网络工程与组网技术课程设计.docx

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第一章课程设计题目名称及设计所完成的任务要求

1.1课程设计题目

网络工程与组网技术课程设计题目一

1.2设计任务及要求

用一组实验设备（4个路由器、二台交换机、二台三层交换机、一台防

火墙）构建一个园区网，通过防火墙与校园网相联，实现到Internet的访问。

具体要求如下：

a）在一台两层交换机SW1上划分2个VLAN（Vlan10和Vlan20）。

要求实现：

两个Vlan均能通过路由器访问外网，但两个Vlan之间不能通信。

b）在一台三层交换机SW3上划分2个VLAN（Vlan30和Vlan40），两个

Vlan之间能够通信。

要求：

两个Vlan均只能通过路由器访问校园网

（10.X.X.X），而不能访问Internet。

c）另外一台两层交换机SW2和一台三层交换机SW4之间使用冗余连接，在两台交换机上均划分两个Vlan（Vlan50和Vlan60），要求Vlan50可以访问内网所有VLAN，Vlan60既可以访问内网，又可以访问

Internet。

d）园区网路由器内采用静态路由（或OSPF路由协议），使全网联通。

e）采用路由器将此园区网再与外网（校园网）相联，配置NAT协议。

f）画出网络拓扑图，并给各VLAN划分IP地址、掩码、网关，以及各网络设备接口的IP地址。

g）需要在SW1中的VLAN10里面安装WWW、FTP、电子邮件等基本服务。

用访问控制列表使VLAN30和VLAN50中的用户在上班时间（9:

00~17:

00）不允许访问FTP服务器和WWW服务器，但可以访问EMail服务器。

h）IP分配规则：

D区：

IP范围：

192.168.24.0－192.168.31.255192.168.254.48－192.168.254.63（路由器Serial口用）

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第二章使用工具介绍及系统环境配置

2.1二层交换机

2.1.1二层交换机概念

二层交换技术是发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。

2.1.2二层交换机原理

从二层交换机的工作原理可以推知以下三点：

（1）由于交换机对多数端口的数据进行同时交换，这就要求具有很宽的交换总线带宽，如果二层交换机有N个端口，每个端口的带宽是M，交换机总线带宽超过N×M，那么这交换机就可以实现线速交换；

（2）学习端口连接的机器的MAC地址，写入地址表，地址表的大小

（一般两种表示方式：

一为BUFFERRAM，一为MAC表项数值），地址表大小影响交换机的接入容量；

（3）还有一个就是二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC（ApplicationspecificIntegratedCircuit）芯片，因此转发速度可以做到非常快。

由于各个厂家采用ASIC不同，直接影响产品性能。

以上三点也是评判二三层交换机性能优劣的主要技术参数，这一点请大家在考虑设备选型时注意比较。

2.1.3路由技术

路由器工作在OSI模型的第三层---网络层操作，其工作模式与二层交换相似，但路由器工作在第三层，这个区别决定了路由和交换在传递包时使用不同的控制信息，实现功能的方式就不同。

工作原理是在路由器的内部也有一个表，这个表所标示的是如果要去某一个地方，下一步应该向哪里走，如果能从路由表中找到数据包下一步往哪里走，把链路层信息加上转发出去；如果不能知道下一步走向哪里，则将此包丢弃，然后返回一个信息交给源地址。

路由技术实质上来说不过两种功能：

决定最优路由和转发数据包。

路由表中写入各种信息，由路由算法计算出到达目的地址的最佳路径，然后由相对简单直接的转发机制发送数据包。

接受数据的下一台路由器依照相同的工作方式继续转发，依次类推，直到数据包到达目的路由器。

2.2三层交换机

2.2.1三层交换机概念

三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。

对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而象路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。

三层交换技术就是二层交换技术＋三层转发技术。

传统交换技术是在OSI网络标准模型第二层——数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发，既可实现网络路由功能，又可根据不同网络状况做到最优网络性能。

2.2.2三层交换机工作原理

使用IP的设备A------------------------三层交换机-----------------

-------使用IP的设备B

比如A要给B发送数据，已知目的IP，那么A就用子网掩码取得网络地址，判断目的IP是否与自己在同一网段。

如果在同一网段，但不知道转发数据所需的MAC地址，A就发送一个

ARP请求，B返回其MAC地址，A用此MAC封装数据包并发送给交换机，交换机起用二层交换模块，查找MAC地址表，将数据包转发到相应的端口。

如果目的IP地址显示不是同一网段的，那么A要实现和B的通讯，在流缓存条目中没有对应MAC地址条目，就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关，这个缺省网关一般在操作系统中已经设好，对应第三层路由模块，所以可见对于不是同一子网的数据，最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址；然后就由三层模块接收到此数据包，查询路由表以确定到达B的路由，将构造一个新的帧头，其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址，以主机B的MAC地址为目的MAC地址。

通过一定的识别触发机制，确立主机A与B的MAC地址及转发端口的对应关系，并记录进流缓存条目表，以后的A到B的数据，就直接交由二层交换模块完成。

这就通常所说的一次路由多次转发。

2.2.3三层交换机优势

除了优秀的性能之外，三层交换机还具有一些传统的二层交换机没有的特性，这些特性可以给校园网和城域教育网的建设带来许多好处，列举如下。

1、高可扩充性

三层交换机在连接多个子网时，子网只是与第三层交换模块建立逻辑连接，不像传统外接路由器那样需要增加端口，从而保护了用户对校园网、城域教育网的投资。

并满足学校3~5年网络应用快速增长的需要。

2、高性价比

三层交换机具有连接大型网络的能力，功能基本上可以取代某些传统路由器，但是价格却接近二层交换机。

现在一台百兆三层交换机的价格只有几万元，与高端的二层交换机的价格差不多。

3、内置安全机制

三层交换机可以与普通路由器一样，具有访问列表的功能，可以实现不同VLAN间的单向或双向通讯。

如果在访问列表中进行设置，可以限制用户访问特定的IP地址，这样学校就可以禁止学生访问不健康的站点。

访问列表不仅可以用于禁止内部用户访问某些站点，也可以用于防止校园网、城域教育网外部的非法用户访问校园网、城域教育网内部的网络资源，从而提高网络的安全。

4、适合多媒体传输

教育网经常需要传输多媒体信息，这是教育网的一个特色。

三层交换机具有QoS（服务质量）的控制功能，可以给不同的应用程序分配不同的带宽。

例如，在校园网、城域教育网中传输视频流时，就可以专门为视频传输预留一定量的专用带宽，相当于在网络中开辟了专用通道，其他的应用程序不能占用这些预留的带宽，因此能够保证视频流传输的稳定性。

而普通的二层交换机就没有这种特性，因此在传输视频数据时，就会出现视频忽快忽慢的抖动现象。

另外，视频点播（VOD）也是教育网中经常使用的业务。

但是由于有些视频点播系统使用广播来传输，而广播包是不能实现跨网段的，这样VOD就不能实现跨网段进行；如果采用单播形式实现VOD，虽然可以实现跨网段，但是支持的同时连接数就非常少，一般几十个连接就占用了全部带宽。

而三层交换机具有组播功能，VOD的数据包以组播的形式发向各个子网，既实现了跨网段传输，又保证了VOD的性能。

5、计费功能

在高校校园网及有些地区的城域教育网中，很可能有计费的需求，因为三层交换机可以识别数据包中的IP地址信息，因此可以统计网络中计算机的数据流量，可以按流量计费，也可以统计计算机连接在网络上的时间，按时间进行计费。

而普通的二层交换机就难以同时做到这两点。

2.3路由器

2.3.1路由器的概念

路由器（Router）是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号的设备。

路由器是互联网络的枢纽、"交通警察"。

目前路由器已经广泛应用于各行各业，各种不同档次的产品已成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通业务的主力军。

路由和交换之间的主要区别就是交换发生在

OSI参考模型第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层。

这一区别决定了路由和交换在移动信息的过程中需使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。

2.3.2路由器工作原理

（1）工作站A将工作站B的地址12.0.0.5连同数据信息以数据包的形式发送给路由器1。

（2）路由器1收到工作站A的数据包后，先从包头中取出地址

12.0.0.5，并根据路径表计算出发往工作站B的最佳路径：

R1->R2->R5->B；并将数据包发往路由器2。

（3）路由器2重复路由器1的工作，并将数据包转发给路由器5。

（4）路由器5同样取出目的地址，发现12.0.0.5就在该路由器所连接的网段上，于是将该数据包直接交给工作站B。

（5）工作站B收到工作站A的数据包，一次通信过程宣告结束。

事实上，路由器除了上述的路由选择这一主要功能外，还具有网络流量控制功能。

有的路由器仅支持单一协议，但大部分路由器可以支持多种协议的传输，即多协议路由器。

由于每一种协议都有自己的规则，要在一个路由器中

完成多种协议的算法，势必会降低路由器的性能。

因此，我们以为，支持多协议的路由器性能相对较低。

用户购买路由器时，需要根据自己的实际情况，选择自己需要的网络协议的路由器。

近年来出现了交换路由器产品，从本质上来说它不是什么新技术，而是为了提高通信能力，把交换机的原理组合到路由器中，使数据传输能力更快、更好

2.3.3路由器的作用

路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。

选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益来。

1、静态路径表

由系统管理员事先设置好固定的路径表称之为静态（static）路径表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。

2、动态路径表

动态（Dynamic）路径表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路径表。

路由器根据路由选择协议（RoutingProtocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。

2.4系统环境配置：

处理器系列英特尔酷睿2双核T5系列处理器型号Intel酷睿2双核T5670标称主频1.8GHz

前端总线8