小型局域网组建与Internet共享设计报告.docx
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小型局域网组建与Internet共享设计报告
绍兴文理学院
网络技术实践（论文）
（2015届）
课题小型局域网组建与Internet共享
系别物理与电子信息系
专业
班级
姓名
2012年09月07日
小型局域网组建与Internet共享
摘要
信息化高速发展的今天，企业局域网的建设已经成为提升企业核心竞争力的关键因素。
企业网已经越来越多地被人们提到，利用网络技术，现代企业可以在供应商、客户、合作伙伴、员工之间实现优化的信息沟通。
这直接关系到企业能否获得关键的竞争优势。
近年来越来越多的企业都在加快构建自身的信息网络，而其中绝大多数都是中小企业。
目前我国企业尤其是中小企业网络建设正在如火如荼地开展着，据IDC预测：
在未来的5年中，中小企业的网络建设将以每年15%的速度增长。
所谓局域网，就是存在于局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小。
局域网在计算机数量配置上没有太多的限制，少的可以只有两台，多的可达几百台。
一般来说，在企业局域网中，工作站的数量在几十到两百台；在网络所涉及的地理距离上可以是几米至几千米。
局域网一般位于一个建筑物或一个单位内，不存在寻径问题，不包括网络层的应用。
关键词企业局域网；网络协议；服务器；防火墙；覆盖范围
前言
当今社会已经进入一个网络快速发展的信息社会，信息技术的不断发展，给人们的生活、工作、学习带来了以往社会都无法比拟的便利，人们越来越离不开以计算机网络为中心的信息时代。
局域网是各种类型网络中一大分支，有着非常广泛的应用。
随着计算机的发展，人们越来越意识到网络的重要性，通过网络，人们拉近了彼此之间的距离。
本来分散在各处的计算机被网络紧紧的联系在了一起。
局域网做为网络的组成部分，发挥了不可忽视的作用。
我们可以用WindowsOS把众多的计算机联系在一起，组成一个局域网，在这个局域网中，我们可以在它们之间共享程序、文档等各种资源，而不必再来回传递软盘；还可以通过网络使多台计算机共享同一硬件，如打印机、调制解调器等；同时我们也可以通过网络使用计算机发送和接收传真，方便快捷而且经济。
通过本课题的论述，希望使读者能够了解企业局域网的建设过程以及所涉及到的各种网络技术，并能对今后大家在学习网络技术知识或是进行局域网的工程建设中有所借鉴。
1.网络技术基础
网络技术的发展历史
网络技术是从1990年代中期发展起来的新技术，它把互联网上分散的资源融为有机整体，实现资源的全面共享和有机协作，使人们能够透明地使用资源的整体能力并按需获取信息。
计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物。
这种结合主要体现在两个方面：
一方面，通信网络为计算机之间的数据传递和信息交换提供了必要的条件；另一方面，计算机技术在通信领域中的广泛应用，又提高了通信网络的性能。
计算机网络是按照网络协议，将地球上分散的、独立的计算机相互连接的集合。
连接介质可以是电缆、双绞线、光纤、微波、载波或通信卫星。
计算机网络具有共享硬件、软件和数据资源的功能，具有对共享数据资源集中处理及管理和维护的能力。
网络通过物理连接，以最方便，最节省资源为目的，把互联网上分散的资源融为有机整体，实现资源的全面共享和有机协作。
使人们能够透明地使用资源的整体能力并按需获取信息。
通常由三个部分组成,它们是资源子网、通信子网和通信协议.所谓通信子网就是计算机网络中负责数据通信的部分;资源子网是计算机网络中面向用户的部分,负责全网络面向应用的数据处理工作;而通信双方必须共同遵守的规则和约定就称为通信协议,它的存在与否是计算机网络与一般计算机互连系统的根本区别。
所以从这一点上来说,我们应该更能明白计算机网络为什么是计算机技术和通信技术发展的产物了。
关于计算机网络的分类呢，现在最常见的划分方法是:
按计算机网络覆盖的地理范围的大小,一般分为广域网（WAN）和局域网（LAN）（也有的划分再增加一个城域网（MAN）。
顾名思义，所谓广域网无非就是地理上距离较远的网络连接形式,例如闻名的Internet网,Chinanet网就是典型的广域网。
而一个局域网的范围通常不超过10公里,并且经常限于一个单一的建筑物或一组相距很近的建筑物.Novell网是目前最流行的计算机局域网。
在计算机网络技术中,网络的体系结构指的是通信系统的整体设计,它的目的是为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准.现在广泛采用的是开放系统互连OSI（OpenSystemInterconnection）的参考模型,它是用物理层、数据链路层、网络层、传送层、对话层、表示层和应用层七个层次描述网络的结构.你应该注重的是,网络体系结构的优劣将直接影响总线、接口和网络的性能.而网络体系结构的要害要素恰恰就是协议和拓扑。
目前最常见的网络体系结构有FDDI、以太网、令牌环网和快速以太网等。
而所谓协议（Protocol）就是对数据格式和计算机之间交换数据时须遵守的规则的正式描述，它的作用和普通话的作用如出一辙。
依据网络的不同通常使用Ethernet（以太网）、NetBEUI、IPX/SPX以及TCP/IP协议。
Ethernet是总线型协议中最常见的网络低层协议,安装轻易且造价便宜;而NetBEUI可以说是专为小型局域网设计的网络协议。
对那些无需跨经路由器与大型主机通信的小型局域网,安装NetBEUI协议就足够了,但假如需要路由到另外的局域网,就必须安装IPX/SPX或TCP/IP协议.前者几乎成了Novell网的代名词,而后者就被闻名的Internet网所采用.非凡是TCP/IP（传输控制协议/网间协议）就是开放系统互连协议中最早的协议之一,也是目前最完全和应用最广的协议,能实现各种不同计算机平台之间的连接、交流和通信。
计算机网络的定义
抽象地讲，计算机网络是结点和链路的集合。
它可以为两个或多个特定结点建立连接，以在这些结之间进行通信。
计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物。
这种结合主要体现在两个方面：
一方面，通信网络为计算机之间的数据传递和信息交换提供了必要的条件；另一方面，计算机技术在通信领域中的广泛应用，又提高了通信网络的性能。
计算机网络的功能
1．数据通信；
2．资源共享；
3．提高计算机系统的可靠性和可用性；
4．易于进行分布处理计算机网络的典型应用。
计算机网络的典型应用
1．管理信息系统（MIS，ManagementInformationSystem）；
2．办公自动化（OA，OfficeAutomation）系统；
3．信息检索系统（IRS，InformationRetrieveSystem）；
4．电子收款机系统（POS，PointOfSells）；
5．分布式控制系统（DCS，DistributedControlSystem）；
6．计算机集成与制造系统（CIMS，ComputerIntegratedManufacturingSystem）；
7．电子数据交换（EDI，ElectronicDataInterchange）和电子商务（EB，ElectronicBusiness或EC，ElectronicCommerce）系统；
8．信息服务系统。
计算机网络的分类
按网络覆盖范围的大小，可以将计算机网络分为：
局域网（LAN，LocalAreaNetwork）、城域网（MAN，MetropolitanAreaNetwork）、广域网（WAN，WideAreaNetwork）和因特网（Internet）。
局域网设计原则
1．家庭、公司需求为前提原则
坚持以家庭、公司具体需求为小型局域网信息系统方案设计的根本和前提，同时，也要注重源于需求又高于需求的原则，注意用专业化的技术思想来帮助家庭、公司方进行小型局域网的规划与设计，确保局域网的实用性、先进性和便于扩展性。
2．品质与成本匹配原则
选择品质最好的设备不一定是最佳方案，成本因素也是一个不容忽视的问题，只有将品质与成本实现最佳匹配，才是一个最优秀的方案。
3．技术应用全面原则
在技术应用方面，我们全面考虑其实用性、先进性、开放性、可扩充性、可靠性、安全保密性及友好性。
4．坚持标准原则
一切局域网设计和布线，均要遵循国际标准。
2.需求分析
所谓"需求分析"，是指对要解决的问题进行详细的分析，弄清楚问题的要求，包括需要输入什么数据，要得到什么结果，最后应输出什么。
可以说，在软件工程当中的“需求分析”就是确定要计算机“做什么”。
在软件工程中，需求分析指的是在建立一个新的或改变一个现存的电脑系统时描写新系统的目的、范围、定义和功能时所要做的所有的工作。
需求分析是软件工程中的一个关键过程。
在这个过程中，系统分析员和软件工程师确定顾客的需要。
只有在确定了这些需要后他们才能够分析和寻求新系统的解决方法。
需求分析阶段的任务是确定软件系统功能。
在软件工程的历史中，很长时间里人们一直认为需求分析是整个软件工程中最简单的一个步骤，但在过去十年中越来越多的人认识到它是整个过程中最关键的一个过程。
假如在需求分析时分析者们未能正确地认识到顾客的需要的话，那么最后的软件实际上不可能达到顾客的需要，或者软件无法在规定的时间里完工。
一般可分以下几类需求考虑：
第一，社会需求
个人家庭、一般小公司企业局域网一般为小规模的组网，节点数一般不超过30个，网络应用简单，对通信的要求也不高，因此小型局域网是最适合此类用户。
小型局域网我们选择对等网。
对等网是通过直接电缆连接。
直接电缆连接只是一种通讯手段。
每次只能让一方访问另外一方，具体地说就是只能客户机访问主机。
要使主机能访问客户机，必须重新设置直接电缆连接，使主/客位置换过来才能达到目的。
显然，这只是一种临时使用的通讯手段，并非长远之策。
对等网相对直接电缆连接就高级了一些，它不但方便连接两台以上的电脑，而且更关键的是它们之间的关系是对等的，连接后双方可以互相访问，没有主客阶级差异；然而，对等网仍然不能共享可执行程序、Internet，只有上升到客户/服务器结构的局域网，才能共享服务器上的可执行程序、Internet。
当然，那样的网络需要牺牲一台高性能的电脑作为网络中的服务器让大家共享。
因此，对等网是一种投资少、见效快、高性价比的实用型小型网络系统。
第二，网络应用需求
实现企业局域网与其他各网络之间的安全、高速数据访问交换
采用Internet代理服务，实现企业所有站点通过电脑网络高速Internet。
建立WWW服务器，实现企业在Internet和Intranet上的信息发布，使公司内外的人员能够即使了解公司的最新信息。
建立邮件服务器，实现企业工作人员与上级机构、分支机构等的电子信息的传递。
构建起企业运行基于网络设计的Client/Server（客户机/服务器）或Browser/Server（浏览器/服务器）结构的办公自动化系统、各种信息管理系统的网络硬件平台和系统运行平台。
公司Internet应用是作为我们设计网络一期的依据，因此，我们从公司Internet应用及应用发展入手，分析目前及未来发展的公司Internet应用，并根据这些应用的自身特点，从带宽需求、传输时延、传输的可靠性、传输的安全性等因素来分析，综合考虑并总结出公司Internet应用的发展需求。
第三，网络技术需求
主干网络采用速率为1000Mbps的交换技术。
作为公司主干的支撑网络，要求安全可靠，并可实现主干网络冗余、链路容错等功能。
系统各层网络之间良好互联。
千兆交换机与主机服务器之间良好互联。
具有良好便捷网络管理平台。
网管系统是开放式网管平台，并可以对全网进行故障管理、配置管理、性能管理、事物处理管理、流量控制管理、日志管理、多厂家产品管理、MIB管理、效率管理和图形化管理。
网络骨干设备具有较高的可靠性；核心设备支持热插拔，具有容错设计。
网络设备具有较好的扩展性，系统能够平滑升级及扩充。
第四，功能需求
资源共享功能：
网络的各个桌面用户可共享数据库、共享打印机，实现办公自动化系统中的各功能。
通信服务功能：
最终用户通过广域网连接可以收发电子邮件、实现Web应用、接入互联网、进行安全的广域网访问。
多媒体功能：
支持多媒体组播，具有卓越的服务质量保证功能。
远程VPN拨入访问功能：
系统支持远程PPTP接入，外地员工可利用INTERNET远程访问公司资源
第五，网络安全需求
网络安全主要解决访问互联网及中心服务器的安全问题，考虑以下因素：
1、公司网与Internet网相连后具有“防火墙”过滤功能，以防止网络黑客入侵网络系统；
2、良好的认证体系可防止假冒合法用户的攻击；
3、良好的备份和恢复机制，可在攻击造成损失时，帮助系统尽快地恢复数据和系统服务；
4、多层防御，攻击者在突破第一道防线后，应有多层防御可以延缓或阻断其到达攻击目标；
5、通过NAT地址转换功能隐藏内部信息，这样可以使攻击者不能了解系统内的基本情况；
6、设立安全监控中心为信息系统提供安全体系管理、监控、保护及紧急情况服务。
3.网络规划
3.1网络拓扑结构设计
小型星型网络结构设计示例：
星型网络主要是以相对廉价的双绞线为传输介质的，网线的两端各用一个RJ-45水晶头为网络连接器。
这里所指的小型星型网络是指只有一台交换机（当然也可以是集线器，但前已很少使用）的星型网络，主要应用于小型独立办公室企业和SOHO用户中。
这类小型型网络所能连接的用户数一般在20个左右，当然也有可以连接高达40多个用户的，如48的交换机，具体要根据交换机可用端口数而定。
1．网络要求：
•所有网络设备都与同一台交换机连接。
•整个网络没有性能瓶颈。
•要有一定的可扩展余地。
2．设计思路：
（1）确定网络设备总数：
这是整个网络拓扑结构设计的基础，因为一个网络设备至少需要连接一个端口，设备数一旦确定，所需交换机的端口总数也就确定下来了。
这里所指的网络设备包括工作站、服务器、网络打印机、路由器和防火墙等所有需要与交换机连接的设备。
本示例的设备总数就是20个以内工作站用户+一台服务器+一台宽带路由器+一台网络打印机=23。
根据这样的计算结果，24口是最低要求，而本示例中的交换机有24个10／100Mbps端口，两个10／100／100Mbps端口，一共26个端口，可以满足该网络的连接需求，但最好选择端口数更多的交换机。
（2）确定交换机端口类型和端口数：
一般中档二层交换机都会提供两种或以上类型的端口，如本示例中的10／100Mbps和10／100／100Mbps，都是采用双绞线RJ-45端口。
有的还提供各种光纤接口。
之所以要提供这么多不同类型的端口就是为了满足不同类型设备网络连接的带宽需求。
一般来说，在网络中的服务器、边界路由器、下级交换机、网络打印机、特殊用户工作站等所需的网络带宽较高，所以通常连接在交换机的高带宽端口。
如本示例中的服务器所承受的工作负荷是最重的，直接与交换机的其中一个千兆位端口连接（另一个保留用于网络扩展）；其他设备的带宽需求不是很明显（宽带路由器目前的出口带宽受连接线路限制，一般在10Mbps以内，所以在局域网端口方面就没必要连接高带宽端口了，其他企业级路由器就不一样了），只需连接在普通的10／100Mbps快速自适应端口即可。
（3）保留一定的网络扩展所需端口：
交换机的网络扩展主要体现在两个方面：
一是用于与下级交换机连接的端口，另一个是用于连接后续添加的工作站用户。
与下级交换机连接方面，一般是通过高带宽端口进行的，毕竟下级交换机所连用户都是通过这个端口进行的。
如果交换机提供了Uplink（级联）端口，则直接用这个端口即可，因为它本身就是一个经过特殊处理的端口，其可利用的背板带宽比一般的端口宽。
但如果没有级联端口，则只能通过普通端口进行了，这时为了确保下级交换机所连用户的连接性能，最好选择一个较高带宽的端口。
本示例中可以留下一个干兆位端口用于扩展连接，当然在实际工作中，这个高带宽端口还是可以得到充分利用的，只是到需要时能重新空余下来即可。
（4）确定可连接工作站总数：
交换机端口总数不等于可连接的工作站用户数，因为交换机中的一些端口还要用来连接那些不是工作站的网络设备，如服务器、下级交换机、网络打印机、路由器、网关、网桥等。
如本示例中，网络中有一台专门的服务器、一台宽带路由器和一台网络打印机，所以网络中可连接的工作站用户总数就为26（24个10／100Mbps端口+2个10／100／100Mbps端口）一3=23个。
如果要保留一个端口用于网络扩展（在小型网络中保留一个扩展端口基本上可以满足，因为在一般的交换机上还有一个用于级联下级交换机的级联端口Uplink），则实际上可连接的最多工作站用户数为22个。
3．设计步骤：
在明白了网络拓扑结构设计基本思路后，接下来的具体设计步骤就非常明朗了。
在本示例中，网络用户和交换机规格都已定下来了，现在要做的就是根据这些已有条件设计一个实用的小型办公室网络方案。
在此所介绍的方法仍是手工绘制法。
具体步骤如下。
（1）首先确定关键设备连接，把需要连接在高带宽端口的设备连接在交换机的可用高带宽端口上。
如本示例中，把交换机图示（从自己积累的元素图中获取，或者通过专门的拓扑结构软件获得）放在设计的平台中心位置，然后把服务器与交换机连接的一个10／100／1000Mbps端口连接起来，并标注其端口类型，如图3—1所示。
当然这要求服务器的以太网网卡也是支持双绞线千兆位以太网标准的。
因为该交换机只有一个可用（另一个要用于保留）的千兆位端口，所以在此理论上仅需把最关键的网络服务器作为关键设备与高带宽端口连接即可。
图3—1
（2）把所有工作站用户计算机设备和网络打印机分别与交换机的10／100Mbps端口连接，如图3—2所示。
图3—2
（3）如果网络系统要通过路由器与其他网络连接（如本例中通过宽带路由器与因特网连接），则还需要设计因特网连接。
路由器与外部网络连接是通过路由器的WAN端口进行的。
虽然路由器的WAN端口类型有多种，但宽带路由器提供的WAN端口基本上也都是普通的RJ-4510／100Mbps以太网端口，直接与因特网宽带设备即可，如图3—3所示。
如属小区光纤以太网连接，则无须宽带设备。
图3—3
通过以上简单的3个步骤就把这个只有一台交换机设备的简单小型办公室星型网络结构设计好了。
从这里可以看出，整个步骤非常简单，最关键的是要思路清晰，分门别类地把有不同带宽需求的设备连接在交换机的对应类型端口上，确保整个网络不会出现性能瓶颈。
另外一个，就在选择交换机时，一定要注意，端口数一定要大于现有网络所有需要与交换机连接的网络设备总数，因为还要预留一定数量的端口用于将来扩展。
中型扩展星型网络结构设计示例
中型扩展星型网络是指在整个网络中包括多个交换机，而且各交换机是通过级联方式的分层结构。
在中型，或以上的星型网络中，一般有“边缘层”（也有称“接入层”）“会聚层”和“核心层”3个层次。
在各层中的每一台交换机又各自形成一个相对独立的星型网络结构。
这主要应用于在同一楼层的中小型企业网络中。
在这种网络中通常会有一个单独的机房，集中摆放所有关键设备，如服务器、管理控制台、核心或骨干层交换机、路由器、防火墙、UPS等。
1．刚络要求
•核心交换机能提供负载均衡和冗余配置。
•所有设备都必须连接在网络上，且使各服务器负载均衡，整个网络无性能瓶颈。
•各设备所连交换机要适当，不要出现超过双绞线网段距离的100米限制。
•结构图中可清晰知道各主要设备所连端口类型和传输介质。
2．设计思路
这种扩展型星型网络比起前面介绍的小型星型网络要复杂得多，在其中涉及到的网络技术也复杂许多。
下面是设计这类网络结构的基本思路。
1.采用白上而下的分层结构设计
首先确定的是核心交换机的连接，然后是会聚层交换机的连接。
再次是边缘层的交换机连接。
2.把关键设备冗余连接在两台核心交换机上
要实现核心交换机负载均衡和冗余配置，最好对核心交换机之问、核心交换机与骨干层交换机之间，以及核心交换机与关键设备之间进行均衡和冗余连接和配置。
3.连接其他网络设备
把关键用户的工作站和大负荷网络打印机等设备连接在核心交换机，或者会聚层交换机的普通端口上；把工作负荷相对较小的普通工作站用户连接在边缘交换机上。
3．设计步骤
以下的设计步骤也是根据以上基本设计思路进行展开的。
（1）确定核心交换机位置及主要设备连接
本示例中两台核心交换机是通过SC光纤端口进行负载均衡和冗余连接的，所以首先把两台交换机的SC端口用一条光纤电缆连接起来。
然后再把与核心交换机连接的服务器通过两块双绞线千兆位网卡与两台核心交换机进行冗余连接。
本示例的连接如图3—4所示。
图3—4
（2）缴联F级会聚层交换机
通过普通双绞线，连接核心交换机与会聚层交换机的千兆位端口，以实现扩展级联。
当然，为了实现冗余连接，会聚层的每台交换机都要与每台核心交换机分别连接。
因为本示例中核心交换机和会聚层交换机都有足够的RJ一45千兆位端口，可以满足冗余连接要求。
然后把其他要与核心交换机连接的网络设备连接起来，如管理控制台、一些特殊应用工作站、负荷较重的网络打印机等。
但要注意至少每台交换机要留有两个以上备用端口。
图3—5
（3）级联边缘层交换机
通过普通的双绞线把边缘层交换机与会聚层交换机的10／100Mbps端口（因为已没有千兆立端口了）对应级联起来，此处否必配置冗余连接。
同时要把需要与会聚层，以及边缘层交换机连接的其他网络设备与普通l0／l00Mbps端口连接起来。
同样在会聚层每台交换机上至少要留有两个以上备用端口。
本示例如图3—5所示。
这样，整个局域网部分就全部连接完成。
图3—6
（4）为了确保与外部网络之间的连接性能，通常与外部网络连接的防火墙或路由器是直接连接在核心交换机上的。
如果同时有防火墙和路由器，则防火墙直接与核心交换机连接，
而路由器直接与外部网络连接，因为路由器的WAN（广域网）端口丰富。
本示例如图3-7所
示。
图3—7
此网络结构是一个典型、高效的企业局域网结构，适合于200个用户左右的中型企业局域网选用。
网络中的冗余和负载均衡配置也是目前企业局域网中经常采用的，当然这要求核心交换机支持这两方面的技术，在选购时要充分考虑。
在网络结构中没有特别标注的端口和传输介质类型都为普通的10／100Mbps双绞线RJ-45端口。
至于网络位置，如无特别，且各节点离交换机的距离都在规定的100米限制之内，则也可无须特别标注。
以上就是较复杂的扩展型星型网络结构的设计方法，其步骤也很简单。
在扩展型星型网络中其实就是一个个星型连接的交换机串、并联，或者串／并联基本星型连接混合组成。
最重要的是要充分考虑网络中所采用的特殊技术，并根据不同用户的性能要求连接在不同层次的交换机上。
大型混合型网络结构设计示例
所谓的混合型网络结构，通常是指星型网络与总线型网络这两种网络结构在一个网络中的混合使用。
之所以在企业网络中要采用这两种基本网络结构，是因为星型网络和总线型网络都有各自不同的优缺点，如果把它们混合在一个网络中应用，则可在缺点上相互弥补。
如星型网络的优点是便于扩展和维护，但距离较短，不便于工作于远距离连接（双绞线网络直径限制在200米）；而总线型网络的优点（细同轴电缆最大长度达185米，粗同轴电缆最大长度可达500米，光纤则更长）正好弥补了星型网络的缺点，而其不便于扩展的缺点又得到星犁网络的弥补。
1．网络要求
•网络中的所有设备都必须用上，且必须尽可能地保障负载均衡，无性能瓶颈。
•各楼的核
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