第1章计算机网络工程设计概述(教案)

苏州市职业大学网络工程设计课程教案单位计算机工程系姓名刘昭斌课程名称网络工程设计授课班级09网络技术1、2、班2009 - 2010 学年第二学期第一课第二课第1章计算机网络工程设计概述教学提示：本章概要介绍计算机网络工程设计的基本知识和计算机网络工程体系结构。

包括计算机网络工程设计中所涉及到的基本概念、网络系统集成的概念、方法和内容、网络工程与设计的步骤和原则、网络工程体系结构、网络工程设计过程模型与网络工程的组织。

教学目标：培养学生掌握了解网络系统集成的内容，掌握网络系统集成的方法和步骤。

能根据网络用户的需求，确定客户有效完成工作所需的网络建设服务和性能水平，明确网络工程设计的目标、项目范围和网络工程设计要求。

重点知识：能根据网络用户的需求，确定客户有效完成工作所需的网络建设服务和性能水平，网络工程集成的体系结构，网络工程设计规模与实施的步骤。

本章是对网络系统集成的概览性介绍，是全书的先导。

阅读本章能使读者对系统集成有一个基本的、全貌性的认识，并为后续章节的阅读和学习提供总体上的指导。

1.1 计算机网络工程设计基础近年来，信息技术日新月异地发展，作为信息技术重要组成部分的计算机网络技术的发展尤其迅速。

网络系统集成商和系统集成工程师作为网络系统集成工程的实施者和设计者，成为网络工程建设实践中的生力军，正不断与用户合作完成各种类型的网络系统集成项目。

而计算机网络工程设计基础是网络系统集成工程师基础知识之一。

1.1.1 计算机网络定义与分类1、计算机网络定义计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。

对“计算机网络”这个概念的理解和定义，随着计算机网络本身的发展，人们先后提出了各种不同的观点。

一般认为，把地理位置不同、功能独立自治的计算机系统及数据设备，通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件运行支持下，以实现信息交换和资源共享为目标的系统。

2、计算机网络分类计算机网络有很多种分类的方法，让我们先粗略来看一看：按网络的拓扑结构分类。

可分为：星形网络、环形网络、总线型网络，还有树形网、簇星形网、网状网等。

其他类型拓扑结构的网络都是以前3种拓扑结构为基础的。

按传输介质分类。

可分为采用线缆做传输介质的有线网和采用空气做传输介质的无线网。

有线网可进一步细分为铜缆网络、光纤网络、远程接入网。

无线网主要有微波网、卫星网等，目前无线网连网费用较高，还不太普及。

但由于其连网方式灵活方便，是一种很有前途的连网方式。

按通信传输方式和使用的链路协议分类。

可分为令牌环网、以太网、FDDI、ATM网。

其中以太网按数据传输速率又可分为以太网、高速以太网、千兆以太网等。

按通信信道分类。

可分为点对点传输网络和广播式传输网络。

按网络所担负的职责。

可分为骨干网、外围网、边缘网、接入网。

按服务方式分类。

可分为客户机/服务器网和对等网。

服务器是指专门提供服务的高性能计算机或专用设备，客户机是用户计算机。

客户机向服务器发出请求并获得服务的一种网络形式，叫客户机/服务器网。

多台客户机可以共享服务器提供的各种资源。

这是最常用、最重要的一种网络类型。

这种网络安全性容易得到保证，计算机的权限、优先级易于控制，监控容易实现，网络管理能够规范化。

网络性能在很大程度上取决于服务器的性能和客户机的数量。

对等网不要求文件服务器，每台客户机都可以与其他每台客户机对话，共享彼此的信息资源和硬件资源，组网的计算机一般类型相同。

Windows 95/98组成的网络是对等网的最典型例子。

这种网络方式灵活方便，但是较难实现集中管理与监控，安全性也低，较适合于部门内部协同工作的小型网络。

按网络规模和所跨越的地理位置划分，计算机网络可分为局域网、城域网、广域网等。

广域网的典型代表是Internet网。

如表1-1所示。

表1-1 计算机网络的一般分类（1）局域网（LAN）局域网的分布范围一般在2km以内，最大距离不超过10km。

它是在小型计算机和微型计算机大量推广使用之后才逐渐发展起来的。

一方面，它容易管理与配置；另一方面，它便于构成简洁整齐的拓扑结构。

局域网速率高，延迟小，传输速率通常为10Mbps～2Gbps。

（2）校园网和园区网（CAN）校园网（如图1-2所示）和园区网是网络系统集成中最常见的工程案例。

它不仅起源于局域网，而且在概念上也属于局域网的范畴。

但在校园网和园区网的设计、施工过程中，无论从通信子网还是从资源子网的角度来考虑，都不应简单地纳入局域网。

原因有以下几点。

图1-2 一个典型的校园网实物图从通信子网的角度看。

CAN尽管也采用广播通信方式，但它所包容的主机数多达上千台。

为了避免广播风暴，通常根据应用层次和地理位置将整个CAN划分成多个虚网（VLAN），VLAN之间的互通存在寻径问题，必须使用路由或网络层（IP的第三层）交换机来转发信息。

而且，CAN都面临接入Internet的问题。

从网络安全角度考虑，一般都采用内网（Intranet）+外网（Extranet/Internet）格局，需要配置路由器、防火墙、远程访问服务设备等，如图1.2所示。

CAN采用的网络通信协议众多，设计、安装、配置和管理均非常复杂，尤其是建筑群网络布线系统十分有难度。

这都是作为标准LAN的楼内网和室内网无法比拟的。

从资源子网的角度看。

CAN有分布全校区（园区）的资源服务器，为整个CAN提供信息服务。

首先，CAN运行着丰富的应用系统，如数据库、多媒体教学、课件系统、办公自动化、图书馆信息服务和在线阅读等，通常要分出数百个网络用户角色，并为这些角色提供身份认证服务。

其次，CAN必须要接入Internet为校内外提供DNS、WWW、E-mail、FTP和News 等服务。

LAN很难有CAN这么多的应用层次和资源系统。

至于LAN和CAN要不要严格区分开，这个问题只能留给大家在方案设计、工程施工实践中再去认识、体会了。

（3）城域网（MAN）城域网是介于局域网与广域网之间的一种大范围的高速网络。

它的覆盖范围通常在100km 范围内，传输速率为2Mbps～数Gbps。

随着使用局域网带来的好处，人们逐渐要求扩大局域网的范围，或者要求将已经使用的局域网互相连接起来，使其成为一个规模较大的城市范围内的网络。

因此，城域网设计的目标是要满足几十km范围内的大量企业、机关、公司与社会服务部门的计算机连网或Internet接入的需求，实现大量用户、多种信息传输的综合信息网络。

城域网主要指大型企业集团、ISP、电信部门、有线电视台和政府构建的专用网络和公用网络。

城域网服务主要由当地电信部门提供。

城域网多层面的技术构筑的架构如图1-3所示。

图1-3 城域网技术架构（4）广域网（W AN）广域网（W AN）的覆盖范围很大，几个城市，一个国家，几个国家甚至全球都属于广域网的范畴，从几十km到几千或几万km。

在广域网中，网络之间连接用的通信线路大多租用专线，当然也有专门铺设的线路。

物理网络本身往往包含了一组复杂的分组交换设备，通过通信线路连接起来，构成网状结构。

由于广域网一般采用点对点的通信技术，所以必须解决寻径问题。

这便是广域网的物理网络中必须包含网络层的原因。

目前，许多全国性的计算机网络就属于这类网络，例如ChinaPAC网和ChinaDDN网等。

1.1.2 计算机网络的发展概况1、计算机网络的形成与发展经历了4个历史阶段（1）计算机技术与通信技术相结合，形成了初期的计算机网络模型。

此阶段网络应用的主要目的是提供网络通信和保障网络联通。

这个阶段的网络严格说来仍然是多用户系统的变种。

美国在1963年投入使用的飞机订票系统SABBRE-1，就是这类系统的代表。

（2）在计算机通信网络的基础上，完成了网络体系结构与协议完整的计算机网络。

此阶段网络应用的主要目的是提供网络通信、保障网络联通。

网络数据共享和网络硬件设备的共享。

这个阶段的一个里程碑是美国国防部的ARPAnet网络。

目前，人们通常认为它就是网络的起源，同时也是Internet的起源。

（3）计算机解决了计算机联网与互联标准化的问题，提出了符合计算机网络国际标准的“开放式系统互联参考模型（OSI RM）”，从而极大地促进了计算机网络技术的发展。

此阶段网络应用的主要目的已经发展为为企业提供信息共享服务的信息服务时代。

代表系统是1985年美国国家科学基金会的NSFnet。

（4）计算机网络向互联、高速、智能和全球化发展，并且迅速得到普及，实现了全球化的广泛应用。

代表作是Internet。

1.1.3 计算机网络组成和基本要素计算机网络可以看成由两部分组成：网络硬件和网络软件。

1、计算机网络组成作为一个计算机网络必须具备下列三个要素：●至少有两台以上具有独立操作系统的计算机，且相互间有共享资源的需求。

●两台（或多台）计算机之间要有通信手段将其互连。

●两台（或多台）计算机之间要有相互通信的规则。

计算机网络也可看成是由各种互连起来的网络单元组成的，而网络单元是网络中各种数据处理设备、数据通信控制设备和数据终端设备。

随着计算机技术和网络技术的发展，网络单元日趋多样化，而且功能更强、更复杂，网络单元的种类也更多。

2、计算机网络有关的基本术语计算机网络有关的基本术语较多，这里列举常见的名称如下：（1）主机（2）服务器（3）工作站1.2 网络工程设计基本知识1.2.1 网络工程设计概念网络工程设计是确保工程项目的顺利进行和工程实施的第一个环节。

网络工程设计不是一件简单的事，事实上，设计师必须具备网络系统集成的基本知识，掌握网络工程方案设计与实施的步骤。

网络系统集成即网络设备、网络操作系统与应用系统的集合、组合、一体化。

也就是路由器、交换机、集线器、服务器、客户、传输介质、系统软件与应用软件等，以有机组合、协同工作、高效运行、安全可靠为目的，将各个部分整合成为满足用户需求、统一联动的有机整体。

网络工程项目实施是指在系统工程科学方法的指导下，首先，根据用户需求，采用主流局域网技术、广域网技术及性价比高的产品，整合用户原有网络系统与功能要求；提出科学、合理、实用、好用及够用的网络工程方案。

然后，按照方案将网络硬件设备、结构化综合布线、网络系统软件、网络应用软件等组织成为一体化的网络环境平台和资源应用平台；并按照工程项目管理的要求，对项目进行监控、验收，使工程项目能够满足网络工程设计目标，具有优良性能价格比的计算机网络系统。

1.2.2 网络工程设计要求一个单位或部门建设计算机网络系统有其自己的目的。

也就是说要选用什么样的网络技术、网络产品和网络应用系统，来解决什么样的问题，以达到什么样的目标。

因此，在进行网络工程设计时，网络工程设计者，首先要搞清楚网络技术集成、网络设备集成和网络应用集成等三方面的要求；其次是将用户方的需求用网络工程的语言表述出来，使用户理解设计者所做的工作。