【实验题目】：局域网的设计和组建
一、实验目的
1.了解局域网的基本特点
2.掌握局域网的规划及拓扑结构的绘制
3.利用网络设备组建一个小型局域网
二、实验原理
1.局域网
局域网是同一建筑、同一校园、方圆几公里远的地域内的专用网络。局域网通常用来连接公司办公室或企业内部的个人计算机和工作站，以共享软、硬件资源。美国电气和电子工程师协会（IEEE）局域网标准委员会员会曾提出局域网的一些具体特征：
1）局域网在通信距离有一定的限制，一般在1~2Km的地域范围内。比如在一个办公楼内、一个学校等。
2）较高传输率的物理通信信道也是局域网的一个主要特征，在广域网中用电话线连接的计算机一般也只有20~40Kpbs的速率。
3）因为连接线路都比较短，中间几乎不会爱任何干扰，所以局域网还具有始终一致的低误码率。
4）局域网一般是一个单位或部门专用的，所以管理起很方便。
5）另外局域网的拓扑结构比较简单，所支持连接的计算机数量也是有限的。组网时也就相对很容易连接。
2.以太网技术
    在所有网络中，关键的问题是：当信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权。用来决定信道分配的协议属于数据链路层的子层，称作介质访问控制MAC(medium access control)子层。由于几乎所有的局域网都以多路复用信道作为通信的基础，而广域网中除卫星网以外，都采用点到点连接，所以MAC子层在局域网中尤其重要。
  介质访问子层的中心论题是相互竞争的用户之间如何分配一个单独的信道。其分配方法有静态分配和动态分配两种。而所有传统的信道静态分配方法均不能有效地处理通信的突发性，所以我们必须采用信道动态分配。
3.网络的拓扑结构
(1).总线型
(2).星型
(3).环型
(4).网状型
4 网络的体系结构
网络通常按层或级的方式来组织，每一层都建立在它的下层之上。不同的网络，层的名字、数量、内容和功能都不尽相同。但是每一层的目的都是向它的上一层提供服务，这一点是相同的。层和协议的集合被称为网络体系结构。作为具体的网络体系结构，当前重要
的和使用广泛的网络体结构有OSI体系结构和TCP/IP体系结构。
OSI是开放系统互连基本参考模型OSI/RM（Open System Interconnection Reference Model）缩写，它被分成7层，这7个层次分别定义了不同的功能。几乎所有的网络都是基于这种体系结构的模型进行改进并定义的，这些层次从上到下分别是应用层、表示层、会话层、运输层、网络层，数据链路层和物理层，其中物理层是位于体系结构的最低层，它定义了OSI网络中的物理特性和电气特性。
TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol,传输控制协议和互连网协议）缩写，TCP/IP体系结构是当前应用于Internet网络中的体系结构，它是由OSI结构演变来的，它没有表示层，只有应用层、运输层，网际层和网络接口层。
5 常用网络设备
网络设备主要是指硬件系统，各种网络设备之间是有着相互关联而不是相互独立的，每一部分在网络中有着不同的作用，缺一不可，只有把这些设备通过一定的形式连起来才能组成一个完整的网络系统，网络设备主要包括网卡、集线器、交换机、路由器、传输介质等。
5.1  网卡
网卡（简称NIC），也网络适配卡或网络接口卡，网卡作为计算机与网络连接的接口，是不可缺少的网络设备之一。无论是双绞线网络、同轴电缆网络还是光缆网络，都必须借助于相应类型的网卡才能实现与计算机的连接，是计算机与局域网相互连接的惟一接口。每块网卡上都有一个世界惟一的ID号，也就是MAC（Media Access Control）地址，计算机在连入网络之后，就是依靠这个ID号才能实现在不同计算机之间的通信和信息交换。网卡有很多种，不同类型的网络需要使用不同种类的网卡，不同速度的网络需求也要使用不同的网卡。如根据带宽来分的话，有10Mbit/s网卡、10/100Mit/s自适应网卡和1000Mbit/s网卡；如按总线分，有ISA总线、PCI总线、PCMCIA总线网卡等。从目前校园网建设的实际情况来看，工作站网卡选择PCI总线的10M/100Mbit/s自适应网卡最适合。
5.2 交换机
交换机，也称交换式集线器，是专门设计的，使各计算机能够相互高速通信的独享带宽的网络设备。作为高性能的集线设备，随着价格的不断降低，交换机已逐步取代了集线器而成为集线设备的首选。由交换机构建的交换式网络系统不仅拥有高速的传输速率，而且交
换延时很小，使得信息的传输效率大大提高，适合于大数据量并且使用非常频繁的网络通信，被广泛应用于各种类型的多媒体和数据传输网络。交换机具有很强的网络管理功能，它能自动根据网络通信的使用情况来动态管理网络，因为交换机采用了独享网络带宽的设计。
5.3 路由器
路由器除了有连接不同的网络物理分支和不同的通信媒介、过滤和隔离网络数据流及建立路由表，还有控制和管理复杂的路径、控制流量、分组分段、防止网络风暴及在网络分支之间提供安全屏障层等到功能。根据路由设备的组成可以分为软路由和硬路由。根据路由表的设置方式可以将路由器分为静态的和动态的。路由器工作在网络层，因此它可以在网络层交换和路由数据帧，访问的是对方的网络地址。当数据帧到达路由器后，路由器查看数据帧的目标地址，并在路由表查看到达目标地址的路径，根据路径的代价，选择一条最佳的路径，然后把数据帧沿这条路径发送给目标地址。
5.4 传输介质
网络要求把各个独立的计算机连接起来的，这样就必然要求有一种介质将计算机连接起来，这就是传输介质，局域网的传输介质可分为有线介质和无线介质两种，一般情况下都是用有线介质的，因为它的稳定性高，连接可靠，无线介质只是在特殊环境下才使用的传输方式。常用的有线介质主要有以下几类。
三、构建局域网的目的
·实现教学管理网络化，完成学校教学管理信息的采集、处理、查询、统计、分析。同时，实现学校各部门办公自动化，提高学校管理工作效率。
·发挥计算机在教学中的作用，实现多媒体课件制作网络化，逐步实现教师备课电子化、多媒体化。
·保证网络系统的开放性、可持续发展性，便于以后集成视频点播、远程教学等功能。
·网络系统必须安全可靠，保证教学数据的安全运行，并能满足学校不断发展的需要。
·校园网以Internet的方式来组织网内信息。建立校内电子邮局，同时校园网能与Internet全面接入。
·接入中国教育科研网(CerNET)及因特网(Internet)，实现真正意义上的数据共享、信息共享。
四．实验内容
1.实验设计
校园网的建设是一项非常复杂的系统工程，校园作为一个特殊的网络应用环境，它的建设与使用都有其自身的特点。在选择局域网的网络技术时要体现开放式、分布式、安全可靠，维护简单的原则。校园网的建设主要应用局域网技术以及多媒体技术为主的各种网络应用技术。局域网技术是一项在20世纪70年代发展起来的计算机互联技术，经过多年的发展，技术已经成熟，并得到了广泛的应用，局域网技术成为网络技术的重要组成部分。计算机多媒体技术是伴随着多媒体信息的应用而得到迅速的计算机应用技术，在网络环境下，多媒体得到了更快更好的应用，使我们得到了更好更多的信息。校园网是使用了局域网技术以及各种多媒体应用技术，并结合Internet应用等其它的技术来建设。使得校园网能满足现代教学对信息处理的要求，使计算机的应用能对教学管理现代化起重要的促进作用，能实现信息查寻、教务管理，并与外部网络系统进行交流等多种需要。
校园的网络化建设， 是学校信息化建设的基础，校园网建成以后应能满足学校现代化教学及管理需要，实现教育现代化、提高教学水平，通过计算机网络加强学校与学校之间的资源共享。
2.需求分析
校园网建设是一项综合性非常强的系统工程，它包括了网络系统的总体规划、硬件的选型配置、系统管理软件的应用以及人员培训等诸多方面。因此在校园网的建设工作中必须处理好实用与发展、建设与管理、使用与培训等关系，从而使校园网的建设工作健康稳定地开展。首先，校园网的建设是一个为学校教育教学活动长期服务的工作，因此在校园网的规划建设过程中，必须从学校长远发展规划出发，以服务于教育为基本点，结合学校当前教育教学的实际需要，做出科学的规划部署。在校园网的规划建设中，一般学校应遵循“统一规划、整体设计、分步实施”的原则。其次在校园网的建设中必须坚持硬件建设与组织管理协调发展的原则，在重视硬件建设的同时，加强网络的组织管理水平，不断开发网络的功能，从而充分发挥校园网络的功效，提高校园网对学校教育的服务水平。
校园网最终必须是一个集计算机网络技术、多项信息管理、办公自动化和信息发布等功能
于一体的综合信息平台，并能够有效促进现有的管理体制和管理方法，提高学校办公质量和效率，以促进学校整体教学水平的提高。为了满足校园网络系统用户对网络的性能、容量、扩展性、先进性和服务质量等方面的要求，经过对各种网络技术的分析和比较，在设计时选择千兆以太网作为校园网网络的主干技术。具有高带宽1000Mbps 速率的主干，100Mbps 到桌面。这样企业网站域名设计与查询运行目前的各种应用系统绰绰有余，还可轻松应付将来一段时间内的应用要求，且易于升级和扩展，最大限度的保护用户投资；同时网络设备选型为国际知名产品，性能稳定可靠、技术先进、产品系列全及完善的服务保证；采用支持网络管理的交换设备，足不出户即可管理配置整个网络。
对于网络的互联，要求提供国际互联网ISDN 专线接入（或DDN），实现与各公共网的连接；可扩容的远程拨号接入/拨出，共享资源、发布信息等。应用系统及教学资源丰富；有综合网络办公系统及各个应用管理系统，实现办公自动化，管理信息化； 有以WEB数据库为中心的综合信息平台，可进行消息发布，招生广告、形象宣传、课业辅导、教案参考展示、资料查询、邮件服务及远程教学等。
五．方案设计
具体实施方案与设备要求
    1、服务器：为使网络能适应学校应用要求和未来扩建需要，需用多个专用服务器，具体为：文件服务器、视频服务器、网络管理服务器，数据库服务器等。
    2、交换机：中心机房的交换机建议选用带光纤接口的千兆交换机。各建筑物主交换机选择Catalyst 3524 XL（2口千兆，24口10/100M）
    3、机柜：用以存放交换机、机架式存储服务器等设备。
    4、电源：如在学校建设网站，为确保24小时不间断提供外界访问，机房必须有不间断电源。
    5、主交换机直接在1000M接视频网络直播服务器，教室与楼层交换机之间用双绞线连接。光纤接入楼层，每层楼中间放置一台带光纤接口的二层交换机。

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