网络设计及组网技术

1. 网络设计及组网技术 • 计算机网络设计与集成是一系列技术和工作的组合，其中包括主要步骤和内容如下： • 确定组网目标 • 进行用户的需求分析和调研 • 进行系统方案设计 • 进行市场产品类型、性能和价格的调研

2. 主要步骤和内容 • 进一步与用户商讨需求，并进行详细的工程设计 • 实现LAN工程布线并进行测试和验收 • 安装网络硬件设备并进行调试和验收 • 安装系统软件并进行调试和验收

3. 系统设计 • 在系统设计时，必须按以下五个方面进行考虑： • 建设目标 • 建设原则 • 主要技术路线 • 方案设计原则 • 设备选型原则

4. 建设目标——最终目标 • 网络建设到怎样的规模，如何满足用户需求，最终目标的几个关键必须确定： • 采用的网络协议：TCP/IP 还是别的 • 体系结构：是Intranet还是非Intranet • 计算模式：是传统C/S模式，还是B/S， • 还是B/S/D模式 • 网络上最多站点数和网络最大覆盖范围 • 网络安全性的要求

5. 建设目标——最终目标（续） • 网络上必要的应用服务和预期的应用服务 • 根据应用服务需求，对整个系统的数据量、数据流量及数据流向有个估计。从而可以大致确定网络的规模及其主干设备的规模和选型。

6. 建设目标——近期目标 • 对于近期建设目标，一般比较具体，容易实现，但必须注意以下几点： • 近期建设目标所确定的网络方案必须有利于升级和扩展到最终建设目标； • 在升级和扩展到最终建设目标的过程中，尽可能保护近期建设目标的投资。

7. 主要技术路线 • 系统中采用的技术尽可能是当前的先进技术，并经过考验的，即成熟的技术 • 统一技术规范和标准，统一设备选型 • 尽量采用基于TCP/IP协议的Intranet体系结构，保证系统的开放性 • 系统具有良好的可扩展性 • 必须保证系统的可靠性和安全性 • 系统具有足够的服务质量保证

8. 方案设计原则 • 实用性：系统能满足应用（近期和进一步扩展）的需求，力求最高性能价格比 • 可靠性：采用性能可靠的设备和成熟的技术手段，保证系统的高可靠性 • 先进性：先进性包括设计思想、软硬件设备、网络结构以及使用的开发工具均尽可能体现先进性。 • 安全性：确保系统内部的数据和数据访问以及传输的信息是安全的 • 兼容性与可扩充性：采用技术成熟的、标准化的且有发展潜力的技术，保证系统的扩展能力 • 开放性：开放的系统才是最具有生命力的 • 可管理性：各设备支持网络管理协议

9. 设备选型原则 • 设备的技术先进性 • 设备的性价比 • 售后服务（保修期、提供在线服务、响应时间、备件库等） • 厂商的信誉（经济实力、技术实力、市场占有率等） • 设备功能的扩展性以及对未来新技术的适应能力 • 设备结构的可靠性，主干设备一般应配置热备份电源和热备份关键模块

10. 设备选型原则（续） • 设备维护、管理和使用的方便程度 • 所选择的设备最好已经在其他网络工程中有成功的案例 • 交货期限和信用，要保证工程如期实施 • 系统软件的升级条件是否优惠 • 手册和培训的保证，以便用户尽快的掌握设备的使用

11. 主要网络技术分析 • 现存主要的局域网技术有： • 10BASE-2、10BASE-5、10BASE-T (10M)、Fast Ethernet (100M)、Gigabit Ethernet (1000M)、Token Ring (16M)、FDDI (100M)、ATM 、10G以太网

12. 以太网 • 以太网是基于冲突检测(CSMA/CD)的协议，共享介质且共享10Mbps的频宽。 • 10BASE2、10BASE5是最早期的总线型局域网技术，适合于较小的单位、很少的网点，且价格较便宜。 • 不足：单点故障、扩展困难、可靠性较差。

13. 以太网帧格式 • 以太网帧为可变长：64~1518 字节 • 帧越长，网络效率越高 • 网络中小帧比较常见

14. 物理地址 • 物理地址、网卡地址、MAC地址、硬件地址在以太网中是等同的。 • 用6个字节表示，前三个字节为厂家代号，后三个字节为产品序列。 • 如： AA:00:04 DEC • 00:00:0C Cisco • 02:60:8C 3Com • 08:00:07 Apple

15. 帧类型 • 类型域 〉1500， 为EthernetII 帧格式（如：0800 表示IP, 8138 表示IPX, 6004表示Decnet) • 类型域后连续跟两个字节: 0xAAAA, 为Ethernet SNAP 帧格式 • 类型域后连续跟两个字节: 0xFFFF, 为Novell 专用帧格式（802.2 RAW) • 否则为IEEE802.3 帧格式

16. IEEE 802.3 Ethernet Type II 802.3 SNAP 802.3 RAW

17. 总线型以太网（10 Base2)

18. 10Base2/10Base5(总线型结构）

19. 10BaseT无屏蔽双绞线 • IEEE于1990年推出新规格10BaseT,将共享内建于集线器(Hub)的内部，对外连线则采用星状布线。网络上任何一段线路出现故障，不会影响到网络上其他使用者。 • 双绞线比传统的同轴电缆轻巧，在办公室中颇受欢迎。但它的缺点是易受电磁干扰，驱动距离最远仅为100米。

20. 星型结构

21. 10BaseF光纤 • 同轴电缆由于电气衰减及电磁干扰，隔离效果较差，使得局域网的距离受到限制。当网络系统较大或需要较大频宽传输信息时，选择以光纤为主干的网络。 • 光纤的直径减小到只有一个波长8~10 um，可使光线一直向前传播，光源一般为激光，称单模光纤。衰减小，传输远，容量大。 • 可以存在多条不同角度入射的光线，直径一般为50 ~100 um，光源一般为发光二极管，称多模光纤。传输距离短。

22. 光纤

23. BASE--Baseband 局域网分段长度 (以100米计) 局域网速率 (Mbps) 10 base-2 10base-5 10base-2 10base-T 10base-FP 10base-FB 速率Mbps 10 10 10 10 10 基带 基带 基带 基带 基带 信号方法 最大分段 长度(m) 500 185 100 500 2000 非屏蔽 双绞线 50欧粗 同轴 50欧细 同轴 光纤 光纤 媒体 拓扑 总线型 总线型 星型 星型 星型

24. 10M以太网中继器规则 • 允许5个网段 • 在信道上只允许4个中继器 • 其中3个网段可以放置节点 • 另2个网段除了中继器链路外，不能有任何 • 节点 • 以上组成1个冲突域，最大节点数为1024， • 最大传输距离为2500米

25. 快速以太网 • 快速以太网联盟认为：100BaseT是10BaseT的真正继承者，100BaseT保留了大多数10BaseT的布线规则和CSMA/CD介质访问方式，具有以下特点： • 从传统10BaseT以太网的升级较容易，投资少，与现有10BaseT网的集成也很简单。 • 众多厂家支持，产品价格相对较低。 • 安装和配置简单，现有的管理工具依然可用。

26. 100BaseT • 不足之处： • 基于碰撞检测原理的总线竞争方式使100Mbps的带宽在通讯量增大时损失很快。 • 不适合多媒体实时传送的要求。 • 在一个冲突域中传输距离有限。

27. 100M以太网传输介质

28. 100M以太网中继器组网规则： 对于I类中继器，只允许连接1个中继器， 每段最长100米 对于II类中继器，最多允许2个中继器， 可以由两段各100米长的链路及5米长的 中继器链路 I类中继器：支持不同编码的介质，延迟：0.7us II类中继器：只支持相同编码的介质，延迟：0.46us

29. 快速以太网Hub组网跨距 I类中继器 100m 100m 100m 163m 100BaseF 100BaseT4 II类中继器 5m 100m 100m 185m 100m 100BaseT 100BaseF

30. 快速以太网光纤(MMF)组网跨距 412 m 272 m 320 m 228 m

31. Switch及广播域 • L-2 Switch: 工作在数据链路层，按MAC地址转发数据包，实质上是一个多端口网桥。可分离出多个冲突域，但无法克服广播风暴。所有端口都在同一个广播域中。 • L-3 Switch:工作在网络层，按逻辑地址（如IP/IPX)转发报文。一般用专门硬件（ASIC)实现。带有路由功能，可分离多个广播域，提高网络性能及安全性。 • L-4 Switch: 工作在传输层，它通过TCP/UDP的端口号对访问网络的应用加以控制。

32. 全双工以太网 • 在链路的两个方向上同时进行收发操作，从而使其链路的总带宽提高到一倍。 • 基于Switch技术，要求点对点满足。 • 不需要载波侦听，不需要冲突监测。不受以太网定时规则的限制。 • 提高网络性能、扩展网络距离。

33. Switch+Hub组网跨距 5m 100m 100m 100m 412m 100m 半双工 2km 100m 全双工 163m 100m 100m 快速以太网网络设计

34. 100VG-AnyLAN • 由包括HP和AT&T在内的厂商开发的该协议具有下述特点： • 同时支持802.3和802.5两种标准的帧格式 • 采用需求优先访问模式可通过减少或消除碰撞和再传递而增加有效带宽 • 在传输请求中识别优先级，在一定程度上支持多媒体实时应用

35. 100VG-AnyLAN • 不足之处： • 有限的供应商支持，缺乏竞争使它的技术拓展受到限制并使它的价格较高 • 线路上使用4对双绞线传送有用信号，传统10Base-T设备需更新，升级不便 • 100VG-AnyLAN与传统10Base-T网集成需要一个网桥 • 网段最大跨距200米 • 没有容错（不支持生成树协议），所以对主干应用来说不理想

36. FDDI • 它的优点在于： • 令牌传递模式和一些带宽分配的优先机制使它可以适应一部分多媒体通讯的需求 • 有众多的产品供应商和互联产品，与传统网络的集成很容易 • 双环及双连接方式具有容错功能 • 网络可延伸达200km，支持500个工作站

37. FDDI • FDDI弱点： • 居高不下的价格限制了它走向桌面的应用，无论安装和管理都不简单 • 基于带宽共享的传输技术从本质上限制了大量多媒体通讯同时进行的可能性 • 支持数字化语音、图像的新一代FDDI标准迟迟未能发布出来，而且交换式产品虽然可以实现，但成本无法接受

38. 异步传输模式—ATM • ATM(异步传输模式)，是一种面向连接的快速分组交换技术，建立在硬件交换的基础上。它可以为每个工作站分配专用带宽。每个交换机的端口都特定于某一单个节点，并且在ATM网络中不存在共享的访问方式。它兼有分组交换的可调带宽和高速度，以及电路和帧交换固有的低时延。类似于分组交换，ATM将信息分成固定大小的信元，但不使用分组交换的差错校检功能以提高速度。

39. 异步传输模式—ATM • 不足之处： • 价格较高 • 技术复杂，管理比较困难 • 不同公司产品间的互连不稳定 • ATM到桌面成本太高， 通过LANE等技术实现与以太网互连，实际上又未体现其优势。

40. Gigabit Ethernet千兆以太网 • 主干采用千兆以太网的好处在于：千兆位以太网将提供 10 倍于快速以太网的性能并与现有的 10/100 以太网标准兼容。同时为 10/100/1000 Mbps 开发的虚拟网VLAN标准 802.1Q以及优先级标准 802.1p 都已推广，千兆网已成为构成网络主干的主流技术。

41. 千兆以太网跨距 • 1000BaseLX MMF 62.5μm 330M HD 550M FD • MMF 50μm 330M HD 550M FD • SMF 10μm 330M HD 3KM FD • 1000BaseSX MMF 62.5μm 300M FD • MMF 50 μm 330M HD 550M FD • 1000BaseCX TW型 STP 25M HD 25M FD • 1000BaseT 5类 UTP 100M HD 100M FD

42. 提高局域网性能

43. 提高网络性能 • LAN分割 • 用网桥分割LAN • 用路由器分割LAN • 用交换机分割LAN

44. LAN分割 • 单个网络可以被分割成多个称为网段的单元。每个网段使用CSMA/CD方式，并维护网段内用户之间的流量。

45. LAN分割 • 通过使用网络中的网段，当在网段内部相互通信时，较少的用户/设备共享10Mbps的带宽。每个网段都是它自己的冲突域。 • 在分割式的Ethernet LAN中，网段之间的数据通过网桥、路由器或交换机来传送。 • 流量模型基本符合80/20原则。

46. 用网桥分割LAN • 网桥“学习”网络的方式是通建立地址表，记录每个网络设备的地址和相应的网段。网桥根据数据帧的MAC地址进行转发。 • 对于网络上的其它设备而言，网桥是透明的。 • 网桥增加了网络时延。这个时延是由网桥在做出决策且发送数据时产生的。 • 在转发数据帧到其它端口以前，网桥必须检查目的地址域，且计算CRC。如果目的端口忙，网桥可以临时把数据帧存储起来，直到目的端口空闲。由于这个过程花费的时间降低了网络的传输速度，增加了时延。

47. 用路由器分割LAN • 路由器在网络层操作，它根据网络层地址做出网段之间的数据转发决策。 • 路由器通过检查数据分组的目的地址，然后在路由器中查询转发指令来做出转发决策。为了选择到目的地的最佳转发路径，路由器必须检查分组。这个过程需要花费时间。

48. 用交换机分割LAN • 交换机可以把LAN分割成微小的网段，即单个主机的网段。可从一个大的冲突域中生成无冲突的域。 • 尽管LAN交换机去除了冲突域，所有链接在交换机的主机仍然在同一个广播域。所以，所有连接在LAN交换机的节点都能看到从一个节点来的广播。 • 一个直接链接在Ethernet交换机的计算机可以有自己的冲突域，但能完全占有带宽。

49. 交换技术

50. 主要内容 • 第二层交换和第三层交换 • 对称交换和非对称交换 • 存储缓冲 • 基于端口的存储转发 • 共享式存储转发 • 交换方式 • 存储转发 • 直通式 • 快速转发 • 自由分割