1、小型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)校園網(wǎng)1.課程設(shè)計(jì)的目的通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的具體規(guī)劃和組建，掌握網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備的使用及工作原理；掌握IP地址的配置及數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程和路由的選擇。具體求達(dá)到：1.增加對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟、硬件組成的認(rèn)識(shí)初步學(xué)會(huì)典型局域網(wǎng)絡(luò)的操作、使用技能；2.加深理解網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)概念尤其是對(duì)會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層等高層協(xié)議軟件的通信功能、實(shí)現(xiàn)方法，掌握網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備使用及工作原理，掌握IP地址的配置；3.初步掌握局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)技術(shù)和技巧培養(yǎng)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的獨(dú)立工作能力，提高學(xué)生的應(yīng)用能力和手動(dòng)實(shí)踐能力。2.設(shè)計(jì)方案說(shuō)明2.1 概要設(shè)計(jì)1.使用模擬仿真軟件，構(gòu)建一個(gè)小型網(wǎng)絡(luò)。要求使用路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備。根據(jù)設(shè)計(jì)要求

2、，選擇網(wǎng)絡(luò)類型。2.分配和配置IP地址，要求配置內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)地址。3.對(duì)交換機(jī)、路由器等進(jìn)行配置。4.通過(guò)使用模擬仿真軟件，模擬局域網(wǎng)間的數(shù)據(jù)通信過(guò)程。5.分析通信過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并加以解決。2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)2.2.1具體實(shí)施方案1.終端用戶包括：1號(hào)樓有48個(gè)校園網(wǎng)普通用戶；2號(hào)樓有1個(gè)包含24個(gè)多媒體用戶的電子閱覽室；3號(hào)樓有1個(gè)包含48個(gè)用戶的多媒體教室(性能要求高于電子閱覽室)。4號(hào)樓是網(wǎng)絡(luò)中心。支持遠(yuǎn)程教學(xué)，可以接入互聯(lián)網(wǎng)，具有廣域網(wǎng)訪問(wèn)的安全機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)管理功能。2.各樓之間的距離為500米。2.2.2各樓設(shè)備及型號(hào)選擇下表為路由、交換機(jī)、集線器、PC機(jī)的設(shè)備選擇情況路由器：Route

3、r-Pt，交換機(jī)：Switch-PT，集線器：Hub-PT，PC機(jī)：PC-PT，云：Cloud-PT。表1 設(shè)備型號(hào)的選擇樓號(hào)設(shè)備選擇設(shè)備型號(hào)設(shè)備數(shù)量1 號(hào)樓路由器Router-PT1交換機(jī)Switch-PT1集線器Hub-PT1PC機(jī)PC-PT482號(hào)樓路由器Router-PT1交換機(jī)Switch-PT1PC機(jī)PC-PT243號(hào)樓路由器Router-PT1集線器Hub-PT1交換機(jī)Switch-PT3PC機(jī)PC-PT484號(hào)樓路由器Router-PT1交換機(jī)Switch-PT2服務(wù)器Server-PT3云Cloud-PT1PC機(jī)PC-PT若干2.2.3主要器件的介紹1.路由器是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的樞紐

4、、"交通警察"。目前路由器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，各種不同檔次的產(chǎn)品已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)各種骨干網(wǎng)內(nèi)部連接、骨干網(wǎng)間互聯(lián)和骨干網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通業(yè)務(wù)的主力軍。 路由器是互聯(lián)網(wǎng)的主要節(jié)點(diǎn)設(shè)備。路由器通過(guò)路由決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)策略稱為路由選擇（routing），這也是路由器名稱的由來(lái)（router，轉(zhuǎn)發(fā)者）。 路由器通常用于節(jié)點(diǎn)眾多的大型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，它處于ISO/OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層。與交換機(jī)和網(wǎng)橋相比，在實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)的互聯(lián)方面，路由器、特別是高端路由器 有著明顯的優(yōu)勢(shì)。路由器高度的智能化，對(duì)各種路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)接口的廣泛支持，還有其獨(dú)具的安全性和訪問(wèn)控制等功能和特點(diǎn)是網(wǎng)橋和交換機(jī)

5、等其他互 聯(lián)設(shè)備所不具備的。路由器的中低端產(chǎn)品可以用于連接骨干網(wǎng)設(shè)備和小規(guī)模端點(diǎn)的接入，高端產(chǎn)品可以用于骨干網(wǎng)之間的互聯(lián)以及骨干網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的連接。特別是對(duì)于骨干網(wǎng)的互聯(lián)和骨干網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通，不但技術(shù)復(fù)雜，涉及通信協(xié)議、路由協(xié)議和眾多接口，信息傳輸速度要求高，而且對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性的要求也比其他場(chǎng)合 高得多。因此采用高端路由器作為互聯(lián)設(shè)備，有著其他互聯(lián)設(shè)備不可比擬的優(yōu)勢(shì)。 路由器的作用是連通不同的網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)作用是選擇信息傳送的線路。選擇通暢快捷的近路，能大大提高通信速度，減輕網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信負(fù)荷，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)暢通率，從而讓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)揮出更大的效益來(lái)。 2.交換機(jī)是一種用于電信號(hào)轉(zhuǎn)

6、發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它可以為接入交換機(jī)的任意兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供獨(dú)享的電信號(hào)通路。最常見的交換機(jī)是以太網(wǎng)交換機(jī)。其他常見的還有電話語(yǔ)音交換機(jī)、光纖交換機(jī)等。交換（switching）是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設(shè)備自動(dòng)完成的方法，把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技術(shù)的統(tǒng)稱。廣義的交換機(jī)就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，交換概念的提出改進(jìn)了共享工作模式。我們以前介紹過(guò)的HUB集線器就是一種共享設(shè)備，HUB本身不能識(shí)別目的地址，當(dāng)同一局域網(wǎng)內(nèi)的A主機(jī)給B主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)包在以HUB為架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)上是以廣播方式傳輸?shù)模擅恳慌_(tái)終端通過(guò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)包頭的地址信息來(lái)確

7、定是否接收。也就是說(shuō)，在這種工作方式下，同一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)上只能傳輸一組數(shù)據(jù)幀的通訊，如果發(fā)生碰撞還得重試。這種方式就是共享網(wǎng)絡(luò)帶寬。交換機(jī)擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機(jī)的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數(shù)據(jù)包以后，處理端口會(huì)查找內(nèi)存中的地址對(duì)照表以確定目的MAC（網(wǎng)卡的硬件地址）的NIC（網(wǎng)卡）掛接在那個(gè)端口上，通過(guò)內(nèi)部交換矩陣迅速將數(shù)據(jù)包傳送到目的端口，目的MAC若不存在才廣播到所有的端口，接收端口回應(yīng)后交換機(jī)會(huì)“學(xué)習(xí)”新的地址，并把它添加入內(nèi)部MAC地址表中。使用交換機(jī)也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”，通過(guò)對(duì)照MAC地址表，交換機(jī)只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過(guò)交換機(jī)。通過(guò)交換機(jī)的

8、過(guò)濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效的隔離廣播風(fēng)暴，減少誤包和錯(cuò)包的出現(xiàn)，避免共享沖突。交換機(jī)在同一時(shí)刻可進(jìn)行多個(gè)端口對(duì)之間的數(shù)據(jù)傳輸。每一端口都可視為獨(dú)立的網(wǎng)段，連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨(dú)自享有全部的帶寬，無(wú)須同其他設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)使用。當(dāng)節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)B可同時(shí)向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送數(shù)據(jù)，而且這兩個(gè)傳輸都享有網(wǎng)絡(luò)的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps的以太網(wǎng)交換機(jī)，那么該交換機(jī)這時(shí)的總流通量就等于2×10Mbps20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時(shí)，一個(gè)HUB的總流通量也不會(huì)超出10Mbps。總之，交換機(jī)是一種基于MAC地址識(shí)別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交

9、換機(jī)可以“學(xué)習(xí)”MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過(guò)在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標(biāo)接收者之間建立臨時(shí)的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達(dá)目的地址。2.2.4確定合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指用傳輸媒體互連各種設(shè)備的物理布局，就是用什么方式把網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)等設(shè)備連接起來(lái)。拓?fù)鋱D給出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、工作站的網(wǎng)絡(luò)配置和相互間的連接，它的結(jié)構(gòu)主要有星型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等。本網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常為以下兩種方式的綜合：星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：是指所有節(jié)點(diǎn)通過(guò)傳輸介質(zhì)與中心節(jié)點(diǎn)相連接，全網(wǎng)由中心節(jié)點(diǎn)執(zhí)行交易和控制功能。其特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于集中控制和管理，建網(wǎng)容易。樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

10、：將節(jié)點(diǎn)按層次連接，是一種具有頂點(diǎn)的分層或分級(jí)結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)為：由頂點(diǎn)執(zhí)行全網(wǎng)的控制功能，控制簡(jiǎn)單，易擴(kuò)展，故障隔離容易。當(dāng)計(jì)算機(jī)臺(tái)數(shù)較多或可靠性要求高時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用星型或樹型連接；對(duì)于少數(shù)幾臺(tái)距離較遠(yuǎn)或可靠性要求不高，共享任務(wù)不繁重，可考慮用一根電纜進(jìn)行總線型連接。2.2.5 OSI參考模型IEEE802.3在制定時(shí)突出的一個(gè)基本思想是將系統(tǒng)進(jìn)行邏輯劃分，并研究如何將連接在一起。我們知道，ISO組織將網(wǎng)絡(luò)按其功能劃分為7個(gè)功能層，每層都完成一特定功能。圖1所示為OSI參考模型。圖1 OSI參考模型路由器工作在網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層主要支持網(wǎng)絡(luò)連接的實(shí)現(xiàn),為傳輸層提供整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)端到端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?/p>

11、,完成尋址。從傳輸層來(lái)的報(bào)文在此轉(zhuǎn)換為分組進(jìn)行傳送，然后在收信節(jié)點(diǎn)在裝配成報(bào)文轉(zhuǎn)給傳輸層，并保證分組按正確順序傳遞。網(wǎng)絡(luò)層提供路徑選擇與中繼，對(duì)通信子網(wǎng)的流量進(jìn)行控制，防止因信息量過(guò)大造成通信子網(wǎng)的性能下降，甚至造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層，鏈路層主要功能是保證上層數(shù)據(jù)幀在信道上無(wú)差錯(cuò)的傳輸；實(shí)現(xiàn)鏈路管理。鏈路層為了保證通信雙方有效、可靠、正確的工作，把比特流劃分成幀，并規(guī)定識(shí)別幀的開始與結(jié)束標(biāo)志，以便于檢測(cè)傳輸差錯(cuò)及增加傳輸控制功能，并提供數(shù)據(jù)的流量控制。鏈路層由通信實(shí)體中實(shí)現(xiàn)鏈路層協(xié)議的硬件、軟件，調(diào)制解調(diào)器或其他的數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸電路與設(shè)備等構(gòu)成。2.3運(yùn)用packet

12、 tracer 5.0仿真圖2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2.4配置路由的程序代碼（1）Router0的配置如下：Router>enableRouter#configure terminalEnter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.Router(config)#interface Serial2/0Router(config-if)#no shutdownRouter(config-if)#Router(config-if)#exitRouter(config)#interface FastEthernet1/0Router

13、(config-if)#no ip addressRouter(config-if)#no shutdown%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet1/0, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet1/0, changed state to upRouter(config-if)#Router(config-if)#exitRouter(config)#interface FastEthernet0/0Router(config-if)#n

14、o shutdown%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/0, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/0, changed state to upRouter(config-if)#Router(config-if)#exitRouter(config)#router ripRouter(config-router)#Router(config-router)#end%SYS-5-CONFIG_I: Configured fro

15、m console by consoleRouter#copy running-config startup-configDestination filename startup-config? Building configuration.OKRouter#%LINK-5-CHANGED: Interface Serial2/0, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Serial2/0, changed state to upRouter#configure terminalEnter conf

16、iguration commands, one per line. End with CNTL/Z.Router(config)#interface FastEthernet0/0Router(config-if)#Router(config-if)#end%SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by consoleRouter#copy running-config startup-configDestination filename startup-config? Building configuration.OKRouter#（2）Router1

17、的配置如下：Router>enableRouter#configure terminalEnter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.Router(config)#interface Serial2/0Router(config-if)#%LINK-5-CHANGED: Interface Serial2/0, changed state to upno shutdownRouter(config-if)#clock rate 250000Router(config-if)#%LINEPROTO-5-UPDOWN:

18、 Line protocol on Interface Serial2/0, changed state to upRouter(config-if)#exitRouter(config)#interface Serial3/0Router(config-if)#no shutdown%LINK-5-CHANGED: Interface Serial3/0, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Serial3/0, changed state to upRouter(config-if)#Rout

19、er(config-if)#exitRouter(config)#interface FastEthernet0/0Router(config-if)#no shutdown%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/0, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/0, changed state to upRouter(config-if)#Router(config-if)#exitRouter(config)#router ripR

20、outer(config-router)#Router(config-router)#end%SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by consoleRouter#copy running-config startup-configDestination filename startup-config? Building configuration.OKRouter#（3）Router2的配置如下：Router>enableRouter#configure terminalEnter configuration commands, one pe

21、r line. End with CNTL/Z.Router(config)#interface Serial2/0Router(config-if)#clock rate 250000Router(config-if)#%LINK-5-CHANGED: Interface Serial2/0, changed state to upno shutdownRouter(config-if)#%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Serial2/0, changed state to upRouter(config-if)#exitRou

22、ter(config)#interface Serial3/0Router(config-if)#no shutdownRouter(config-if)#Router(config-if)#exitRouter(config)#interface FastEthernet0/0Router(config-if)#no shutdown%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/0, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/0, cha

23、nged state to upRouter(config-if)#Router(config-if)#exitRouter(config)#interface FastEthernet1/0Router(config-if)#no shutdown%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet1/0, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet1/0, changed state to upRouter(config-if)#Router(con

24、fig-if)#exitRouter(config)#router ripRouter(config-router)#Router(config-router)#exitRouter(config)#router ripRouter(config-router)#Router(config-router)#end%SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by consoleRouter#copy running-config startup-configDestination filename startup-config? Building confi

25、guration.OKRouter#%LINK-5-CHANGED: Interface Serial3/0, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Serial3/0, changed state to up（4）Router3的配置如下：Router>enableRouter#configure terminalEnter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.Router(config)#interface Seria

26、l2/0Router(config-if)#%LINK-5-CHANGED: Interface Serial2/0, changed state to upno shutdownRouter(config-if)#clock rate 250000Router(config-if)#%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Serial2/0, changed state to upRouter(config-if)#exitRouter(config)#interface Serial3/0Router(config-if)#%LINK

27、-5-CHANGED: Interface Serial3/0, changed state to upno shutdownRouter(config-if)#Router(config-if)#exitRouter(config)#interface FastEthernet0/0Router(config-if)#no shutdown%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/0, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/0,

28、changed state to upRouter(config-if)#Router(config-if)#exitRouter(config)#interface FastEthernet1/0Router(config-if)#Router(config-if)#exitRouter(config)#router ripRouter(config-router)#Router(config-router)#end%SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by consoleRouter#copy running-config startup-configDestination filename startup-config? Building configuration.OKRouter#Router#configure terminalEnter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.Router(config)#interface FastEthernet1/0Router(config-if)#no shutdown%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet1/0, changed