现代通信网课程设计报告 (2).doc

一、课程设计的任务或学年论文的基本要求：本课程设计要求学生认真对待，积极参与，充分发挥学生自己的主动性和创造性，要求学生自己真正动手完成设计任务，要深入工程实际认真调研，对计算机通信网络工程有切身的体会，达到锻炼学生工程素质的目的。学生要严格遵守课堂教学的有关规定，服从安排，按照课程设计的时间安排分阶段性地按时完成各项设计任务。最后，每个学生要保质保量的完成设计报告。本课程设计报告一般应包括以下几方面的内容：1 所要建立的计算机通信网络的现状分析；2 所要建立的计算机通信网络的总体结构，要达到怎样的技术指标；3 为达到设计目标，需要采用的技术及相关网络设备；4 提出详细的设计方案，画出你所设计的网络的结构图，并加以详细说明；5 设备选型、设备清单及经费预算；6 子网的划分及IP地址分配方案；7 所建网络的特点、与其它网络的互连特性及网络容量和功能的可扩展性分析；8 所建网络能够提供哪些网络服务，以及如何配置相应的服务器。指导教师签字： 教研室主任签字：年 月 日 年 月 日二、进度安排：本课程设计总学时数为两个教学周，共10天时间。时间安排如下：第1、2、3天，老师讲解和学生自学计算机通信网络课程设计指导书的内容；第4天，布置设计任务，老师加以讲解和说明，学生根据自己的情况选择设计题目；第5、6天，学生根据所选题目，从书籍、期刊、网络上查找相关设计资料，并到技术市场上实地调研，提出设计方案；第7天，集中讨论和完善设计方案；第8、9、10天，完成课程设计报告。三、应收集资料及主要参考文献：校园网组建 廖常武、汪刚； 清华大学出版社局域网组建、管理及维护 贺金荣、车世安； 清华大学出版社计算机网络及应用 刘晓华、冯先成； 华中科技大学出版社四、课程设计（学年论文）摘要（中文）： 本次课程设计主要要完成校园局域网的组建，涉及计算机网络和网络互连两大方面；其中要了解计算机网络的基本知识和各种网络设备的用途特点，掌握网络设计的基本方法，包括网络规划、总体设计、网络结构的选择、网络设备的选型与比较等；掌握网络互连及其实现技术，能够正确规划和设计网络工程，正确应用经济实用的网络构件来构造网络。五、课程设计（学年论文）摘要（英文）： This course mainly designs to complete the construction of campus LAN, involving computer network and network interconnection;We should understand the basic knowledge of computer network and all kinds of network equipments functions and characteristics, and master the basic method to design the network, including the network planning, overall design, the choice of the network structure, network equipment selection and comparison, etc; We must master the network connection and its realization technology, and can design the network engineering and use economic and practical network components to construct the network correctly.六、课程设计的内容（一）校园网硬件系统平台1、传输介质 传输介质是计算机网络的组成部分。它们就像是交通系统中的公路，是信息数据运输的通道。网络中的计算机就是通过这些传输介质实现相互之间的通信。传输介质按其特征可分为有线传输介质和无线传输介质两大类，有线传输介质主要包括双绞线、同轴电缆和光缆，无线传输介质是指无线电、微波、红外线等形式。不同的传输介质，其特性也各不相同。他们不同的特性对网络中数据通信质量和通信速度有较大影响！这些特性是： .物理特性。说明传播介质的特征。 .传输特性。包括信号形式、调制技术、传输速度及频带宽度等内容。 .连通性。采用点到点连接还是多点连接。 .地域范围。网上各点间的最大距离。 .抗干扰性。防止噪声、电磁干扰对数据传输影响的能力。 .相对价格。以元件、安装和维护的价格为基础。2、中继器 中继器是局域网环境下用来延长网络距离的最简单最廉价的互联设备，操作在OSI的物理层，中继器对在线路上的信号具有放大再生的功能。 中继器是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。3、集线器 集线器属于纯硬件网络底层设备，基本不具有类似交换机的“智能记忆”和“学习”能力。它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点，如图所示，简单明了。 集线器是一个多端口的转发器，当以HUB为中心设备时，网络中某条线路产生了故障，并不影响其它线路的工作。所以HUB在局域网中得到了广泛的应用。大多数的时候它用在星型与树型网络拓扑结构中，以RJ45接口与各主机相连（也有BNC接口），HUB按照不同的说法有很多种类。 集线器按照对输入信号的处理方式上，可以分为无源HUB、有源HUB、智能HUB。4、网桥 网桥像一个聪明的中继器。中继器从一个网络电缆里接收信号， 放大它们，将其送入下一个电缆。相比较而言，网桥对从关卡上传下来的信息更敏锐一些。网桥是一种对帧进行转发的技术，根据MAC分区块，可隔离碰撞。网桥将网络的多个网段在数据链路层连接起来。 网桥应当按照以下自学习算法处理收到的帧和建立转发表。网桥收到一帧后进行自学习，查找转发表中与收到的帧的源地址有无相比配的项目；如果没有，就在转发表中增加一个项目；如果有，则把原有的项目进行更新。查找转发表中与收到帧的目的地址有无相比配的项目，如果没有，则通过所有其他端口进行转发；如果有，则按转发表中给出的端口进行转发；如果转发表中给出的端口就是该帧进入网桥的端口，则应丢弃这个帧，因为这时不需要经过网桥进行转发。网桥的存储和转发功能与中继器相比有优点也有缺点，其优点是： 使用网桥进行互连克服了物理限制，这意味着构成LAN 的数据站总数和网段数很容易扩充。 网桥纳入存储和转发功能可使其适应于连接使用不同MAC 协议的两个LAN，因而构成一个不同LAN 混连在一起的混合网络环境。网桥的中继功能仅仅依赖于MAC 帧的地址，因而对高层协议完全透明。网桥将一个较大的LAN 分成段，有利于改善可靠性、可用性和安全性。 网桥的主要缺点是：由于网桥在执行转发前先接收帧并进行缓冲，与中继器相比会引入更多时延。由于网桥不提供流控功能，因此在流量较大时有可能使其过载，从而造成帧的丢失。5、交换机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。交换机工作在数据链路层，交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照MAC地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的减少冲突域，但它不能划分网络层广播，即广播域。交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于210Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据帧功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。6、路由器 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。路由器具有判断网络地址和选择路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。它不关心各子网使用的硬件设备，但要求运行与网络层协议相一致的软件。路由器分本地路由器和远程路由器，本地路由器是用来连接网络传输介质的，如光纤、同轴电缆、双绞线；远程路由器是用来连接远程传输介质，并要求相应的设备，如电话线要配调制解调器，无线要通过无线接收机、发射机。 路由器的主要功能：.连接广域网，包括各种广域网接口，如X.25、ISDN、帧中继、ATM和卫星链路；.微波、租用或拨号线和同步链路；.数据处理，包括过滤、转发、优先、复用、加密和压缩等；.管理设施，包括配置管理、容错管理和性能管理。7、服务器 服务器是网络环境中的高性能计算机，它侦听网络上的其他计算机（客户机）提交的服务请求，并提供相应的服务。为此，服务器必须具有承担服务并且保障服务的能力。 它的高性能主要体现在高速度的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力等方面。 服务器的构成与微机基本相似，有处理器、硬盘、内存、系统总线等，它们是针对具体的网络应用特别制定的，因而服务器与微机在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面存在差异很大。（二）校园网互联协议1.TCP/IP协议TCP/IP的网络层称为网络互连层或网际层，以数据报形式向传输层提供面向无连接的服务，其中包括IP寻址方式。TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。OSI是传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的7层抽象的参考模型，其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7层是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。而TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己。由于ARPNET的设计者注重的是网络互联，允许通信子网（网络接口层）采用已有的或是将来有的各种协议，所以这个层次中没有提供专门的协议。OSI中的层功能TCP/IP协议族应用层文件传输，电子邮件，文件服务，虚拟终端TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，RIP，Telnet表示层数据格式化，代码转换，数据加密没有协议会话层解除或建立与别的接点的联系没有协议传输层提供端对端的接口TCP，UDP网络层为数据包选择路由IP，ICMP，OSPF，BGP，IGMP，ARP，RARP 数据链路层传输有地址的帧以及错误检测功能SLIP，CSLIP，PPP，MTU，ARP，RARP物理层以二进制数据形式在物理媒体上传输数据ISO2110，IEEE802，IEEE802.22、IP地址及其管理 IP地址就是给每个连接在Internet上的主机或（路由器）分配的全世界唯一的一个32位标识符。IP地址有网络标识和主机号组成，网络标识用于标识该主机所在的网络，主机号则表示该主机在相应网络中的特定位置。 全球IP地址是由ICANN（因特网地址及域名分配机构）进行一元化的管理。每个IP地址的最高位或起始几位标识地址的类别，通常将IP地址分为A、B、C、D和E五类。其中A、B、C类作为普通的主机地址，D类用于提供网络组播服务或作为网络测试之用，E类保留给未来扩充使用。3.子网划分 子网划分是指由网络管理员将一个给定的网络分为若干个更小的部分，这些更小的部分成为子网。当网络中的主机总数为超出所给定的某类网络可容纳的最大主机数，但内部又要划分成若干个分段进行管理时，就可以采用子网划分的方法。经过划分后的子网因为其主机数量减少，已经不需要原来那么多位作为主机标识，从而可以将这些多余的主机位用于子网标识。 子网划分的方法： . 确定要划分的子网数目以及每个子网的主机数目 .求出子网数目对应二进制数的位数N及主机数目对应二进制数的位数M。 .对该IP地址的原子网掩码，将其主机地址部分的前N位置取1或后M位置取0 即得出该IP地址划分子网后的子网掩码。 在划分子网时，不仅要考虑目前需要，还应了解将来需要多少子网和主机。对子网掩码使用比需要更多的主机位，可以得到更多的子网，节约了IP地址资源，若将来需要更多子网时，不用再重新分配IP地址，但每个子网的主机数量有限；反之，子网掩码使用较少的主机位，每个子网的主机数量允许有更大的增长，但可用子网数量有限。一般来说，一个网络中的节点数太多，网络会因为广播通信而饱和，所以，网络中的主机数量的增长是有限的，也就是说，在条件允许的情况下，会将更多的主机位用于子网位。4、虚拟网络 虚拟网络是指一个根据功能、用途、工作组及应用等因素将用户从逻辑上划分为一个相对独立的网络，是一个可跨越不同网段、不同网络、不同位置的端到端的逻辑网络。 虚拟网络的实现技术有四种：用交换机端口（Port）号定义虚拟网络、用MAC地址定义虚拟网络、IP广播组定义虚拟网络、用网络层地址定义虚拟网络。“逻辑工作组”的划分与管理由软件来实现。通过划分虚拟网，可以把广播限制在各个虚拟网的范围内，从而减少整个网络范围内广播包的传输，提高了网络的传输效率；同时各虚拟网之间不能直接进行通讯，而必须通过路由器转发，为高级的安全控制提供了可能，增强了网络的安全性。 （三）校园网建设规划1、建设目标 校园网总体设计应采用通用的TCP/IP协议，总体设计应达到以下目标：先进性、实用性、开放性、灵活性、可扩展性、安全性、可靠性、经济性。2、设计技术原则 校园网设计是否合理，对校园网的未来发展和产生的效益起着极为重要的作用。所以在进行校园网设计时应遵循“整体规划、分步实施”的方针，