网络规划与设计

第一单元 网络规划与设计

第一章 网络系统结构与设计的基本原则

学习目的：

1、掌握广域网、城域网与局域网的主要技术特点

2、了解大型网络系统的结构特点

3、了解大型网络系统设计的基本知识

4、掌握宽带城域网特点、结构与主要技术特征

5、了解宽带城域网主要技术方案与设备选型的基本知识

1.1 基础知识

1.1.1 计算机网络的分类

按覆盖的地理范围：局域网（LAN）、城域网(MAN)与广域网(WAN)。

1.1.2计算机网络结构的特点

资源子网与通信子网（接口报文处理机，IMP）

1.1.3广域网技术的发展

一、广域网是一种公共数据网络（PDN）

二、广域网技术研究的重点是宽带核心交换技术

1.1.4局域网技术的发展

以太网技术的发展三个方向：

提高以太网的数据传输速率：传统以太网、快速以太网、千兆以太网与10G以太网

局域网互联技术的发展

交换式局域网技术的发展

1.1.5城域网技术的发展

一、城域网概念的演变

宽带城域网

二、宽带城域网建设对传输网络和服务业务的影响

三、城域网发展的主要业务

1.2 实训任务

1.2.1实训任务一：宽带城域网的逻辑结构

一、宽带城域网的逻辑结构

“三个平台与一个出口”（网络平台、业务平台、管理平台与城市宽带出口。）

二、网络平台的层次结构

核心交换层、边缘汇聚层与用户接入层

三、核心交换层、边缘汇聚层与用户接入层的主要功能

1、核心交换层的基本功能

2、汇聚层的基本功能

3、接入层的基本功能

接入层解决的是“最后一公里“问题。

在降低网络造价的前提下，系统能够满足当前的数据交换量，接入的用户数与业务类型的要求，并具有可扩展的能力。

1.2.2实训任务二：宽带城域网组网的基本原则

可运营性，可管理性，可盈利性及可扩展性。

1.2.3实训任务三：管理和运营宽带城域网的关键技术

带宽管理、服务质量、网络管理、用户管理、多业务接入、统计与计费、IP地址的分配与地址转换与网络安全。

1.2.4实训任务四：构建宽带城域网的基本技术与方案

一、基于SDH技术的城域网

二、基于10G Ethernet 技术的宽带城域网

三、基于弹性分组环RPR技术的城域网

1.2.5实训任务五：网络接入技术与方法

一、接入网技术发展的背景

二、接入服务的界定

三、接入技术与“数字会聚”、“三网融合”

四、宽带接入技术的基本类型

五、各种接入技术的特点

1.数字用户线xDSL接入技术

2.光纤同轴电缆混合网HFC的基本概念

3.光纤接入技术

4.宽带无线接入技术

第一章习题：

一、选择题：

1.宽带城域网技术特征：

A.城域网的概念泛指：网络运营商在城市范围内提供各种信息服务业务的所有网络；

B.它是以TCP/IP协议为基础，通过各种网络互联设备；

C.它可以实现语音、数据、图像、多媒体视频、IP电话、IP接入和各种增值业务服务与智能业务服务

D.它是一种典型的城域网技术。

2.目前宽带城域网保证服务质量要求的技术主要有：资源预留、区分服务与多协议标记交换。

3. 10Gbps Optical Ethernet 技术优势：

A.组建同样规模的宽带城域网，Optional Ethernet 的造价是SONET的1/5，是ATM的1/10；

B.IEEE已经对速率从10Mbps，100Mbps，1Gbps，10Gbps技术标准化了，除100Gbps外；

C.Ethernet技术能够覆盖从宽带城域网的核心层，汇聚层到接入层的各种需求。

D.如果一个宽带城域网的各个层次能够用同一种技术，那么这种网络在设计、组建、运行、管理和人员的培训等方面都是很方便和有效的。

4.接入服务描述：

A.我国信息产业部对接入服务有明确的规定，接入服务是属于“电信业务的第二类增值电信业务”

B.Internet接入服务是指利用接入服务器和相应的软硬件资源建立业务结点，并利用公用电话基础设施将业务结点与Internet骨干网相连接，以便为各类用户提供接入Internet的服务。

C.从网络层次的角度来说，接入网是物理层的问题。

D.Internet接入服务业务主要有两种应用：一是为Internet信息服务业务(ICP)经营者提供Internet接入服务；二是为普通上网用户提供Internet接入服务。

5.宽带城域网在组建方案中一定要按照电信级运营的要求，考虑设备冗余、线路冗余、路由冗余以及系统故障的快速诊断与自动恢复。

6.802.11定义了使用红外，跳频扩频与直接序列扩频技术。802.11b定义了使用跳频扩频技术，传输速率为1Mbps，2Mbps，5.5Mbps与11Mbps.

二、填空题

1.宽带城域网要求能够提供高传输率和服务质量保证。

2.宽带城域网的出现使得电信传输网、计算机网络和广播电视网之间的界限变得越来越模糊了。

3.宽带城域网的网络平台的层次结构又可以进一步分为：核心交换层、边缘汇聚层与用户接入层。

4.宽带城域网的核心与关键设备一定是电信级的。

5.宽带城域网的用户管理主要包括：用户认证、接入管理与计费管理。

6.宽带城域网必须具备IP地址分配能力，能够支持动态和静态地址分配，支持网络地址转换（NAT）功能。

第二章 中小型网络系统总体规划与设计方法

学习目的：

1、了解网络信息系统结构与网络信息系统规划的基本方法；

2、掌握网络系统设计的基本方法；

3、掌握服务器选型的基本方法；

4、掌握网络安全设计的基本方法。

2.1 基础知识

2.1.1 基于网络的信息系统基本结构

一、网络运行环境（机房与电源）

二、网络系统（网络传输基础设施与网络设备）

三、网络操作系统

四、网络应用软件开发与运行环境（网络数据库管理系统与网络软件开发工具）

五、网络管理与网络安全系统

2.1.2 网络系统组建工程的阶段划分

2.1.3 网络需求调研与系统设计的基本原则

2.2实训任务

2.2.1 实训任务一：网络用户调查与网络工程需求分析

一、网络用户调查（网络用户调查与网络应用需求调查）

二、网络结点地理位置分布情况（用户数量及分布的位置、建筑物内部结构情况调查、建筑物群情况调查）

三、应用概要分布

四、网络需求详细分析

2.2.2实训任务二：网络总体设计基本方法

一、网络工程建设总体目标与设计原则

二、网络结构与拓扑构型设计方法

三、核心层网络结构设计

四、汇聚层网络与接入层网络结构设计

2.2.3实训任务三：网络关键设备选型

一、网络关键设备选型的基本原则

二、路由器选型的依据

三、交换机分类与主要技术指标

2.2.4实训任务四：网络服务器选型

一、网络服务器的分类

二、网络服务器性能

三、服务器选型的基本原则

2.2.5实训任务五：网络系统安全设计的基本方法

一、网络安全技术涉及的基本内容

1、网络防攻击技术

2、网络安全漏洞与对策的研究

3、网络中的信息安全问题

4、防抵赖问题

5、网络内部安全防范

6、网络防病毒

7、垃圾邮件、灰色软件与流氓软件

8、网络数据备份恢复与灾难恢复

二、网络系统安全设计的原则

第二章习题：

一、选择题

1、网络运行环境描述：

A.网络运行环境是指保障网络系统安全、可靠与正常地运行所必需的基本设施与设备条件

B.它主要包括机房与电源两部分

C.机房是放置核心路由器、交换机、服务器等核心设备的场所，包括各个建筑物中放置路由器、交换机与布线设施的设备间、配线间等场所

D.关键的网络设备（如核心路由器、交换机、服务器）对供电条件的要求是很高的，必须保证由专用的UPS系统供电。

2、网络需求调研与系统设计的基本原则的描述：

A.从充分调查入手，充分理解用户业务活动和信息需求

B.运用系统的观念，完成网络工程技术方案的规划和设计

C.各阶段文档资料必须完整与规范

D.大型网络系统的建设需要聘请专业的监理公司对项目执行的全过程进行监理。

3、对网络结点地理位置分布情况调查的主要内容包括：用户数量及分布的位置、建筑物内部结构情况，以及建筑物群情况。

4.利用新一代网络技术组建大型企业网的基本结构设计原则：

A.网络结构采用3层结构

B.核心层网络用于连接服务器集群、各建筑物子网交换路由器，以及与城域网的出口；

C.汇聚层网络用于将分布在不同位置的子网连接到核心层网络，实现路由汇聚的功能；

D.接入层网络用于将终端用户计算机接入到网络之中。

5、核心层网络一般要承担整个网络流量的40%-60%。

6、路由器的冗余表现在：接口冗余、电源冗余、系统板冗余与整机设备冗余。

二、填空题

1、网络应用软件开发与运行环境包括：网络数据库管理系统与网络软件开发环境。

2、网络需求详细分析主要包括：网络总体需求分析、综合布线需求分析、网络可用性与可靠性分析、网络安全性需求、以及分析网络工程造价估算。

3、大型企业网基本结构采用3层结构的经验数据是：结点数在250-5000个。

4、网络系统分层设计的另一个好处是可以方便地分配与规划带宽，有利于均衡负荷，提高网络效率。经验数据是：层次之间的上联带宽与下联带宽之比一般控制在1:20。

5、路由器一般是根据路由器背板交换能力来划分的。背板交换能力大于40Gbps的称高端路由器。

6、Internet 通用服务器主要包括：E-mail服务器、FTP服务器、WWW服务器、DNS服务器，以及远程通信服务器、代理服务器等。

第三章 IP地址规划设计

学习目的：

1、了解地址规划的基本要求

2、掌握IP地址的标准分类

3、掌握子网地址规划方法

4、掌握VLSM地址规划方法

5、掌握CIDR地址规划方法

6、掌握内部网络IP地址规划与地址转换NAT基本方法

7、了解IPv6地址特点

3.1 基础知识

3.1.1 IP地址的概念与划分地址新技术的研究

一、标准分类的IP地址

二、划分子网的三级地址结构

三、构成超网的无类域间路由(CIDR)技术

四、网络地址转换(NAT)技术

3.1.2标准分类的IP地址

一、A类地址

二、B类地址

三、C类地址

四、特殊地址（直接广播地址、受限广播地址、“这个网络上的特定主机”地址与回送地址）

3.1.3划分子网的三级地址结构

一、子网的基本概念

二、划分子网的地址结构

三、子网掩码的概念

3.1.4无类域间路由（CIDR）技术

一、无类域间路由（CIDR）技术的基本概念

3.1.5专用IP地址与内部网络地址规划方法

一、全局IP地址与专用IP地址

二、NAT方法的局限性

3.2实训任务

3.2.1实训任务一：IP地址规划方法

一、IP地址规划的基本步骤

二、地址规划的基本方法

3.2.2实训任务二：子网地址规划方法

一、子网地址规划的基本方法与步骤

二、子网地址规划示例

3.2.3实训任务三：可变长子网掩码（VLSM）地址规划方法

一、可变长度子网掩码（VLSM）地址规划方法

二、可变长度子网掩码（VLSM）地址规划案例

3.2.4实训任务四：CIDR地址规划方法

一、CIDR地址规划方法示例

二、对划分结构的分析

3.2.5实训任务五：内部网络专用IP地址规划与网络地址转换(NAT)方法

一、内部网络的专用IP地址选择的依据

二、规划内部网络地址系统的基本原则

三、内部网络地址规划案例

四、NAT的基本概念

五、网络地址转换(NAT)的基本工作原理

3.2.6实训任务六；IPv6地址规划基本方法

一、IPv6地址的主要特征

二、IPv6地址的分类

三、IPv6地址表示方法

四、IPv6地址表示时需要注意的问题

第三章习题：

一、选择题

1.201.161.20.255是直接广播地址。

2.专用IP地址：10.0.0.0-10.255.255.255，172.16-172.31，192.168.0-192.168.255。

3.网络地址规划需要回答的基本问题：

A.这些合法的主机地址是什么？

B.这个被选定的子网掩码可以产生多少个子网？

D.每个子网内部合法的netID是什么？

4.IPv6地址FE80:0:0:09A:FE:0:0:4CA2可以简写：FE80::09A:FE:0:0:4CA2。

5.A类地址中的专用IP地址块10.0.0.0-10.255.255.255,由用户分配的子网号与主机号的总长度为：24位。

6、网络地址规划的内容：

A.计算满足用户需要的基本网络地址结构

B.计算地址掩码

C.计算网络地址

二、填空题

1.标准分类的A类、B类与C类IP地址采用“网络号-主机号”的两级结构。

2用于网络软件测试和本地进程间通信的Ping应用程序使用回送地址：127.0.0.0.

3.一个B类地址分为64个子网的例子，借用原16位主机号中的6位，该子网的主机号就变成了10位。那么子网掩码用点分十进制可以表示为：255.255.252.0。

4.根据网络总体设计中物理拓扑设计的参数，确定以下两个主要数据：网络中最多可能有的子网数量、网络中最大网段已有的和可能扩展的主机数量。

5.CIDR地址的一个重要的特点是：地址聚合和路由聚合的能力。

6.在网络地址划分中除去网络地址与广播地址之外的网络地址都是主机可以使用的IP地址。

第四章 路由设计基础

学习目的：

1、了解路由选择算法与路由协议的基本概念

2、理解IP路由选择与路由汇聚的基本知识

3、理解自治系统与Internet的路由选择协议的基本知识

4、掌握IGP、OSPF与BGP协议的基本知识

5、掌握网络路由互联设备选型的基本原则和知识

4.1基础知识

4.1.1分组转发的基本概念（直接转发和间接转发）

4.1.2路由选择的基本概念

一、路由选择算法的主要参数（跳数、带宽、延时、负载、可靠性及开销）

二、评价路由选择的依据

三、路由选择算法的分类（静态路由表、动态路由表）

四、IP路由选择与路由汇聚的基本概念

4.2实训任务

4.2.1 实训任务一：自治系统与Internet的路由选择协议

一、自治系统的基本概念

二、Internet路由选择协议的分类

内部网关协议IGP（路由信息协议RIP、开放最短路径优先OSPF）

外部网关协议EGP（边界网关协议BGP）

4.2.2实训任务二：内部网关协议IGP

一、路由信息协议(RIP)的基本概念

二、路由信息协议的工作过程

1.路由表的建立 2.路由表信息的更新

4.2.3实训任务三：最短路径优先协议OSPF

一、最短路径优先协议的主要特点

二、自治系统内部的区域划分（若干区域与主干区域）

三、OSPF协议执行过程

4.2.4实训任务四：外部网关协议

一、外部网关协议设计的基本思想

二、BGP路由选择协议的工作过程

第四章习题：

一、选择题

1、内部网关协议：RIP、OSPF、IGP

2、路由信息协议(RIP)的跳数一般小于15。

3、关于OSPF协议技术特征：

A.OSPF协议使用层次结构的区域划分

B.它将一个自治系统内部划分成若干区域与主干区域

C.主干区域连接多个区域，主干区域内部的路由器叫做主干路由器

D.区域边界路由器接收从其他区域来的信息。

4、BGP路由选择协议执行过程中使用的分组：

A.打开分组 B.更新分组 C.保活分组 D.通知分组

5、OSFP协议的描述：

A.在网络运行的过程中，只要一个路由的链路状态变化，该路由器就要使用链路状态更新分组向全网更新链路状态

B.OSPF为了确保链路数据库与全网的状态保持一致，规定每隔一段时间（如30分钟）要刷新一次数据库中的链路状态。

C.由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻路由器的连接状态，因而与整个Internet的规模无关

D.通过各路由器之间交换链路状态信息，每一个路由器都可以得出网络的链路状态数据库。每个路由器中的路由表可以从这个链路状态数据库出发，计算出以本路由器为根的最短路径树，再根据最短路径树得出路由表。

6、路由选择算法和路由选择协议：

A.路由选择算法和路由选择协议在概念上是不同的

B.网络上的主机、路由器通过路由选择算法去形成路由表

C.路由选择协议是路由器用来完成路由表建立和路由信息更新的通信协议。

二、填空题

1.在网络中，一台主机通常是与一台路由器相连接，这台路由器就是该主机的默认路由器。

2.Internet中自治系统最重要的特点就是它有权自主决定在本系统内应采用何种路由选择协议。

3.自治协议之间的路由选择使用的是内部网关协议。

4.OSPF协议要求当链路状态发生变化时使用洪泛法向所有路由器发送此信息。

5.边界网关协议新版本BGP-4是在1995年发布的，并已成为Internet草案标准协议。

6.一个BGP发言人与其他自治系统中的BGP发言人要交换路由信息，就要先建立TCP连接，然后在此连接上交换BGP以建立BGP会话。