西南交大-计算机网络-课程设计(组网技术)

【

课程设计一：组网技术

1.设计目的

a)巩固计算机网络知识

b)学会将理论知识运用与实际

c)掌握局域网组建技术

d)加深对网络概念的理解

e)掌握网络的运行原理，结构组成

2.设计要求

a)\

b)给出组网技术的硬件方案

i.常用的联网设备有哪些各应用于什么场合

ii.典型的小、中、大型网络联网：联网方案、所需的设备、网络结构图

c)给出组网技术的软件方案

i.常用的服务器软件及其配置方法

d)给出组网技术的网络接入方案

i.了解常用的网络接入方案及接入设计

ii.分别设计适合于家庭、网吧、单位的网络接入方案

3.#

4.设计过程

a.组网方案-硬件

常用的联网设备：中继器、集线器（HUB）、网桥、交换机、路由器、网关

中继器: 工作在物理层上的连接设备，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发来扩大网络传输的距离。适用于完全相同的两类网络的互联，用于局域网。

集线器（HUB）: 工作在物理层上的连接设备。主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。主要用于将服务器与工作站连接到网络上。

网桥：工作在数据链路层上的连接设备，网桥包含了中继器的功能和特性，不仅可以连接多种介质，还能连接不同的物理分支，如以太网和令牌网，能将数据包在更大范围内传送。网桥的典型应用时将局域网分段成子网，从而降低数据传输的瓶颈，这样的网桥叫“本地”桥，用于广域网上的网桥叫做“远地”桥。

交换机：工作在数据链路层的连接设备。能基于目标MAC地址转发信号，而不是以广播方式传输，在交换机中存储并且维护着一张计算机网卡地址和交换机端口的对应表，它对接收到的所有帧进行检查，读取帧的源MAC地址字段后，根据所传递的数据包的目的地址，按照对应表中的内容进行转发，每一个独立的数据包都可以从源端口送到目的端口，以避免和其他端口发生冲突，对应表中如果没有对应的目的地址，则转发给所有端口。作为局域网的主要连接设备

路由器：工作在网络层，是互联网络的枢纽，可以在多个网络上交换和路由数据包，路由器通过在相对独立的网络中交换具体协议的信息来实现这个目标。比起网桥，路由器不但能过滤和分割网络信息流、连接网络分支，还能访问数据包中更多的信息，并且可以提高数据包的传输效率。路由表包含网络地址、连接信息、路径信息和发送代价等。

路由器比网桥慢，主要用于广域网或广域网与局域网的互联

.

网关：从一个房间走到另外一个房间，必然要经过一扇门。同样，从一个网络向另外一个网络发送信息，也必须经过一道“关口”，这道关口就是网关。顾名思义，网关就是一个网络连接到另外一个网络的关口。网关能互连异类的网络，它从一个环境中读取数据，剥去数据中的老协议，然后用目标网络的协议进行重新包装。网关的用途是在局域网的微型和小型机或大型机之间作翻译

小型网络联网

联网方案：

1.若干台PC连接到一台普通交换机上

2.该交换机连接到一台路由器上

3.路由器再将WAN接口通过网线与Modem相连

4.Modem通过分离器、电话线接入Internet

5.$

6.可以设置宽带路由拨号上网，PC不用拨号

所需设备：

若干台PC、一台普通交换机、一台路由器、一个Modem

网络结构图：

Internet

普通交换机

路由器

PC1PC2PC3PC4

中型网络联网

联网方案：

1.(

2.将若干PC分组，每组的PC连接到一个二层交换机

3.多个二层交换机连接到三层核心交换机

4.核心交换机再与路由器连接

5.通过路由器接入Internet

所需设备：

若干PC，若干二层交换机，一台三层核心交换机，一台路由器网络结构图：

：

三层核心交换机

PCn

PC2

大型网络联网

联网方案：

1.将若干PC分组，每组的PC连接到一个千兆交换机

2.多个千兆交换机连接到小万兆核心交换机上

3.核心交换机再与某个路由器连接

4.该局域网通过该路由器接入Internet

5.将上述分布式局域网通过Internet相连

：

所需设备：

若干PC，若干千兆交换机，若干小万兆核心交换机，若干路由器

网络结构图：

&

组网方案-软件

常用的服务器软件包括：

1. 文件服务器（File Server ） - 如Novell 的NetWare

2. 数据库服务器（Database Server ） - 如Oracle 数据库服务器，MySQL ，

PostgreSQL ，Microsoft SQL Server 等 3.

：

4.

邮件服务器（Mail Server ） - Sendmail ，Postfix ，Qmail ，Microsoft Exchange ，Lotus Domino 等

5. 网页服务器（Web Server ） - 如Apache ，thttpd ，微软的IIS 等

6. FTP 服务器（FTP Server ） - Pureftpd ，Proftpd ，WU-ftpd ，Serv-U 等 域名服务器（DNS Server ） - 如Bind9等

7. 应用程序服务器（AP Server ） - 如Bea 公司的WebLogic ，JBoss ，Sun 的GlassFish

8. 代理服务器（Proxy Server ） - 如Squid cache 9. 电脑名称转换服务器 - 如微软的WINS 服务器

（

组网方案-网络接入

路由器

小万兆核心交换机

PCn

千兆交换机

Internet

路由器

小万兆核心交换机PCn

千兆交换机

了解常用的网络接入方案及接入设计

常用的网络接入方案：PSTN、DDN、ISDN、ADSL 和 HFC

ADSL （Asymmetric Digital Subscriber Line ，非对称数字用户环路）是一种新的数据传输方式。它因为上行和下行带宽不对称，因此称为非对称数字用户线环路。它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，从而避免了相互之间的干扰。即使边打电话边上网，也不会发生上网速率和通话质量下降的情况。通常ADSL在不影响正常电话通信的情况下可以提供最高的上行速度和最高24Mbps的下行速度。相关设备

ADSL是一种异步传输模式（ATM）。在电信服务提供商端，需要将每条开通ADSL业务的电话线路连接在数字用户线路访问多路复用器（DSLAM）上。而在用户端，用户需要使用一个ADSL终端（因为和传统的调制解调器（Modem）类似，所以也被称为“猫”）来连接电话线路。由于ADSL使用高频信号，所以在两端还都要使用ADSL信号分离器将ADSL数据信号和普通音频电话信号分离出来，避免打电话的时候出现噪音干扰。通常的ADSL终端有一个电话Line-In，一个以太网口，有些终端集成了ADSL信号分离器，还提供一个连接的Phone接口。某些ADSL调制解调器使用USB接口与电脑相连，需要在电脑上安装指定的软件以添加虚拟网卡来进行通信。

2. ISDN

综合业务数字网(ISDN)是一种信息通信网络。它提供端到端的数字连接，支持一系列的语音和非语音业务，可以用于计算机网络互联和用户网络接入。

]

数字化的发展趋势使得ISDN业务有了发展的空间。用户只需要在现有的一对电话线上加上ISDN终端设备就可获取ISDN基本速率BRI（2B+D），从而使日常的使用业务从单一的语音通信拓展到文学、语音、数据和图象等多种综合业务。速度可达64～384Kbps。家庭用户可以利用ISDN开通可视电话，而且一条ISDN线路最多可以连接8台设备，其中3台设备可以同时工作。可以同时和连接Internet网络！相关设备

ISDN设备指ISDN网为用户提供ISDN业务所需要的各类设备，包括ISDN交换机、ISDN用户交换机、网络终端、接入单元和各类ISDN终端及终端适配器。

基本接口是把现有电话网的普通用户线作为ISDN用户线而规定的接口，它是ISDN 最常用、最基本的用户-网络接口。它由两个B通路和一个D通路(2B+D)构成。B通路的速率为64kbit/s，D通路的速率为16kbit/s。所以用户可以利用的最高信息传递速率是64×2+16=144kbit/s。这种接口是为最广大的用户使用ISDN而设计的。它与用户线二线双向传输系统相配合，可以满足千家万户对ISDN业务的需求。使用这种接口，用户可以获得各种ISDN的基本业务和补充业务。

3. PSTN ( Public Switched Telephone Network )：公共交换电话网络，一种常用旧式电话系统。即我们日常生活中常用的电话网。PSTN是一种以模拟技术为基础的电路交换网络。在众多的广域网互连技术中，通过PSTN进行互连所要求的通信费用最低，但其数据传输质量及传输速度也最差，同时PSTN的网络资源利用率也比较低。如今，除了使用者和本地电话总机之间的最后连接部分，公共交换电话网络在技术上已经实现了完全的数字化。在和因特网的关系上，PSTN提供了因特网相当一部分的长距离基础设施。因特网服务供应商(ISP)为了使用PSTN的长距离基础设施，以及在众多使用者之间通过信息交换来共享电路，需要付给设备拥有者费用。这样因特网的用户就只需要对因特网服务供应商付费。公共交换电话网是基于标准电话线路的电路交换服务，用来做为连接远程端点的连接方法。典型的应用有远程端点和本地LAN之间的连接和远程用户拨号上网。

4. DDN（Digital Data Network，数字数据网，即平时所说的专线上网方式）就是适合这些业务发展的一种传输网络。它是将数万、数十万条以光缆为主体的数字电路，通过数字电路管理设备，构成一个传输速率高、质量好，网络延时小，全透明、高流量的数据传输基础网络。

5. HFC:Hybrid Fiber－Coaxial的缩写，即混合光纤同轴电缆网。是一种经济实用的综合数字服务宽带网接入技术。HFC通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成，从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输；到用户区域后把光信号转换成电信号，经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。它与早期CATV同轴电缆网络的不同之处主要在于，在干线上用光纤传输光信号，在前端需完成电—光转换，进入用户区后要完成光—电转换。

;

分别设计适合于家庭、网吧、单位的网络接入方案

家庭：

PSTN：家庭用户接入互联网的普遍的窄带接入方式。即通过电话线，利用当地运营商提供的接入号码，拨号接入互联网,速率不超过56Kbps。特点是使用方便，只需有效的电话线及自带调制解调器（MODEM）的PC就可完成接入。运用在一些低速率的网络应用（如网页浏览查询，聊天，EMAIL等），主要适合于临时性接入或无其他宽带接入场所的使用。

缺点是速率低，无法实现一些高速率要求的网络服务，其次是费用较高（接入费用由电话通信费和网络使用费组成）。

硬件设备：电话线、Modem、PC

网络结构图：

Internet

分离器

Modem

PC

网吧：ADSL

—

原因：目前国际互联网接入方案可以选择DDN专线，高速以太网，ISDN专线等等，但是这些接入的方案有的价格比较昂贵，有的能够承载的计算机数量非常有限，因此目前比较受欢迎的网络接入方案是ADSL网络接入方案，ADSL有较高的带宽和稳定性，能在现有的铜质普通电话线上提供高速8M/S下载速率和1M/S上行速率，上网时不占用电话信号，用户无需另装一条电话线，即可打电话上网同时套用，价格也比较低廉，因而倍受网吧老板青睐。

背景：如今网吧的两个主要功能：浏览、聊天、下载、视频点播和网络游戏；数据流量

巨大，尤其是出口流量，来网吧消费的网民，上网的需求各异，应用十分繁杂。网吧的网络应用类型非常的多样化，对网络带宽、传输质量和网络性能有更高的要求。网络应用要集先进性、多业务性、可扩展性和稳定性于一体，不仅满足顾客在宽带网络上同时传输语音、视频和数据的需要，而且还支持多种新业务数据处理能力，上网高速畅通，大数据流量下不掉线、不停顿。这样的应用就要求网络设备具有丰富的网吧特色功能和兼顾和高度的稳定性和可靠性，保证能长时间不间断稳定工作，而且配置简单易管理易安装用户界面友好易懂，并且要具有优异的性价比。这两种不同的需求决定了网吧业主对网吧网络建设的不同侧重点；对于以上网冲浪为主的网吧，笔者推荐使用比较节省成本且管理十分简便的无盘网络工作模式。而对于以游戏为主网吧应采用性能比较稳定的有盘网络工作模式。

这里介绍适用大型网吧的接入网方案：

硬件设备：主要网络设备：2个ADSL Modem、2台普通SOHO 宽带路由器或双WAN口宽带路由器、1台可网管千兆交换机、5台24口普通型交换机。

网络结构图：

PCn

Modem

路由器路由器

服务器千兆交换机

PC1PCn

（

校园网：DDN

校园网（Campus Network）介于局域网和城域网之间，一般覆盖几公里的范围。

校园网系统=布线系统+网络设备+计算机硬件设备+系统软件+应用软件

布线系统主要是校园网中设备之间的各种连接介质，负责各个设备之间的信息传输。网络设备负责计算机系统之间的信息交换，计算机硬件设备，在相关的系统软件和应用软件控制下，负责信息的存储和处理。

校园网内的网络设备主要由多台交换机以及路由器组成，按照其功能可分为内部连接和对外连接设备。

内部连接设备：

内部连接设备连接校园网内部的计算机，主要由不同档次的局域网交换机组成。根据交换机在网络中的位置，我们将处于中心位置的交换机称为中心交换机，跟中心交换机相连的称为二级交换机，跟二级交换机相连的称为三级交换机。

【

而二级交换机除了提供一个千兆网接口跟中心交换机相连外，还会提供24或48个百兆端口连接计算机或三级交换机。这一类交换机一般是固定配置，最多提供1到2个千兆端口模块以备连接中心交换机。这类的交换机，有3COM 3300、Intel 510T以及国内一些品牌的产品。

适合中等规模网络使用的交换机，内部都带有基于WWW界面的网络管理程序，因此不需要使用专门的网管系统，可以节省投资。

选择交换机时，要根据学校的实际情况，如建筑物分布、网络拓扑、投资等选择能满足要求，性价比最高的交换机，而且要注意厂商能提供的售后服务和技术支持。

对外连接设备：

使用DDN专线时，必须要使用路由器接在校园网和线路中间来处理广域网的数据。一般常用Cisco2600系列路由器，该路由器具有简单的防火墙功能，可以提高网络的安全性。

硬件设备：

若干二层交换机、一台三层核心交换机、一台路由器

DDN 防火墙

网络中心服务器

拨号服务器

电话网

@

5. 课程设计总结

通过此实验，在如下方面得到了收获： 1.了解了网络的原理与基本构成

2.了解了并学习了网络组成的必备软硬件环境

3.学习了几种网络接入技术

4.通过设计不同场合的网络接入方案，进一步理解了网络的运行过程与原理

5.通过设计网络结构图，对网络结构有了更进一步的掌握，以及不同联网设备在不同场合的应用

—

课程设计2-网络协议及流程分析

1. 设计目的

1) 学会使用wireshark 工具进行网络抓包 2) 学习掌握报文的封装形式 3) 掌握协议的种类以及所处层次

4)了解Internet的运行流程，需要的协议

2.设计要求

3.利用wireshark抓包

1)）

2)分析TCP/IP协议的报文封装方式；

3)分析主要的TCP/IP协议及其层次结构；

4)分析以典型网络应用（PPPoE，HTTP,FTP,SMTP/POP3等）的工作原理及流程(例如，

以为例，分析其实现原理、涉及到的协议及协议之间配合工作流程）

4.设计过程

捕获HTTP请求如下：

。

帧的总览信息如下：

{

Ethernet V2帧报文:

从Ethernet V2中可以得出：

DA(MAC): 0x30fc68626e6e sSA(MAC):0x680715d8542d T(类型)：0x0800根据T可以得出 Ethernet 中的LLC PDU封装的是来自IP协议的数据

结论：说明在链路层中封装的是IP数据报

）

、

IP协议报文：

版本：4，说明版本号是IPv4

IHL：5，此IP报文首部长度为20字节，不含选项字段

服务类型：0x00

总长：0x02f8，说明此IP报文（包含头部和数据部）总长760个字节

标识：0x7789

：

DF、MF、分段偏移：0x4000，即DF为1，MF为0，分段偏移为0，表示数据报可以分段、此分段为最后一个分段、此分段距数据报首部为0

生命期：0x80，说明该分组的生命周期为128s

协议：0x06，说明IP的数据字段封装的是一个TCP数据报

首部校验和：0x0fc3

源地址（IP）：0xc0a8016d

目的地址（IP）：0x7b7e3320

数据：TCP数据报

结论：在网络层中封装的是来自TCP协议的数据

￥

TCP协议报文：

%

源端口：0xca88，从主机端口51848发起的请求

目的端口：0x0050，80表示请求的是WWW服务

发送序号：0x147d8530，相对序号为1，说明此报文发送的数据部分是TCP传送的数据流中的第一段数据

接收序号：0xda746698，相对序号为1，说明期望收到的下一个报文段的首部中的发送序号为1

数据偏移：0x5，说明数据部分与TCP报文段起始处的距离为5*4 = 20个字节

保留：

URG = 0，ACK = 1，PSH = 1，RST = 0， SYN = 0，FIN = 0。本报文需按照排队的次序来传送；确认序号有意义；请求远地TCP进程将本报文立即传送给其应用层；没有出现严重差错；此报文段不是连接请求报文段

窗口：0xfd20，该报文发送方的接收窗口大小为64800个字节

检验和：0x2d4d

紧急指针：0x0000

结论：因为请求的是WWW服务，则说明在传输层中封装的是HTTP协议的数据报

`

HTTP协议报文：

~

Method:POST

URL:suggifc=4&em=4

版本协议：HTTP/

User-Agent:SogouPSI

Host:*/*

Accept-Encoding: gzip,deflate

#

Content-Length:520

Content-Type:application/x-www-form-urlencoded File Data:520bytes

结论：说明应用层携带了520个字节大小的文件，使用POST方法提交的请求

（1）TCP/IP报文的封装发方式

首先用户的通信进程递交用户数据给应用层（User Data），应用层协议对用户

数据处理后（即添加应用层报头、包含一些控制信息）封装形成应用层数据单元

（APDU），然后将APDU交于传输层协议处理，同理添加传送层报头，并将其与

APDU一起封装形成传输层数据单元（TPDU），同样传输层将TPDU向下交于网络

层协议处理，添加网络层报头，并将其与TPDU一起封装形成网络层分组（Packet），最后网络层分组在数据链路层封装到LLC PDU字段和其他控制字段形成

Ethernet V2帧。

}

总结：TCP/IP的报文封装方式，是上层的数据报传递给下层，下层再对上层数据报进行处理，添加报头和其他控制信息，再封装成新的数据报向下传递，然后以此类推，直到数据链路层。

（2）主要的TCP/IP协议及其层次结构

捕获到的主要TCP/IP协议族如下：DNS、HTTP、ARP、TCP、UDP、ICMPv6等

从上文的抓包过程中可以分析出涉及到的TCP/IP协议的层次结构：^

HTTP

TCP

IP/ARP/ICMP

Ethernet V2层

更具一般性的TCP/IP协议族和层次结构如下图所示

*

（3）HTTP的工作原理及流程

HTTP由请求和响应构成，是一个标准的客户端服务器模型（B/S）。HTTP协议永远都是客户端发起请求，服务器回送响应。见下图:

HTTP是一个无状态的协议。无状态是指客户机（Web浏览器）和服务器之间不需要建立持久的连接，这意味着当一个客户端向服务器端发出请求，然后服务器返回响应(response)，连接就被关闭了，在服务器端不保留连接的有关信息.HTTP遵循请求(Request)/应答(Response)模型。客户机（浏览器）向服务器发送请求，服务器处理请求并返回适当的应答。所有HTTP连接都被构造成一套请求和应答。

HTTP工作过程：

一次HTTP操作称为一个事务，其工作整个过程如下：

&

1 ) 地址解析，

如用客户端浏览器请求这个页面：从中分解出协议名、主机名、端口、对象路径等部分，对于我们的这个地址，解析得到的结果如下：

协议名：http

主机名：

端口：80

在这一步，需要域名系统DNS解析域名,得主机的IP地址。

2）封装HTTP请求数据包

;

把以上部分结合本机自己的信息，封装成一个HTTP请求数据包

3）封装成TCP包，建立TCP连接（TCP的三次握手）

在HTTP工作开始之前，客户机（Web浏览器）首先要通过网络与服务器建立连接，该连接是通过TCP来完成的，该协议与IP协议共同构建Internet，即著名的TCP/IP 协议族，因此Internet又被称作是TCP/IP网络。HTTP是比TCP更高层次的应用层协议，根据规则，只有低层协议建立之后才能，才能进行更层协议的连接，因此，首先要建立TCP连接，一般TCP连接的端口号是80。

第一次握手：

第二次握手：

第三次握手：

4）客户机发送请求命令

建立连接后，客户机发送一个请求给服务器，请求方式的格式为：统一资源标识符（URL）、协议版本号，后边是MIME信息包括请求修饰符、客户机信息和可内容。

5）服务器响应

服务器接到请求后，给予相应的响应信息，其格式为一个状态行，包括信息的协议版本号、一个成功或错误的代码，后边是MIME信息包括服务器信息、实体信息和可能的内容。实体消息是服务器向浏览器发送头信息后，它会发送一个空白行来表示头信息的发送到此为结束，接着，它就以Content-Type应答头信息所描述的格式发送用户所请求的实际数据

6）服务器关闭TCP连接

一般情况下，一旦Web服务器向浏览器发送了请求数据，它就要关闭TCP连接，然后如果浏览器或者服务器在其头信息加入了这行代码

Connection:keep-alive

TCP连接在发送后将仍然保持打开状态，于是，浏览器可以继续通过相同的连接发送请求。保持连接节省了为每个请求建立新连接所需的时间，还节约了网络带宽。

TCP释放过程：

客户端请求释放连接：

服务器响应也释放连接：

客户端响应：

HTTP协议栈中各层数据流：

数据在各层协议的数据组织如下图：

而服务器解析客户机请求就是反向操作的过程，如下图：