计算机网络工程专业PPT课件

这是一个关于计算机网络工程专业PPT课件，主要介绍了网络规划设计解决的问题、网络设计原则、拓扑结构设计、网络技术选型等内容。第二章 计算机网络工程规划 网络设计是一项复杂的创作，严格遵循稳定性、可靠性、可用性和扩展性的要求。其任务就是对所要建设的网络进行纸上或电脑上的设计。分为逻辑设计和物理设计。本章重点介绍逻辑设计，介绍了逻辑拓扑结构设计、技术选型等基本知识。目录 1.网络规划设计解决的问题 2.网络设计原则 3.拓扑结构设计 4.网络技术选型 2.1 网络规划设计解决的问题网络总体规划设计主要解决以下问题 1.为什么要建设计算机网络—目的 2.可以解决哪些问题—目标 3.建设什么样的网络—网络设计 2.2 网络设计原则 1.先进性原则 2.可靠性原则 3.安全性原则 4.可升级可扩展 5.经济实用 2.3 拓扑结构设计 2.3.1 拓扑结构 2.3.2 拓扑选择 2.3.3 三层结构 2.3.4 绘制拓扑结构图 2.3.5 实例 2.3.1 拓扑结构 网络拓扑结构是指忽略了网络通信线路的距离远近和粗细程度，忽略通信节点大小和类型后仅仅用点和直线来描述的图形结构。 优良的拓扑结构是网络稳定可靠运行的基础。拓扑结构设计要达到将网络中的主机高效合理地连接在一起的目的。拓扑结构常见的网络拓扑结构 1. 总线型 2. 环型 3. 星型和树型 4. 网状模型 常见的网络拓扑结构星型网络必有一个中心节点，所有数据都要通过中心节点交换，因此中心节点是星型网络的核心层。树型结构是星型结构的扩展，顶层节点负荷较重，属于核心层，但如果设计合理，可以将一部分负荷分配给下一层节点，因此树型结构多出了一个分布层，欢迎点击下载计算机网络工程专业PPT课件哦。

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第二章 计算机网络工程规划 网络设计是一项复杂的创作，严格遵循稳定性、可靠性、可用性和扩展性的要求。其任务就是对所要建设的网络进行纸上或电脑上的设计。分为逻辑设计和物理设计。本章重点介绍逻辑设计，介绍了逻辑拓扑结构设计、技术选型等基本知识。目录 1.网络规划设计解决的问题 2.网络设计原则 3.拓扑结构设计 4.网络技术选型 2.1 网络规划设计解决的问题网络总体规划设计主要解决以下问题 1.为什么要建设计算机网络—目的 2.可以解决哪些问题—目标 3.建设什么样的网络—网络设计 2.2 网络设计原则 1.先进性原则 2.可靠性原则 3.安全性原则 4.可升级可扩展 5.经济实用 2.3 拓扑结构设计 2.3.1 拓扑结构 2.3.2 拓扑选择 2.3.3 三层结构 2.3.4 绘制拓扑结构图 2.3.5 实例 2.3.1 拓扑结构 网络拓扑结构是指忽略了网络通信线路的距离远近和粗细程度，忽略通信节点大小和类型后仅仅用点和直线来描述的图形结构。 优良的拓扑结构是网络稳定可靠运行的基础。拓扑结构设计要达到将网络中的主机高效合理地连接在一起的目的。拓扑结构常见的网络拓扑结构 1. 总线型 2. 环型 3. 星型和树型 4. 网状模型 常见的网络拓扑结构星型网络必有一个中心节点，所有数据都要通过中心节点交换，因此中心节点是星型网络的核心层。树型结构是星型结构的扩展，顶层节点负荷较重，属于核心层，但如果设计合理，可以将一部分负荷分配给下一层节点，因此树型结构多出了一个分布层。 2.3.2 拓扑选择选择拓扑结构时一般考虑以下要素 1.可靠性 2.灵活性 3.经济性 2.3.3 实际应用 目前，国际上比较通行的拓扑结构设计方法是三层结构设计法。所谓三层结构是指把网络分为核心层、汇聚层和接入层。 三层结构设计方法如图所示分层网络设计分层网络设计说明 在三层拓扑结构中，通信量被接入层导入网络，然后被汇聚层聚集到高速链路流向核心层。从核心层流出的通信量被汇聚层发散到低速链接上，经接入层流向用户。 通信量汇聚和发散如图所示。分层网络中流量聚合分层结构的设计目标（1）核心层处理高速数据流，其主要任务是数据包的交换；（2）分布层负责网段的逻辑分割，聚合路由路径，收敛数据流量；（3）接入层将流量馈入网络，执行网络访问控制，并且提供相关边缘服务。分层结构设计基本原则 1.网络中因拓扑结构改变而受影响的区域应被限制到最小程度； 2.路由器(及其他网络设备)应传输尽量少的信息。三层结构设计过程 在三层结构设计过程中，首先确定网络的核心层、汇聚层和接入层的位置，然后根据不同层的特点，确定物理链路和数据链路的类型，确定网络设备的位置以及网络设备的配置。分层拓扑结构的优点 流量从接入层流向核心层时，被收敛在高速的链接上；流量从核心层流向接入层时，被发散到低速链接上分层拓扑结构的缺点 分层拓扑结构固有的缺点是在物理层内隐含（或导致）单个故障点，即某个设备或某个失败的链接会导致网络遭受严重的破坏。克服单个故障点的方法是采用冗余手段，但这会导致网络的复杂性的增加。核心层设计 核心层的主要工作是交换数据包，核心层的设计应该注意两点： 1.不要在核心层执行网络策略 2.核心层的所有设备应具有充分的可到达性不要在核心层执行网络策略 所谓策略是指系统管理员定制的规则。例如，一般路由器根据目的主机的地址发送数据，但在某些情况下，希望路由器基于源地址、流量类型或其他标准做出有关数据包转发的主动决定。这些基于某一标准或由系统管理员配置的规则的主动决定称为基于策略的路由。提示牢记核心层的任务是交换数据包，应尽量避免增加核心层路由器配置的复杂程度，因为一旦核心层执行策略出错将导致整个网络瘫痪。网络策略的执行一般由接入层设备完成，在某些情况下，策略放在接入层与汇聚层的边界上执行。可到达性 可到达性是指核心层设备具有足够的路由信息，能够保证转发去往网络中任意目的地的数据包到达那里。说明核心层的规模和配置随网络的大小而定。当网络很小时，通常核心层只包含一个路由器。该路由器与汇聚层上所有的路由器相连。如果网络更小的话，核心层路由器可以直接与接入层路由器连接，分层结构中的汇聚层就被压缩掉了。显然，这样设计的网络易于配置和管理，但是其扩展性不好，容错能力差。汇聚层设计汇聚层介于核心层与接入层之间，可以起到2个基本作用，即 1.将大量从接入层过来的低速链路通过少量高速链路接入核心层，实现通信量的聚合； 2.屏蔽经常处于变化之中的接入层对相对稳定的核心层的影响，可以隔离接入层拓扑结构的变化，减少核心层路由器路由表的大小。汇聚层的设计目标 1．隔离拓扑结构的变化； 2．通过路由聚合控制路由表的大小； 3．收敛网络流量。接入层的基本设计目标 1.将流量导入网络； 2.控制访问 3.实施网络策略将流量导入网络； 为确保将流量导入网络，应该做到：第一、用户到接入层路由器的链路数量要小于接入层路由器到汇聚层路由器的链路数量；第二、局域网内部的流量不要通过接入层的设备进行转发；第三，一个接入层路由器不要同时连接两个汇聚层路由器。控制访问 由于接入层是用户接入网络的入口，所以也是黑客入侵的门户。接入层通常用包过滤策略提供基本的安全性，保护局部网免受网络内外的攻击。实施网络策略核心层的主要任务是交换，汇聚层的主要任务是带宽聚合，而网络策略的实施就放到接入层。事实上，由于接入层直接与用户打交道，而策略也因用户的存在而存在，所以，在接入层实施网络策略的效果是最好的。说明 由上可见，接入层路由器可以采用配置较低的设备，其传输性能不必多强，但要具备较强的执行网络策略的能力绘制网络拓扑结构图好的网络拓扑结构图能恰当地表现设计者的意图。绘制网络拓扑图要注意以下几点：（1）选择合适的图符来表示设备；（2）线对不能交叉、串接，非线对尽量避免交叉； 2.3.4绘制网络拓扑结构图（3）终接处及芯线避免断线、短路；（4）主要的设备名称和商家名称要加以注明；（5）不同连接介质要使用不同的线型和颜色加以注明；（6）标明制图日期和制图人。补充 80/20规则是传统以太网设计必须要遵循的一个原则。它表明一个网段数据流量的80%是在该网段内的本地通信，只有20%的数据流量是发往其它网段的。 2.3.5 实例 我们以校园网拓扑结构设计为例，介绍分层结构方法的应用。校园的各栋教学楼、办公楼、图书馆等内部的计算机网络属于接入层，连接学校各个园区的设备属于汇聚层，互联汇聚层设备的骨干设备以及连接在骨干设备上的各种服务器属于核心层校园网拓扑结构校园网拓扑结构（小） 2.4.网络技术选型 目前常见的计算机网络都已形成了各自的标准，国内外流行的快速网络方案主要有：FDDI ，ATM，快速以太网和千兆以太网等。 我们分局域网和广域网两个方面主要介绍，另外简单介绍远程连接。 2.4.1局域网技术选型当前局域网硬件平台主要使用以太网系列技术。以太网的选型是比较容易确定的，一般来说，可以按下表所示的方式搭建以太网硬件平台。 局域网技术选型以太网（Ethernet）粗缆以太网（10Base5）细缆以太网（10Base2）双绞线以太网（10BaseT）以太网（Ethernet） 10BaseT中的“T”指的是传输介质为双绞线（Twisted-Pair）电缆。IEEE的10Base-T标准使用星型拓扑结构，并使用8针的RJ-45接口（又称为水晶头）。 10BaseT网络的主要互联设备是共享式集线器（HUB）。使用集线器和双绞线以太网的结构分为：单集线器结构、多集线器级联结构和集线器堆叠结构。快速以太网（Fast Ethernet）快速以太网指速度较快，能提供100M标准带宽的以太网，不再使用同轴电缆，而是使用5类或超5类双绞线或光缆作为传输介质，拓扑结构上以星型和树型为主。互联设备主要采用集线器和交换机，具有与10M以太网完全兼容的特性，因此可以在园区网的核心层采用。快速以太网的技术标准主要有以下几个： 1．100 Base-TX 2．100 Base-FX 3．100 Base-T4 吉比特以太网吉比特以太网是10/100Base-T以太网的向上兼容技术，它除了能提供1Gbps（1000Mbps）的带宽并支持全双工连接外，还具备以下特点：（1）吉比特以太网使用传统的CSMA/CD介质访问控制协议。（2）保护原有网络的投资。（3）吉比特以太网可用于多种传输介质。如双绞线、多模和单模光纤。（4）低成本的升级费用。吉比特以太网（5）支持服务质量（QoS）和第三层交换。（6）吉比特以太网以及新的10G比特以太网为局域网（含园区网）和城域网提供了高性价比的宽带传输交换，将以太网地位进行了重新定义。光纤分布式数据接口（FDDI） 光纤分布式数据接口网络出自美国一些大型机公司，1990年由美国国家标准局（ANSI）的X3T9.5委员会正式颁布。FDDI支持长达2km的多模光纤，传输速率高达100Mbps。因此，在早期的10M以太网时代，它的推出有无穷魅力，被应用到各种环境中，如园区网骨干、广域网骨干等。 ATM网 ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输方式）是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种新的交换技术，ATM兼有电路交换的可靠性、实时性和分组交换的高效性、灵活性，通常作为高性能局域网骨干和广域网骨干。 WLAN 1．自组织型WLAN 自组织型WLAN是一种对等模型的网络，它的建立是为了满足暂时需求的服务。 WLAN 2．基础结构型WLAN 基础结构型WLAN利用了高速的有线或无线骨干传输网络。在这种拓扑结构中，移动节点在基站（Base Station，BS）的协调下接入到无线信道。 普通型以太网配置典型拓扑设计举例典型拓扑设计举例升级方案使用路由器分段可以隔离冲突域和广播域且可以提供一定的安全性，无需购买专门的路由器，直接使用Windows2000服务器的路由服务即可，需安装双网卡；添加10M交换机或100M集线器替换中央集线器改造成混合式以太网，可以将网络带宽提高数倍。 典型拓扑设计举例 2．10M/100M交换式应用典型拓扑设计举例升级方案使用吉比特以太网作为骨干网，提供更大的主干带宽；使用VLAN技术划分逻辑段，提高安全性，减小广播风暴的影响；使用ATM作为主干网，增强多媒体业务能力。典型拓扑设计举例 3．1000M交换式骨干网 2.4.2广域网技术选型 众所周知，广域网将分布在各地的局域网互连起来，为局域网之间的数据传输提供信道。因此在一个开放式的网络中，广域网的设计也很重要。 1．X.25分组交换网 X.25协议是最早的广域网协议之一，是一种数据分组交换技术。X.25协议组包含物理层、数据链路层和网络层协议，适用于低中速线路（如9.6kbps、64kbps、或T1 1.44Mbps线路）。中国公用分组交换数据网（CHINAPAC）就是提供的基于X.25的服务的ISP。 2．DDN（数字专用线路） DDN即数字数据网，它是利用光纤（数字微波和卫星）数字传输通道和数字交叉复用节点组成的数字数据传输网，可以为用户提供各种速率的高质量数字专用电路和其它新业务，以满足用户多媒体通信和组建中高速计算机通信网的需要。 2．DDN（数字专用线路） DDN业务区别于传统模拟电话专线的显著特点是数字电路，传输质量高、时延小、通信速率可根据需要选择；电路可以自动迂回，可靠性高；一线可以多用，即可以通话、传真、传送数据，还可以组建会议电视系统，开放帧中继业务，做多媒体业务，或组建自己的虚拟专网设立网管中心，自己管理自己的网络。 3．帧中继（Frame Relay）帧中继是一种“先进”的包交换技术，它是从分组交换技术发展起来的，是种快速分组通信方式。帧中继很多地方和X.25相同，如它也采用虚电路技术，并且也支持PVC和SVC两种交换方式。帧中继网络采用的传输介质是光纤。帧中继网络的特点1 帧中继采用了虚电路（Virtual Circuit，VC）技术； 帧中继简化了X.25通信协议，时延小、传输效率高、数据吞吐量大；帧中继使用统计复用技术，传输贷款按需分配，适用于突发性业务；帧中继网络的特点2 帧中继支持多种网络协议，可以为各种网络提供快速、稳定的连接；帧中继传输速率高，接入速率一般为64Kbps-2Mbps；帧中继降低了联网成本，使网络资源利用率高，网络费用低廉。 4．综合业务数字网 ISDN （Integrated Services Digital Network，ISDN）是一个基于数字的远程通信标准。 ISDN支持终端用户在线路上连接几个设备，如传真机、计算机、数字电话等。 N-ISDN（窄带ISDN）支持两种接口，即BRI（基本速率接口） 4．综合业务数字网 ISDN是一个基于数字的远程通信标准。 ISDN支持终端用户在线路上连接几个设备，如传真机、计算机、数字电话等。 N-ISDN（窄带ISDN）支持两种接口，即BRI（基本速率接口） ISDN的特点支持多种服务、高速的数据传输能力、优质的语音服务、有呼叫识别、动态带宽分配、拨号备份、同时支持多个设备、传输可靠、快速连通。 5．xDSL ADSL具有了以下优势： （1）在一对双绞线上可为用户提供高达8Mbps的下行速率，1Mbps的上行速率。 （2）较充足的带宽可用于传输多种宽带数据业务，如会议电视、VOD、HDTV业务等；而且，下行速率大于上行速率，非常符合普通用户联网的实际需要。 （3）ADSL并不影响用户对普通电话的使用。由于使用了独特的信号调制技术，用户接入ADSL的同时仍然可以进行普通电话通信。比较综上所述，对于电路交换网络，ISDN的高带宽、高可靠性最具吸引力。对于专用线路，远距离通信只能采用点对点专用线路，而作为接入线路，Xdsl会成为用户的首选技术。对于分组交换网络，帧中继是最具吸引力的技术，但随着新的应用的不断开发和SMDS的普及，SMDS和ATM技术肯定会成为宽带广域网的主要技术。比较比较典型广域网设计举例使用DDN/帧中继连接企业总部和分部小结 网络设计是一项复杂的创作，严格遵循稳定性、可靠性、可用性和扩展性的要求。思考网络设计的原则是什么？简述分层拓扑结构设计的要点分层设计中每一层要注意的问题是什么？说明分层结构设计中层次划分的做法99H红软基地