网络工程简明教程 课件 第1章 概述

网络工程第一章概述目录1.1网络工程概述1.1.1认识网络工程1.1.2网络系统集成的概念1.1.3网络系统集成的体系结构1.1.4网络工程的系统集成模型1.1.5网络系统建设中的注意事项1.2网络现状概括1.3网络的一些主要设备1.4网络的主要技术指标1.5注意事项1.工程的初步认识美国麻理工对工程的定义工程是关于科学和技术的开发应用，从而在物质、经济、人力等方面满足社会的需要工程具有以下特点有非常明确的目标有详细的规划有正规的依据有完备的技术文档有法定的或固定的责任人，并有完善的组织和实施机构有可行的实施计划和方法有客观的监理和验收标准高铁建设的工程需要订立一个明确的工程目标需要进行良好的规划设计方和建设方一切必须正规所有的设计、建设、销售的手续和条款必须写入各种文档需要有负责人和负责单位必须有实施计划最好找监理检查和验收推广到网络系统网络系统建设的工程也是工程相关要求也可以归纳出这几个特点2.网络工程的概念概念为达到一定的网络建设目标根据相关的标准和规范通过系统的规划将分散的众多网络设备（交换机、路由器、服务器等）、软件/应用系统整合到一起的过程简单说就是通过工程化的方法建立一个满足用户各方面需求的网络系统整合的过程整合的过程包括用户建网的需求分析网络建设方案设计软硬件产品的选型、综合布线、平台搭建组网实施网络的各种测试、应用集成工程验收、用户培训和技术维护/支持等需求分析、方案设计是其中的重中之重代表了对所建网络系统所绘制的蓝图和纲领应总结并研究其客观规律、实际经验，进行记录由此定义相关概念、标准和步骤等为后续的工程建设提供有益的借鉴从而能够快、省、好地建造满足用户需求的计算机网络并且，这是一个不断迭代的过程当前采用TCP/IP体系结构的互联网已成为全球的信息基础设施设计、建造和测试基于TCP/IP技术的计算机网络是当前网络工程专业的主要任务应当能够为解决网络的设计、实施和维护等一系列技术问题提供科学、经济的解决方案出发点主要以用户的需求（包括投资和建设的规模等）为出发点必须考虑用户的经济承受能力通过分析、设计等工作，合理地选择各种网络设备和软件产品建成具有良好性价比的计算机网络系统和铁路建设工程类似必须大致分析出起点和终点之间路途上所有旅客的出行规模、用户类型、车站和道路建设的成本等设计出合适的建设方案，选择与需求相符合的软硬件，建设成尽量不亏本的铁路基础设施3.网络工程的质量要求任何工程方法必须以有组织的质量保证为基础【案例1-1】波音飞机质量堪忧‌‌‌‌‌2023年1月，阿拉斯加航空737MAX后窗户脱落、747-8引擎起火、757轮胎脱落。2月，美联航757-200后机翼损坏。3月，美联航737-900引擎起火、777-200轮胎脱落、737MAX机场冲出跑道。4月，达美航空767右翼应急滑梯脱落2024年波音飞机事故占全球一半以上2025年阿联酋787滑行过程中起落架突然冒烟。达美航空公司737-900ER左翼襟翼部分脱落，2025年8月，达美航空737襟翼断裂2024年3月11日，美国联邦航空局六周的审计后发现波音在质量把控方面存在很多问题，在全部89项审计中，33项未能通过另外，2025年，波音的星际客机飞船因为质量问题，导致两名航天员长时间滞留国际空间站，返航时间一再推迟好飞机，波音造，

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美国工业真玩笑。核心工作是关注网络质量优质的设备和材料‌设计合理的网络拓扑‌采用多种措施保护网络的安全设计和施工必须遵循相关的标准、规范‌确保每个环节都按照规范进行操作，避免人为疏漏或错误完善人员培训制度，建立规范化管理机制，明确各环节的责任和流程‌‌建立检测和监控机制定期进行质量评估，及时发现和解决网络问题，尽早发现网络中存在的不合理之处，及时进行改进4.网络工程设计中应注意的问题不要盲目追求网络的规模只需要制定了可行的网络扩展方案即可应强调系统的实用性和先进性但不要一味地追求网络系统的先进性、盲目追求设备的超前性能够适应一段时间（比如5年）的需求即可，网络技术的发展是非常迅速的忽视网络安全问题或盲目夸大网络安全性威胁前者导致网络安全性受到威胁后者将增加网络的建造难度，降低网络的可用性而网络建设单位不应依仗自身知识、经验等的不对称性，为了推销产品或追求更高利润而进行有意的误导目录1.1网络工程概述1.1.1认识网络工程1.1.2网络系统集成的概念1.1.3网络系统集成的体系结构1.1.4网络工程的系统集成模型1.1.5网络系统建设中的注意事项1.2网络现状概括1.3网络的一些主要设备1.4网络的主要技术指标1.5注意事项网络系统也是一个系统是为了完成用户连网的一组元素（各种软、硬件）的有机结合不断向高层次所进行的组合最终形成一个完整的网络系统这个不断组合的过程就是集成的概念系统集成（SystemIntegration）是目前常用的一种实现复杂系统的工程方法也可以说是一种实现的过程将大量标准的、合适的软、硬件组合起来，形成一套新的、独立完整的、有效的功能实体（或业务系统），为用户处理特定的业务这些实体一般应具有通用的功能通过标准/专用的接口进行不同顺序、层次的组合有机协调地工作最终形成复杂的、为用户定制的业务系统联系一下软件编程通过规划和设计，把一个系统划分成不同的功能模块每个功能模块用一个函数（或类）进行实现每个函数具有自己的输入参数和返回结果函数名、功能、参数和返回值最好能固定下来，实现通用性最终的程序用main函数通过一定的调用顺序调用这些函数在这个过程中，函数还可以调用其他的函数，形成多层次的调用高层次的集成可以用WebService、组件等调用别人已开发好并且提供给开发者使用的现成功能更高层次的集成还可以把不同的系统集成起来进行联动工作就好比修建一段从甲到乙的高铁，中间途径了丙（已经建好了高铁站），就直接使用丙的设施好了【案例1-2】来自于东方的AI快车2025年初，DeepSeek陆续开源大语言模型V3、推理模型R1等其高性能、低成本等优势，受到海内外市场的关注短短一周内，微软、英伟达、阿里云、华为云、腾讯云、百度云等厂商均宣布上线DeepSeek大模型以“零代码”、“超低价”等优惠吸引更多用户这是一种典型的集成网络系统的建设天然具有集成的特性目前的网络元素都具有标准化的接口、协议、格式等，集成方便如互联网的路由器、交换机等物理网络的建设也是由分离的不同设施连接而成的包括主机、通信介质、连接设备等低层次的集成互联网由无数的网络互联而成的是高层次的集成。不必关心网络设备的内部技术细节仅通过对相关设备进行合理的搭配和和设置网络系统的集成硬件和硬件的集成硬件和软件的集成软件和软件的集成网络系统之间的集成目录1.1网络工程概述1.1.1认识网络工程1.1.2网络系统集成的概念1.1.3网络系统集成的体系结构1.1.4网络工程的系统集成模型1.1.5网络系统建设中的注意事项1.2网络现状概括1.3网络的一些主要设备1.4网络的主要技术指标1.5注意事项网络系统集成的体系结构1．环境平台层为网络系统的运行提供支撑的基础设施这如同高铁工程的地基一样，必须考虑地基的深度、广度、材质等，才能保证后期的轨道稳如泰山不能像印度的桥梁一样动不动就塌了环境平台通常需考虑环境方面的问题机房环境、电源配备、楼宇内/间的布线环境和设施等可以细分出相关子系统/子模块结构化布线系统、网络机房系统和供电系统等2．网络平台层主要关注在硬件层面需要根据各种因素选择各种物理网络和网络设备特别是网络的规模因素在信息高度集中的场所建立局域网如果不同场所较为分散，则考虑采用长距离网络通信技术网络平台层的建设相当于高铁工程的硬件建设过程3．信息平台&应用程序层网络应用才是网络价值的体现者需要为用户搭建一套工作的基本软件环境信息平台层提供共性的软件下层需要一套能支持网络通信的操作系统上层是一些共享的基本服务为各种网络应用提供有力的支撑应用程序层直接面向网络的用户主要体现为各种网络应用系统包括已经存在的软件产品外，还可以根据需求委托开发定制的软件系统信息平台层和应用程序层的存在相当于高铁的各种业务如售票系统、门禁系统、列车管理系统和列车调度系统等4．网络安全子系统指在网络系统的运行过程中，保证信息产生、处理、传输、存储过程中的机密性、可鉴别性、完整性和可用性的软、硬件措施贯穿于网络体系结构的每一个层次目录1.1网络工程概述1.1.1认识网络工程1.1.2网络系统集成的概念1.1.3网络系统集成的体系结构1.1.4网络工程的系统集成模型1.1.5网络系统建设中的注意事项1.2网络现状概括1.3网络的一些主要设备1.4网络的主要技术指标1.5注意事项网络工程的系统集成模型支持带有反馈的循环在每一阶段还存在小循环总体符合线性的推进关系在整个建设过程中强调文档的作用每阶段都应进行文档的建立和维护阶段结束之后，应该请相关专家进行论证和阶段的验收尽量减少前期的隐患并将改进的建议、发现的不足、相关评论和决议等记录归档1.商务过程如果建设的是小型网络只需自行组装即可如果是建设大、中型的网络系统一般用户是无法完成独立建设的通常需要选择一个有经验的集成商，将建网的需求与集成商进行商谈双方往往需要一定的商业过程应出具报价书，甚至参与招/投标的过程这是一个博弈的过程集成商最好派遣相关人员深入用户方销售人员、工程师、设计师了解用户网络的现状和未来需求进行现场勘察、进一步挖掘用户需求以发现隐性需求等在此基础之上对工程的可行性进行评估根据用户需求和费用预算，提出初步的技术方案网络系统的结构设计建设方案工程进度用户培训系统维护条款等重要工作确定工程合同的边界网络设备的安装需要相关系统的配合包括机房工程、配套电源、空调系统、弱电工程、环境等需明确项目主体与这些系统的边界，避免出现扯皮简单地说谁来买设备/物资、谁来安装/施工、谁去申请相关手续（例如，电源的扩容、租用电信部门的服务等）、谁去聘请第三方（比如审计部门、监理部门等），等目的这一阶段最好能和第二阶段的需求分析结合即便不能，也要根据自身经验和用户方状况判断项目是否可行说白了，别亏本2.需求分析需要与客户密切合作的过程交流、会议和文档分析深入理解客户的业务需求、约束和目标好的网络设计必须清楚用户的需求用户自己都无法明确自己的需求明确网络系统的功能、性能、安全性、可管理性和可靠性等关键要求为后续网络的逻辑设计提供明确的指导这个过程先获得系统的总体指标再根据实际情况分解成各个子系统的指标需对用户提出的需求进行归纳，去伪存真甚至要协调各类用户的不同需求通过分析确定网络要支持的业务要完成的网络功能要达到的性能是否和用户现有网络存在兼容问题等通过分析，所确定的网络性能、目标甚至可能与用户的要求相矛盾据说中国之所以退出案例1-3的印度高铁项目，就是分析出了此类矛盾【案例1-3】印度高铁困局2014年，印度推出了雄心勃勃的“钻石四边”高铁计划时任日本首相的安倍晋三为印度提供1万亿日元贷款利息仅0.1%，50年还清2016年项目签署合同，计划2022年实现全线通车因为征地、腐败、效率低下、印度的基建项目不符合标准等问题，2022年初只建成了十多公里日本不仅没有获得应有的收益，反而血亏如今，项目工程耗时漫长，人工费不断增加，已成为了无底洞该项目的失败表明，日本在商务和需求分析方面是失败的！为防止项目部分失败甚至推倒重来，本阶段必须收集足够的信息！深入了解客户的实际需求和使用情况对现有的环境、系统和设备进行评估，找出其中的问题和潜在风险最终分析出合适的技术参数，并与用户广泛地进行讨论这一步是至关重要！对比高铁建设需要了解高铁建设的信息目的是什么，为哪些城市服务现有哪些设施，有无已建好的高铁/动车的线路，有无可以利用的车站、变电站......线路有多长最好能够到现场参观考察，了解沿途的环境（有无河流、高山、松软土地）等如果需求分析没有做好可能导致在整个项目的开发过程中，客户的需求不断变化影响网络工程项目的计划和预算【案例1-4】美国海军星座级护卫舰项目随着美国制造业的空心化，海军对于庞大的舰队已难以维持推出星座级护卫舰项目以取代问题不断的濒海战斗舰基于意大利版欧洲多用途护卫舰，在意大利生产美海军不断要求修改设计方案，希望加入新技术导致项目的成本不断上升，进展非常缓慢2023年9月仅完成3.6%的建造工作（本应35.5%）可能要推迟到2029年才能交付（本应2026年）建造工作是在设计没有最终定型的情况下进行的3.逻辑设计集成商在深入分析网络系统需求的基础上，结合前期报价书/投标书的设计方案来进行分析和逻辑设计的不同分析过程的技术方案更多关注系统的功能、技术、选用设备和性价比等较粗的内容逻辑设计更加关注细节方面网络系统的规模定义（应用范围、网络覆盖范围、终端数量等）网络的边界逻辑设计进而确定网络的总体架构物理网络类型网络设备的采用IP地址的规划路由的选择流量控制网络管理方案备份和恢复策略等逻辑设计涉及的内容非常繁复，且具有全局性的意义一旦确定，对于后期网络的物理设计和实施具有很重要的指导性作用，不能轻易改动案例1-4（美国海军星座级护卫舰）也说明，敲定设计方案是非常重要的应尽量避免以下情况目标：防止后期的物理设计和实施产生重大返工现象，甚至推倒重来对需求分析的错误理解而导致逻辑设计的失误在逻辑设计确定后，对逻辑设计的重大的修改就如同铁路建设分析出有上百万使用者，但却只设计了单线设计完毕，都已经开工了，发现无法满足用户的需求从地基到设备、设施等都不得不进行改变，甚至废弃重来/重新采购，导致大量的修改和浪费，以及工期的延宕4安全性没有安全的网络如同千疮百孔的房子鉴于安全性的重要性，一些资料把安全设计独立出来专门作为一个考虑的步骤安全设计需要考虑使网络能够抵御外部和内部的安全冲击保障业务系统的安全性做到数据的安全可靠等【案例1-5】棱镜门等安全事件2013年，美国中央情报局（CIA）前员工斯诺登揭发了美国政府多个秘密情报监视项目（包括“棱镜”项目）被曝光。通过棱镜项目，美政府直接从微软、苹果、谷歌、雅虎、Facebook、Skype、YouTube等服务器收集个人信息随后曝光CIA侵入中国（包括香港）各大公司、高校、个人的网络和主机2013年10月24日，英国卫报报道，美国情报机构曾监听至少35名国际政要的电话，包括时任德国总理的默克尔2013年11月23日，荷兰新鹿特丹商报援引斯诺登的泄密文件称，美国国安局通过特别设计的恶意软件监视全球5万多个网络......网络和终端（主机和手机）的安全漏洞严重影响了国家的安全和个人的隐私一些美国人宁愿使用走私的华为手机的原因之一我国需要高安全性保障的部门和单位，已经严格禁止苹果手机的进入5.网络的物理设计是在逻辑设计的基础上进行更加细致的、更加接近于物理实现的，甚至于可视化的设计主要任务是根据逻辑设计的结果，进行各种施工设计、物理设备的选型、环境设计、IP地址的配置等一个简单的例子逻辑设计只需要设计出网络的拓扑结构/网络架构物理设计则需要给出网络布线/施工的图纸、电源的配备、具体的网络设备的型号和设置等综合布线系统是一个重要的环节指建筑物或建筑群内所安装的网络信号的传输系统如传输介质、连接器、插头/座、适配器、电气保护设备、各类用户终端设备接口和外部网络接口等以高铁建设工程进行类比网络的逻辑设计类比于高铁工程设计中的所经路线和城市、是单线还是复线、每段轨道的速度上限是多少、从什么地区接入电源、什么地方需要高架、什么地方需要穿隧、各个地方的地基需要打多深...物理设计类比于采用多少型号的水泥、车站如何建造、地基如何制作、桥梁和隧道如何建筑、如何建设变压设施、采用什么样的自动铺轨机......6.安装、施工、调试做一个网络实施的具体计划明确各项具体工作的时间安排（包括人、物资、设备等的准备）、施工方式、资金管理、阶段验收内容等工程的安装、施工和调试需根据物理设计的图纸、指定的设备型号、IP规划结果等遵照计划来组织基础设施的施工、采购设备和部件、对网络设备进行安装和设置、完成软件的部署等每阶段都应有自身的测试和调试工作，保障质量要记录下每次出现的问题、产生的原因、涉及的方面、解决问题所采取的措施和技术7.系统测试是验证网络系统建设效果的关键步骤通过全面的测试验证系统各元素是否正常工作且达到预定的性能，网络系统各项指标是否符合需求和设计要求测试通常包括布线系统测试、网络设备测试、网络功能测试、网络性能（吞吐量等）测试、网络系统测试、网络安全测试、网络可靠性测试等多个方面。网络设备测试包括功能测试、性能测试、兼容性（互操作性）测试、可靠性测试等网络系统测试是指对服务器中的操作系统进行测试，对各种网络服务、应用软件进行测试，测试话音、数据、图像等多媒体业务是否正常【案例1-6】微软蓝屏事件2024年7月19日，美国众击安全软件出现问题，引发Windows操作系统蓝屏，波及了不少国家/地区，影响了近千万台使用视窗的设备，导致航空公司、银行、电信等多个行业陷入混乱21日，美国已连续三天超过1000架次航班被取消。受影响的还包括西日本旅客铁道公司、澳大利亚航空公司、银行、政府网络、企业、超市自动收银机等、诸多国际连锁酒店集团（万豪、凯悦、希尔顿和洲际等），等等据分析，众击公司的安全软件更新中存在空指针错误！也就是使用指针之前没有进行判空操作‌缺乏严格的测试，将导致巨大的威胁测试中发现的问题需要及时进行修复和优化，确保系统的稳定性和可靠性测试甚至可能导致流程的回馈，但是尽量不要退回到逻辑设计环节，甚至需求分析环节否则将导致工程重大返工、配套工作重新开始、计划重新安排等意味着工程的重大挫折8.系统验收系统验收之前，应有一段时间试运行阶段方便用户熟悉和观察网络用户方按照合同和验收标准进行严格的检查和评估确认工程项目是否已经达到设计的要求是用户方正式认可集成商完成网络系统建设的手续验收分为现场验收和文档验收现场验收包括查验环境（电源、房间布局等）/施工设备和材料是否达到方案规定的技术要求设备安装是否规范、关键系统是否正常运行，性能测试是否通过从而确认各个子系统和设备是否符合使用的条件，达到规定的指标文档验收需要查验开发文档、管理文档和用户文档等是否完备9.用户培训和系统维护验收后，集成商必须为用户提供必要的培训培训的对象可分为网管人员，重点一般用户需要制定培训计划、培训方式等培训方式包括集中培训和现场培训培训内容包括系统和设备的基本操作维护和管理等培训的目标是网管人员应能对整个网络系统进行日常的维护和排错，减少后期维护和支持的成本网络系统的维护工作一直伴随着网络的运行网络维护包括日常的监控、管理、升级和故障排除等记录每次维护的内容收集用户反馈的意见，尽早发现网络运行中存在的问题当出现重大故障或网络性能下降等，应由集成商直接派人进行系统维护和修复，这些应作为必备条款写入合同10.与战场的类比需求分析是战略意图如辽沈战役中，目标是攻下锦州逻辑设计是围绕战略意图所设想的初步规划东北野战军派遣2个纵队又2个独立师阻击塔山，攻锦部队编成3个突击集团，第1纵队主力为战役总预备队...物理设计是根据逻辑设计进行的排兵布阵如何挖战壕、如何布置炮兵、如何抵近侦察、如何放置指挥所...实施则是去切实打仗测试和验收是检验战略意图完成的效果目录1.1网络工程概述1.1.1认识网络工程1.1.2网络系统集成的概念1.1.3网络系统集成的体系结构1.1.4网络工程的系统集成模型1.1.5网络系统建设中的注意事项1.2网络现状概括1.3网络的一些主要设备1.4网络的主要技术指标1.5注意事项1.文档管理

1）概述大中型的网络系统通常结构复杂、设备/材料种类繁多、技术和参数多样为保证工程质量，需在全生命周期内进行严格的过程控制主要表现是用标准的文档方式制定出任务的执行步骤，记录任务各阶段所必须准备的材料和设备、具体的施工地点、依据的设计图纸/规范、活动的过程和结果、出现的异常事件、相关的责任人，等等文档就是网络系统建设的一个部分文档的编制在网络工程中占有突出的地位，并可能产生相当大的工作量文档的作用和重要性文档的编制可以促使设计人员针对不同的用户，对各个阶段的工作进行全盘权衡、周密思考，制定出指导性的文件可作为建设过程的指导、纲领和依据，便于管理、设计、操作、维护人员的协作交流，使进展更加顺利管理人员可以把各种技术文档作为检查系统建设质量的依据实现对网络工程建设过程的管理可以作为每阶段的工作成果和结束标志检验各实施阶段是否完成，实施质量和进度是否符合要求把与系统的运行、维护和培训有关的信息，以及设计、实现过程中发生的事件记录在文档中，有利于后期网络的维护管理按正规规范的要求编制一整套文档的过程与按照网络工程相关规范完成系统开发的过程是同步，甚至是等价的在使用工程化方法进行网络建设时，应当充分注意系统文档的编制和管理2）文档的分类开发文档对各阶段进行指导的文档，包括需求分析说明书、设计文档、可行性报告等管理文档由设计人员制定的、各个阶段的工作计划或工作报告管理人员以之了解项目的安排、进度、资源使用，以进行管理和调度用户文档为用户准备的相关设备和系统的配置、使用、操作、维护的资料包括用户培训文档、操作手册、维护和诊断手册等3）文档的管理文档在整个建设过程中可能需要不断地修改或补充为了防止出现纰漏，需要建立严格的文档管理制度，加强对文档的管理一些管理方法应设一位文档管理员，集中保管全部文档只有管理员才能更新版本和发布其他人员只能从单一出口（文档管理员）处获得文档并查看只有技术人员才能更改自己的文档，并及时提交给管理员，由后者进行发布应备注或标注改动的地方，最好能进行修改的评审管理员必须及时发布最新版本的文档给相关人员文档应有严格的版本管理制度每次修改后形成新的版本，并记录修改的细节和修改负责人等信息老的版本也应该能够继续查阅。建立严格的修改流程，尽量做到每次修改都有正规的审批流程4）编写工具常用的制作工具包括Word、Excel、AutoCAD和Project等2.交流的重要性网络工程建设过程中，一定要注意交流沟通不畅，效率再高也没有用不仅不能为企业带来效益，反而会造成“伤害”在一个工程中，沟通尤为重要，包括与用户单位各类使用者的沟通项目组内部的沟通与施工人员的沟通等只有充分的沟通，明确各自的职责、要求、困难，才能搞好协作、形成合力【案例1-7】小明的裤子小明第二天要参加典礼，买了条新裤子，但是长了两寸吃饭时，把裤子长的事情说了一下妈妈晚上把裤子剪好、缝好并放回原处半夜里，嫂子突然想起这件事情，披衣起床将裤子“处理好”第二天一大早，阿婆醒来想起这件事情，“快刀斩乱麻”结果。。。杜庆伟网络工程第一章概述目录1.1网络工程概述1.2网络现状概括1.2.1网络的构成1.2.2当前网络技术的基本概括1.2.3网络互连的示意图1.2.4网络的分层1.3网络的一些主要设备1.4网络的主要技术指标1.5注意事项硬件实体分为两类结点（node）链路（link）链路用来传递信息如同高铁的轨道如铜缆、光纤、电磁波等在设计一个网络时要对传输介质进行界定把通信类比于道路建设规划有线链路相当于陆地交通设施，无线链路当于航空/天交通设施马路宽度对应于介质能提供的信道带宽车道方向的规划对应于是否全双工红绿灯和各种交通规则相对于物理网络对通信过程的控制按规定铺设马路、架设交通设施对应于集成商提供符合规定的设备结点结点按照功能分为两类提供面对面服务的结点，如计算机/服务器、手机等，叫端系统（endsystem），被称为网络的边缘部分。辅助网络完成数据通信的中间结点，一般指路由器（相当于中转站）。由路由器以及路由器之间连接的链路所组成的部分称为网络的核心部分边缘部分实现资源共享核心部分是为边缘部分提供服务的，属于基础设施有专家很早提出的一个原则，“边缘智能，核心简单”目录1.1网络工程概述1.2网络现状概括1.2.1网络的构成1.2.2当前网络技术的基本概括1.2.3网络互连的示意图1.2.4网络的分层1.3网络的一些主要设备1.4网络的主要技术指标1.5注意事项1.网络范围分类下的概括网络可以被分为广域网、城域网、接入网、局域网等广域网和城域网广域网和城域网一般都是大型电信公司提供的这些网络是公用网有线的广域网/城域网中，同步数字体系（SDH）占有重要的地位，光以太网发展迅速而4G、5G等蜂窝通信网属于无线广域网局域网产生了很多的产品，多数都被淘汰了目前的有线局域网主要是交换式以太网无线局域网则是Wi-Fi接入网有线接入网可分为铜线接入网、光纤接入网等一个重要技术是以太接入网光纤接入方式正在快速的发展接入技术应该有用户认证的功能，方便对用户上网进行计费和管理2.网络拓扑结构分类下的概括拓扑本身是一个几何学的范畴研究几何图形特性的方法，忽略大小、距离等具体因素而网络的拓扑结构是一种基于抽象的方法只是告诉我们一个网络的几何形状是什么样的具体网络是如何连接和如何工作的，不同的网络有不同的实现方法，即便它们可能具有相同的拓扑结构根据拓扑结构，网络可以分为总线型、环状、星状、树状、网状等目录1.1网络工程概述1.2网络现状概括1.2.1网络的构成1.2.2当前网络技术的基本概括1.2.3网络互连的示意图1.2.4网络的分层1.3网络的一些主要设备1.4网络的主要技术指标1.5注意事项城市之间必然以广域网连接假设城市之间采用了点到点拓扑假设城市内部采用了环状拓扑各单位可以组建自己的网络小的网络可以是一个局域网单个局域网无法满足大单位的需求，形成了园区网园区网内可以采用广域网的技术园区网有可能是一个桩网络如果希望联入互联网，都需要接入网互联网就是由各种物理网络为主体网状网拓扑园区网为某单位所构建的一个实现通信和各种资源共享的基础结构通常包括若干局域网，可大可小通常使用互联网的标准和技术组织内部的专用网络——内联网（Intranet）不同单位通过互联网将多个内部网络连接起来的网络——外联网（Extranet）园区网是网络工程主要的建设对象目录1.1网络工程概述1.2网络现状概括1.2.1网络的构成1.2.2当前网络技术的基本概括1.2.3网络互连的示意图1.2.4网络的分层1.3网络的一些主要设备1.4网络的主要技术指标1.5注意事项分层的结构具有扩展性好的优点互联网也是分层的主干网络——backbonenetwork又称为骨干网通常是大容量、大带宽的网络主要用于在中远距离上连接其他网络中国拥有九大骨干网中国公用互联网、中国科技网、中国教育和科研网、中国金桥、中国联通、中国网通、中国移动等是一级的互联网服务提供者/商（ISP），下面可以支持二级ISP、三级ISP...，并在不同级别上进行多方面的互联。园区网也可以通过分层的思想进行构建越靠近核心的部分，应该越快不仅仅是带宽大就可以满足要求的往往需要有更加复杂的技术和设计冗余、流量均衡、路由策略等目录1.1网络工程概述1.2网络现状概括1.3网络的一些主要设备1.3.1以太网交换机1.3.2虚拟局域网与多层交换机1.3.3路由器1.3.4服务器1.4网络的主要技术指标1.5注意事项1．以太网的发展以太网最初是总线型拓扑双绞线/星状拓扑结构以其方便的工程能力使以太网很快转型星型网络的中心设备最初是集线器（Hub）也称之为傻Hub、哑Hub、多口中继器基本等同于总线型以太网中的中继器/转发器只对信号进行简单的整形、放大后再重发工作在半双工方式下同样需要遵循5-4-3原则每个站到集线器的距离不超过100m现在不建议采用集线器冲突域太大以太网交换机可以有效地减小冲突域极大地提高以太网的总带宽已成为网络建设中最常见的设备较高档次的以太网交换机还支持网络管理的功能市面上常称该设备为交换机，实际上是不太规范的称呼2．以太网交换机的特性接口间相互独立，只在必要时才关联起两个接口每个接口都是一个独立的冲突域实现了自学习功能，使用起来非常简单可能在交换式以太网中形成回路进而引起数据帧在网络中死循环式的转发所以需要配置以太网交换机的生成树功能（IEEE802.1d规范）采用大量以太网交换机构成的网络，构成生成树的过程需要较长时间，另外加上广播通信的原因，导致以太网交换机仅适用于规模不大的网络构建3．以太网交换机的接口双绞线以太网接口，RJ-45接口，也称为电接口10Base-T，100Base-TX（2对5类线）、100Base-T4（4对双绞线）、1000Base-T等以太网数量一般是8的倍数光纤接口100Base-FX、1000Base-SX（多模光纤）、1000Base-LX（单模光纤）配置口本地配置的控制台接口（Console）远程配置的Auxiliary接口（AUX），需拨号24个以太网RJ-45接口4对Combo接口4个1000Mb/s以太网光接口管理接口和控制台接口RJ-45接口USB接口，该接口连接U盘可用于开机、传输配置文件、升级有的交换机还有若干模块的插槽4．以太网交换机的内部组成以太网交换机和路由器等实际上是专门用于通信的计算机硬件一般都包括中央处理器、随机存储器、只读存储器、可读写存储器、多类外部接口、插槽、电源等软件通常是指设备专用的操作系统，称之为NOS（NetworkOperatingSystem）如华为的操作系统是VRP（VersatileRoutingPlatform）锐捷的是RGOS（锐捷通用操作系统）中兴的是ROSng（RouterOperatingSystemNextGeneration）H3C的是Comware思科的是IOS（Inter-networkOperatingSystem）5．以太网交换机的分类按应用规模划分企业级交换机‌‌部门级交换机‌‌工作组交换机‌桌面型交换机根据物理结构划分

独立式交换机较为简单的设备堆叠式交换机将多台以太网交换机组合成一台“巨型”交换机交换机的背板通过专用模块聚集在一起堆叠式交换机的总背板带宽是几台交换机的背板带宽之和只有可管理的、相同型号的特定交换机才具有堆叠功能有些堆叠技术下，交换机按照功能的不同可以分为三种角色主交换机（Master），负责管理整个堆叠，只有一台备用交换机（Standby），是主交换机的备份交换机，只有一台从交换机（Slave），其他成员交换机，可以有多台当主交换机宕机后备用交换机作为新的主交换机主交换机收集所有成员的拓扑信息，计算出堆叠转发表项和破环点信息，下发给所有成员交换机，并为所有成员分配堆叠ID在从交换机中再选举一个作为备用交换机模块化交换机具有较复杂的背板各模块根据需要选配插入背板，提供不同的功能电接口模块‌光接口模块管理模块‌交换矩阵模块‌电源模块等模块化交换机具有良好的扩展性但是如果所有模块共享一个电源，则当电源发生故障时，所有模块均无法工作所以，如果将其作为关键设备，建议选用双电源、双背板的结构相对来说，堆叠式交换机不会同时发生故障6.以太网交换机接口的标识现在的交换机一般采用“接口类型接口号”的编号规则常见的接口类型Ethernet（10Mb/s以太网）FastEthernet（100Mb/s以太网）GigabitEthernet（1000Mb/s以太网）等路由器还包括串行接口（串口，Serial）接口号一般分为3节：槽位号（堆叠号）/子卡号/接口序号有的设备只有2节非堆叠的情况下，槽位号取值为0堆叠的情况下，堆叠号表示本交换机的堆叠ID子卡号表示交换机支持的子卡号接口序号表示本接口在交换机上的编号例如GigabitEthernet1/0/3：千兆以太网的1/0/3接口可以简写为giga1/0/3、g1/0/37.以太网交换机的链路聚合链路聚合（Trunk）可以形成更大带宽，避免成为瓶颈可以将两条以上的以太网链路组合起来成为更高带宽的链路实现负载共享的能力通过对相关接口进行设置来实现这些接口也被称为聚合接口链路聚合的功能以太网交换机根据接口负载分配策略来决定将数据帧从哪一个接口进行发送例如，可以根据数据的源/目的MAC地址（甚至源/目的IP地址）进行流量平衡以太网交换机检测到其中一个接口/链路故障时，停止从此接口发送，根据负载分配策略在剩下的接口中重新计算发送接口故障接口恢复后再次担任收发工作在未使用链路聚合的情况下百兆接口决定了两交换机之间的最大带宽可达200Mb/s容易形成瓶颈如果希望获得更高的带宽怎么办？一种方法是升级为千兆以太网一种方法是使用链路聚合技术，将3个接口通过聚合达到600Mb/sWhy!?回答我lookmyeyes!聚合方式静态聚合手工配置动态聚合系统自动创建/删除的聚合只有连接到同一类设备、有相同基本特性（如带宽）和配置的接口才能聚合。即使只有一个端口也可以创建动态聚合，此时为单端口聚合IEEE802.3ad链路聚合控制协议（LACP）用来规范链路的动态聚合双方周期性地通过协议交换本端（Actor）和对端（Partner）的聚合信息被选中的成员链路可以正常转发流量聚合链路上的流量会按照一定的规则分担到各个选中的成员链路8．生成树协议因为以下原因，会造成网络中出现链路环路为了提高网络的可靠性，人为设计冗余的链路网络在设计、维护中的疏忽无控制的链路环路会造成数据帧在环路中死循环IEEE802.1d标准制定了一个生成树协议STP来消除环路在网络中指定一个树根在逻辑上阻塞某些接口在网络中形成一棵树状逻辑拓扑当链路故障时，可以重新打开被阻塞的接口，找到其他的路径以太网交换机需要完成以下功能发现网络中是否存在环路如有环路，将其中一个设为主链路，其他为备用链路正常时，只通过主链路发送数据帧。定期检查链路的状况如发现主链路故障，启用备用链路即便如此，也需要严肃地对待网络【案例1-8】那霸市政府网络故障2024年4月，日本那霸市政府员工在移动主机时，发现多出了一个以太网接头，于是“我也搞不清楚，干脆插在这里吧”，将本应插在主机上的网线插在了网络设备上，导致了那霸市政府网络出现了大规模的网络故障。生成树协议三种模式生成树协议STPIEEE802.1d定义，以太网交换机的默认模式网络拓扑改变时，要经过较长的一段时间（如50秒）才能够收敛快速生成树协议（RapidSTP，RSTP）IEEE802.1w在IEEE802.1d的基础上进行的改进使收敛速度快很多向下兼容STP协议多生成树协议（MultipleSTP，MSTP）扩展自RSTP在网络中建立多个独立的生成树每个生成树自己的拓扑结构，数据转发路径更加灵活目录1.1网络工程概述1.2网络现状概括1.3网络的一些主要设备1.3.1以太网交换机1.3.2虚拟局域网与多层交换机1.3.3路由器1.3.4服务器1.4网络的主要技术指标1.5注意事项1．虚拟局域网并不是真正的网络，而是一种增值服务由局域网的一部分主机所构成的、与物理位置无关的逻辑组每个VLAN表现得和局域网相似构成VLAN的站点不必拘泥于所处的物理位置VLAN具有的优点隔离广播且不需要增加额外的设备和布线简化网络管理用户所属逻辑组与物理位置不再紧耦合在交换机上通过配置即可完成，非常便于网管员进行管理提高网络的数据安全性一个VLAN中的站点通常不能接收到另一个VLAN中的数据，除非经过特殊的设置实现VLAN之间的通信802.1Q协议802.1P协议——802.1Q的扩展三层交换机也称为路由交换机2．划分VLAN的方法

1）基于接口划分VLAN较为实用和常见的一种方法，配置简单灵活性不是很好2）基于MAC地址划分VLAN根据主机的MAC地址来进行VLAN的划分设置过程比较麻烦3）基于IP地址划分VLAN根据主机的IP地址（隐含了网络号）自动分析主机属于哪一个网络，并按网络号将其划归到不同的VLAN里即便主机的网卡被更换（MAC地址变化），只要IP地址不变，也不会改变主机所属的VLAN要求以太网交换机要超越数据链路层去理解网络层的内容3．不同VLAN间的通信——高层交换机一般来说，如未做相关设置，VLAN间无法通信的VLAN间实现通信包括以下方法基于路由器的通信基于三层交换机的通信，需要借助三层交换机基于路由器的通信ABCD开发部市场部VLAN10VLAN20广播域广播域123多层交换机目前市场上有许多三层交换机（甚至更高层的交换机，统称为多层交换）产品将一部分路由功能集成到了二层以太网交换机中通常是采用专用集成电路技术固化在硬件中，实现两者的有机结合三层交换机多用于园区网中园区网中的路由比较简单，但要求数据交换速度快一次路由、多次交换四层交换机可根据传输层的端口号确定目的地使管理员可以限制某些应用程序的流量例如，减少Web的流量，而给视频会议设置更高的流量支持4.接口的类型Access类型接口只能属于1个VLAN一般用于连接主机Trunk类型接口可以属于多个VLAN一般用于交换机之间的连接Hybrid（混合）类型可以用于交换机之间的连接，也可以用于连接用户的主机目录1.1网络工程概述1.2网络现状概括1.3网络的一些主要设备1.3.1以太网交换机1.3.2虚拟局域网与多层交换机1.3.3路由器1.3.4服务器1.4网络的主要技术指标1.5注意事项1．概述不能只想到Wi-Fi路由器Wi-Fi路由器是一种非常简单的路由器网络中大部分的路由器是专用的计算机（比较昂贵）类比高铁路由器就犹如高铁火车站（包括附近的道岔系统，是一个中转站），把火车从一段轨道转到另一段轨道上两个火车站之间的轨道可以类比为一个物理网络高铁站可以作为交通枢纽转乘地铁、公交车等（假设为无缝换乘）相当于路由器连接了不同类型的物理网络配置默认网关主机希望把数据发给另一个网络中的主机时首先需要发送给与本局域网直接相连的路由器因此在为主机配置IP地址等信息时，需要配置默认网关的IP地址如同出发到外地旅游时，人们需要知道哪里可以得到最近的交通站点路由器的工作路由器接收到数据后，根据路由表的指示，向目的方进行接力式的传递路由表的生成需要依靠路由算法的运行。路由器的主要指标吞吐量、转发速度、时延、支持的通信协议、支持的路由协议、网络接口类型、路由表容量、路由协议收敛时间、对多播的支持、对QoS的支持和网管功能等路由器配置路由器配置的模式、配置命令的格式和交换机非常相似路由器不是一种即插即用的网络设备必须要由人工配置后才能正常工作最基本的配置是给每个接口配置IP地址，然后配置路由协议，让路由器根据相关算法构建路由表2．路由器的功能连接不同的物理网络如同公共交通的中转站。计算路由如同旅游公司为用户计算旅行线路要“通晓”不同物理网络的“方言”实现在不同物理网络上进行中转的工作（存储转发）具有一定的网络管理能力实现对它的配置、性能监视等。高铁站也需要管理子网隔离，抑制广播风暴在地铁中广播的寻人启事，不能扩散到其他的交通工具IP分组的差错处理及一定的拥塞控制机制实现对IP数据报的过滤和日志等3．路由器的分类——工作的侧重点接入路由器使家庭和小型企业连接到ISP，是一般用户最常见的设备企业级路由器连接校园或企业内部很多的网络，组成较为庞大的园区网企业级路由器越来越强大，很多自带防火墙、网络管理等功能骨干路由器不是为用户直接服务的，主要用来连接长距离骨干网能对少数链路进行高速的数据转发早期的企业级、骨干路由器由国外公司（如思科）垄断，非常昂贵目前国内公司（如华为、锐捷等）已占有了很多市场，并把价格拉了下来（几千，甚至更便宜，简直可以说又白菜化了）安全性也更加可信4.常见的硬件组成与交换机相比，路由器通常接口数目较少，种类多电信运营商的路由器除外，可具有几十、上百个接口总体上可以分为三大类局域网接口（包括电以太网口和光以太网口）配置管理类接口（ConsolePort和AuxiliaryPort）广域网接口有的路由器还具有模块插槽，为路由器扩展特定网络的接口和功能接口可以通过“槽位号/子卡号/接口序号”进行标识华为AR3260路由器是一款高性能、高可靠性的企业级路由器具备路由、交换、无线、语音、安全等功能正面从上至下3排，共5个槽第11、12槽位各1块电源模块13、14槽位为多功能插槽（图中空置）第15槽位为主控板槽位背面10个插槽根据需要可以插入E1模块、同步串口模块、CPOS模块、千兆以太网二层交换模块第15槽位的主控板是系统的控制和管理核心管理平面运行状态监控、环境监控、日志和告警信息处理、系统加载、系统升级等类似于铁路系统的管理层控制平面系统的协议处理、路由运算、转发控制、流量统计、系统安全等类似于铁路系统的调度部门数据平面高速数据通道，完成各个业务模块之间的数据交换功能类似于铁路系统的实际运输部门5.路由器的启动过程目录1.1网络工程概述1.2网络现状概括1.3网络的一些主要设备1.3.1以太网交换机1.3.2虚拟局域网与多层交换机1.3.3路由器1.3.4服务器1.4网络的主要技术指标1.5注意事项是网络服务的重要设备承担着存储、计算/处理大量数据的任务是用户业务信息化的核心必须具备计算性能高、可靠性高、I/O吞吐能力强、存储容量大、高带宽连网等特点往往需要使用一系列独特的硬件技术1.服务器的分类

1）按体系分类——按CPU和操作系统PC服务器与微机基本相似，针对网络应用定制了相关部件主要运行微软的服务器操作系统（WindowsServer系列）因为需要容纳更多的设备，机箱往往比PC大不少UNIX服务器通常使用RISC类型的CPU运行商业UNIX操作系统，如HP-UX、Solaris等Linux服务器。运行开源的Linux操作系统，可在广泛的硬件平台上运行2）按档次分类档次越高，各项性能越强大，更适合于大型关键应用领域超级服务器使用很多处理器或计算机所组织而成的计算系统如集群有大容量内存、高速磁盘阵列等先进的硬件配置应用更倾向于大规模的计算任务如搜索引擎、海量数据计算、深度学习、区块链、高性能计算（HPC）等也可以用于电子商务、金融等领域，多用于大型企业的数据中心中档服务器市场多数是UNIX服务器入门级服务器市场基本使用的是PC服务器3）按用途分类通用型服务器可以提供各种服务功能要兼顾多方面的应用需求，各单项性能较专用服务器差当前市场上最常见的服务器专用型服务器，如FTP服务器要求带宽高、磁盘容量大且访问速度快，对其他方面要求低人工智能（AI）服务器支持复杂的算法和模型训练，通常搭载GPU、FPGA（现场可编程门阵列）、ASIC等加速芯片，利用CPU与加速芯片的组合来满足人工智能类任务的计算需求4）按机箱结构分类台式服务器/塔式服务器与普通立式计算机类似的机箱“个头”较大机架式服务器通常安装在标准的19英寸机柜中有1U、2U、4U（1U=1.75英寸）等规格热耗大和风扇噪声大机房通常具有良好的冷却系统和多路供电系统刀片式服务器较低成本的服务器平台为特殊行业和高密度计算环境设计，最适合群集计算和网络服务每个刀片就是一块系统主板，类似于一台独立的服务器，运行自己的系统可以将这些主板集合成一个服务器集群刀片式服务器与机架式服务器并驾齐驱，是发展的一个重点2．处理器技术

1）指令系统复杂指令集计算机CISC设置一些功能复杂的指令实际上许多指令利用率很低，硬件浪费严重一些专家指出，指令越强大，处理器越复杂，执行操作也更慢精简指令集计算机RISC尽量简化指令系统，只保留功能简单、在一个节拍内完成的指令，并且尽量使用固定长度的指令将复杂的功能用多条指令实现，各指令利用率高，硬件成本较低RISC还采用了“超标量和超流水线结构”等技术，大大增强了并行处理的能力神威-太湖之光采用的就是64位RISC架构神威-太湖之光超级计算机安装了40960个自主研发的SW26010处理器峰值性能为12.5亿亿次每秒，持续性能为9.3亿亿次每秒2017年11月，全球超级计算机500强中，神威-太湖之光和天河二号连续第四次分列冠亚军不要留恋哥哥只是传说服务器的CPU分为以下两类以Intelx86为代表的CISC以PowerPC、ARM为代表的RISC两类处理器在硬软件上互不兼容目前中高端服务器较多采用RISC指令系统2）多内核（多核）技术在一个处理器中集成了多个完整的计算引擎每个核心实质上都是一个相对简单的微处理器通过划分任务，使应用（特别是OS）能充分利用多核进行计算，可同时执行更多的任务在硬件结构上须支持高效的核间通信各核执行的程序间有时需数据的共享与同步在提高CPU性能的同时，能耗低、发热少多线程技术往往可以在多核处理器上显示出卓越的性能3.多处理器技术含有多个处理器的计算机每个处理器都含有自己的控制单元、算术逻辑单元和寄存器许多超级服务器都采用了多处理器技术有两种类型对称式多处理器（SMP）非对称式多处理器（ASMP）对称式多处理器（SMP）处理器地位相同，彼此相连且共享一个存储器，具有相同的权限和能力来执行任务OS根据处理器的负载情况，动态地将任务分配给不同的处理器，实现负载均衡和性能优化一个特例是容错多处理机在一台机器内对相关硬件进行冗余（磁盘、控制卡、总线、电源等）采用故障检测、定位及系统恢复等算法和技术来达到容错可以在恶劣的环境中正常运行，提供不间断的高可靠服务平台价格昂贵非对称式多处理器（ASMP）处理器在硬/软件层面上不是完全等价的通常有一个主处理器负责管理其他处理器处理器管理的任务和系统资源可能不同可以