第2讲局域网设计与构建(一)潍坊学院

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1、计算机组网技术第二讲 局域网设计与构建（一 ）潍坊学院 本讲主要内容n局域网搭建的整个流程 n网络需求分析与工程论证n局域网设计方案n网络标准 n网络拓扑结构 n建立分级三层设计模型 局域网组建的实现过程n在计算机网络的规划与构建过程中，首先应该 建立一个“系统”的概念，并遵循一定的技术 方法，让这个系统有机地运转起来。 n通常要采用系统工程的方法来开展网络规划与 实现。n我们将设计方法规范化，将局域网的实现过程 分为如图2-1所示的几个重要步骤 图2-1 局域网组建的实现过程确定设计目标提出设计方案网络产品选型网络安装、调试与测 试用户培训与文档整理网络拓扑结构选择网络标准选择建立网络分层模

2、型IP子网设计网络布线设备连接与调试需求分析工程论证硬件选型软件选型用户培训文档整理网络布线设计2.1 确定网络设计目标2.1.1 需求分析 1用户需求信息的获得n对任何一项工程而言，需求分析总是首要的。 在为用户设计一套局域网方案时，首先要弄清 楚客户的具体需求，这对方案的设计和设备的 选择起着决定性的作用。 n用户需求分析首先要进行用户基本情况的调研 ，获取用户的需求信息。用户的问题往往是实 际存在的问题或要求，往往不是用计算机网络 的技术语言来表达，这就需要设计人员能够将 用户的需求或问题用准确的计算机网络术语描 述出来。 需求分析的具体事例n以下是一个分析的具体事例，可以观察用户问题与

3、其 分析结果表达方式的不同。n用户问题：有很多文件要存储，大家都用。n分析结果：需要一个大容量服务器，估计磁盘容量为 XG字节。n用户问题：很多人要同时使用这个软件。n分析结果：需要该软件的多用户版本。n用户问题：应用系统要求可靠性很高，工作不能间断 。n分析结果：系统需要作磁盘镜像或双机热备份处理， 可以给出不同的性能/价格预算。n在用户需求分析环节中，一般 有以下方面的信息需要了解：（1）地理布局。 （2）用户设备类型与数量。 （3）网络服务。 （4）容量和性能。 （5）系统兼容。 （6）经费预算。 （7）其他需求。 2需求分析的基本工作基本的用户需求分析工作可按如下步骤进行： （1）现行

4、计算机环境和业务的调查分析 （2）调查分析和整理用户的需求与存在的问题， 研究解决办法。 （3）提出实现网络系统的设想，提出多个方案。 （4）计算成本、效益和投资回收期。 （5）设计人员内部对所设想的网络系统进行评价 ，给出多种设计方案的比较。 （6）编制系统概要设计书 （7）概要设计的审查 （8）把基本调研情况连同系统概要设计书提交给 用户，并做出解释。 （9）用户对基本调研的工作和系统概要设计书进 行评价，提出意见。 （10）研究系统概要书，采纳用户意见，对系统概 要设计书进行修改，使用户需求分析的工作获得 用户的最终认可。 2.1.2 工程论证1工程论证概述n工程论证是为了弄清所定义的项

5、目是否可能实 现和值得进行研究。 n在论证过程中需要从经济、技术、运行和法律 等诸多方面进行论证，做出明确的结论供用户 参考。n若经过论证是可行的，则应按照国家制定的有 关规定写出系统开发和建设的可行性报告。 2可行性报告的撰写（1）可行性研究的前提。 （2）现有状况的分析。 （3）建议建立的网络系统方案。 （4）可供选择的其他网络系统方案。 （5）投资与效益分析。 （6）社会因素。 （7）结论。 2.1.3 网络设计原则n要进行计算机网络设计，第一步是根据用户的 需求分析，确立计算机网络的设计目标，网络 设计目标是建立一个可以满足客户的业务和技 术需求的功能完整的网络。n一个成功的网络设计要

6、为网络容量留出余地， 而且应该采用新技术，能适应网络规模扩大。n设计还应该有效地利用现有的资源，保护前期 投资。网络设计中遵循原则n针对不同的组织和不同情况，网络设计的目标也不尽相 同，但是任何网络设计中都要遵循如下特定的原则： 1功能性 2可缩放性 3可适应性 4可管理性 5成本有效性n通过需求分析和工程论证，兼顾以上设计原则，整个网 络的设计目标也就确定下来了。下一步的工作是针对既 定的网络设计目标进行整体网络规划与设计。2.2 确定网络设计方案n建设一个网络并不是一件简单的事，事实上需 要具备网络的基本知识，知道局域网络的构成 部件。我们把这些知识串连起来，结合用户的 需求，便可形成一个

7、设计方案的结构。n设计方案的形成，占一个网络工程的30%40% 的工作量，剩下的只是付之实现的问题。2.2.1 网络标准的选择1Ethernetn当前应用最广泛的局域网是以太网家族。以太 网系列技术是目前局域网组网首选的网络技术 。历史上在局域网络中应用过多种网络类型， 包括以太网、令牌总线、令牌环等。最后，以 太网以低廉的价格、简单的配置、方便的管理 成为局域网的事实标准，并占据了90%以上的 市场份额，成为校园网、企业网、城域网建设 中日益重要的选择。以太网IEEE802.3标准如表2-1所示。10ME IEEE标准 物理层标准802.3 10Base-5802.3a 10Base-280

8、2.3i 10Base-T802.3j 10Base-F 批准时间1983年1989年1990年1993年 FE IEEE标准 物理层标准802.3u 100Base-FX802.3u 100Base-TX802.3u 100Base-T4802.3x&y 100Base-T2 批准时间1995年1995年1995年1997年 GE10GE IEEE标准 物理层标准802.3z 1000Base-X802.3ab 1000Base-T802.3ae 10GBase- LR/LW802.3ae 10GBase- ER/EW 批准时间1998年1998年2002年2002年2X.25nX.25公共

9、分组数据网络已经成为广域网中的重要 传输系统。分组交换是一种在距离相隔较远的工 作站点之间进行大容量数据传输的有效方法，它 结合线路交换和报文交换的优点，将信息分成较 小的分组进行存储、转发，动态分配线路的带宽 。它的优点是出错少、线路利用率高。它有数据 报和虚电路两种方式，虚电路方式能在一条物理 链路上建立若干条逻辑上的虚电路；数据报方式 灵活、快速可靠。分组交换技术是数据网络中最 广泛使用的一种交换技术，现有的公共数据交换 网都采用这种技术。 3.帧中继n在20世纪70年代和80年代研制和实施的协议主 要是基于容易产生错误的传输电路。 今天的 网络在高质量的可靠传输链路上使用可靠的数 字传

10、输技术，许多线路都是光纤。使用光纤和 数字技术，可以获得高的数据速率，在这种条 件下，X.25的开销不但是不必要的，而且会降 低对高的可用数据速率的有效利用率。n帧中继（FR）是继X.25后发展起来的数据通信 方式。帧中继消除了X.25加在端用户系统和分 组交换网络上的许多开销。通常将帧中继称为 快速分组交换。 4FDDInFDDI（Fiber Distributed Data Interface，光纤分布式数据接口）是一 个使用光纤作为传输媒体的令牌环形网 。它先是在ANSI的标准委员会X3T9.5通 过为美国的标准，随后被ISO通过为国际 标准ISO 9314。FDDI也常被划分在城域 网

11、MAN的范围。FDDI的产品在1988年问世 。 FDDI主要特性nFDDI主要是用作校园环境的主干网，其主要特性如下 ： （1）使用基于IEEE802.5令牌环标准的MAC协议，分组长 度最大为4500字节。 （2）利用多模光纤进行传输，并使用有容错能力的双环 拓扑。 （3）数据率为100Mbps，光信号码元传输速率为 125MBaud。 （4）可以安装1000个物理连接（若都是双连接站，则为 500个站），最大站间距离为2km（多模光纤），环路 长度为100km，即光纤总长度为200km。 （5）具有动态分配带宽的能力，故能同时提供同步和异 步数据服务。 FDDI的自恢复措施（a）正常情况

12、 （b）链路出故障 （c）站点出故障5ATMn异步传输模式ATM（Asynchronous Transfer Mode）对局域网环境中的网络前提作了彻底的 改变。在完全的ATM方案中，工作站适配器、 交换机以及可能的网络层协议等全部需要更换 。ATM是一种非常灵活的技术，适用于从工作 组应用到WAN互联网络应用的各种情况。这种 技术将提供无缝的网络结构，它可以根据需求 基本上无限制地提供带宽。ATM也将成为未来 的多服务网络的基础。ATM主要有以下优点：（1）选择固定长度的短信元作为信息传输的单 位，有利于宽带高速交换。 （2）能支持不同速率的各种业务。 （3）所有信息在最低层以面向连接的方式

13、传送 ，保持了电路交换在保证实时性和服务质量方 面的优点。 （4）ATM使用光纤信道传输。 一般在城域网或国家级主干网上应用n以上介绍了几种有线局域网可以采用的网络标准，在 进行网络设计时可根据需要与具体情况进行选择。当 前有线局域网主要使用以太网技术。以太网技术选型 比较容易确定，例如，可以按表2-2所示的方式来搭建 平台。表2-2 网络标准选择桌面/工作组部门企业 普通型以太网（10Base-T ）快速以太网（ 100Base-TX）千兆以太网（ 1000Base-X） 增强型快速以太网（ 100Base-TX）千兆以太网（ 1000Base-X）万兆以太网（ 10GBase-L）6WLA

14、N 802.11系列标准n目前的无线局域网技术的发展非常迅速。n标准：802.11系列，于1997年正式发布，该标 准定义了物理层和介质访问控制（MAC）规范 。物理层定义了数据传输的信号特征和调制， 工作在2.4GHz2.483GHz频段。n这一最初的无线局域网标准主要用于难以布线 的环境或移动环境中计算机的无线接入，由于 传输速率最高只能达到2Mbps，所以，它主要 用于进行数据存取的业务。但随着无线局域网应用的不断深入，人们越来越 认识到，2Mbps的连接速率远远不能满足实际的 应用需求，于是IEEE802标准委员会推出了一系 列高速的新无线局域网标准。nIEEE802.11b 11Mb

15、psnIEEE802.11a 54MbpsnIEEE802.11g 54Mbpsn802.11a+、802.11b+、802.11g+ 速度*22.2.2 网络拓扑结构选择n确立网络的拓扑结构是整个网络方案规划设计 的基础。网络拓扑结构设计是指在给定节点位 置及保证一定可靠性、时延、吞吐量的情况下 ，服务器、工作站和网络连接设备如何通过选 择合适的通路、线路的容量以及流量的分配， 使网络的成本降低。n在有线局域网中常用的拓扑结构有总线型结构 、环型结构、星型结构、网状结构与树型结构 。文件服务器工作站工作站文件服务器工作站工作站主机主机1总线型拓扑结构在总线型拓扑结 构中，局域网的 各个节点都

16、连接 到一个单一连续 的物理线路上， 如图2-3所示。 由于各个节点之 间通过电缆直接 相连，因此，总 线拓扑结构中所 需要的电缆长度 是最小的。广播-广播域2环型拓扑结构n环型拓扑结构中，连接网络中各节点的电缆构成一个 封闭的环，如图2-4所示，信息在环中必须沿每个节点 单向传输，因此，环中任何一段的故障都会使各站之 间的通信受阻。所以在某些环型拓扑结构中，如FDDI ，在各站点之间连接了一个备用环，当主环发生故障 时，由备用环继续工作。3星型拓扑结构n在星型拓扑结构中，网络 中的各节点都连接到一个 中心设备上，由该中心设 备向目的节点传送信息， 如图2-5所示。星型拓扑结 构方便了对大型网络的维 护和调试，对电缆的安装 检验也相对容易。由于所 有工作站都与中心节点相 连，所以，在星型拓扑结 构中移动某个工作站十分 简单。Hub4网状拓扑结构n网状拓扑是一种无规则的连接方式，在网状结 构中，每个节点均可与任何节点相连，如图2- 6所