網絡工程實踐課程設計說明書(黑體2號)一、課程的性質、目的和任務 (黑體小三)網絡工程實踐課程設計是計算機專業的一門專業實踐課，其主要內容是規劃、設計和實現一個中小型網絡，課程設計所涉及的工作過程主要包括網絡方案的設計、網絡方案的實現。通過本課程設計，學生可以了解計算機網絡工程設計的一般過程，明確計算機網絡設計與建設的基本原則，熟悉計算機網絡需求分析的目標、任務與方法，掌握計算機網絡系統設計的通用方法，熟悉常用網絡設備的使用方法，掌握常用服務器的設計方法，并學會撰寫規范的計算機網絡設計方案說明書。本課程設計要求學生查詢有關Internet接入技術、常用局域網技術，在本課程的設計過程中，要求學生撰寫一份課程設計報告 (5000字以上)， 課程設計主題必須是與課程設計內容相關的學習內容，并由指導教師確定或審定。本課程設計為學生提供了一個既動手又動腦，獨立實踐的機會，將理論和實際有機的結合起來，鍛練學生的分析、解決實際問題的能力。從而提高學生網絡工程的應用能力，使學生可以提高學生分析問題和解決問題的能力和團隊協作的能力。1 課程目標設計1、能力目標（1）能理解并熟悉常見中小型企業的網絡系統集成方案；（2）能獨立完成中小型網絡設計前需求分析方案的設計，并正確分析需求分析結果；（3）能根據需求分析結構，獨立完成中小型網絡的設計方案；（4）能根據中小型網絡設計方案，獨立完成方案的組網與實施； （5）能根據項目需求，依據國家相關規定，協助完成網絡標書的寫作；2、知識目標（1）掌握網絡規劃需求分析的方法與技巧；（2）掌握邏輯網絡設計的方法；（3）掌握物理網絡設計的方法； （4）理解網絡標書的格式及書寫方法； （5）知道網絡招標的流程；（6）掌握常見網絡系統集成實施中的關鍵技術。3、素質目標(1)培養良好的邏輯表達和溝通能力。(2)培養良好的文案能力； (3)培養團隊協作意識；4.其他目標(1)成本與利潤的意識；(2)網絡安全防范的意識；(3)網絡冗余及可靠性保障的意識；(2)獨立分析和解決問題的能力二、網絡規劃、設計與實現的主要方法和過程 對網絡進行規劃設計時，一般從以下幾個方面進行。1、 需求分析選擇一家中小規模的網絡， 首先要選擇一家中小規模的網絡，通過實地調查等形式了解企業的組織結構、網絡建設的背景，明確網絡需求和網絡性能的評價標準。具體地，包括網絡建設的目的與原則、投資規模、現有網絡的問題與不足等；網絡系統中所包含的信息點的數量、分布及信息流量、應用程序的類型及對QoS的要求、是否需要提供廣域網接入和網絡安全上的考慮因素等。 （1）用戶需求目前辦公網絡主要功能實現辦公網絡內部資源共享。辦公網絡可共享的資源的主要有硬盤、光驅、應用程序、驅動程序以及重要的數據等。對于辦公網絡的安全主要涉及的是內部網絡共享資源的安全，保護這些重要數據信息的完整性、可用性、保密性和可靠性。（2）技術目標統一性、完整性、經濟實用性、可靠性與有效性、擴展性與先進性、安全性。安全性：保證辦公網絡具有信息安全的功能，主要包括：設備的安全性、應用級的安全性、網絡級的安全性、數據級的安全性。由于辦公網絡用戶離不開與外界進行交流，在享受Internet的服務的同時，防范網絡病毒、木馬等系統和數據的破壞，防止黑客入侵造成數據丟失或泄密等。統一性：規劃設計辦公網絡，應統一進行規劃，統一設計，分步實施，以方便辦公網絡的后期管理。完整性：保證整個辦公網絡的系統功能、數據安全、網絡管理等方面應有充分的保證。經濟實用性：每個公司在組建自己內外計算機網絡的時候，都需要考慮如何最有效的利用網絡資源，使有限的硬件設施獲得最優的可用帶寬，保證建成的網絡安全和規范，并且易于維護、擴展和高效使用。因此,在設計中要采用先進的、成熟的、實用性強的技術和性價比高網絡產品，不盲目的追求設備的高檔、技術的超前，以免造成不必要的資金浪費，從而使系統具有較強的實用性。可靠性與有效性：規劃設計時必須從系統結構、設計方案、設備選型、廠商的技術服務與維修響應能力、設備備件供應能力等多方面考慮，盡可能減少故障發生的可能性，縮小影響面。同時還須考慮與現有辦公設備和事務處理的整合。擴展性與先進性：進行網絡規劃設計時應具有較好的擴展性，以降低系統擴展的投入成本，并能充分滿足信息技術高速發展的需要。能適應近3-5年內的業務增長和突發性事件的需要，確保各級系統的可擴充性和先進性，并注意設備的冗余設計以及網絡的負載均衡。（3）網絡應用Web、FTP、E-Mail、VOD。2、 邏輯設計網絡設計分邏輯設計和物理設計。邏輯設計主要是邏輯拓撲設計，考慮連通哪些站點，地址如何分配和網絡技術選型等。物理設計是邏輯設計的物理實現，主要包括網絡設備選型和結構化綜合布線設計等。（1）整體結構設計根據需求分析，以層次化的網絡設計方法，選擇合適的網絡技術，設計一個性能價格比相對優化的網絡解決方案，該網絡要實現各種資源的兼容性，網絡整體安全性、先進性、可靠性，后續網絡的可擴展性、易管理性、高有效帶寬等。主要包括:組網技術的選擇，子網的劃分與隔離，共享資源的配置，應用服務器的設置，IP地址規劃等，綜合布線系統的規劃(工作區子系統，水平子系統，主干子系統，設備間子系統，建筑群子系統，管理子系統，需要考慮機房的安全、布局等等) 。（2）局部網絡結構設計3、物理設計主要是：布線、交換機與路由器配置（1）網絡中心的設計（2）每棟樓設計4.網絡設計方案的編寫以通用的網絡方案編制規范撰寫一個相應的書面文檔，在該文檔中要包括需求分析(網絡建設的目標與原則)、主干技術的選擇、工程總體設計(拓樸結構、功能設計、硬件與軟件選擇、結構化布線等)、網絡管理與安全、投資預算和設備清單。 5、網絡設計方案的實現（1）綜合布線系統的實現；（2）局域網的系統集成與網絡互連；（3）服務器系統的實現；(4)網絡安全系統的實現。6、測試（1）確定測試范圍（對哪個網段測試）（2）確定測試內容（連通性、性能、故障）三、設計（或上機）內容和基本要求 1、 認識傳輸介質(光纖、雙絞線、同軸電纜或無線介質)、綜合布線設備(指信息插座、端口設備、跳接設備、適配器、信號 傳輸設備、電氣保護設備和支持工具等)和其他有關的布線輔助材料或設備(如橋架、金屬槽、管或塑料槽、管等。2、 了解令牌網和FDDI的國際標準，掌握以太網家族中的快速以太網、千兆位以太網乃至最新的萬兆位以太網；3、 掌握常用的網絡設備如交換機，路由器、VPN等。4、 掌握以太網接入、調制解調器接入，了解線纜調制解調器接入、數字用環路XDSL技術接入(如高速HDSL、非對稱ADSL、超高速VDSL等)和綜合業務 數字網絡ISDN接入等。5、 選擇一家中小規模的網絡，通過實地調查等形式了解企業的組織結構、網絡建設的背景，明確網絡需求和網絡性能的評價標準6、 根據需求分析，以層次化的網絡設計方法，選擇合適的網絡技術，設計一個性能價格比相對優化的網絡解決方案。包括邏輯網絡拓撲設計、邏輯網絡地址規劃、網絡可靠性設計、網絡安全性設計、物理網絡設計、服務器(主要進行域控制器、DNS、WEB、FTP服務器設計)設計。7、 以通用的網絡方案編制規范撰寫一個相應的書面文檔，在該文檔中要包括需求分析(網絡建設的目標與原則)、主干技術的選擇、工程總體設計(拓樸結構、功能設計、硬件與軟件選擇、結構化布線等)、網絡管理與安全、投資預算和設備清單。四、參考設計題目： 1.規劃設計一個擁有200個機位的網吧。要求從以下幾個方面進行設計:1).需求分析(目的,特點,策略). 2).網絡規劃設計 結構選型(拓樸結構) . Internet接入. 硬件選擇(型號,配置). 軟件選擇(系統軟件,管理軟件,應用軟件). 傳輸介質. 3).可行性論證. 傳輸速度. 用戶接口(客戶機,操作系統,應用軟件,協議). 管理能力(技術, 安全) 投資費用(軟件,硬件,安裝,布線,培訓,維護等). 成本回收等.2.某中學校園網規劃方案的設計設計要求如下： 1). 建立辦公自動化系統 辦公樓共有40個信息點。要求通過校園網連至INTERNET，達到100M到桌面，并對財務科，人事科等科室進行單獨子網管理。 2). 建立考試監控系統 共有教學樓3座，120個信息點。 （1） 綜合教學樓一個，60個信息點。其中有10個實驗室，每個實驗室配置1臺PC和1個投影儀（此處無須上網）；20個教室，其中一個教室2個攝像機。 （2） 普通教學樓1：40個信息點，共20個教室，其中一個教室2個攝像機。 （3） 普通教學樓2：20個信息點，共10個教室，其中一個教室2個攝像機。 3). 建立綜合多媒體教室 信教中心：共120個信息點。有兩個多媒體教室，每個教室60臺PC。要求可網管，通過校園網上連至INTERNET，達到100M到桌面。 4). 為了滿足教職工的需要，提高教職工教學條件和水平，大力發展網上教學，優秀科目科件制作等。將教職工宿舍區的PC通過校園網上連至INTERNET，達到10M到桌面，以后可擴展到100M 。 5). 學校校園網建設所需PC和投影儀由校方自行選擇和安裝。學生宿舍由于高中階段學習生活的特殊性，不進行任何布置。3.企業網(園區網)設計每一個企業網(園區網)都有自己的特殊性，包括企業網(園區網)的環境和功能需求，這就要求必須針對這些特殊性進行專門的規劃與設計。1). 規劃和設計企業網(園區網)的主要步驟:首先，在規劃和設計企業網(園區網)前必須進行詳細的需求調研，搞清楚用戶現有的網絡狀況以及建網目標。限于網絡方面的專業技術水平，用戶往往無法清楚地對需求進行描述，這就需要設計人員揣摩用戶的意圖，通過各種方式了解用戶的需求。 有了需求以后，下一步就是對系統進行分析，對企業網(園區網)中的主要技術進行選型，根據先進性和實用性相結合，經濟性和可擴展性相結合，按可靠性、安全性、可管理性、可維護性的原則進行設計。具體包括主干網技術選型、主干網拓撲結構、Internet接入方式、廣域網互連方式、一些組網關鍵技術等。 接著是進行詳細的設計。首先是設備的選型，設備選型必須在滿足功能的前提下，遵循相關的設計原則；然后是VLAN的規劃、IP的規劃、路由的規劃；接著是進行可靠性、安全性的具體規劃以及網絡的管理規劃等。 最后，需要進行綜合布線系統設計和機房設計。 2). 企業網(園區網)在規劃過程中應遵循的原則。（1）標準化及規范化：采用開放的標準網絡通信協議，選擇符合工業標準的網絡設備、通信介質、網絡布線連接件及其相關器件器材。工程實施遵照國家電信工程實施標準進行。（2）先進性與成熟性：按照生命周期的原則，系統設計的基本思想，符合技術發展的基本潮流，使布線系統在其整個生命周期內保持一定的先進性。選擇合理的網絡拓撲結構，網絡工程中所用的設備、器材、材料以及軟件平臺應選擇與網絡技術發展潮流相吻合的、先進的、有技術保證的、得到廣大用戶認可的廠家產品。（3）安全性與可靠性：為了保證整個網絡系統安全、可靠地運行，首先必須在總體設計中從整體考慮系統的安全性和可靠性。在網絡設計階段以及在工程實施各個階段都必須考慮到所有影響系統安全、可靠性的各種因素。工程實施完成后，必須按照標準進行嚴格的測試。4.高校校園網的網絡規劃與設計. 高校校園網絡的規劃設計有多種解決方案，依學校的類型規模和性質的不同，以使網絡的設計方案有所不同，體現在技術、應用上更是不同。學校教師的教學、科研工作和學生的學習生活對一個高速的、資源豐富的和應用多方面的校園網絡的需求是迫切的、必需的，也是網絡規劃與設計者的目標。設計與規劃高校校園網要求:1)設計的校園網方案的設計應符合近、中和長期發展規劃 依據學校規模大小，結合學校教學科研的內容及其發展的需要，制定一個在未來十年中的近期、中期及長期的建設規劃，以保持網絡建設的延續性，并保護先前的投資(含各種硬件、軟件及信息資源)，能融入不斷涌現的新技術和新應用。2)合理利用I P地址資源IP(Internet protocol互聯網協議)地址是在Internet上的站點及相關設備的地址，它是由Internet指定數字委員會(IAAA)確定的，確保了它在世界上的唯一性。在IPv4技術應用于互聯網的今天，IP地址資源到2010年將近枯竭，在Ipv6技術應用之前，我們要合理使用IP地址資源。當申請到一個建網的IP地址之后，必須合理地劃分子網，每個子網中的IP地址要合理使用，既要滿足當今的需要，也要預留將來網絡擴展時所需，以便有足夠的各類服務器連入Internet。3)注重需求分析 校園網絡的規劃設計是一個系統建立和優化的過程，建設網絡的根本目的是在Internet上進行資源共享與通信。要充分發揮投資網絡的效益，需求分析成了網絡規劃設計中的重要內容，它提供了網絡設計應到達的目標，并有助于設計者更好地理解網絡應該具有的性能；結合學校的辦學規模、管理需求和師生對教學科研的需要，確立一個性能較高的網絡計算平臺. 同時，經過系統的需求分析，網絡的設計者還能更好地作出決策，評價現有的網絡，提供移植的功能及給所有校內師生更為合適的資源。4)合理選擇組網技術目前，可用于校園LAN（局域網）的技術有Ethernet（以太網）、Fast Ethernet（快速以太網）、 Gigabit Ethernet（千兆位以太網）、Token-Ring（令牌環網）、FDDI（光纖分布式數據接口）和ATM（異步傳輸模式）。從網絡應用、維護、安全和擴展方面而言，Fast Ethernet和ATM在實際應用中得到了廣泛的采用。同時，Gigabit Ethernet技術已成為大型Fast Ethernet的升級目標。ATM是一種快速分組交換技術，它在WAN（廣域網）上體現的強大功能和在LAN上的成功應用，均以事實說明了它的技術的先進性。在ATM中，不同速率的各種數據，如語音、圖像、視頻都被分成標準的53字節的信元，以光纖作為傳輸通道，避免了以太網中的“廣播風暴”，提升了網絡的整體性能。5)校園網絡的設計模式 一個良好的設計方案除體現出網絡的優越性能之外，還體現在應用的實用性、網絡的安全性、易于管理性和未來的可擴展性。因此，設計時要考慮以下問題： 要適應未來網絡的擴展和拓撲結構的變化。 要能為特定的師生用戶或用戶組提供訪問路徑。 要保證網絡能不間斷地運行。 當網絡擴大和應用增加時，變化的網絡結構要能應付相應的帶寬要求。 使用頻率較高的應用能夠支持網上大多數的師生用戶。 能合理地分配用戶對網內、網外的信息流量。 能支持較多的網絡協議，擴大網絡的應用范圍。 支持IP的單點傳送和多點廣播數據流。 要達到以上這些設計要求，分層的設計功能及星型、樹型和交叉型的拓撲結構應給予足夠的重視.6)網絡硬件的選擇 除網絡上的工作站使用普通的PC機外，主機的選擇應使用專業的高性能服務器。連接介質的選擇分兩部分，第一部分為各交換機（switch）之間（樓與樓之間，樓層之間）及網絡出口干線選擇光纖，第二部分為從訪問層的交換機到用戶的PC桌面選擇超五類雙絞線。如今，交換機的價格已是很低了，應盡可能選擇交換機而不用集線器。網絡連接的關鍵設備是路由器（Router），無論是Internet接入，異地網絡連接還是大型網絡廣播域的劃分，都離不開路由器。數據存儲設備，除可選擇大容量硬盤外，還可選磁帶機、磁盤陣列、光盤陣列，這些外存設備，均可用于儲存海量網絡數據，如圖書資料，多媒體素材及課件學生學籍和成績管理等。7)ISP的選擇 選擇ISP（Internet Service Provider ，Internet服務提供商）對不同類型的校園網絡至關重要。經過近十年的發展，目前在我國形成了以CSTNET（中科院的科學技術網）、CERNET（國家教育部的教育與科研網）、ChinaNet（中國電信網）和ChinaGBN(中國金橋網)為主的四大網絡體系，伴隨著IT與通信技術的不斷發展和社會的廣泛需求，近年來ChinaUNICOM(中國聯通)、CRC(鐵通)、CNC(中國網通)、JiTong(吉通)的接入服務也快速地增長。由于中國的互聯網服務商以各自網絡體系的發展為主，不同種類的大網之間缺乏協調機制，作為校園網絡，無論師生有哪些需求，都離不開以教學、科研為主的信息資源，90%的教育資源都集中在CERNet上，故校園網絡在選擇ISP時，就要重點考慮CERNet。8)網絡操作系統的選擇 網絡操作系統(Net Operation System)的選擇關系到網絡的應用、安全和管理。目前常用的網絡操作系統有：Unix、Linux、Netware、Windows 2000 Server/Advanced Server /Datacenter Serve。綜合以上這些網絡操作系統的特點與對網絡應用的支持，選擇一個或幾個適合于校園網內各子網服務器的操作系統，以適合各類應用、安全控制和管理。 5. 基于_(如:科來網絡分析系統) 系統的網絡性能測試與分析分析。1) 網絡性能測試與分析的主要要求一個網絡系統性能好壞的技術包括吞吐量、報文平均延遲時間、系統的平均響應時間、系統的報文平均隊長、最大工作站數、網絡吞吐量的最大距離和可靠性等。從應用系統的設計和網絡系統的維護、管理角度來看，用戶關心的技術指標是：網絡吞吐率（S）、介質利用率（U）和延遲時間（D）。 網絡測試監控通過直接對實際運行中的網絡系統的各種性能指標或與之相關的量進行直接的測試，從而對網絡系統的性能進行評價的方法。為了使測試值具有代表性，可以選擇網絡系統在比較接近條件的正常運行期間進行測試，例如要測試負載條件下的性能，就應該選擇在每天網絡使用最繁忙的時間內進行測試。對網絡性能進行測試和分析時，首先確定測試范圍（對哪個網段測試）；其次是確定測試內容或測試參數（連通性、性能、故障）。在測試中主要測試網絡的流量組成、協議分布和用戶行為。網絡流量分析是指捕捉網絡中流動的數據包，并通過查看包內部數據以及進行相關的協議、流量分析、統計等來發現網絡運行過程中出現的問題，流量分析一般有以下主要功能(1) 流量監控和分析流量監控包括對不同粒度的分析對象的流量趨勢分析，并可設置報警閾值。可制定監控策略，獲取指定時間內分析對象的平均流量、最大流量、平均包數、最大包數、平均Session數、最大Session數等，應可定制流入/流出或雙向兩種統計方式。流量監控應支持豐富的統計圖表，提供基于監控策略的橫向和縱向數據分析和比較。提供對不同應用層協議、TOS和IP的TopN(前N個)等數據。通過對各種分析對象進行流量分析，可以清楚地描述出各分析對象的網絡帶寬的最大占用者，以便于進行以后的網絡管理和用戶跟蹤。可根據攤分策略對分析對象之間流量進行費用分攤，可以組合不同的分析對象制定攤分策略，根據不同設備出口設定費率、針對用戶類型分類統計、根據攤分對象的流量和費用做統計排名等。(2)異常流量偵測 提供實時流量分析，發現了異常，可在實時中對該異常的策略進行有針對的觀測。可針對IP、IP對、AS、AS對、IP段、IP段對、全網的協議、Tos等進行單雙向流量和包的TopN實時顯示。(3)記錄、存儲功能 包括對指定網絡流量連續記錄和存儲，以及對系統訪問、侵入過程的進行記錄分析。以便于事后進行故障重現，更有效的故障排除。防止偶發性故障再次發生，甚至惡化。(4)異常報警 當流量超過閾值并持續一定時間后，以及偵測到異常流量等情況時，可以及時采取措施維護網絡的性能。在測試過程一般采用主動測試或被動測試多網絡性能的相關技術指標進行測試:2) 網絡性能測試與分析的主要內容(1)、網絡設備測試(2)、子系統測試(3)、網絡測試(4)、全網性能測試(5)、網絡安全測試3)、測試方式:(1)、主動測試主動測試是在選定的測試點上利用測試工具有目的地主動產生測試流量注入網絡，并根據測試數據流的傳送情況來分析網絡的性能。(2)、被動測試被動測試是指在鏈路或設備（如路由器和交換機等）上對網絡進行監測，而不需要產生流量的測試方法。4)、測試參數選取原則（1）參數必須是具體而明確的。（2）參數本身可以對高層應用產生影響，且用戶可以感知。（3）參數的定義不依賴于具體的網絡技術與拓撲，并用與具體網絡無關的術語進行描述。（4）參數的測試具有可重復性，在相同條件下測試多次應得到相同的測試結果。（5）參數的測試結果對于采用相同技術的網絡不應該表現出差異性，對采用不同技術的網絡應該表現出差異性。（6）參數的選擇應避免引入人為的性能目標。(7)網絡性能的五項基本技術指標:可用性(availability)響應時間(response time)網絡利用率(network utilization)網絡吞吐量(network throughput)網絡帶寬容量(network bandwidth capacity)5)、測試的不確定性與誤差分析 (1)、對于測試來說最重要的就是準確可靠，因此在設計測試方法或選擇測試工具之前應該盡量避免進行假設，尤其是帶有不確定性的假設。 (2)對結果進行誤差分析的一個主要方式就是分析結果中的不合理值。6)、測試結果的統計方法 (1)（1） 對測試結果的統計分為兩個方面：統計方式和統計方法。（2） 對結果的統計方式實際上就是對結果進行抽樣。(3)對測試結果的統計方法就是對測試結果進行統計的不同算法以及對結果的表示方法。(4)對測試（采樣）值的表示可以采用統計分布方法7)、測試方法(1)、基于SNMP基于SNMP的流量分析就是通過SNMP協議訪問設備獲取MIB庫中的端口流量信息，獲得設備端口的實時或者歷史的流入/流出帶寬、丟包、誤包等性能指標，從而對網絡設備端口的整體流量進行分析，典型工具有MRTG(Multi RouterTraffic Grapher)。 (2)、基于網絡探針（Probe）基于網絡探針方式的數據抓包、分析和統計等功能一般都在網絡“探針”上以硬件方式實現，分析的結果存儲在探針的內存或磁盤之中，具體的前端展現依賴與之對應的專門軟件。因此具有效率高、可靠性高、高速運行不丟包的特點。本種方式可深入的對網絡2層、3層甚至7層的特性進行詳細分析。常見的產品有福碌克的Opyiview ，Agilent的 NetMetrix 及其Probes，NetScout 的nGenius Performance Manager 及其Probes等。(3)、基于實時抓包分析基于實時抓包的分析分析技術提供詳細的從物理層到應用層的數據分析。但該方法主要側重于協議分析，而非用戶流量訪問統計和趨勢分析，僅能在短時間內對流經接口的數據包進行分析，無法滿足大流量、長期的抓包和趨勢分析的要求。常見的產品有NAI 的Sniffer Pro，免費的tcpdump、ethereal等。(4)、基于流（Flow）的流量分析目前基于流的分析技術主要有兩種：sFlow和NetFlow。sFlow是由InMon、HP和Foundry Networks聯合開發的一種網絡檢測技術，它采用數據流隨機采樣技術，可以適