实验一 网络拓扑结构设计与绘制

网络拓扑结构设计与绘制实验目的：1.熟悉主流类型的网络拓扑结构类型及其主要特点与应用范围。2.掌握层次化的网络拓扑结构设计思想和方法。3.掌握网络拓扑结构图的绘制方法。实验环境：1.安装了Visio2003软件的PC机一台。实验内容：1.以星型网络为例，了解不同网络规模下网络拓扑结构设计的基本方法。2.了解并掌握三层网络结构设计模型的基本原理。3.根据报告中的示例给出具体的网络拓扑结构设计方案，并使用Visio2003绘制出对应的网络拓扑结构图sssssss。实验步骤：1.了解层次化局域网结构的主要特点及各层的设计要点：层次化局域网结构的特点是：①从功能上定义为核心层、汇聚层、接入层，且通过与核心层设备互连的路由设备接入广域网络；②核心层实现高速数据转发；2.学习小型基本星型网络的拓扑结构设计：示例1：某小型办公室网络，是以一台具有24个10/100Mbit/s，2个10/100/1000Mbit/s自适应RJ-45端口的以太网交换机进行集中连接的。网络中配置一台服务器、1台用于互联网访问的宽带路由器、1台网络打印机和20个以内的工作站用户。现为这个小型办公室设计出具体的网络拓扑结构。星型网络主要是以相对廉价的双绞线为传输介质的，网线的两端各用一个RJ-45水晶头为网络连接器。这里所指的小型星型网络是指只有一台交换机(当然也可以是集线器，但前已很少使用)的星型网络，主要应用于小型独立办公室企业和SOHO用户中。这类小型型网络所能连接的用户数一般在20个左右，当然也有可以连接高达40多个用户的，如48的交换机，具体要根据交换机可用端口数而定。网络要求：所有网络设备都与同一台交换机连接；整个网络没有性能瓶颈；要有一定的可扩展余地。设计思路：(1)确定网络设备总数：这是整个网络拓扑结构设计的基础，因为一个网络设备至少需要连接一个端口，设备数一旦确定，所需交换机的端口总数也就确定下来了。这里所指的网络设备包括工作站、服务器、网络打印机、路由器和防火墙等所有需要与交换机连接的设备。本示例的设备总数就是20个以内工作站用户+一台服务器+一台宽带路由器+一台网络打印机=23。根据这样的计算结果，24口是最低要求，而本示例中的交换机有24个1O／100Mbps端口，两个10／100／100Mbps端口，一共26个端口，可以满足该网络的连接需求，但最好选择端口数更多的交换机。(2)确定交换机端口类型和端口数：一般中档二层交换机都会提供两种或以上类型的端口，如本示例中的10／100Mbps和10／100／1000Mbps，都是采用双绞线RJ-45端口。有的还提供各种光纤接口。之所以要提供这么多不同类型的端口就是为了满足不同类型设备网络连接的带宽需求。一般来说，在网络中的服务器、边界路由器、下级交换机、网络打印机、特殊用户工作站等所需的网络带宽较高，所以通常连接在交换机的高带宽端口。如本示例中的服务器所承受的工作负荷是最重的，直接与交换机的其中一个千兆位端口连接(另一个保留用于网络扩展)；其他设备的带宽需求不是很明显(宽带路由器目前的出口带宽受连接线路限制，一般在10Mbps以内，所以在局域网端口方面就没必要连接高带宽端口了，其他企业级路由器就不一样了)，只需连接在普通的10／100Mbps快速自适应端口即可。(3)保留一定的网络扩展所需端口：交换机的网络扩展主要体现在两个方面：一是用于与下级交换机连接的端口，另一个是用于连接后续添加的工作站用户。与下级交换机连接方面，一般是通过高带宽端口进行的，毕竟下级交换机所连用户都是通过这个端口进行的。如果交换机提供了Uplink(级联)端口，则直接用这个端口即可，因为它本身就是一个经过特殊处理的端口，其可利用的背板带宽比一般的端口宽。但如果没有级联端口，则只能通过普通端口进行了，这时为了确保下级交换机所连用户的连接性能，最好选择一个较高带宽的端口。本示例中可以留下一个干兆位端口用于扩展连接，当然在实际工作中，这个高带宽端口还是可以得到充分利用的，只是到需要时能重新空余下来即可。(4)确定可连接工作站总数：交换机端口总数不等于可连接的工作站用户数，因为交换机中的一些端口还要用来连接那些不是工作站的网络设备，如服务器、下级交换机、网络打印机、路由器、网关、网桥等。如本示例中，网络中有一台专门的服务器、一台宽带路由器和一台网络打印机，所以网络中可连接的工作站用户总数就为26(24个10／100Mbps端口+2个1O／100／100Mbps端口)一3=23个。如果要保留一个端口用于网络扩展(在小型网络中保留一个扩展端口基本上可以满足，因为在一般的交换机上还有一个用于级联下级交换机的级联端口Uplink)，则实际上可连接的最多工作站用户数为22个。设计步骤：在明白了网络拓扑结构设计基本思路后，接下来的具体设计步骤就非常明朗了。在本示例中，网络用户和交换机规格都已定下来了，现在要做的就是根据这些已有条件设计一个实用的小型办公室网络方案。在此所介绍的方法仍是手工绘制法。具体步骤如下。(1)首先确定关键设备连接，把需要连接在高带宽端口的设备连接在交换机的可用高带宽端口上。如本示例中，把交换机图示(从自己积累的元素图中获取，或者通过专门的拓扑结构软件获得)放在设计的平台中心位置，然后把服务器与交换机连接的一个10／100／1000Mbps端口连接起来，并标注其端口类型，如图3—38所示。当然这要求服务器的以太网网卡也是支持双绞线千兆位以太网标准的。因为该交换机只有一个可用(另一个要用于保留)的千兆位端口，所以在此理论上仅需把最关键的网络服务器作为关键设备与高带宽端口连接即可。(2)把所有工作站用户计算机设备和网络打印机分别与交换机的10／100Mbps端口连接，如图3—39所示。(3)如果网络系统要通过路由器与其他网络连接(如本例中通过宽带路由器与因特网连接)，则还需要设计因特网连接。路由器与外部网络连接是通过路由器的WAN端口进行的。虽然路由器的WAN端口类型有多种，但宽带路由器提供的WAN端口基本上也都是普通的RJ-4510／100Mbps以太网端口，直接与因特网宽带设备即可，如图3-40所示。如属小区光纤以太网连接，则无须宽带设备。通过以上简单的3个步骤就把这个只有一台交换机设备的简单小型办公室星型网络结构设计好了。从这里可以看出，整个步骤非常简单，最关键的是要思路清晰，分门别类地把有不同带宽需求的设备连接在交换机的对应类型端口上，确保整个网络不会出现性能瓶颈。另外一个，就在选择交换机时，一定要注意，端口数一定要大于现有网络所有需要与交换机连接的网络设备总数，因为还要预留一定数量的端口用于将来扩展。3.学习中型扩展星型网络的拓扑结构设计：中型扩展星型网络结构设计示例：在一个中型企业局域网中，整个网络分别在同一楼层的多间办公室中。整个网络的交换机分3层结构，有两台核心交换机，能提供1个1000Mbit/sSC光纤端口、4个RJ-45双绞线10/100/1000Mbit/s端口、24个10/100Mbit/s端口的以太网交换机；汇聚层交换机有两台，能提供2个RJ-45双绞线10/100/1000Mbit/s端口、48个10/100Mbit/s端口的以太网交换机；接入层交换机有4台，能提供24个10/100Mbit/s端口的以太网交换机。此外，网络边缘通过边界路由器和防火墙与外界网络连接。中型扩展星型网络是指在整个网络中包括多个交换机，而且各交换机是通过级联方式的分层结构。在中型，或以上的星型网络中，一般有“接入层”、“汇聚层”和“核心层”3个层次。在各层中的每一台交换机又各自形成一个相对独立的星型网络结构。这主要应用于在同一楼层的中小型企业网络中。在这种网络中通常会有一个单独的机房，集中摆放所有关键设备，如服务器、管理控制台、核心或骨干层交换机、路由器、防火墙、UPS等。网络要求：核心交换机能提供负载均衡和冗余配置。所有设备都必须连接在网络上，且使各服务器负载均衡，整个网络无性能瓶颈。各设备所连交换机要适当，不要出现超过双绞线网段距离的100米限制。结构图中可清晰知道各主要设备所连端口类型和传输介质。设计思路：这种扩展型星型网络比起前面介绍的小型星型网络要复杂得多，在其中涉及到的网络技术也复杂许多。下面是设计这类网络结构的基本思路。1.采用至上而下的分层结构设计首先确定的是核心交换机的连接，然后是汇聚层交换机的连接。再次是接入层的交换机连接。2.把关键设备冗余连接在两台核心交换机上要实现核心交换机负载均衡和冗余配置，最好对核心交换机之问、核心交换机与骨干层交换机之间，以及核心交换机与关键设备之间进行均衡和冗余连接和配置。3.连接其他网络设备把关键用户的工作站和大负荷网络打印机等设备连接在核心交换机，或者汇聚层交换机的普通端口上；把工作负荷相对较小的普通工作站用户连接在接入层交换机上。设计步骤：以下的设计步骤也是根据以上基本设计思路进行展开的。(1)确定核心交换机位置及主要设备连接本示例中两台核心交换机是通过SC光纤端口进行负载均衡和冗余连接的，所以首先把两台交换机的SC端口用一条光纤电缆连接起来。然后再把与核心交换机连接的服务器通过两块双绞线千兆位网卡与两台核心交换机进行冗余连接。本示例的连接如图3—41所示。(2)汇聚层交换机通过普通双绞线，连接核心交换机与汇聚层交换机的千兆位端口，以实现扩展级联。当然，为了实现冗余连接，会聚层的每台交换机都要与每台核心交换机分别连接。因为本示例中核心交换机和会聚层交换机都有足够的RJ-45千兆位端口，可以满足冗余连接要求。然后把其他要与核心交换机连接的网络设备连接起来，如管理控制台、一些特殊应用工作站、负荷较重的网络打印机等。但要注意至少每台交换机要留有两个以上备用端口。本示例连接如图3．42所示。(3)级联接入层交换机通过普通的双绞线把边缘层交换机与会聚层交换机的1O／1OOMbps端口(因为已没有千兆立端口了)对应级联起来，此处否必配置冗余连接。同时要把需要与会聚层，以及边缘层交换机连接的其他网络设备与普通lO／lOOMbps端口连接起来。同样在会聚层每台交换机上至少要留有两个以上备用端口。本示例如图3-43所示。这样，整个局域网部分就全部连接完成。(4)为了确保与外部网络之间的连接性能，通常与外部网络连接的防火墙或路由器是直接连接在核心交换机上的。如果同时有防火墙和路由器，则防火墙直接与核心交换机连接，而路由器直接与外部网络连接，因为路由器的WAN(广域网)端口丰富。本示例如图3-44所示。此网络结构是一个典型、高效的企业局域网结构，适合于200个用户左右的中型企业局域网选用。网络中的冗余和负载均衡配置也是目前企业局域网中经常采用的，当然这要求核心交换机支持这两方面的技术，在选购时要充分考虑。在网络结构中没有特别标注的端口和传输介质类型都为普通的10／100Mbps双绞线RJ-45端口。至于网络位置，如无特别，且各节点离交换机的距离都在规定的100米限制之内，则也可无须特别标注。以上就是较复杂的扩展型星型网络结构的设计方法，其步骤也很简单。在扩展型星型网络中其实就是一个个星型连接的交换机串、并联，或者串／并联基本星型连接混合组成。最重要的是要充分考虑网络中所采用的特殊技术，并根据不同用户的性能要求连接在不同层次的交换机上。4.学习大型混合型网络的拓扑结构设计：大型混合型网络结构设计示例所谓的混合型网络结构，通常是指星型网络与总线型网络这两种网络结构在一个网络中的混合使用。之所以在企业网络中要采用这两种基本网络结构，是因为星型网络和总线型网络都有各自不同的优缺点，如果把它们混合在一个网络中应用，则可在缺点上相互弥补。如星型网络的优点是便于扩展和维护，但距离较短，不便于工作于远距离连接(双绞线网络直径限制在200米)；而总线型网络的优点(细同轴电缆最大长度达185米，粗同轴电缆最大长度可达500米，光纤则更长)正好弥补了星型网络的缺点，而其不便于扩展的缺点又得到星犁网络的弥补。1．网络要求网络中的所有设备都必须用上，且必须尽可能地保障负载均衡，无性能瓶颈。