第3章-局域网规划设计与综合布线

复习,按照OSI模型的层次说，各层有哪些网络互连设备？,局域网的规划与设计,王晓菊,思考题,若需要设计一个局域网，你需要做哪些准备工作？,4,局域网规划与设计-网络需求分析要点,分析网络应用目标网络分析的技术指标案例,5,分析网络应用目标(1),工作步骤从企业高层管理者开始收集商业需求收集用户群体需求收集支持用户和用户应用的网络需求明确网络设计目标。典型网络设计目标包括加强合作交流，共享的重要数据资源加强对分支机构或部属的调控能力降低电信及网络成本，包括与语音、数据、视频等独立网络有关的开销,6,分析网络应用目标(2),明确网络设计项目范围是设计新网络还是修改网络网络规模：一个网段、一个(组)局域网、一个广域网，还是远程网络或一个完整的企业网明确用户的网络应用网络应用统计表,高速网络是网络发展方向电话,传真,电子邮件,基本公众信息服务64K高质量可视电话,视频会议,数字音频384K文件传输,WWW应用,图象传输,网络游戏,电子购物1MMPEG1/VCD视频点播,交互式电视,广播电视1.2M-1.5MMPEG2/DVD视频点播高清晰度电视3M-8M3D应用,VRML虚拟现实,计算机网络,实时多媒体6M以上,128K-太少了！1M-还是不够！视频点播、DVD、虚拟现实.我们需要更大的带宽.,信息化的带宽需求,8,要点,分析网络应用目标网络分析的技术指标及性能分析案例,9,网络分析的技术指标,定量地分析网络性能，首先要确定网络性能的技术指标有很多国际组织定义了网络性能技术指标这些技术指标为我们设计网络提供了一条性能基线(baseline)网络性能指标有两类：网元级：网络设备的性能指标网络级：将网络看作一个整体，其端到端的性能指标我们这里关注的是网络级的性能指标,10,网络性能参数时延(Delay或Latency),时延：从网络的一端发送一个比特到网络的另一端接收到这个比特所经历的时间总时延=传播时延+发送时延+重传时延+分组交换时延+排队时延+处理时延传播时延+发送时延+排队时延+处理时延网络时延可分为往返时延(Round-tripTime，RTT)单向时延(One-wayLatency，OWL)注意：RTT2OWL,11,网络性能参数吞吐量(Throughput),吞吐量：在单位时间内传输无差错数据的能力吞吐量可针对某个特定连接或会话定义，也可以定义网络总的吞吐量,12,网络性能参数丢包率(PacketLossRate),网络丢包率(丢分组率)：在某时段内在两点间传输中丢失分组与总的分组发送量的比率该指标是反映网络状况极为重要的指标无拥塞时路径丢包率为0%，轻度拥塞时丢包率为14%，严重拥塞时丢包率为515%丢包的主要原因是路由器的缓存队列溢出与丢包率相关的一个指标称为“差错率”，如误码率(BER)、误帧率，通常极小,13,网络性能参数路由(Route),路由即为一个特定的“节点-链路”集合，该集合是由路由器中的选路算法决定的选路算法决定分组所采用的路径（路由）,13,PacketSwitching,h0,h1,hn-1,hn,l0,l1,ln,网络性能参数路由(Route),路由的变动将使时延、丢包率等指标有较大变化IP网络路由是动态的，但是相对稳定一种错误的观点是，IP网络的路由是动态的，研究路由没有意义为了保持网络稳定工作，选路算法通常不会轻易改变路由，除非当资源用完(即发生拥塞)或底层网络出现故障,14,15,网络性能参数带宽(Bandwidth),带宽：单位时间传输比特的能力瓶颈带宽和可用带宽瓶颈带宽：两台主机之间路径上的最小带宽链路(瓶颈链路)的值可用带宽：沿着该路径当时能够传输的最大带宽一些典型应用的带宽如下PC通信：14.4kb/s50kb/s数字音频：12Mb/s压缩视频：210Mb/s文档备份：10100Mb/s非压缩视频：12Gb/s,16,网络性能参数响应时间(RespondTime),响应时间：从服务请求发出到接收到相应响应所花费的时间，它经常用来特指客户机向主机交互地发出请求并得到响应信息所需要的时间用户往往比较关心这个网络性能指标,当响应时间超过100ms或1/10s的时候，就会引起不良反映超过100ms，就能意识到等待网络的传输,17,网络性能参数利用率(Utilization),利用率：指定设备在使用时所能发挥的最大能力例如，网络检测工具表明某网段的利用率是30%，这意味着有30%的容量在使用中在网络分析与设计中，通常考虑两种类型的利用率：CPU利用率链路利用率,18,网络性能参数效率(Efficiency),网络效率：为产生所需的输出要求的系统开销网络效率明确了发送通信需要多大的系统开销，不论这些系统开销是否由冲突、差错、重定向或确认等原因所致提高网络性能的方法尽可能提高MAC层允许的最大长度的帧使用长帧要求链路具有较低的差错率,1.网络的开放性-采用开放的标准和技术；2.网络的可靠性-可靠性是网络组建与应用的生命线；3.网络的安全性-保证数据可用性、一致性、高效性、防抵赖性、可信赖性及可靠性等安全问题；4.网络的先进性-采用国际先进、主流、成熟的技术；5.网络的易用性-硬件和软件应易于安装、管理和维护；6.网络的可扩展性-选用主流产品和技术，最好选用同一品牌的产品，或兼容性好产品，为发展留有扩展的余地；7.网络传输延迟性-传播延迟、传输延迟、网络延迟、接口延迟、延迟抖动等；8.网络传输有效性-传输吞吐量除以传输利用率得到的结果。,局域网组建性能分析,2020/6/7,局域网组建规划是多学科知识的综合，涉及系统工程学、通信技术、网络技术、安全技术、软件工程等领域。,局域网组建规划,2020/6/7,网络通信支持环境是网络组建的基础，也是网络组成模型中的基础层。该层次包括网络安全、可靠、正常运行所必须采取的环境保障设施，比如网络综合布线、网络机房供电安装等。,网络通信支持环境,2020/6/7,综合布线是网络组成结构中的信道系统，是以网络连通为目的敷设的数字信息通道。综合布线的代表产品是建筑与建筑群综合布线系统（PremisesDistributionSystem，缩写PDS）,网络综合布线,2020/6/7,网络机房供电,网络机房对温度、湿度、防静电、防电磁干扰、防雷击、防尘等要求较高，在网络施工前要先行设计、施工装修，尤其是要注重机房供电设计.长延时UPS(实际用电负荷=UPS标称容量的80%)空调用电与网络设备用电分离接地系统：电源接地（工作保护地）、防雷保护地、直流地等三种三种地线的线径要粗、要分别安装，其接地点要相互间隔25米以上电源地的接地电阻小于4欧姆防雷保护地的接地电阻小于4欧姆直流地接地电阻小于1欧姆,2020/6/7,考虑因素1）地理环境2）传输介质与距离3）可靠性,局域网通信平台,规划拓扑结构拓扑结构中小型、小型局域网一般可采用星型结构；大中型局域网络考虑链路传输的可靠性，可采用冗余结构。,星型,星型冗余,2020/6/7,规划网络层次,局域网分层是按照网络规模划分为三个层次：核心层汇聚层接入层,中小型、小型局域网一般可采用核心/接入层；大型、大中型局域网络一般可采用核心/汇聚/接入层。,26,27,28,29,30,2020/6/7,主干网设计,主干网技术的选择，要根据以上需求分析中用户网络规模大小、网上传输信息的种类和用户可投入的资金等因素来考虑。主干网用来连接建筑楼宇和服务器群，可能会容纳网络上5080%的信息流，是网络大动脉。连接建筑群的主干网一般以光缆作传输介质，典型的主干网技术主要有100Mbps-FX以太网、1000MbpsSX/LX以太网等。,某企业主干网拓扑图,2020/6/7,汇聚层和接入层设计,汇聚层:存在与否，取决于网络规模的大小。当建筑楼内信息点较多（比如，大于22个点）超出一台交换机的端口密度，而不得不增加交换机扩充端口时，就需要有汇聚交换机。交换机间如果采用级连方式，即将一组固定端口交换机上联到一台背板带宽和性能较好的汇聚交换机上，再由汇聚交换机上联到主干网的核心交换机。如果采用多台交换机堆叠方式扩充端口密度，其中一台交换机上联，则网络中就只有接入层.,接入层:即直接信息点，通过此信息点将网络资源设备（PC等）接入网络。汇聚层采用级连还是堆叠，要看网络信息点的分布情况。汇聚层、接入层:一般采用100Base-TX快速交换式以太网，采用10/100Mbps自适应交换到桌面，传输介质是超五类或五类双绞线。要根据应用需求可选择支持12个光端口模块.,2020/6/7,无线局域网设计,无线网络，网络无限,你是否有这样的愿望？在校园的任何一个角落，无论在操场上，草坪上或者教室，办公室，亦或教职工小区或者学生宿舍区。只要有一台笔记本电脑（或者台式机），一块无线网卡您便可以轻松实现宽带上网，查阅自己需要的资料，欣赏网上精彩的电影。这一切在以前也许只是一个梦想，必须通过烦琐的综合布线来实现。而现在，随着无线网络的发展，一切都问题都迎任而解，通过无线方式接入，可以彻底摆脱有线的束缚，轻松实现无线宽带接入互联网，并且价格已不再昂贵。并且已经在我国知名学府，如北京大学，南开大学率先投入使用。无线网络是由无线网卡、无线集线器、无线交换机、计算机及其它相关设备组成，利用无线微波信道作为传输介质的计算机网络，简称为WLAN(无线局域网)。无线局域网的网络速度与以太网相当。一个AP(AccessPoint,也称无线集线器)最大可支持200多个用户的接入。WLAN的数据传输率目前最高可达11Mbps，传输距离可远至1.5公里，它可以与现有的有线连网和谐地结合起来，不仅传输距离远，而且使网上的计算机也具有可移动性，能快速方便地解决使用有线方式不易实现的移动办公网络的连接问题。大家可以想象一下，当学生们惊奇地发现自己的笔记本电脑在学校任何角落都可以上网时的那份兴奋劲现在这一切的实现都不是梦了。,2020/6/7,无线局域网设计,无线网络，网络无限,1.对等方式2.接入方式3.中继方式,无线对等局域网,以AP为中心的星型结构,无线网中继连接,2020/6/7,无线校园覆盖网网络拓扑图,HUB,馈线,RG-1000,全向天线,USB无线网卡,USB无线网卡,USB无线网卡,USB无线网卡,USB无线网卡,USB无线网卡,笔记本无线网卡,操场,放大器,网络中心,学生宿舍,家属楼,图书馆,晚会现场,办公室,办公室,建成的无线网络的性能：,将建成的无线校园覆盖网络，能够达到如下要求：1最高带宽为11M，单片网卡下载速率最高可达400K，远远超过了ADSL和拨号上网；2单个AP覆盖半径为1.5公里，能覆盖整个校园；增加若干分中心以后，可以覆盖更大的范围，并且能完全屏蔽盲区；3四层网络密码和入网MAC地址设备号认证，可有效控制上网计算机，管理十分方便；4利用校园现有的网络基础设施，免除学校挖沟布线的麻烦，节约学校投资；可在学校操场、演播厅等任意地方畅游网络；5节省用户投资：每户只需一块无线网卡（USB无线网卡或PCMCIA笔记本无线网卡），即可共享单位的Internet出口。,2020/6/7,通信设备的选型,1.通信设备选型基本原则品牌选择扩展性考虑“量体裁衣”策略性价比高、质量可靠的原则2.核心交换机选型要求高性能，高速率便于升级和扩展,高可靠性强大的网络控制能力，提供QoS和网络安全良好的可管理性，支持通用网管协议，如SNMP、RMON、RMON2等,通信设备的选型,STAR-S2012G,STAR-S2024,3汇聚和接入层交换机选型要求灵活性高性能在满足技术性能要求的基础上，最好价格便宜，使用方便，即插即用，配置简单具备一定的网络服务质量和控制能力以及端到端的QoS（服务质量）如果用于跨地区企业分支部门通过公网进行远程上联的交换机，还应支持虚拟专网VPN标准协议。支持多级别网络管理。,汇聚,接入,网络服务器1.服务器类型入门级服务器。一个CPU，配置256-512MB内存和传输率在20MB/s以下的IDE硬盘，必要时也会采用SCSI磁盘系统提高性能，或使用IDERAID进行数据保护。工作组级服务器。支持1-2个CPU，配置了小型服务器所必备的各种特性，如采用SCSI总线的I/O系统，可选装RAID、热插拔硬盘和热插拔电源等。可支持高达1024MB以上容量ECC内存和增强服务器管理功能的SM总线。部门级服务器。支持2-4个CPU（SMP对称多处理器结构、P4Xeon处理器），具有较高的可靠性、可用性、可扩展性和可管理性。主板集成双通道ULTRA160SCSI控制器，数据传输速率最高达160MB/s，可连接几乎所有类型的SCSI设备。通常标准配置有热插拔硬盘、热插拔电源和RAID。企业级服务器。通常支持4-8个CPU（IntelXeon处理器)、集成双通道Ultra160（Ultra320）SCSI控制器，数据传输速率最高达160MB/s（320MB/s可选），大容量热插拔硬盘和热插拔电源，可支持高达8GECC内存，具有超强的数据处理能力，同时系统的监控管理也得到很大简化。具有良好的系统伸缩性。,网络应用支持平台,网络服务器,2.服务器网络接口千兆以太网端口接入双网卡冗余接入单网卡接入,双网卡,1.网络数据库平台目前比较流行的网络数据库有：Oracle9i、MicrosoftSQLServer2000、MySQL、IBMDB2等服务器产品。,网络应用平台,2020/6/7,2.Internet/Intranet信息服务,网络应用平台,三个最基本的服务Email、FTP、WWW,2020/6/7,3.网络管理平台,网络应用平台,计算机网络管理功能:按照OSI管理框架，把网络管理任务分为：用户管理、配置管理、性能管理、故障管理、计费管理、安全管理和其他网络管理功能。1.用户管理2.配置管理3.性能管理4.故障管理5.计费管理6.安全管理7.其他网络管理功能,44,要点,分析网络应用目标网络分析的技术指标案例,案例校园网建设方案,（1）设计目标。首先，学校的目的是通过教学过程来培养人才，因此对教学过程提供直接支持应是校园网的基本功能。其次，校园网必须能支持学校的日常办公和管理。再次，与Internet的连接也是校园网的基本功能之一。（2）设计原则。校园网络系统的设计应掌握以下原则。实用性先进性安全性可扩展性可管理性高性价比,一、网络规划和设计,案例校园网建设方案,（3）需求分析该校园网连接的建筑物有教学楼、行政楼、图书馆、实验楼、门诊楼、宿舍区以及教工家属区等，信息点共约1800个。网络中心设在教学楼三层，以教学楼为中心，采用星型拓扑结构，用光纤连接其他几个建筑物。通过DDN专线将整个校园网连入教育科研网（CERNET），即连入Internet。校园网除了能够实现文件打印服务、网络数据通信、校园网络管理系统等一般网络的基本功能外，还可实现基于Intranet/Internet的信息服务，主要包括WWW服务、电子邮件服务、FTP服务、网络代理安全及计费管理、数据存储服务等。,一、网络规划和设计,案例校园网建设方案,从学校实际情况出发，校园网工程分3个阶段完成：第一阶段实现校园网基本连接；第二阶段实现校园网覆盖校园所有建筑；第三阶段完成校园网应用系统的开发。校园网建设的一期工程覆盖了教学区、办公区、学生宿舍区、教工宿舍区，接入信息点约800个。为了实现网络高带宽传输，主干网将采用十吉比特以太网，吉比特/百兆光纤到楼，学生宿舍100MB带宽到桌面，教师办公区100MB带宽到桌面的方案。,二、网络建设方案,案例校园网建设方案,二、网络建设方案,案例校园网建设方案,1、网络设备的选择。校园网中的交换机分为3层拓扑结构，即核心层（中心交换机）、汇聚层（骨干交换机）和接入层（工作组交换机）。作为整个网络的中心枢纽，几乎80%的网络传输都由核心层交换机完成，因此，核心层交换机的性能也就决定着整个网络的性能。,二、网络建设方案,案例校园网建设方案,2、传输介质的选择根据校园建筑物的分布情况，除网络中心机房与教工家属区之间的跨距较大，超过550m，其他建筑物之间的跨距都不超过500m，因此除在网络中心机房与教工家属区之间布设单模光纤外，其他建筑物之间均选用多模光纤进行布线。对于垂直布线系统和水平布线系统而言，如果最远距离不超过100m，则可以利用超五类或六类布线系统。,二、网络建设方案,案例校园网建设方案,3、服务器和工作站的选择。服务器的选型与数量同样要根据学校的规模和具体应用而定，一般应注意以下几个方面。主服务器。应用服务器。工作站。4、网络中心机房配套设施的建设。网络中心机房放置着交换机、服务器等昂贵的硬件设备，保存着单位的各种信息和数据，是校园网的中枢与核心。因此其安全性、稳定性和可靠性是至关重要的。网络中心机房建设主要包括机房环境的配置和供电系统的设计。,二、网络建设方案,案例1：小型星型网络结构设计,某小型办公室网络，是以一台具有24个10/100MBPS、2个10/100/1000mbps自适应RJ-45端口的以太网交换机进行集中连接的。网络中配置一台服务器、一台用于互联网访问的宽带路由器，一台网络打印机和20个以内的用户。现请为这个小型办公室设计出具体的网络拓扑结构。网络要求：所有网络设备都与同一台交换机相连整个网络没有性能瓶颈要有一定的可扩展余地,设计思路,确定网络设备总数设备有：工作站、服务器、网络打印机、路由器、防火墙等所有需要与交换机连接的设备。总数为：20以内工作站+1台服务器+1台路由器+1台打印机=23，因此24端口是最低要求确定交换机端口类型和端口数网络中的服务器、边界路由器、下级交换机、网络打印机、特殊用户工作站需要的网络贷款较高，所以通常连接在交换机的高带宽端口上，因此本例中服务器直接与交换机的千兆端口连接（另一个保留用于网络扩展），其他直接与普通口连接即可。,设计思路,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：用于与下级交换机连接的端口，用于连接后续添加的工作站用户。本站留有一个高带宽的端口即可确定可连接的工作站总数交换机端口总数不等于可连接的工作站总数，交换机还要用来连接其他网络设备，如服务器、下级交换机、打印机、路由器、网关、网桥等本例中有一台服务器，一台路由器，一台打印机，所以可连接的工作站总数为26（24个10/100MBPS端口+2个10/100/1000mbps端口）-3=23,设计步骤,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把所有工作站用户计算机设备和网络打印机分别于交换机的10/100MBPS端口连接。如果网络系统要通过路由器与其他网络连接，则还需要设计互联网连接。（路由器与外部网络连接是通过WAN端口进行的）,中型扩展星型网络结构设计,中型扩展星型网络是指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分层结构。在中型或以上的星型网络中，一般有“接入层”、“汇聚层”、“核心层”3各层次。各层中每一台交换机又各自形成一个相对独立的星型网络结构。,案例2中型星型网络结构,在一个中型企业局域网中，整个网络分布在同一个楼层的多间办公室中。整个网络的交换机分三层结构，核心交换机是两台提供一个1000MB/sSC光纤接口、4个RJ45双绞线10/100/1000mbps接口、24个10/100mbps接口的以太网交换机；汇聚层交换机是两台提供2个RJ45双绞线10/100/1000mbps接口、48个10/100mbps接口的以太网交换机；接入层还有4台全是10/100/1000mbps双绞线RJ45接口的24口以太网交换机。另外，网络边缘通过边界路由器和防火墙与外界网络连接,网络要求,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，且使个服务器负载均衡，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100m限制从结构图中可清晰地知道各主要设备所连端口的类型和传输介质。,设计思路,采用自上而下的分层结构设计首先确定核心层交换机的连接，然后再是汇聚层交换机的连接，再次是接入层的交换机的连接。把关键设备冗余连接在两台核心设备上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汇聚层交换机的普通端口上，把工作负荷相对较小的普工作站用户连接在边缘交换机上。,设计步骤,确定核心交换机位置及主要设备连接,核心交换机间及核心交换机与服务器间的冗余连接,设计步骤,级联下级汇聚层交换机骨干交换机与核心交换机级联连接其他的网络设备与核心交换机注意：每条交换机要至少留有两个以上的备用端口,核心交换机与骨干交换机间的冗余级联,设计步骤,级联接入层交换机通过普通的双绞线把接入层交换机与汇聚层交换机的10/100Mb/s端口对应级联起来，此处不必配置冗余连接把需要与汇聚层以及接入层交换机连接的其他网络设备与普通10/100Mb/s端口连接起来,局域网连接部分,设计步骤,与外部网络相连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，若同时有防火墙和路由器，则防火墙直接与核心交换机连接，路由器直接与外部网络连接,最终的中小型网络拓扑结构图,案例3：网络实验室局域网的设计,要求：掌握设计规模达几十台PC的专用LAN的技能与方法掌握用Visio绘制该LAN网络拓扑图的方法案例教学环境：PC1台，MicrosoftVisio软件1套设计要点：为新建的网络实验室设计局域网，需要进行网络需求分析。该实验室具有80台PC，且它们需要共享实验服务器信息用百兆交换机若干配置交换机的链路聚合功能,64,需求分析和设计考虑,一个具有80台PC的网络实验室仍然属于一个小型LAN，但由于该网络有几十名学生要在较短时间内（如10秒时间内）打开共享实验服务器上的信息需求，需要对网络应用需求进行分析，并进行相应的设计：,65,需求分析,取4台PC为一组，组内突发流量峰值可达几十Mpbs，组间的通信量通常较小。组内使用一个8端口的百兆交换机80台PC需要同时共享实验服务器的信息，打开实验支持系统网站页面(约30KB)、下载软件实验工具(约3MB)和文档(约80KB)。为了使时延感觉不致太大，要求访问文件的时延不大于10秒要求在10秒内从一台服务器向外输出量将约达250MB，即约199Mpbs考虑到一台服务器输入数据需要处理动态网页和处理数据库的能力，将难以保证在10秒内完成这样的任务。因此，可以考虑采用双服务器设计方案,66,设计方案,每40台PC共享一台服务器，这样共需两台服务器由于目前的专用PC服务器通常都标准配置两块千兆网卡，服务器与交换机连接可采用两个百兆链路聚合的措施，增强访问服务器的能力每4台PC组成一组，共需20组；每组用一个8端口百兆交换机将它们相连，共需20个这样的交换机每10组用一个16端口的百兆交换机互联，形成星型结构为了增加容错能力，我们还将这两台16端口的百兆交换机用百兆双绞线连接起来,67,一种网络实验室的设计方案,68,设计提示,选用交换机时应用注意交换机的规格系列，交换机的接口数量规格通常只有8口、16口、24口、48口等接口速率通常有10/100Mpbs、1000Mpbs和10Gpbs接口类型通常有双绞线和光纤，而且1000Mpbs及以上速率的接口通常为光纤介质,69,案例4：办公环境局域网的设计,教学要求：掌握设计规模达200台PC的办公LAN的技能与方法掌握用Visio绘