计算机网络课程设计局域网设计.docx
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计算机网络课程设计局域网设计
1需求分析
1.1背景分析
局域网又称局部区域网（localareanetwork），缩写为LAN。
局域网是一个通信系统，它允许数台彼此独立的计算机在适当的区域内，以适当的传输速率直接进行沟通。
一般我们把通过通信线路交较小地理区域范围内的各种数据通信设备连接在一起的、有网络操作系统支持的通信网络成为局域网。
局域网与计算机的种类没有关系，它是各种类型网络中的一个大分支，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地联系在了一起。
通过组建局域网，我们可以在局域网中共享程序、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设备，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。
1.2特征及组建原则分析
1.2.1局域网特征
局域网有如下特征：
（1）网络所覆盖的地理范围比较小，通常不超过几十公里，甚至只在一幢建筑或一个房间内。
（2）信息的传递速率比较高，其范围自1Mbps到10Mbps，近来已达到100Mbps。
而广域网运行时的传输率一般为2400bps、9600bps或者38.4Kbps、56.64Kbps专用线路也只能达到1.544Mbps。
随着各方面的发展，人们越来越富裕，生活内容越来越丰富，大多数家庭都拥有自己的电脑，但接入网络就得付出较为昂贵的费用，如果我们将周围的电脑通过局域网的形式连接起来，既能起到资源共享的作用，又能为部分经济比较困难的家庭减少开支。
1.2.2局域网组建原则
组建局域网，我们主要围绕以下几个原则：
（1）实用性和经济性
实用、经济对我们学生来说非常有必要，也是吸引学生的一个亮点。
（2）可靠性和稳定性
合理使用交换机，减小冲突域，保证核心层交换机的正常工作，如果接入层交换机出现问题，只会影响相应区域的信息点，而不至于是整个网络瘫痪。
区域故障不会影响整体运行，最大程度减小故障带来的损失。
（3）安全性和保密性
网络给我们带来了方便的同时，也要考虑到网络的安全问题。
首先校园局域网网络相对比较复杂，存在一定的安全漏洞。
而且又是还要考虑到宿舍内网络的共享，因此在设计的时候要注意一下网络的安全规划。
（4）可扩展性和易维护性
现在网络的更新换代很快，而且很多新的设备出现，要考虑到很多设备的兼容性，加上网络拓扑结构的多样化，要满足同学们的使用情况。
而且当网络规模不能满足同学们的正常使用后，要以最小的代价满足新的需求。
组建局域网的目标主要有两个：
（1）与外界的资源共享和信息共享，通过Internet与网络相连；
（2）网内的资源共享与信息交换，如文件、打印机等等。
1.3功能需求分析
（1）网络拓扑分析:
局域网可按照网络拓扑进行分类，主要分星形网、环形网、总线网和树形网等。
在组建局域网时，我们应该从经济性、实用性、可靠性、安全性及易维护性等多方面考虑。
星形结构化物理布线在配线室内的跳线灵活变换，可以实现总线型、环形、星形或它们的混合型拓扑结构，同时便于集中控制。
这一特点也带来了易于维护和安全等优点。
因为端用户设备如果因为故障而停机时，并不会影响其他端用户间的通信。
因此，我们应该优先考虑选取星形网络拓扑结构。
（2）用途分析
组建网络的对象是我们大学生，我们对局域网的应用主要集中在游戏、共享各种资源等方面。
对Internet联网的应用则主要集中在浏览网页、查阅资料、视频聊天、下载资源及网络游戏等方面，这就对速度有一定的要求。
我校校园网为千兆网，即采用1000M以太网光纤作为校园网的主干，我们可以分别以100M交换到个宿舍楼里，再分配到各个宿舍。
（3）宿舍楼调查情况
45号公寓楼共六层，除第一层外，其他楼层都是24个房间，每个宿舍按照8人计算，一层楼最多有192位同学。
也就是说，每层按最大人数算要分配192个IP地址。
因此，我们选择C类IP地址。
（4）安全性
随着国家信息化建设的飞速发展，远程教育等发展多面性、多样性，提高了同学和来时的学习兴趣性、选择性和方便性。
与此同时，愈演愈烈的黑客攻击等非法事件也高网络蒙上了阴影。
上网安全关系着每位同学的切身利益，因此，我们再设计宿舍网络的时候，要注意网络安全。
为保证宿舍网络安全，我们可以从以下方面考虑：
①在外部网络接入加入防火墙
②内部网络按类分网管理
③共享终端之间的权限设置
④定时进行网络数据的备份
在面对网络中的很多不安全因素时，我们要做好自我保护措施：
①安装正规的杀毒软件，保证与系统之间不发生冲突，及时更新病毒库。
②不要浏览不安全的网站，对不明邮件不要随意打开。
③不要随便接受网友发来的文件。
④下载应用软件尽量到其官网上下载，保证下载质量。
⑤及时更新备份注册表及各种重要文件，出现异常时及时恢复。
⑥开启防火墙，可以有效地控制来自网络的威胁，大大的提高同学上网的安全性。
2详细设计
2.1局域网设备的准备
2.1.1常见的网络设备
组成局域网的主要硬件设备有网卡、集线器等网络传输介质和中继器、网桥、路由器、网关等网络互连设备。
在设计网络时，首先要考虑到网络的设备情况：
（1）网卡
在选择网卡时要考虑到它的速度、总线类型和接口等问题。
在本次网络设计中，我们学校学生用的基本上都是笔记本，无论是无线设备还是以太网卡设备一般都满足我们的需求，所以这里我们不用考虑网卡。
（2）集线器
集线器（HUB）是局域网中计算机和服务器的连接设备，是局域网的星型连接点，每个工作站是用双绞线连接到集线器上，由集线器对工作站进行集中管理。
HUB是一个共享设备，其实质是一个中继器，而中继器的主要功能是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。
由于HUB在网络中的重要作用，价格也不菲，所以对于它的选型也是非常重要的。
和网卡相对应，目前市面上用于局域网（一般是指小型局域网）的HUB可分为l0MB、100MB和10／l00MB自适应三种，由于考虑以后升级我们选择10／l00M自适应HUB。
（3）交换机
是一种用于电信号转发的网络设备。
它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。
最常见的交换机是以太网交换机。
其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。
随着网络化的不断发展，信息传输速率不断提高，为了适应将来高速信息化，我们为本栋楼设计的网络支持100Mb/s网速。
选用能够满足IEEE802.3u非屏蔽双绞线上的100BASE-T快速以太网的交换机。
根据宿舍楼的实际情况：
楼层、楼栋、宿舍个数多的情况，必然网络的节点数目会相对较多，所以在选择交换机时要使交换机的接口相对多，我们选择使用交换机组来满足我们的需求。
（4）路由器
路由器（Router）用于连接网络层、数据层、物理层执行不同协议的网络，协议的转换由路由器完成，从而消除了网络层协议之间的差别。
路由器适合于连接不同类型的局域网和广域网，如以太网、ATM网、FDDI网、令牌环网等。
路由器的互连能力强，可以执行复杂的路由选择算法，处理的信息量比网桥多，但处理速度比网桥慢。
2.1.2常见的网络传输介质
网络传输介质是网络中传输数据、连接各网络站点的实体，如双绞线、同轴电缆、光纤，网络信息还可以利用无线电系统、微波无线系统和红外技术传输。
在网络设计中，考虑到各种因素，我们以双绞线和同轴电缆为主：
（1）双绞线
双绞线，即双绞线电缆，是将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质，是目前局域网最常用到的一种布线材料。
双绞线一般用于星型网的布线连接，两端安装有RJ-45头（水晶头），传输距离一般在100米之内，传输速率都能达到100Mbps。
加上双绞线价格相对比较便宜，很适合在最低层终端使用。
（2）同轴电缆
同轴电缆是由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内导线组成。
按直径的不同，同轴电缆可分为粗缆和细缆两种。
同轴电缆一种频带宽、低误码率、性价比较高的传输介质，具有良好的电器特性，适合传输高频信号。
用于通往楼栋里的主干线的传输介质。
但是由于其价格太高、还有其弯曲性和延展性不是很好，所以我们可以与双绞线相结合使用。
2.2局域网设备的安装调试
（1）机柜安装及布线
机柜安装及布线是非常重要的程序，也是非常复杂、繁琐的一项任务。
与此同时，交换机、路由器、防火墙等各式各样的网络设备也集中在机柜中，因此，机柜安装的好坏关系着日后的维护的难易。
（2）设置防火墙
设置防火墙可以有效地降低网络中存在的威胁，提高网络的安全性。
所谓防火墙就是指：
隔离在本地网络与外界网络之间的一道或一组执行控制策略的防御系统。
防火墙常采用的技术有：
包过滤防火墙，代理防火墙以及状态监视防火墙。
由于包过滤防火墙逻辑简单、价格便宜、易于安装，故在此选择这种技术。
（3）Internet接入
可以跟学校负责人联系商定入网费用，然后将网接入宿舍楼，最后再分配到各个宿舍中去。
（4）具体网络设计
①宿舍楼整体网络连接
通过交换机将学校校园网连接到宿舍楼网络中。
如图2.1所示：
图2.1公寓外部网络拓扑结构
②宿舍楼层网络连接
在每个公寓楼内使用的是三层交换的形式，具有超高的带宽和非常好的可扩展性、可管理性。
每个公寓使用一台三级核心交换机，每个楼层设置一台二级交换机。
如图2.2：
图2.2宿舍楼层网络拓扑结构
③宿舍楼内宿舍内网络连接
将学生电脑网线接入集线器，集线器再与每层的二级交换机连接。
这样就通过集线器实现了学生电脑与学校网络最终的连接。
如图2.3所示：
图2.3宿舍内网络拓扑结构
④整体网络连接
如图2.4所示：
图2.4宿舍楼整体网络拓扑结构
2.3网络协议
网络协议是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，可以简称为协议。
主要由语法、语义和同步三个要素组成。
协议通常有两种不同的形式。
一种是使用便于人来阅读和理解的文字描述。
另一种是使用让计算机能够理解的程序代码。
这两种不同形式的协议都必须能够对网络上信息交换过程做出精确的解释。
TCP/IP协议是目前在网络中应用得最广泛的协议，主要分为网际接口层、互联网络层、传输层、应用层。
TCP/IP实际上是一个关于Internet的标准，并随着的Internet广泛应用而风靡全球，它也成为局域网的首选协议。
TCP/IP是一种分层协议，它共被分为个4层次，大约包含100个非专有协议，通过这些协议，可以高效和可靠地实现计算机系统之间的互连。
TCP/IP协议中的核心协议有TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）和IP（因特网协议）。
TCP协议可以在网络用户启动的软件应用进程之间建立通信会话，并实现数据流量控制和错误检测，这样就可以在不可靠的网络上提供可靠的端到端数据传输。
UDP协议是一种无连接的协议，它在传输数据之前不建立连接，也不提供良好的可靠性和差错检查，只仅仅依赖于校验来保证可靠性。
UDP不进行流量控制，没有序列或者确认，因此它处理和传输数据的速度快，还被用来传输关键的网络状态消息。
IP协议的基本功能是提供数据传输、数据包编址、数据包路由，分段等。
通过IP编址约定，可以成功地将数据通过路由传输到正确的网络或者子网。
每个网络站点具有一个32位的IP地址，它和48位MAC地址一起协作，完成网络通信，IP协议也是一种无连接的协议。
2.4IP地址分配
通过调查，我们知道45号公寓楼共六层，除第一层外，其他楼层都是24个房间，每个宿舍按照最多8人计算，一层楼最多有192位同学。
也就是说，每层按最大人数算要分配192个IP地址。
因此，我们可以选择C类IP地址，即IP地址可以为：
192.168.1.0——192.168.255.255，子网掩码为：
255.255.255.0。
详细地址分配如下表所示：
表2.145号公寓IP分配表
位置
IP地址
子网掩码
一层
192.168.1.0——192.168.1.192
255.255.255.0
二层
192.168.2.0——192.168.2.192
255.255.255.0
三层
192.168.3.0——192.168.3.192
255.255.255.0
四层
192.168.4.0——192.168.4.192
255.255.255.0
五层
192.168.5.0——192.168.5.192
255.255.255.0
六层
192.168.6.0——192.168.6.192
255.255.255.0
这样就保证了公寓内每间宿舍的联网需求，也为以后IP扩展留下了足够的空间。
3问题与总结
在进行课程设计的过程中，遇到了很多问题，主要体现在配置局域网的取材，布线还有IP地址分配等几个方面上。
关于取材，我们要有经济、实用、安全、可靠的观念，这样也就增加了取材的难度。
布线方面，关系着日后的维护等很多方面的问题。
而IP分配则是关系着同学们能否正常上网的关键，既要保证IP地址的不冲突，又要减少资源浪费，这就需要我们好好思考分配方案。
正是这些问题，又帮助我学到了很多知识，教会了我如何学习。
学习并不只是学习书本知识，书本外还有更多需要我们去学习的。
而且学习有很多方式，书本只是其中最基本的一种。
我们还可以通过向其他人请教，在图书馆查阅，通过网络进行搜索等。
但最好的学习方式是在理论的基础上进行实践。
本次局域网课程设计便是一次很好的实践，它使我更为深刻的理解所学的知识，与此同时，促使我学到了很多课本上没有的知识。
计算机网络的发展之迅速，规模之广大，是任何学科不能与之相匹敌的。
而现在网络发展正处于一个转折点，网络产品追求性能指标，以提供更大的带宽促进商业应用；用户则要求网络技术在更加安全可靠的情况下提供象电话一样简单、易用的服务。
但计算机网络体系结构和相关技术还未能从根本上解决问题。
因此，计算机网络仍面临着很多问题，既是机遇，也是挑战。
总之，通过这次课程设计，我受益匪浅。
参考文献
[1]谢希仁.《计算机网络（第5版）》电子工业出版社，2006年8月
[2]王树伟.《局域网组建.》北京：
电子工业出版社，2007年5月
[3]陈鸣.《计算机网络实验教程，从原理到实践》机械工业出版社，2007年
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