方法，综合运用所学网络知识，完成了从需求分析、拓扑设计、设备选型、I