計算機等級考試-四級網絡工程師.ppt

1、第1章 網絡及其系統(tǒng)設計,本章要點： 1.1 網絡的基本概念 1.2 局域網、城域網與廣域網 1.3 寬帶城域網的設計與管理 1.4 接入網技術,1.1 網絡的基本概念,1.1.1 網絡的定義 計算機網絡是指將地理位置不同的功能相對獨立的多個計算機系統(tǒng)通過通信線路相互連在一起、由專門的網絡操作系統(tǒng)進行管理，以實現(xiàn)資源共享的系統(tǒng)。 重點提示：組建計算機網絡的根本目的是為了實現(xiàn)資源共享。這里既包括計算機網絡中的硬件資源，如磁盤空間、打印機、繪圖儀等，也包括軟件資源，如程序、數據等。,1.1.2 網絡的發(fā)展過程,1終端-通信線路-計算機階段 人們通過通信線將計算機與終端（terminal）相連，通過

2、終端進行數據的發(fā)送與接收。 2計算機-計算機網絡階段 以通信子網為中心，多主機多終端。1969年在美國建成的ARPAnet是這一階段的代表。在ARPAnet上首先實現(xiàn)了以資源共享為目的的不同計算機互連的網絡，它是今天因特網的前身。,3計算機網絡成熟階段 國際標準化組織于1984年頒布了“開放系統(tǒng)互連基本參考模型”問題的研究，即為OSI參考模型。 4高速的計算機網絡階段 光纖在各國的信息基礎建設中被逐漸廣泛使用，這為建立高速的網絡輔墊了基礎。千兆乃至萬兆傳輸速率的Ethernet已經被越來越多地用于局域網和城域網中，而基于光纖的廣域網鏈路的主干帶寬也已達到10G 數量級。,1.1.3 計算機網絡

3、的分類,1以通信所使用的介質分類 有線網絡和無線網絡 2以使用網絡的對象分類 公眾網絡和專用網絡 3以網絡傳輸技術分類 廣播式網絡和點到點式網絡 4以網絡傳輸速度的高低分類 低速網絡和高速網絡,圖1-1 點到點網絡與廣播式網絡,5按互連規(guī)模與通信方式分類 局域網、城域網與廣域網 重點提示：最常用的兩種計算機分類方法為：（1）按傳輸技術將其分為廣播式網絡與點-點式網絡；（2）按覆蓋范圍與規(guī)模將其分為局域網、城域網與廣域網。,1.1.4 計算機網絡的應用,1辦公自動化 計算機網絡能過將一個企業(yè)或機關的辦公電腦及其外部設備聯(lián)成網絡，可以實現(xiàn)在信息共享和公文流傳。 2企業(yè)的信息化 通過在企業(yè)中實施基于

4、網絡的管理信息系統(tǒng)（MIS）和資源制造計劃（ERP），可以實現(xiàn)企業(yè)的生產、銷售、管理和服務的全面信息化，從而有效提高生產率。,4遠程教育 遠程教育是利用internet技術，與教育資源相結合，在計算機網絡上進行的教學方式。E-Learning即是指通過internet或其他數字化內容進行學習與教學的活動 。 5娛樂與消遣 網絡給我們帶了新的豐富多彩的娛樂和消遣方式，如網上聊天、在線點播、新聞瀏覽以及現(xiàn)在最流行的網絡在線游戲等。,1.1.5 計算機網絡的結構及其特點,計算機網絡首先是一個通信網絡，早期的計算機網絡主要是廣域網，它的結構是由負責數據處理的主計算機與終端以及負責數據通信處理的通信控制

5、處理設備與通信線路所這兩部分所組成。從資源構成的角度講，計算機網絡是由硬件和軟件組成的。并從功能上將計算機網絡邏輯劃分為資源子網和通信子網。,圖1-2 資源子網與通信子網的二級子網結構,1.2 局域網、城域網與廣域網,1.2.1 局域網（LAN，Local Area Network） 局域網（LAN）是當今計算機網絡技術應用與發(fā)展非?；钴S的一個領域。公司、企業(yè)、政府部門及至住宅小區(qū)內的計算機機都在通過LAN 連接起來，以達到資源共享、信息傳遞和數據通信的目的。 1. IEEE 802 為局域網制定了一系列標準，主要有如下12 種。,LLC能夠提供以下三種服務 （1）無確認無連接的服務 （2）面

6、向連接方式的服務 （3）有確認有連接的服務 根據介質訪問控制的方式，可以將MAC分為以下三種方式： （1）循環(huán)式：每個站輪流得到發(fā)送機會，如果一段時間內有許多站發(fā)送數據，則方式很有效，如果只有很少站發(fā)數據，則該方式開銷太大。 （2）預約式：將傳輸介質的使用時間劃分為時間糟，而預約管理可以是集中控制，也可以分布控制。,（3）競爭式：不對各個工作站的發(fā)送權限進行控制，而是自由競爭，它適合于分布式控制，優(yōu)點在于簡單，輕負載下效率高，重負載時效率下降得很快。,2CSMA/CD協(xié)議 CSMA/CD即是帶沖突檢測的載波偵聽多址訪問。它的基本原理是：每個節(jié)點都共享網絡傳輸信道，在每個站要發(fā)送數據之前，都會檢

7、測信道是否空閑，如果空閑則發(fā)送，否則就等待；在發(fā)送出信息后，則對沖突進行檢測，當發(fā)現(xiàn)沖突時，則取消發(fā)送。載波偵聽主要是指網絡中的各個站點都具備一種對總線上所傳輸的信號或載波進行監(jiān)測的功能，其策略即是“信道空閑時，立即發(fā)送；信道忙時，繼續(xù)監(jiān)聽”。沖突檢測是指一種檢測或識別沖突的機制，這是實現(xiàn)沖突退避的前提。,3令牌總線協(xié)議 采用令牌總線協(xié)議的網絡，雖然在物理上它們還是連接在一條總線上，但是在邏輯上是組成了一個首尾相連的環(huán)。通過一個稱為令牌的特殊幀來控制網絡的訪問。 4令牌環(huán)協(xié)議 令牌環(huán)使用中繼器將單個的點到點線路鏈接成為物理的環(huán)形結構。它的基本原理是：令牌在網絡上依次順序傳遞，等待捕獲一個空令牌

8、，然后將要發(fā)送的信息附加到后面，往下一站發(fā)送，直到目標站，將令牌釋放；如果工作站要發(fā)送數據時，經過的令牌不是空的，則等待令牌釋放。,6無線局域網 無線局域網主要可以使用紅外線、擴展頻譜和窄帶微波技術三種通信技術。無線局域網分為兩個研究方向，一是由面向數據通信的計算機局域風發(fā)展而來的，采用的是無連接協(xié)議，即IEEE 801.11標準；另一個是致力于面向語音蜂窩電話，采用的是基于連接的協(xié)議，即HiperLAN-2標準。 重點提示：應用是局域網技術發(fā)展真正的動力，局域網技術的發(fā)展十分迅速，目前已在企 業(yè)、機關、學校和信息管理與服務領域得到了廣泛的應用。,1.2.2 城域網（MAN，Metropoli

9、tan AreaNetwork）,1FDDI技術 FDDI 以光纖為傳輸介質，傳輸速率可以達到100Mbps，采用單環(huán)和雙環(huán)兩種拓撲結構。 2城域網的業(yè)務特點 （1） 傳輸速率高 （2） 用戶投入少，接入簡單 （3） 技術先進、安全,3城域網的主要用途及其適用范圍 （1） 高速上網 （2） 互動游戲 （3） VOD視頻點播與網絡電視 （4） 遠程醫(yī)療、會議、教育 （5） 遠程監(jiān)控 （6） 家庭證券交易系統(tǒng) （7） 智能設區(qū) （8） 帶寬及管道出租業(yè)務,1.2.3 廣域網（WAN，Wide Area Network）,廣域網是一種跨地區(qū)的數據通訊網絡,通常包含一個國家或地區(qū)。廣域網通常由兩個或多

10、個局域網組成。 1綜合業(yè)務數字網（ISDN） 2數據數字網（DDN） 3X.25分組交換網 4幀中繼（FR） 5異步傳輸模式（ATM）,1.3 寬帶城域網的設計與管理,1.3.1 寬帶城域網的結構與設計 1寬帶城域網的結構 寬帶城域網的總體結構是由網絡平臺、業(yè)務平臺、管理平臺與城市寬帶出口等部分組成。從邏輯上分，寬帶城域網的網絡平臺又包含了核心交換層、邊緣匯聚層與用戶接入層三部分。 2寬帶城域網網絡平臺的主要功能 （1）核心交換層 核心交換層為整個網絡提供一個高速，寬帶的中心連接，并能提供所有城域網出去Internet所需要的路由服務。,圖1-4 寬帶城域網的總體結構,（2）邊緣匯聚層 也稱匯

11、聚層，它是多臺接入層交換機的匯聚點，它必須能夠處理來自接入層設備的所有通信量，并提供到核心層的上行鏈路,（3）用戶接入層 也稱接入層，它是直接面對用戶的一個層面，目的是允許終端用戶連接到網絡，它為廣大的用戶提供10/100M的高速接入。它稱為網絡的“最后一公里”。 3寬帶城域網的組建及其原則 可運營性、可管理性、可盈利性、可擴展性 重點提示：要組建與成功運營一個寬帶城域網需要遵循的基本原則是：必須能夠保證網絡的可運營性、可管理性、可盈利性與可擴展性。,1.3.2 寬帶城域網的管理與運營,寬帶城域網位于廣域網與接入網的交匯處，各種業(yè)務和協(xié)議都在此匯聚分流和進出核心網，直接面對終端用戶，應用環(huán)境復

12、雜。所以其內部是多種交換技術和業(yè)務網絡并存，因此我們在設計與組建寬帶城域網的同時要注意網絡成功組建和運營的關鍵技術。寬帶城域網管理與運營的關鍵技術包括：帶寬管理、服務質量QoS、網絡管理、用戶管理、多業(yè)務接入、統(tǒng)計與計費、IP地址的分配與地址轉換以及網絡安全等。,1.3.3 寬帶城域網設計方案,1基于SDH的城域網 SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數字體系）是一種將復接、線路傳輸及交換功能融為一體、并由統(tǒng)一網管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送網絡。SDH的核心就是應用了波分多路復用技術,就是一條光纖信道上傳輸多條信號，SDH網絡是ATM，DDN等中繼網絡服務的承載

13、網。,2基于10GE的城域網 1999 底成立了IEE802.3ae 工作組進行萬兆以太網技術（10Gb/s）的研究，2002 年正式發(fā)布802.3ae 10GE 標準。21世紀初，提出了光以太網的概念，它的技術核心是：利用光纖的巨大帶寬資源和以太網的成熟與易用為運營商建造新一代的寬帶城域接入網。光以太網技術用于建設寬帶城域網，必須滿足對城域網的幾個基本要求： （1）高可靠性 （2）可提供服務等級協(xié)議（SLA） （3）高可擴展性 （4）用戶管理,圖1-6 成長中的萬兆以太網,3基于PRP的城域網 彈性分組環(huán)技術是一種在環(huán)形結構上優(yōu)化數據業(yè)務傳送的新型MAC層協(xié)議，能夠適應多種物理層（如SDH、

14、以太網、DWDM等），可有效地傳送數據、話音、圖像等多種業(yè)務類型。,圖1-7 基于RPR的城域網應用實例,RPR技術的主要特點可歸納如下： （1）支持50ms的快速保護 （2）實現(xiàn)靈活的環(huán)路帶寬管理 （3）支持環(huán)路帶寬的公平分配,重點提示：寬帶城域網建設最大的風險是基本技術方案的選擇，一般有三類選擇：基于SDH的城域網方案、基于10Ge的城域網方案和基于RPR的城域網方案。,1.4.1 接入網技術概況 1接入網技術的發(fā)展與接入服務的界定 接入網（Access Network，AN）是指交換局到用戶終端之間的所有機線設備，它的主干系統(tǒng)為傳統(tǒng)的電纜和光纜，一般長數千米；配線系統(tǒng)也可能是電纜和光纜，

15、其長度一般幾百米，而引入線通常長幾米到幾十米。它是泛指用戶網絡接口（UNI）與業(yè)務節(jié)點接口（SNI）間實現(xiàn)傳送承載功能的實體網絡。其目標是建立一種標準化的接口方式，以一個可監(jiān)控的接入網絡，使用戶能夠獲得話音、租用線業(yè)務、數據多媒體、有線電視等綜合業(yè)務。,1.4 接入網技術,2接入技術與“數字會聚”、“三網融合” 電信網、計算機網和有線電視網三大網絡的高層業(yè)務應用的融合。三大網絡通過技術改造，能夠提供包括語音、數據、圖像等綜合多媒體的通信業(yè)務三網融合，在概念上從不同角度和層次上分析，可以涉及到技術融合、業(yè)務融合、行業(yè)融合、終端融合及網絡融合。 重點提示：作為用戶接入鋼的主要有三類：計算機網絡、電

16、信通信網與廣播電視網。數字化使這三種網絡之間的界限越來越模糊，這造成了通信、計算機與廣播電視等產業(yè)的會聚，出現(xiàn)了經營業(yè)務相互融合，進而促進這些產業(yè)的重時，同時開辟大量新的信息服務市場，即現(xiàn)了所謂的“三網融合”與“數字會聚”。,1.4.2 接入技術的主要功能特點與分類,1接入網的主要功能 ： （1）用戶口功能（UPF） （2）業(yè)務口功能（SPF） （3）核心功能（CF） （4）傳送功能（TF） （5）AN系統(tǒng)管理功能（SMF） 2接入網的特點 （1）主要完成復用、交叉連接和傳輸功能，不具備交換功能。,（2）提供開放的V5標準接口 （3）光纖化程度高 （4）能提供各種綜合業(yè)務，接入網除接入交換業(yè)務

17、外，還可接入數據業(yè)務、視像業(yè)務以及租用線業(yè)務等。 （5）對環(huán)境的適應能力強 （6）組網能力強 （7）可采用HDSL、ADSL、有源或無源光網絡、HFC和無線網等多種接入技術。 （8）接入網可獨立于交換機進行升級 （9）接入網提供了功能較為全面的網管系統(tǒng),3接入網技術的分類,接入網技術從接入技術分，可分為有線接入與無線接入兩類；按接入方式分，它涉及用戶的環(huán)境與需求，可以分成家庭接入、校網接入、機關接入與企業(yè)接入。,圖1-8 接入網技術按接入技術分類圖,圖1-9 為接入網技術按接入方式分類圖,1.4.3 各種接入技術的特點,1xDSL接入 xDSL是DSL（Digital Subscriber L

18、ine）的統(tǒng)稱,意即數字用戶線路,是以銅電話線為傳輸介質的點對點傳輸技術。DSL技術在傳統(tǒng)的電話網絡（POTS）的用戶環(huán)路上支持對稱和非對稱傳輸模式。 xDSL具有以下特征： （1） 與話音工作于不同頻段，基本不影響電話的正常使用，話音所占頻帶為04KHz；xDSL調制頻帶為4.4KHz1MHz。,（2） 在以辦公室和家庭為中心一定距離范圍內可以提供較高的數據傳輸率。 （3） 銅線的具體條件、天氣和片斷對話可能將影響傳輸性能。 xDSL中“x”表任意字符或字符串，根據采取不同的調制方式，獲得的信號傳輸速率和距離不同以及上行信道和下行信道的對稱性不同，xDSL可以分為以下若干類型： （1）ADS

19、L（Asymmetric Digital Subscriber Line，不對稱數字用戶線路）,圖1-10 用戶室內使用ADSL結構,（2）HDSL（High-data-rate Digital Subscriber Line，高速率數字用戶線路） （3）VDSL（Very-high-data-rate Digital Subscriber Line，極高速率數字用戶線路）,（4）RADSL（Rate-Adaptive Digital Subscriber Line，速率自適應數字用戶線路） 2HFC接入,圖1-11 HFC的結構示意圖,按不同的分類方式可以把Cabel Modem分成為同的類

20、型，主要的分類方式有以下幾種： （1）按接入角度分：可分為個人的Cabel Modem和寬帶多用戶的Cabel Modem。 （2）按接口角度分：可分為內置式、外置式和交互式機頂盒三種 （3）按傳輸方式分：可分為雙向對稱式傳輸和非對稱式傳輸。 （4）按數據傳輸方向分：可分為單向傳輸和雙向傳輸。 （5）按同步方式分：可分為同步交換和異步交換。,3光纖接入 光纖接入是指局端與用戶之間完全以光纖作為傳輸媒體。光纖接入可以分為有源光接入和無源光接入。 除了HFC外,光纖接入的方法還有以下幾種： （1）DLC（光纖數字環(huán)路載波系統(tǒng)） （2）基于ATM的無源光網絡 （3）SDV（交換式數字視像技術） 4寬

21、帶無線接入 無線接入技術主要有：802.11標準的無線局域網（WLAN）、802.16標準的無線城域網（WMAN）以及正無線網格網（WMN）技術。,表1-1 IEEE 802系列標準對比,第2章 網絡的總體規(guī)劃與設計,本章要點: 2.1 中小型網絡系統(tǒng)的基本結構 2.2 用戶需求與網絡應用需求調研 2.3 需求分析 2.4 方案設計,2.1 中小型網絡系統(tǒng)的基本結構,圖2-1 基于網絡的中小型信息系統(tǒng)的結構示意圖,2.1.1 網絡的運行環(huán)境要求,網絡的運行環(huán)境即整個網絡系統(tǒng)運行時放置網絡硬件設備的環(huán)境要求以及網絡電源供應所需要的良好安全穩(wěn)定的供電系統(tǒng)，它是保障系統(tǒng)安全、可靠與穩(wěn)定運行所必需的基

22、本設備。 網絡硬件如路由器、交換機、服務器等所放置的場所，一般將這些硬件系統(tǒng)都放置在建筑樓房中的機房或是設備間，配線間 。關鍵的網絡設備對供電系統(tǒng)的要求是很嚴格的，一般是用專門的供電系統(tǒng)，因為它具有較好的穩(wěn)壓同時帶有備用電源與供電智能管理。,2.1.2 網絡的設施及操作系統(tǒng),1網絡的設施 網絡的設施包括合適結構化布線系統(tǒng)、城域網主干光纜系統(tǒng)、廣域傳輸線路、微波通信與衛(wèi)星通信系統(tǒng)等基礎設施；同時還有路由器、交換機、網關、網橋、集線器、網卡、Modem以及遠程通信服務器等設備。 2操作系統(tǒng) 網絡操作系統(tǒng)作為網絡用戶和計算機之間的接口，通常具有復雜性、并行性、高效性和安全性等特點。,網絡操作系統(tǒng)的功

23、能如下： （1）操作系統(tǒng)在同一時間能夠在不同的內存內間運行不同的應用程序 （2）操作系統(tǒng)擁有較大的物理內存使應用程序能夠更好的運行。 （3）操作系統(tǒng)可同時支持多個CPU，這樣可以減少程序處理時間以提高操作系統(tǒng)性能。 （4）操作系統(tǒng)能夠與多臺計算機構成一個虛擬系統(tǒng)以滿足大量用戶同時訪問時的需要。 （5）操作系統(tǒng)能夠支持用戶通過遠程對網絡系統(tǒng)進行管理和維護。,3網絡應用軟件及其開發(fā)系統(tǒng) 開發(fā)網絡應用軟件的工具各不相同，但都是由兩部分的開發(fā)工具組成：網絡數據庫開發(fā)工具和網絡軟件工發(fā)工具。前者包括有Oracle、MS SQL Server等，后者主要包括等Java、Visual C+、Visual B

24、asic、Delphi等。 4網絡管理系統(tǒng) 網絡管理系統(tǒng)是一個軟硬件結合的系統(tǒng)，但它以軟件為主，屬于分布式網絡應用系統(tǒng)，通過某種方式對網絡進行管理，使網絡能正常高效地運行，更加有效的利用網絡中的資源得。,5網絡安全系統(tǒng) 網絡安全就是網絡上的信息的安全，是指網絡系統(tǒng)的硬軟件系統(tǒng)及其數據受到保護，不因突然的或者惡意的原因而遭到破壞、更改和泄露，系統(tǒng)連續(xù)可靠正常地運行，并給予持久不中斷的網絡服務。廣義來說，凡是涉及到網絡上信息的保密性、真實性、完整性、可用性和可控性的相關技術和理論都涉及到網絡安全技術。,2.1.3 網絡系統(tǒng)設計流程,圖2-2為網絡系統(tǒng)設計流程圖,2.2用戶需求與網絡應用需求調研,2

25、.2.1 用戶需求 以下是進行用戶需求調研的主要內容： （1） 了解用戶對整個應用系統(tǒng)所期望達成的目標，要對用戶的商業(yè)目標和解決方案的約束進行全面分析。 （2） 了解與研究用戶的行業(yè)、市場、供產商、產品、服務。 （3） 了解客戶的組織結構。 （4） 加強與用戶的溝通，了解用戶對系統(tǒng)的期望以及這個系統(tǒng)所預計實現(xiàn)的目標。,表2-1 為用戶需求調研表,重點提示：做好用戶需求的調研，對下一步的需求分析起前重要作用，有了足夠的信息，對這個網絡設計的項目才有了充分的準備，才能更好地開展項目的需求分析工作。,2.2.2 網絡應用需求,要弄清一個網絡的應用需求，應該從如各部門的信息化工作基礎、財力以及對網絡的

26、應用要求和認識程序等方面進行分類調查與研究。 重點提示：用戶需求與網絡應用需求調研，應該充分理解用戶業(yè)務活動和用戶信息需求；在調查分析的基礎上，充分考慮需求與約束并對網絡系統(tǒng)組建與信息系統(tǒng)開發(fā)的可能性進行充分地論證；運用系統(tǒng)的概念來進行技術方案的規(guī)劃與設計；根據工程的時間要求要安排各項工作，同時要求各階段的資料的完整性與規(guī)范性。,表2-2 網絡應用需求調查表的示例,2.3 需求分析,2.3.1 網絡系統(tǒng)的結點 1地理位置及建筑環(huán)境調查 了解結點的位置、數量等信息。同時，建筑物的總樓層數量，樓層結構布局、應在每個樓層中的何處放置設備、樓層主干線以及傳輸的路由方式都要考慮在內。 表2-3 結點調查

27、示例,2數據的流向 確定數據流向的主要是指確定數據從哪個結點發(fā)出到哪個結點結束以及數據包在網絡中所經歷的路徑。 3傳輸的介質 考慮數據傳輸的介質也是必不可少的，了解了網絡系統(tǒng)結點的地理分布后，我們應該結合當地線路的實際情況，確定網絡的整體構架并考慮所采用的傳輸介質、網絡設備等。,2.3.2 網絡應用特點,1數據庫系統(tǒng) （1）RDBMS（關系數據庫系統(tǒng)） 如Oracle、MS SQL Server等，它是支持關系模型的數據庫系統(tǒng)，一般由關系數據結構、關系操作集合和關系完整性約束三部分組成，它一般是為財務管理、人事管理，OA系統(tǒng)應用等提供后臺的數據支持。 （2）DFS（非結構化數據庫系統(tǒng)） 它指的

28、是字段長度可變的，其各個字段的記錄又可以由重復或不重復的子段所構成的數據字。,（3）公司專用信息管理系統(tǒng) 一般是為公司專業(yè)開發(fā)的信息管理系統(tǒng)，如CAD在線設計軟件，產品數據管理PDM軟件等。 2常用Internet/Intranet業(yè)務 電子郵件服務 FTP文件傳輸服務 IP電話服務 網絡視頻會議與在線點播服務 電子商務服務 公共資源在線查詢服務,2.3.3 網絡總體需求分析,通過用戶需求與網絡應用需求的調研，以及網絡系統(tǒng)結點、應用概要等方面的信息，總結出網絡寬帶的要求并提出所要采用的網絡技術。同時提出網絡的分層結構以及核心層、匯聚層與接入層的組合以及使用技術、網絡的撲拓結構來確定網絡的總體需

29、求。 2.3.4 網絡綜合布線需求分析 結構化布線系統(tǒng)它是一個能夠支持用戶選擇語音、數據、圖象等應用的電信布線系統(tǒng)。它能夠支持語音、圖像、多媒體信息等數據的傳輸。,2.3.5 網絡可用性與可靠性需求分析,網絡系統(tǒng)的的可用性與可靠性，一般是指準確度、差錯率、響應速度以及無故障運行時間這些方面來評估的。 2.3.6 網絡安全性需求分析 網絡的安全性，主要表現(xiàn)在網絡的穩(wěn)定性、完整性和保密性。,2.3.7 網絡工程費用估計,網絡工程費用的估計一般包括網絡的基礎設施和研硬件設備；同時也包括進行遠程通信和接入城域網時所租用的線路費以及服務器與客房端設備；當然還包括系統(tǒng)開發(fā)，集成、維護、完善等所支付給技術人

30、員的費用以及用戶培訓的費用。 重點提示：網絡需求詳細分析主要包括：網絡總體需求分析、綜合布線需求分析、網絡可用性與可靠性分析、網絡安全性需求以及分析網絡工程造價計算。,2.4 方案設計,2.4.1 網絡系統(tǒng)總體目標與設計原則 網絡總體目標的確定是網絡設計方案的第一步，由于情況不同，則網絡系統(tǒng)設計的目標也不同，一般包括功能性、可擴展性、可用性、可靠性、可管理性、安全性與高效率性。 網絡設計必須能滿足設計目標中的要求，主要包括先進性與實用性原則、可維護性原則、可擴展性原則、先進性原則、安全保密原則以及經濟性原則。,2.4.2 網絡拓撲結構設計,一般簡單的星型拓撲只有一個布線間，而主配線設備中有至少

31、一個的交叉連接的接插面板，它是用來連接水平電纜和局域網的交換接口 。一個較大型的網絡，網絡進行互聯(lián)且連接的距離大于100m，則需要多于一個的布線間，這多個布線間就建立形成了一個多匯集區(qū)。次級的布線間用垂直的電纜與主配線設備相連。若垂直電纜的長度超過100m則要將其換成多模光纖。這樣就形成了由主配線設備為中心向外以星型結構擴散的可擴展的星型網絡。,2.4.3 網絡結構設計,圖2-3 網絡系統(tǒng)三層結構圖,不同規(guī)模、功能要求的網絡，其網絡系統(tǒng)結構也不同，大規(guī)模的網絡一般是用三層結構，但如果網絡的規(guī)模稍小，也常使用兩層結構，有時將接入層與匯聚層合為一層，或時將核心層和匯聚層的功能合并，甚至當結點數量很

32、少時，只采用一層的網絡結構。從經驗來看，一個網絡需要的結點數為250至5000個時，用三層結構來設計網絡系統(tǒng)；若結點數為200至500個左右時，則不必設計接入層，直接將結點接入匯聚層的路由器或交換機，當結點個數少于200個時，則只設計核心層部分。,1核心層 核心層的網絡要承擔整個網絡50%以上的流量，它是網絡的大動脈。核心層技術的選擇，需要根據網絡系統(tǒng)的地理位置、信息流向與流量等方面而定。,圖2-4 服務器群接入核心路由器的兩種方案,2匯聚層設計 匯聚層為核心層和接入層提供連接，并提供了基于統(tǒng)一策略的互連性并對數據包進行復雜的路由運算。 3接入層設計 接入層直接連接用戶計算機并使各種網絡資源設

33、備接入網絡。 重點提示：網絡系統(tǒng)三層結構包括核心層、匯聚層與接入層。由于網絡的規(guī)模對結點數的要求不同，所設計網絡的體系結構也不同。,圖2-5 接入層與匯聚層兩種結構設計方案,2.4.4 路由器與交換機選擇,網絡設備選擇的基本原則包括： （1）設備廠商的選擇原則 （2）網絡的可擴展性原則 （3）網絡技術的先進性原則 （4）設備的性價比和質量原則 1路由器的選擇 （1）按性能來劃分 分為高、中、低檔的路由器,（2）按結構來分 可分為“骨干級路由器”、“企業(yè)級路由器”和“接入級路由器”。 （3）按功能劃分 可分為“邊界路由器”和“中間節(jié)點路由器”。,圖2-6 中型規(guī)模的網絡系統(tǒng)結構,路由器的指標一般

34、有：全雙工線速轉發(fā)能力、設備及端口的吞吐量、背靠背幀數、路由表能力、背板能力、丟包率、時延及時延抖動、內部時鐘精度、冗余、網管類型與能力、突發(fā)處理能力及可靠性與可用性等。 2交換機的選擇 （1）從網絡覆蓋范圍劃分： 廣域網交換機 用于電信城域互聯(lián)和互聯(lián)網接入等的領域的廣域網中。 局域網交換機 我們常見的交換機，提供高速獨立的通信信道。,（2）從傳輸介質和傳輸速度劃分 以太網交換機 一般指100Mb/s以下的以太網交換機。 快速以太網交換機 用于100Mb/s快速以太網 千兆以太網交換機 它的帶寬可達1000Mb/s，一般用于大型網絡的主干網。 ATM交換機 用于ATM網絡，廣泛應用于電信網的主

35、干網。 FDDI交換機 采用光纖作為介質，現(xiàn)在多用于老式中、小型的快速數據交換網絡中。,（3）從應用層次劃分 企業(yè)級交換機 一般用作企業(yè)主干網來構建高速局域網。 校園交換機 一般作為網絡的主干交換機，用于較大型的網絡。 部門級交換機 它可以是固定配置的也可以是模塊配置的。 工作組交換機 它被看作是傳統(tǒng)集線器的理想替代品、。 桌面型交換機 它的特點是每個端口MAC地址很少，且端口數也不多，只具備最基本的交換機特性。,（4）從交換機的結構劃分 固定端口交換機 端口數目固定不變，只能提供數量有限類型固定的端口。 模塊化交換機 可由用戶選擇不同數量、速率和類型的模塊，以來適應不同的網絡需求。 （5）從

36、交換機工作的協(xié)議層劃分 第二層交換機 應用于OSI/RM的第二層協(xié)議來定義，只能工作在數據鏈路層，一般作為桌面型交換機。 第三層交換機 應用于OSI/RM的第三層，工作在網絡層，具有路由功能，可作為大中型網絡的基本配置設備。,第四層交換機 應用于OSI/RM的第四層，現(xiàn)在在實際應用中使用較少。 常用的交換機的技術指標的般有：背板帶寬、二/三層交換吞吐率、全雙工端口帶寬、幀轉發(fā)速率與VLAN技術。 背板吞吐量 二/三層交換吞吐率 幀轉發(fā)速率 是否支持VLAN技術 交換機類型 端口的密度,最大可堆疊數 轉發(fā)速率 背板吞吐量 支持的網絡類型 緩存大小 MAC地址數量 設備冗余 可管理性,2.4.5

37、服務器的選擇,1服務器的分類 （1）按應用層次劃分可將服務器分 ： 入門級服務器 工作組級服務器 部門級服務器 企業(yè)級服務器四類 （2）按服務器的處理器架構劃分可把服務器分： CISC架構服務器架構服務器 RISC架構服務器 VLIW架構服務器,（3）按服務器應用的角度來劃分： 文件服務器 數據庫服務器 Internet/Intranet通用服務器 應用服務器。 應用服務器按照其所提供的功能分類，可分為： CAD服務器 VOD視頻點播服務器 IP電話服務器 網絡電視會議服務器 音頻點播服務器 打印服務器 游戲服務器,應用服務器的主要技術包括有： 客戶與服務器之間的瀏覽器/服務器模式，將網絡的應

38、用建立在Web服務的基礎上。 中間件與通用數據庫接口技術，使客戶可利用Web瀏覽器訪問應用服務器，該應用服務器的后端連接數據庫服務器，這一點與傳統(tǒng)的數據庫服務器的結構是不同的，前者采用的是用戶、數據服務器與應用服務器三層結構，而后者采用的是客戶與服務器構架的二層結構 。 提供最適合的硬件平臺與應用軟件，配置、使用方便，性價比高給用戶提供了很多便捷。,圖2-7 數據庫服務器與應用服務器的體系結構,（4）按服務器按用途劃分，可將服務器分為通用型服務器和專用型服務器兩類。 （5） 按服務器的機箱結構來劃分，可以把服務器劃分為“臺式服務器”、“機架式服務器”、“機柜式服務器”和“刀片式服務器”四類。

39、重點提示：服務器的種類繁多，其分類方式也多種樣，常用的分類方式有：按按應用層次劃分、按服務器的處理器架構劃分、按服務器應用的角度來劃分、按服務器按用途劃分、按服務器的機箱結構來劃分。,2服務器的性能指標 網絡服務器的技術指標是選擇適合的網絡服務器的關鍵，它主要包括：運算速度、磁盤性能與存儲能力、可用性、數據吞吐量以及可管理與可擴展性。 服務器的種類多種多樣，其采用的技術也各不相同，其中包括： （1）多對稱處理 （2）集群 （3）分布式內存訪問 （4）應急管理端口 （5）熱拔插,重點提示：服務器的性能主要表現(xiàn)在：運算速度、磁盤容量與存儲能力、高可用性、數據吞吐能力、可管理性與可擴展性。其采用的相

40、關技術包括：對稱多處理技術、集群技術、分布內存訪問技術、高性能存儲與智能I/O技術、服務處理器與Intel服務器控制技術、應急管理端口技術與熱拔插技術。 3服務器的選型原則 服務器選擇型的主要原則包括以下三點： （1）根據應用特點選擇原則 （2）根據行業(yè)特點選擇原則 （3）根據技術成熟度選擇原則,2.4.6 網絡安全設計,1網絡安全問題 （1）網絡防攻擊 （2）網絡防病毒 我們一般需要考慮在每一種需要防護的平臺上都部署防病毒軟件。大體上分為以下幾類平臺： 客戶端 郵件服務器 其他服務器 網關,（3）網絡安全漏洞 計算機系統(tǒng)的安全性能由高而低劃分為A、B、C、D四大等級 ： D級：最低保護 凡沒

41、有通過其他安全等級測試項目的系統(tǒng)即屬于該級，如Dos，Windows等個人計算機系統(tǒng)。 C級：自主訪問控制 該等級的安全特點在于系統(tǒng)的客體如文件、目錄等可由該系統(tǒng)主體如系統(tǒng)管理員、用戶、應用程序等自主定義訪問權。 B級：強制訪問控制 該等級的安全特點在于由系統(tǒng)強制對客體進行安全保護。 A級：可驗證訪問控制,（4）網絡信息安全 網絡信息安全特點為： 相對性：安全是相對的，沒有絕對的安全 綜合性：涉及管理及技術多個層面 網絡安全產品的單一性 動態(tài)性：技術跟進和維護支持的重要性 管理難度大 黑盒性 （5）垃圾郵件 （6）網絡內部安全防范 （7）網絡的數據備份與災難恢復,2網絡安全設計原則 網絡安全設

42、計要從下面幾個方面來考慮： （1）從全局考慮 （2）從整體考慮 （3）從系統(tǒng)的有效性與實用性考慮 （4）從安全等級考慮 根據數據和信息的保密性與安全要求，要對數據和用戶甚至設備進行分等級： 數據：分為絕密、機密和公開 用戶：分為網絡管理員、網絡用戶，其網絡用戶也應該為其分配不同的權限 設備：核心設備、關鍵設備、普通設備、,（5）從系統(tǒng)的自主性與可控性考慮 （6）從系統(tǒng)安全有價考慮,第3章 IP地址及其規(guī)劃,本章要點: 3.1 IP地址的概念 3.2 IP地址劃分技術研究與發(fā)展 3.3 IP地址規(guī)劃,3.1 IP地址的概念,3.1.1 IPv4地址概念 IP地址只是32位二進制數字。在二進制中，

43、數碼只有0和1。一個32位數碼有32個0和1。 為了方便，一般把IP地址分為4個8位字段，或者稱作8位字節(jié)。,3.1.2 IP地址的標準分類,基本的IP地址是分成8位一個單元的32位二進制數。一般用點分十進制表示。IP地址中的每一個8位位段用0255之間的一個十進制數表示。這些數之間用點（.）隔開，格式為x.x.x.x。 IP地址分成五類，分別為：A 類地址、B 類地址、C 類地址與特殊地址。每一個IP地址包括兩部分：網絡地址和主機地址，上面五類地址對所支持的網絡數和主機數有不同的組合。,（1）A 類地址 一個A 類IP地址僅使用第一個8位位段表示網絡地址。剩下的3個8位位組表示主機地址。 （

44、2）B類地址 一個B類IP地址使用兩個8位位段表示網絡號，另外兩個8位位段表示主機號。 （3）C 類地址 而C類地址使用三個8位位段表示網絡地址，僅用一個8位位段表示主機號。,圖3-1 IP地址的標準分類,（4）特殊地址 直接廣播地址 直接廣播地址與廣播地址相同，是一個Internet協(xié)議地址，指定了在某特定網絡中的“所有主機”。,受限廣播地址 受限的廣播地址是55。在任何情況下，路由器都不轉發(fā)目的地址為受限的廣播地址的數據報，這樣的數據報僅出現(xiàn)在本地網絡中。 “這個網絡上的特定主機”地址 具有全0 網絡號的IP地址代表了這個網絡上的特定主機 當某個主機想同一網絡上的

45、其他主機發(fā)送報文的時候就會用到它。它的格式為：網絡號為0，主號為確定的數值。 回送地址 127.x.x.x是本機回送地址，即主機IP堆棧內部的IP地址，用于網絡軟件測試以及本地機進程間通信，無論什么程序使用回送地址發(fā)送數據，協(xié)議軟件立即返回之，從進行任何網絡傳輸。,3.2 IP地址劃分技術研究與發(fā)展,IP地址的劃分共分為四個階段。 （1）第一階段 1981年，IPv4協(xié)議制定初期，IP地址設計的目的是希望每個IP地址都能唯一地、確定地識別一個網絡與一臺主機。這時的IP地址是由網絡號與主機號組成，長32位，用點分十進制方法表示，即現(xiàn)在的標準分類的IP地址。 （2）第二階段 在1991年起，在原來

46、的標準分類的IP地址上，加入了子網號的三級址結構。將一個網絡劃分為子網，采用借位的方式，從主機位最高位開始借位變?yōu)樾碌淖泳W位，所剩余的部分則仍為主機位。這使得IP地址的結構分為：網絡號、子網號和主機號。,（3）第三階段 1993年提出其出了CIDR（Classless Inter Domain Routing，無類域間路由）技術。CIDR有效地提供了一種更為靈活的在路由器中指定網絡地址的方法。使用CIDR時，每個IP地址都有網絡前綴，它標識了網絡的總數或單獨一個網絡。 （4）第四階段 1996年提出了NAT（Network Address Translation，網絡地址轉換）技術，允許一個整

47、體機構以一個公用IP地址形式出現(xiàn)在Internet上。即是一種把內部私有IP地址翻譯成合法網絡IP地址的技術。,圖3-2 劃分IP地址技術的發(fā)展階段示意圖,3.2.1 劃分子網的三級地址結構,地址有效利用率的問題 ： （1）A類地址的主機號長度為24位，即可以分配給1600多萬個結點，這即是對一個大型的網絡來說，也不可能使用到這么多的結點，即使有這樣的大型網絡，網絡中的路由表也太大了。 （2）B類地址的主機長度為16位，即一個網絡中可以允許有6萬多個結點，由經驗得到，一般使用B類地址的網絡中大多數的網絡主機數都不超過50臺。 （3）C類地址的主機號長度為8位，即一個網絡中可以只能分配256個主

48、機和路由器的地址，這個數量又遠遠不夠。,1子網的概念 在一個IP網絡中劃分子網使我們能將一個邏輯上單一的大型網絡分成若干個較小的網絡，即允許將網絡劃分成許多個部分供內部使用，但是對于外部網絡仍像一個網絡一樣。 2子網的劃分 它將IPv4地址分為三部分：網絡部分、子網部分和主機部分。 3子網掩碼的概念 它是一種用來指明一個IP地址的哪些位標識的是主機所在的子網以及哪些位標識的是主機的位掩碼。,圖3-3 A類、B類和C類地址掩碼,圖3-4 B類地址分為128個子網,3.2.2 CIDR無間域內路由技術,1CIDR提出的背景 隨著Internet的迅速發(fā)展，標準地址分類法帶來了兩個問題，最大一個問題

49、就是這些類別無法體現(xiàn)顧客的需求。A類地址實在過大，以至浪費了大部分空間。另一方面，C類網絡對大多數組織來說實在太小，這意味著大多數組織會請求B類地址，但又沒有足夠的B類地址可以滿足需求。 1993年，CIDR技術被提出，RFC1517、1518和1519對其進行了定義并且形成了Inernet的建議標準。CIDR利用表示用來識別網絡的比特數量的“網絡前綴”，取代了A類、B類和C地址。,2CIDR的概念 CIDR是一個在Internet上創(chuàng)建附加地址的方法，這些地址提供給服務提供商ISP，再由ISP分配給客戶。 3CIDR的工作原理 CIDR地址包括標準的32位IP地址和用正斜線“/”標記的前綴。

50、 4CIDR的技術特點 （1）它區(qū)別于一般的標準分類IP地址概念的“網絡前綴”，代替的原來的“網絡號+主機號”的結構，形成了無分類的結構，即表示為“網絡前綴+主機號”的二級地址結構，也不再使用“子網”的概念。,（2）網絡前綴相同的連續(xù)的IP地址形成了一個“CIDR地址塊”。它是由塊起始地址與塊地址數來表示的。 5CIDR的優(yōu)點 CIDR的優(yōu)點是解決了困擾傳統(tǒng)IP尋址方法的兩個問題。 重點提示：CIDR的研究思路主要是將剩余的IP地址以可變大小的分塊方法進行分配，而不按標準的地址分類規(guī)則分配。ISP、大學、政府機關及企業(yè)在確定IP地址結構時，即可根據對IP地址管理和路由的需要來靈活決定。,表3-

51、1 為CIDR及其對應的掩碼,3.2.3 NAT 網絡地址轉換技術,1NAT的概念 NAT即網絡地址轉換，它的基本思路是為每個公司分配少量的IP地址用于傳輸Internet的流量，而在公司內部的每一臺主機分配一個不能夠在Internet上使用的保留的專用IP地址。這些專用的地址都是管理機構預留的，它們不需要向Internet管理機構申請，但是在Internet中并不唯一。它們就用于公司的內部網絡通信，如果要訪問外部的Internet主機，要運行NAT的主機或路由器將內部的專用IP地址轉換為全局的IP地址。,圖3-5 NAT在ISP服務中應用的網絡結構圖,2NAT的工作原理 （1）內部地址翻譯

52、將內部IP一對一的翻譯成外部地址。 （2）內部全局地址復用 使用地址和端口將多個內部地址映射到比較少的外部地址。 （3）TCP負載重分配 NAT路由器接受外部主機的請求并依據NAT表建立與內部主機的連接，把內部目的地址翻譯成內部局部地址并轉發(fā)數據包到內部主機，內部主機接受包并作出響應。NAT路由器再使用內部局部地址和端口查詢數據表做出響應。如果此時，同一主機再做第二個連接，NAT路由器建立與另一虛擬主機的連接，并轉發(fā)數據。,（4）處理重疊網絡 主機A要求向主機C建立連接， DNS服務器做地 址查詢。 NAT路由器截獲DNS的響應，如果地址有重疊， 將翻譯返回的地址。它將創(chuàng)建一個簡單入口把重 疊

53、的外部全局地址翻譯成外部局部地址。 路由器轉發(fā)DNS響應到主機A，它已經把主機C 的外部全局地址翻譯成外部局部地址。 當路由器接受到主機C的數據包時，它將建立內 部局部、全局，外部全局、局部地址間的轉換， 主機A將由內部局部地址翻譯成內部全局地址， 主機C將由外部全局地址翻譯成外部局部地址。 主機C接受數據包并繼續(xù)通訊。,圖3-6 為NAT工作原理示意圖,3NAT的技術類型 （1）靜態(tài)NAT （2）動態(tài)地址NAT （3）網絡地址端口轉換NAPT,4NAT技術的局限性 （1）違反了IP地址的設計原則 （2）使IP協(xié)議從面向無連接變成面向連接 （3）與其他協(xié)議工作時經常需要修改 （4）破壞了各層獨

54、立的原則 重點提示：NAT的主要思路即為每一個網絡系統(tǒng)分配一個或少量的IP地址用于傳輸流量到Internet，在這個網絡系統(tǒng)內部的每一臺主機分配一個能夠在Internet上使用的保留的專用IP地址。,3.3 IP地址規(guī)劃,3.3.1 基本步驟與方法 1IP地址規(guī)劃的步驟 （1）獲得網絡最大子網數量與最大主機數 （2）設計基本網絡地址結構 （3）計算子網絡掩碼 （4）計算網絡地址、廣播地址與主機地址 2IP地址規(guī)劃詳細方法,表3-2 32個子網的網絡號,表3-3 子網的廣播地址,3.3.2 子網地址的規(guī)劃,1子網地址規(guī)劃的步驟 （1）獲得所需的網絡號個數 從網絡設計的需求分析中，每個子網必須分配

55、一個網絡號，而每個廣域網的連接也需要分配一個網絡號。 （2）獲得所需的主機號個數 從網絡設計的需求分析中，每個主機分配一個主機號；同時路由器的每一個連接也需要分配一個主機號。 （3）網絡地址整體規(guī)劃 計算出整個網絡的子網掩碼 為不同的物理段設置不同的子網號,表3-4 主機的IP地址,2子網地址規(guī)劃的詳細方法 （1）計算子網號的長度 （2）確定子網的地址,表3-5 子網的主機地址,3.3.3 VLSM地址的規(guī)劃,1VLSM的概念 VLSM（Variable Length Subnet Mask，可變長度子網掩碼），是在標準的掩碼上面再劃分的子網的網絡號碼，無類路由選擇網絡可以使用VLSM，而有類

56、路由選擇網絡中不能使用VLSM。 2案例分析 （1）需求 （2）選擇可變長度的子網掩碼 （3）三個子網IP的地址空間,圖3-7 使用VLSM技術的子網劃分結構,3.3.4 CIDR地址規(guī)劃,設一個公司獲得的了/18的地址塊，要將其分成16個大小相等的較的地址塊，規(guī)劃步驟如下： （1）計算出所要占用的主機號中的位數 由于，所以對于這個地址塊的劃分需要占用后14位主機號中的前4位，可以實現(xiàn)將其16等分為大小相等的地址塊。 （2）地址塊的劃分 16塊較小地址塊的劃分情況如表3-6所示，其中每一個地址塊所能分配的地址數為個。,表3-6 劃分CIDR地址塊,圖3-8 CIDR地

57、址塊劃分后的網絡結構圖,3.3.5 內部網絡專用IP地址規(guī)劃,1需求分析 （1）公司分為總部、銷售與配送部門、零售店3層結構。 （2）總部的主干網上有10個LAN，總共有120臺計算機及其聯(lián)網設備，其在30個城市和地區(qū)都有銷售與配送部門，每個部門通過2條鏈路與總部的主干路由器連接。 （3）各個銷售與配送部門有2個LAN，一個用于銷售管理，其連接的計算等設備最多為90臺；一個用于配送管理；另外還有一個用來連接2個LAN與公司總部級下屬零售店 （4）每個零售店1個LAN，最多連接14臺計算機。,2總體設計 （1）采用“總部分部零售店”的3級地址結 構。 （2）采用A類地址的CIDR地址塊，可分配的

58、地址 總長度為24位。 （3）采用定長子網掩碼。 （4）從需求分析已知，該公司網絡系統(tǒng)中的子網 數多于其主機數，所以32位標準地址結構為：8位網絡號、16位子網號與8位主機號。,圖3-9 該公司的網絡結構圖,3地址規(guī)劃 （1）公司總部的LAN地址公司總部有10個LAN，D=0時表示公司的主干網，此時S=110，H=1254。如表3-7所示。 表3-7 公司總部的LAN地址,（2）公司總部到銷售與配送部門的連接地址 表3-8 總部與分部連接的地址信息,（3）銷售與配送部門的LAN地址 各個地區(qū)的銷售與配送部門的D不同，其中三個LAN（兩個分別用于銷售管理和配送管理，還有

59、一個連接公司總部及零售店）。其分部的可分配地址空間如表3-9所示。,表3-9 分部的地址信息,（4）銷售與配送部門到相應零售店的連接地址 銷售與配送部門分別到相應零售店的連接地址為10.100+D.S.1與10.100+D.S.2。如表3-10所示。,表3-10 銷售與配送部門到相應零售店的連接地址,（5）零售店地址 表3-11 零售店地址信息,（6）案例總結 該公司地址結構規(guī)劃為： 總部的LAN：。 總部到分部的連接：10.100+10.D.0與、 10.200+10.D.0，其中D=130。 分部的LAN：10.D.255.0、10.D.254.0、 10.D.253.0。地址空間為10.D.255.110.D.255.254、10.D.254.110.D.254.254、10.D.253.110.D.253.254。其中D=130 分部到零售店的連接：10.100+D.S.1與10.100+D.S.2，D=130，S=1240。 零售店的LAN：10.D.S.0，其可分配的地址空間為10.D.S.110.D.S.254，其中D