基于局域世界的WSN拓扑加权演化模型

基于局域世界的WSN 拓扑加权演化模型

张德干,戴文博,牛庆肖

(天津理工大学,天津市智能计算及软件新技术重点实验室;

天津理工大学计算机视觉与系统省部共建教育部重点实验室,天津300384)

摘 要: 无标度加权网络模型,反映了现实网络的存在形式和动力学特征,是无线传感网络建模和拓扑演化的有效研究工具.本文基于局域世界理论提出一种不均匀成簇的无线传感网络拓扑动态加权演化模型,考虑节点能量,通信流量和距离等因素,对边权重和节点强度进行了定义,同时研究了拓扑生长对边权重分布的影响.实验证明演化所得网络节点度,强度和边权重均服从幂律分布,结合已有理论成果可知,该拓扑不仅继承了无权网络较高的鲁棒性和抗毁性,同时降低了节点发生相继故障的几率,增强了无线传感网络的同步能力.

关键词: 无线传感网络;加权网络;局域世界;动态演化

中图分类号: TP393 文献标识码: A 文章编号: 0372-2112(2012)05-1000-05电子学报URL:https://www.doczj.com/doc/ba16910689.html,

DOI:10.3969/j.issn.0372-2112.2012.05.022

Loca -l World Weigh ted Topology Evolving Model for

Wireless Sensor Networks

ZHANG De -gan,DAI Wen -bo,NI U Qing -xiao

(Tianjin Key Labo ratory of Intelligence Computing and No vel So ft ware Tec hnology ,Tianjin U nive rsity o f Technology;Key Labo ratory o f Computer Vision and System,Ministry o f Education,Tianjin U ni versity o f Tec hnology ,Tianjin 300384,China )

Abstract: M any real networks inclu ded Wireless Sensor N etworks (WSN )can be considered as scale -free weighted net -works which reflect their existing forms and dynamic characteristics.Based on loca-l world theory,we propose an uneven clus tering weighted evolving model of WSN in this paper.The definitions of edge weight and vertex strength take sensor energy,communica -tion traffic and distance into consideration.V ertex strength drives the growth of topology and edge weight dynamically changes cor -respondingly.Experimental results demonstrate that W SN topology we obtain has the property of weighted networks:edge weight,

vertex degree and s trength follow a power law distribu tion.Related research work show that weighted WSN not only share the ro -bus tness and fault tolerance of weigh-t free networks,but als o reduce the happening probability of successive node -breakdown,fur -thermore,enhance the synchronization of WSN.

Key words: wireless sensor networks;weighted networks;lo cal world;dynamic evolving

1 引言

无线传感网络(WSN)是大量微传感器通过单跳和多跳通信,自组织形成的无线网络系统,它将目标区域的感知数据发送给观察者,充当了融合物理世界与信息世界的有效媒介.以延长网络寿命,保持覆盖率和连通性为主要目标[1,2],群体智能[3]等算法已被广泛应用于WSN 的拓扑控制及路由设计中,网络成簇等关键理论已成为研究者的共识.

现实中的复杂网络,虽然功能和大小不尽相同,却

有相似的结构特征[4],即网络包含大量关联节点,且存在社团结构,WSN 具有这种共性,且全局信息受限,链路的数据流量差异很大.本文关注交叉学科进展,建立新的WSN 拓扑演化模型,使其继承加权网络的优势,为相关研究提供了一个新视角.

2 研究背景

加权网络中,w i j 表示节点i 到j 之间边e i j 的权重,i 的度k i 定义为连接i 的边数,点强度s i 定义为这些边权重之和:

收稿日期:2011-05-14;修回日期:2011-08-26

基金项目:国家自然科学基金(No.60773073,No.61001174,No.61170173);教育部新世纪优秀人才计划(No.NCET -09-0895);天津市自然科学基金(No.10J CYBJC00500)

第5期2012年5月电 子 学 报ACTA ELECTRONICA SINICA Vol.40 No.5

May 2012

s i =

E

j I N(i)

w i j

(1)

其中N (i)是与i 相连的节点集合.

BBV 模型拓扑演化分为以下四个阶段[5]

:

(1)初始化.初始网络有N 0个节点,初始边权重为w 0.

(2)节点的更新.每个时间步t ,都有一个新节点n 和与之相连的m 条权重为w 0新边加入.

(3)强度驱动的优先连接.m 条新边依照概率

F n y i 随机连接到已有节点,其中:

F n y i

=

s i

E j s j

(2)

(4)节点强度及边权重的更新.如图1所示

.新边(n,i)的加入使点i 的强度改变,同时i 与原邻节点之间各边的权重也随之变化,变化总量为D :

w i j y w i j +$w i j

(3)其中

$w ij =D

w i j

s i

(4)

重复步骤(2)至(4),至所有节点加入网络.2003年,李翔等人建立基于局域世界(loca -l world)

的无权网络演化模型[6],在初始的N 0个节点中随机选取M 个节点作为n 的局域世界,优先连接概率F Lo cal

(n y i )定义为:

F Local (n y i)=F c

(i I

Local -world)#

k i

E j Local k j

(5)

其中F c

(i I Local -world)=M /(N 0+t )

(6)2009年,Ruela 等人用遗传算法构造了无标度特性的WSN 拓扑[7],降低了通信延迟和能耗,但该研究中复杂网络理论被用于网络性能分析,而不是拓扑构造.同年,陈力军等人提出基于随机行走的WSN 簇间拓扑演化机制[8],生成的簇首间拓扑具备无标度特性,容错能力较好,但该研究是基于无权网络模型,演化机制未能应用至整网,且成簇协议未考虑能量空洞问题.

3 基于BBV 模型和局域世界的不均匀成簇

机制

3.1 模型的建立

如图2所示,N 个传感器节点随机分布在矩形监测区域,感应数据最终转发至汇聚节点(Sink ).

现有如下说明和定义:

(1)各节点同构,N 为节点数目,i =1,2,,,N ,i 为节点唯一标识.

(2)节点初始能量E 0,能量耗尽后死亡,Sink 能量视为无限.

(3)Sink 信号覆盖全区域,各节点信号发送距离可控,根据接收强度可得到与信源的距离.

(4)本文采用自由空间能量模型,节点通信半径上限为d 0.其中:

d 0=

E 2fs /E mp

(7)

E f s ,E mp 分别为自由模型和多路径衰减模型下发送放大模块消耗能量系数.

定义1 i 到Sink 的距离为d(i ,Sink):

d (i ,Sink )I [X ,

(H /2)2+(X +W )2]

(8)

其中W ,H 为区域边长,X 为Sink 到区域的垂直距离.设i 为簇首时,优化簇半径为R o pt (i ):

R o p t (i )~f 1[d(i ,Sink )]I (0,d 0)

(9)

为使簇规模与距Sink 距离成反比,f 1[d(i ,Sink )]应为

d(i ,Sink )的增函数.

定义2 t 时刻,边权重w i j :

w i j (t )=

F [E i (t )E j (t )]W

{[d(i ,j )]2}G [T i j (t )]

N

(10)

其中F ,W ,G ,N 均为非负调和系数,E i (t ),E j (t)分别为i ,j 在t 时刻的剩余能量,d(i ,j )为两点间距离,T ij (t )为t 时刻时边e i j 承载的通信流量,设i 在i,j 中距Sink 较远,则有:

T i j (t )~f 2d(i ,Sink),t

(11)

边末端节点距Sink 越远,接收数据量越小,而随时间推移,网络节点增多,数据量将增大,故f 2d(i,Sink),t 为d(i ,Sink)的减函数,t 的增函数.该定义下,边权重代表了链路通信能力.式(10)分母中d(i ,j )较大时,需避免高能耗的长距离通信,边权重下降.同理T i j (t )较大时,链路负荷高,优先选择低负荷链路,权重降低.分子部分,两端节点能量充裕时,链路较健壮,边权重高,更可能承担转发任务. 定义3 i 的强度s i :

s i =

E j I N (i)

w i j

(12)

其中N (i )是与i 连接节点的集合.节点强度越大,吸引

1001

第 5 期张德干:基于局域世界的WSN 拓扑加权演化模型

连接能力越强,成为簇首可能性就越大.

3.2拓扑演化机制

(1)初始化.Sink向区域广播,节点收到消息后得到

与Sink间距离,将其与自己的R o pt记录于储存器.选取具有N

(N0

(2)局域世界的选取.每个时间步t中,从已有网络

中随机选取M(M[N

)个节点作为新加入节点的局域世界.

(3)拓扑的生长.加入带有m条边的新节点n,并与m个节点产生新连接,连接概率为:

F(n y i)=F c(i I Local-wo rld)#F c c[i I N R o pt(n)]

#s i

E

j I[l ocal-wo r l d H N

R opt (n)]

s j

(13)

其中F c(i I local-world)是i在局域世界内的概率, F c c[i I N R opt(n)]是i在n的R o pt(n)内的概率,j I[lo-cal-world H N R

o pt

(n)]表示节点j同时在局域世界和n

的R o pt(n)内.

(4)权重的动态变化.m条新边的权重按式(10)赋值,变化量D分以下两种情形讨论:

情形1d(n,Sink)>d(i,Sink)时,D为负增量:

|D|~f3[w ni(t)](14)

其中,f

3

[w ni(t)]为w ni(t)的增函数.i与邻节点间各边权重变化:

w i j y w i j+$w i j(15)其中

$w

i j =

-|D|

w i j

E

j I N(i),d(j,Sink)

w i j

,

d(j,Sink)

0,d(j,Sink)\d(i,Sink)

(16)

i的强度变化为:

s i y s i+w0-|D|(17)如图3所示,n距Sink比i远,可能会选择其为下一跳节点,给i带来了新增流量预期.i的邻节点,作为i可能的下一跳节点,距Sink近于i的,为i分担新增流量,与i间边权重越大,链路越健壮,分流越多.

情形2d(n,Sink)[d(i,Sink)时,D为正增量,同理:

$w

i j =

|D|

w i j

E

j I N(i),d(j,Sin k)>d(i,Si nk)

w i j

,

d(j,Sink)>d(i,Sink)

0,d(j,Sink)[d(i,Sink)

(18)

i

的强度变化为:

s i y s i+w0+|D|(19)

如图4所示,n距Sink比i近,为i分流.i的邻节

点,距Sink远于i的,分享该分流效果,与i间边权重越

大,获得分流越多.重复步骤(2)至(4),至所有节点加入

网络.

3.3节点强度、节点度和边权重分布的求解

度分布P(k)表示随机选择网络中一个节点,度为

k的概率,强度分布P(s)和权重分布P(w)的定义与之

类似.采用平均场法求解各分布,考虑m

+t的

情况,设在局域世界且在n的R

o pt

(n)内的节点数目为

N l I[lo cal-wo r l d H N

R opt

(n)]

,这些节点的平均强度3s l4等于t时

刻全网节点平均强度,3w

4为t时刻和之前所有时间

步新加入边的权重w

的平均值,则有:

E

l I[local-wo rld H N

R opt

(n)]

s l

=3s

l

4#N

l I[l ocal-wo rld H N

R opt

(n)]

U2mt(D+3w0

4)

N0+t

#N l I[l ocal-wo rld H N

R opt

(n)]

(20)

w i j随t变化的微分方程:

d w i j(t)

d t

=F(n y i)m D i w i j(t)

s i(t)

+F(n y j)m D j w i j(t)

s j(t)

=

(D i+D j)w i j(t)

t(D+3w04)

=H

w ij(t)

t

(21)

其中H=

D

i

+D j

D+3w04(22)

D

i

,D j分别为i,j获得的增量.边e i j创建时间为i,j两者

中较晚加入网络的时刻:

t i j=max(t i,t j)(23)

设初始条件:

w i j(t ij)=

F[E

i

(t i j)E j(t i j)]W

{[d(i,j)]2}G[T i j(t i j)]N

U3w

4(24)

式(21)可求出特解:

w ij(t)=3w04(t/t i j)H(25)

s i随t变化的微分方程:

d s i

d t

=E j d w ij d t+m F(n y i)

=

2(D i+D j)+1

2D+23w04

s i(t)

t=K

s i(t)

t(26)

其中

1002电子学报2012年

K =

2(D i +D j )+1

2D +23w 04

(27)i 加入网络时,产生m 条新连接,可设初始条件:

s i (t =i )=

E

m

j =1

w i j U m 3w 04

(28)式(26)可求出特解:

s i (t )=m 3w 04(t /i)K

(29)

k i 随t 变化的微分方程:

d k i (t)

d t

=m F (n y i )=

mt K -1

3w 04

i K (2D +23w 04)

(30)

设初始条件:

k i (t =i )=m

(31)

式(30)可求出特解:

k i (t )=m 3w 04(t /i)K -m 3w 04

2D +1

+m (32)

计算k i (t)的分布时,i 看作服从均匀分布的随机变量,即:

Q (i)=

1N 0+t

(33)

度分布求解:

P{k i (t)

m 3w 04

-1K

#k -m -m 3w 04

2D +1

-1K

(34)

P(k,t)=

5P{k i (t )

5k

=

1K t

(N 0+t )2D +1m 3w 04-1

K

#k -m -m 3w 042D +1-

1+1K

(35)

令t

y ],度分布为:P(k )~

1K 2D +1

m 3w 04-1K

#k -

m -m 3w 042D +1

-

1+1K

(36)

强度分布求解:

P{s i (t)

N 0+t

m 3w 04

1K s -1

K

(37)

P(s,t )=

5P{s i (t )

N 0+t

m 3w 041K s -1+1K

(38)

令t y ],强度分布为:

P(s)~1

K

m 3w 041K s -1+1K

(39)

边权重分布求解:

P{w i j (t )

N 0+t

3w 041H w -1H

(40)

P(w,t)=

5P{w i j (t)

N 0+t

3w 041H w -1+1H

(41)

令t y ],边权重分布为:

P(w)~1

H

3w 041H w

-1+1H

(42)

4 仿真实验及分析

实验前,对式(9)、(11)、(14)进行量化:

w i j (t )=

E i (t )E j (t)[d(i ,j )]2T i j (t)

(43)

其中T i j (t)为:

T i j (t )=

t

3d(i ,Sink)42

(44)

传感器初始能量E 0=0.5J .|D |为:

|D |=

1

10w ni

(t )(45)

优化簇半径R o pt (i )参照文献[2]:

R o pt (i )=

1-c

d(i,Sink)-X

(H /2)2+(X +W )2-X

d 0(46)

令N =400,c =0.5,d 0=87m ,X =50m ,W =H =200m ,

N 0=50,M =30,m =3.

实验所得节点度,强度和边权重分布和理论数据对比如图5

,6,7所示(log10刻度),可以看出两者基本吻合,均符合幂律分布,且有拖尾现象存在,验证了该机制生成的WSN 具有无标度加权网络的基本特征.图5中,度为1的概率为015,说明约半数节点处于网络末端,仅拥有一条链路.度在100以上的节点存在概率很小,说明簇首节点占少数,且能承载的链路数量有限.

1003

第 5 期张德干:基于局域世界的WSN 拓扑加权演化模型

图6中,小强度节点出现概率很大,说明大部分节点转发能力较弱.图7中高边权小概率出现,即强转发能力的链路数量有限,证明了设计路由算法来搜索最优路径的必要性.

令监测区域内节点数增大一倍,即N=800,得到新的点强度分布,在此基础上再令监测区域边长各缩小一半,得到另一点强度分布,如图8所示.监测面积不变,节点数量加倍,对比图6,高强度节点出现概率增大,低强度节点出现概率减小,将监测面积缩小之后,这种现象更加明显,这说明传感器密度增大时,各节点负担减小,全网转发数据能力得到增强.同时图8两组新参数下的实验结果进一步验证了拓扑的幂律特性.

5结束语

本文基于复杂网络理论,提出一种WSN拓扑加权演化模型.模型中定义了通信链路权重和传感器节点强度,在局域世界内改进BBV网络模型,并实现了全网的不均匀成簇.实验结果表明该机制生成的拓扑符合无标度加权网络的基本特征,从而使WSN具备了加权网络较强的同步和相继故障容纳能力.

参考文献

[1]王绍青,聂景楠.一种无线传感网络性能评估及优化方法

[J].电子学报,2010,38(4):882-886.

Wang Shao-qing,Nie Jing-nan.An approach of performance analysis and optimization for wireless sensor networks[J].Acta Electronica Sinica,2010,38(4):882-886.(in Chinese) [2]L i C F,Ye M,Chen G H,Wu J.An energy-efficient unequal

clus tering mechanism for wireless sensor networks[A].Pro-ceedings of the2nd IEEE International Conference on M obile Ad-hoc and Sensor System[C].Washington DC:IEEE Press, 2005.597-604.

[3]王小明,安小明.具有能量和位置意识基于ACO的WSN

路由算法[J].电子学报,2010,38(8):1763-1769.

Wang Xiao-ming,An Xiao-ming.An energy and lo cation aware ACO based rou ting algorithm for wireless sensor networks[J].

A cta Electronica Sinica,2010,38(8):1763-1769.(in Ch-i

nese)

[4]Barab si A L.Scale-free networks:a decade and beyond[J].

Science,2009,325(5939):412-413.[5]Barrat A,Barth lemy M,V es pignani A.Modeling the evolution

of weighted networks[J].Physical Review E,2004,70(6):1-

13.

[6]Li X,Chen G R.A loca-l world evolv i ng network model[J].

Physica A,2003,328(1-2):274-286.

[7]Ruela A S,Cabral R S,Aquino A L L,Guimaraes F G.Evolu-

tionary design of wireless sensor networks based on complex networks[A].Proceedings of the5th I nternational Conference on Intelligent Sensors,Sensor Networks and Information Pro-cessing[C].Melbourne:IEEE Press,2009.237-242.

[8]陈力军,刘明,陈道蓄,谢立.基于随机行走的无线传感网

络簇间拓扑演化[J].计算机学报,2009,32(1):69-76.

Chen L-i jun,Liu M ing,Chen Dao-x u,Xie L i.Topolog y evolu-tion of wireless sensor networks among cluster heads by random walks[J].Chinese Journal of Computers,2009,32(1):69-76.

(in Chinese)

作者简介

张德干男,1969年生于湖北黄冈.博士,

教授,天津市智能计算及软件新技术重点实验室

主任.主要研究方向为移动计算,智能控制,网络

通信.

E-mail:z hangdegan@https://www.doczj.com/doc/ba16910689.html,

戴文博男,1987年生于湖北天门.南开大

学电子信息科学与技术学士,天津理工大学计算

机应用技术硕士.主要研究方向为无线传感网

络.

E-mail:dai wenbo@https://www.doczj.com/doc/ba16910689.html,

牛庆肖女,1986年生于河北石家庄.天津

理工大学计算机应用技术硕士.主要研究方向为

图像处理,模式识别.

E-mail:ni uqingxiao@https://www.doczj.com/doc/ba16910689.html,

1004电子学报2012年

几种常见的局域网拓扑结构

几种常见的局域网拓扑结构 (03/27/2000) 如今，许多单位都建成了自己的局域网。随着发展的需要，局域网的延伸和连接也成为人们关注的焦点。本文主要就局域网间的连接设备、介质展开讨论来说明局域网的互连。 中继器、网桥、路由器、网关等产品可以延伸网络和进行分段。中继器可以连接两局域网的电缆，重新定时并再生电缆上的数字信号，然后发送出去，这些功能是ISO模型中第一层——物理层的典型功能。中继器的作用是增加局域网的覆盖区域，例如，以太网标准规定单段信号传输电缆的最大长度为500米，但利用中继器连接4段电缆后，以太网中信号传输电缆最长可达2000米。有些品牌的中继器可以连接不同物理介质的电缆段，如细同轴电缆和光缆。中继器只将任何电缆段上的数据发送到另一段电缆上，并不管数据中是否有错误数据或不适于网段的数据。如同中继器一样，网桥可以在不同类型的介质电缆间发送数据，但不同于中继器的是网桥能将数据从一个电缆系统转发到另一个电缆系统上的指定地址。网桥的工作是读网络数据包的目的地址，确定该地址是否在源站同一网络电缆段上，如果不存在，网桥就要顺序地将数据包发送给另一段电缆。网桥功能是与数据链路层内第二层介质访问控制子层相关，例如网桥可以读令牌环网数据帧的站地址，以确定信息目的地址，但是网桥不能读数据帧内的TCP/IP地址。当多段电缆通过网桥连接时可以通过三种结构连接：级连网桥拓扑结构、主干网桥拓扑结构、星型拓扑结构。星型拓扑结构使用一个多端口网桥去连接多条电缆，一般用于通信负载较小的场合，其优势是有很强工作生命力，即使有一个站与集线器之间的一根电缆断开或形成一个不良的连接，网络其它部分仍能工作。级连网桥拓扑与主干网桥拓扑结构相比，前者需要的网桥和连接设备少，但当C段局域网要连到A段局域网中时，必须经过B段局域网；后者可减少总的信息传送负载，因为它可以鉴别送向不同段的信息传输类型。 网桥和中继器对相连局域网要求不同。中继器要求相连两网的介质控制协议与局域网适配器相同，与它们使用的电缆类型无关；网桥可以连接完全不同的局域网适配器和介质访问控制协议的局域网段，只要它们使用相同的通信协议就可以，如：IPX对IPX。网桥是中继器的功能改进，而路由器是网桥功能的改进。路由器读数据包更复杂的网络寻址信息，可能还增添一些信息，使数据包通过网络。根据路由器的功能，它对应于数据链路ISO模型中的网络层(第三层)工作。由于路由器只接受来自源站或另一个路由器的数据，因而，可以用作各网络段之间安全隔离设备，坏数据和“广播风暴”不可能通过路由器。路由器允许管理员将一个网络分成多个子网络，这种体系结构可以适应多种不同的拓扑结构。这里仅举一个由光缆构成的高可靠性环路局域网。 如果要连接差别非常大的三种网络(以太网、IBM令牌环网、ARCRNET网)，则可选用网关。网关具有对不兼容的高层协议进行转换的功能，它不像路由器只增加地址信息，不修改信息内容，网关往往要修改信息格式，使之符合接受端的要求。用网关连接两个局域网的主要优点是可以使用任何互连线路而不管任何基础协议。 若各局域网段在物理上靠得较近，那么网桥、路由器就可以用来延伸粗缆，并且控制局域网信息传输，但是很多单位需要几千米以上的距离连接局域网段，在这种情况下，粗缆不

常见的局域网的拓扑结构

常见的网络拓扑结构 常见的分为星型网，环形网，总线网，以及他们的混合型 1总线拓扑结构 总线拓扑结构是将网络中的所有设备通过相应的硬件接口直接连接到公共总线上，结点之间按广播方式通信，一个结点发出的信息，总线上的其它结点均可“收听”到。 优点：结构简单、布线容易、可靠性较高，易于扩充，节点的故障不会殃及系统，是局域网常采用的拓扑结构。 缺点：所有的数据都需经过总线传送，总线成为整个网络的瓶颈；出现故障诊断较为困难。另外，由于信道共享，连接的节点不宜过多，总线自身的故障可以导致系统的崩溃。最著名的总线拓扑结构是以太网（Ethernet）。 2. 星型拓扑结构是一种以中央节点为中心，把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构。这种结构适用于局域网，特别是近年来连接的局域网大都采用这种连接方式。这种连接方式以双绞线或同轴电缆作连接线路。 优点：结构简单、容易实现、便于管理，通常以集线器（Hub）作为中央节点，便于维护和管理。 缺点：中心结点是全网络的可靠瓶颈，中心结点出现故障会导致网络的瘫痪。 3. 环形拓扑结构各结点通过通信线路组成闭合回路，环中数据只能单向传输，信息在每台设备上的延时时间是固定的。特别适合实时控制的局域网系统。 优点：结构简单，适合使用光纤，传输距离远，传输延迟确定。 缺点：环网中的每个结点均成为网络可靠性的瓶颈，任意结点出现故障都会造成网络瘫痪，另外故障诊断也较困难。最著名的环形拓扑结构网络是令牌环网（Token Ring） 4. 树型拓扑结构是一种层次结构，结点按层次连结，信息交换主要在上下结点之间进行，相邻结点或同层结点之间一般不进行数据交换。 优点：连结简单，维护方便，适用于汇集信息的应用要求。 缺点：资源共享能力较低，可靠性不高，任何一个工作站或链路的故障都会影响整个网络的运行。 5. 网状拓扑结构又称作无规则结构，结点之间的联结是任意的，没有规律。 优点：系统可靠性高，比较容易扩展，但是结构复杂，每一结点都与多点进行连结，因此必须采用路由算法和流量控制方法。目前广域网基本上采用网状拓扑结构。

网络拓扑结构图设计及其方案说明

[设备清单] Cisco 2600路由器一台 Cisco 2900XL交换机若干台 Cisco PIX防火墙一台 网线：若干箱 制线嵌：若干个 正版软件：Microsoft ISA [方案设计] 一.使用一台路由器实现内网与外网的连接 其功能实现： 1、实现内网与外网的连接 2、实现内网中不同VLAN的通信 3、实现NAT代理内网计算机连接Internet 4、实现ACL提供内外网的通信的安全 二. 使用多台交换机实现VLAN的规划 1、按部门或场所划分vlan

1)vlan1：经理； 2) vlan2：人事部； 3)vlan3：销售部； 4)vlan4：策划部； 5）vlan5：技术部 2、vlan之间的通信 1）实现有通信需要的vlan之间的通信，如vlan2与vlan3，vlan5等； 2）使用上述路由器实现vlan之间的通信； 3）使用ACL提供valn间通信的安全； 一、IP地址规划： 1、考虑内网中机器较多，并考虑到公司规模日益庞大故使用10.0.0.0/8私有 地址并将其进行子网划为/24； 2、不同vlan给予不同子网ip，如vlan2可为10.31.0.0/24子网; 3、通过DHCP服务器动态分配所有ip; 二、win2003域规划： 为方便管理和提高网络安全性，将内网中部分计算机实现win2003域结构网络： 1、创建一个win2003域，如：https://www.doczj.com/doc/ba16910689.html,； 2、将经理办公用机，各部门用机，等所有员工用机加入所建域； 3、创建额外域DC提供AD容错功能和相互减轻负担功能； 三、服务器规划 1、文件打印服务器（win2003系统）：用于连接多台打印设备，并将这些 打印机发布到活动目录 1）实现域中所有计算机都可方便查找和使用打印机； 2）实现打印优先级，使得重要用户，如部门领导可优先使用打印机； 3）实现打印池功能，使得用户可优先自动使用当前空闲打印机； 4）实现重定向功能，使得当一打印设备故障，如缺墨缺纸，可自动被重定向到其它打印设备打印； 5）实现打印机使用时间限制：如管理人员可24小时使用，普通员工只可上班时间使用； 2、DHCP服务器（linux AS4.0系统）：用于为内网客户机分配ip，考虑到 效率和可靠性 1）根据所需使用子网，实现多个作用域，并将这些作用域加入进一个超级作用域，为不同子网内的客户机分配相应； 2）实现为客户机分配除ip之外的其它设置，如网关IP，DNS IP，等等； 3）实现地址排除：将各服务器所使用地址在作用域内排除； 4）实现保留：为需要的用户，如网络系做网络相关实验的老师，保留特定的IP,使其可长期使用该IP而不与其他人冲突； 5）实现DDNS的支持，能够自动更新DNS数据库。 3、DNS服务器（linux AS4.0系统）：提供域名解析 1）实现主要名称服务器，并创建AD集成区域，如https://www.doczj.com/doc/ba16910689.html,； 2）实现允许安全动态更新的DDNS，使得与DHCP服务器合作，动

常见的局域网的拓扑结构

常见的分为星型网，环形网，总线网，以及他们的混合型 总线拓扑结构是将网络中的所有设备通过相应的硬件接口直接连接到公共总线上，结点之间按广播方式通信，一个结点发出的信息，总线上的其它结点均可“收听”到。 优点：结构简单、布线容易、可靠性较高，易于扩充，节点的故障不会殃及系统，是局域网常采用的拓扑结构。 缺点：所有的数据都需经过总线传送，总线成为整个网络的瓶颈；出现故障诊断较为困难。另外，由于信道共享，连接的节点不宜过多，总线自身的故障可以导致系统的崩溃。最著名的总线拓扑结构是以太网（Ethernet）。 2. 星型拓扑结构是一种以中央节点为中心，把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构。这种结构适用于局域网，特别是近年来连接的局域网大都采用这种连接方式。这种连接方式以双绞线或同轴电缆作连接线路。 优点：结构简单、容易实现、便于管理，通常以集线器（Hub）作为中央节点，便于维护和管理。 缺点：中心结点是全网络的可靠瓶颈，中心结点出现故障会导致网络的瘫痪。 3. 环形拓扑结构各结点通过通信线路组成闭合回路，环中数据只能单向传输，信息在每台设备上的延时时间是固定的。特别适合实时控制的局域网系统。 优点：结构简单，适合使用光纤，传输距离远，传输延迟确定。 缺点：环网中的每个结点均成为网络可靠性的瓶颈，任意结点出现故障都会造成网络瘫痪，另外故障诊断也较困难。最著名的环形拓扑结构网络是令牌环网（Token Ring） 4. 树型拓扑结构是一种层次结构，结点按层次连结，信息交换主要在上下结点之间进行，相邻结点或同层结点之间一般不进行数据交换。 优点：连结简单，维护方便，适用于汇集信息的应用要求。 缺点：资源共享能力较低，可靠性不高，任何一个工作站或链路的故障都会影响整个网络的运行。 5. 网状拓扑结构又称作无规则结构，结点之间的联结是任意的，没有规律。 优点：系统可靠性高，比较容易扩展，但是结构复杂，每一结点都与多点进行连结，因此必须采用路由算法和流量控制方法。目前广域网基本上采用网状拓扑结构。 6.混合型拓扑结构就是两种或两种以上的拓扑结构同时使用。

有线局域网拓扑结构

有线局域网拓扑结构——混合型结构 1．混合型结构概述 混合型网络拓扑结构是指多种结构(如星型结构、环型结构、总线型结构)单元组成的结构，但常见的是由星型结构和总线型结构结合在一起组成的，如图3—1 O所示。 网络型拓扑结构更能满足较大网络的拓展，解决星型网络在传输距离上的局限(因为双绞线的单段最大长度要远小于同轴电缆和光纤)，而同时又解决了总线型网络在连接用户数量的限制。如图3—10所示只是一种简单的混合型网络结构，实际上的混合结构网络主要应用于多层建筑物中。其中采用同轴电缆或光纤的“总线’’用于垂直布线，基本上不连接工作站，只是连接各楼层中各公司的核心交换机，而其中的星型网络则体现在各楼层中各用户网络中，如图3—11所示。

这种网络拓扑结构主要用于较大型的局域网中，如果一个单位有几栋在地理位置上分布较远(当然是同一小区中)的建筑物，或者分布在多个楼层中。不过现在也基本上不用这种混合型的网络结构了，而都是采用分层星型(也就相当于树型结构)结构，因为在一般的20层以内的楼中，1 00米的双绞线就可以满足(通常采用大对数双绞线，如25对，每对的一端连接一个中心交换机端口，另一端连接各楼层交换机的端口)，如图3—1 2所示。如果距离过远，如高楼层，或者多建筑物之间的网络互联，则可以用光纤作为传输介质，无论哪一种，传输性能均要比总线型连接方式好许多。

2．混合型拓扑结构的主要特点 混合型拓扑结构主要有以下几个方面的特点。 1.应用广泛 这主要是因它解决了星型和总线型拓扑结构的不足，满足了大公司组网的实际需求。 目前在一些智能化的信息大厦中的应用非常普遍。在一幢大厦中，各楼层间采用光纤作为总线传输介质，一方面可以保证网络传输距离，另一方面，光纤的传输性能要远好于同轴电缆，所以，在传输性能上也给予了充分保证。当然投资成本会有较大增加，在一些较小建筑物中也可以采用同轴电缆作为总线传输介质。各楼层内部仍普遍采用使用双绞线星型以太网。

网络拓扑结构设计

网络拓扑结构设计 一、小型星型网络结构设计示例 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。 1．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。 2．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1 O／1 00Mbps端口，两个1 O／1 00／1 00Mbps 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1 O／1 00Mbps和1 O／1 00／1 00Mbps，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1 0Mbps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1 O／1 00Mbps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1 O／1 00Mbps端口+2个1 O／1 00／1 00Mbps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

小型局域网基础拓扑图设计与实现

目录 一、拓扑图 (2) 二、设备配置 (2) 1 .配置以太网通道 (2) 2.封装端口f0/3-4 (3) 3. 配置vlan2-5 (4) 4. 配置vtp (5) 5.配置vlan间路由 (6) 6. 生成树协议 (7) 7. DHCP服务器配置 (8) 8.配置Rip 协议 (12) 9. 测试内容 (14) 10. 扩展内容 (16) 三、项目总结 (19)

项目答辩 目的：设计并实现小型局域网的网络架构一、拓扑图 二、设备配置 1 .配置以太网通道 Multilayer Switch0配置： Multilayer Switch0(config)#int range f0/1-2 Multilayer Switch0(config-if-range)#channel-protocol lacp Multilayer Switch0(config-if-range)#channel-group 1 mode active Multilayer Switch0(config-if-range)#exit Multilayer Switch0(config)#int port-channel 1 Multilayer Switch0(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q Multilayer Switch0(config-if)#switchport mode trunk

Multilayer Switch1配置： Multilayer Switch1(config)#int range f0/1-2 Multilayer Switch1(config-if-range)#channel-protocol lacp Multilayer Switch1(config-if-range)#channel-group 1 mode active Multilayer Switch1(config-if-range)#exit Multilayer Switch1(config)#int port-channel 1 Multilayer Switch1(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q Multilayer Switch1(config-if)#switchport mode trunk 2.封装端口f0/3-4 Multilayer Switch0配置： Multilayer Switch0(config)#int range f0/3-4 Multilayer Switch0(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q

局域网的拓扑结构主要有星型拓扑

局域网的拓扑结构主要有星型拓扑、环型拓扑、总线拓扑以及混合型拓扑。 星型拓扑：星形网通过点到点链路接到中央结点的各站点组成的。通过中心设备实现许多点到点连接。在数据网络中，这种设备是主机或集线器。在星形网中，可以在不影响系统其他设备工作的情况下，非常容易地增加和减少设备。星型拓扑的优点是:利用中央结点可方便地提供服务和重新配置网络；单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网，容易检测和隔离故障,便于维护；任何一个连接只涉及到中央结点和一个站点，因此控制介质访问的方法很简单，从而访问协议也十分简单。星型拓扑的缺点是:每个站点直接与中央结点相连，需要大量电缆,因此费用较高；如果中央结点产生故障，则全网不能工作，所以对中央结点的可靠性和冗余度要求很高。 总线拓扑结构：总线型网络采用单根传输线作为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或称总线上。使用一定长度的电缆将设备连接在一起。设备可以在不影响系统中其他设备工作的情况下从总线中取下。任何一个站点发送的信号都可以沿着介质传播，而且能被其他所有站点接收。总线拓扑的优点是:电缆长度短，易于布线和维护；结构简单，传输介质又是无源元件，从硬件的角度看，十分可靠。总线拓扑的缺点是:因为总线拓扑的网不是集中控制的，所以故障检测需要在网上的各个站点上进行；在扩展总线的干线长度时，需重新配置中继器、剪裁电缆、调整终端器等；总线上的站点需要介质访问控制功能,这就增加了站点的硬件和软件费用。 环形拓扑结构：由连接成封闭回路的网络结点组成的，每一结点与它左右相邻的结点连接。环形网络的一个典型代表是令牌环局域网，它的传输速率为4Mbps或16Mbps，这种网络结构最早由IBM推出，但现在被其他厂家采用。在令牌环网络中，拥有" 令牌" 的设备允许在网络中传输数据。这样可以保证在某一时间内网络中只有一台设备可以传送信息。在环形网络中信息流只能是单方向的，每个收到信息包的站点都向它的下游站点转发该信息包。信息包在环网中“旅行”一圈，最后由发送站进行回收。

课业-小型办公局域网拓扑结构设计

课业：小型办公网拓扑结构设计 目录 一、任务背景 (1) 二、需求分析................................................................................................. 错误！未定义书签。 三、设计与实现步骤..................................................................................... 错误！未定义书签。 四、测试方案设计与测试结果分析............................................................. 错误！未定义书签。 五、总结......................................................................................................... 错误！未定义书签。 一、任务背景 项目背景： 某公司被分配一个C类地址段,地址为192.168.1.0,现公司欲将该网段划分成若干个子网,分别为人事部、财务部、销售部、工程部。 已知人事部有40台计算机，其他部门各有50台计算机，请你规划并组建该公司局域网。 二.任务要求 内容一：选择拓扑结构（课业中要列举出局域网常用的拓扑结构，分析各种结构的优缺点，说明为什么选择这种拓扑结构，画出拓扑结构图） 内容二：列出常用网络设备的基本原理及功能，并列出各设备工作在ＯＳＩ体系结构哪些层，能够根据需要选用网络设备． 内容三：列出常用网络传输介质及其主要性能，正确描述制作RJ-45接头双绞线过程． 内容四:分析比较常用internet接入技术，为你设计的局域网选择合适的internet 接入技术(如不会,可先空) 内容五：为你设计的局域网分配并设计IP地址及子网掩码方案 内容六:总结出局域网组建步骤 三.本课业每人一份上交电子版，注意 １．排版格式规范 ２．如果发现雷同现象，同时记不及格 ３．本课业占总评成绩２０％ ４．课业包含上述６项内容，内容有条理，引用术语规范，能够体现出自己创新能力 (1)选择拓扑结构（课业中要列举出局域网常用的拓扑结构，分析各种结构的优缺点，说明为什么选择这种拓扑结构，画出拓扑结构图） (2)列出常用网络设备的基本原理及功能，并列出各设备工作在ＯＳＩ体系结构哪些层，能够根据需要选用网络设备． (3)列出常用网络传输介质及其主要性能，正确描述制作RJ-45接头双绞线过程． (4)分析比较常用internet接入技术，为你设计的局域网选择合适的internet

校园网络拓扑结构设计

校园网络拓扑结构设计 This manuscript was revised by the office on December 10, 2020.

校园网络拓扑结构设计 班级：机升本14-1 姓名：刘庆伟 指导教师：张志杰 实验日期：2014年12月18日 目录

摘要 校园网是为学校师生提供教学、科研和综合信息服务的宽带多媒体网络。首先，校园网应为学校教学、科研提供先进的信息化教学环境。这就要求：校园网是一个宽带、具有交互功能和专业性很强的局域网络。多媒体教学软件开发平台、多媒体演示教室、教师备课系统、电子阅览室以及教学、考试资料库等，都可以在该网络上运行。如果一所学校包括多个专业学科(或多个系)，也可以形成多个局域网络，并通过有线或无线方式连接起来。其次，校园网应具有教务、行政和总务管理功能。 关键词：校园网;多媒体教学;局域网络

第1章前言 1.1概述 在当今信息产业蓬勃发展的今天，信息已经成为一种关键性的战略资源，计算机技术在人们的生活中已经起到了越来越重要的作用。校园作为知识基地和人才基地，它理应成为代表信息产业应用最成功的典范。一所成功的学校不仅在学术上、教育上要力争上游，更应在管理上上一个台阶。利用各种成熟的技术带动学校各单位、各部门的电脑化管理，通过校园信息网，将各处的电脑联成一个数据网，实现各类数据的统一性和规范性；教职员工和学生可共享各种信息，极易进行各种信息的教流、经验的分享、讨论、消息的发布、工作流的自动实现和协同工作等，从而有效地提高学校的现代化管理水平和教学质量，增强学生学习的积极性、主动性，为信息时代培育出高素质的人才。 当前由于网络、数据库及与之相关的应用技术不断发展，尤其国际互联网（Internet）和内部网（Intranet）技术的广泛应用，世界正在迈入网络中心计算（NetworkCentricComputing）时代。人们传统的交互和工作模式正在改变。处在不同地理位置的人们可以共享数据，使用群件技术（GroupWare）进而能够协同工作；多媒体数据的存储、传输、应用技术的不断成熟；以上这些计算机技术的发展对学校传统的计算机业务系统产生影响，使用户能更方便。更直观的使用系统，也使系统的性能更完善、功能更强大。 校园网建设的目标简而言之是将校园内各种不同应用的信息资源通过高性能的网络设备相互连接起来，形成校园园区内部的Intranet系统，对外通过路由设备接入广域网。 建设校园网对每个学校来说都不是一件容易的事情,都要经过周密的论证、谨慎的决策和紧张的施工。当一堆设备变成网络的时候,大部分学校的满腔热情也慢慢地冷却凝固。校园网建成了,各种问题也不断涌现:设计目标根本无法实现,没有合适的应用软件,许多设想根本无法实施,后续的维护费用不堪承受等等。 1.2 校园网建设的必要性 随着计算机多媒体和网络技术的不断发展与普及，校园网信息系统的建设，是非常必要的，也是可行的。主要表现在： 1．当前校园网信息系统已经发展到了与校际互联、国际互联、静态资源共享、动态信息发布、远程教学和协作工作的阶段，发展对学校教育现代化的建设提出了越来越高的要求。 2．教育信息量的不断增多,使各级各类学校、家庭和教育管理部门对教育信息计算机管理和教育信息服务的要求越来越强烈。 3．我国各级教育研究部门、软件开发单位、教学设备供应商和各级学校不断开发提供了各种在网络上运行的软件及多媒体系统，并且越来越形象化、实用化，迫切需要网络环境。 4．现代教育改革的需要。 第2章校园网络需求分析 2.1用户需求分析 设计一个网络，首先要为用户分析目前面临的主要问题，确定用户对网络的真正需求，并在结合未来可能的发展要求的基础上选择、设计合适的网络结构和网络技术，提供用户满意的高质服务。 网络在日常教学办公环境中起着至关重要的作用，校园网的运作模式会带来大量动态的www应用数据传输，会有相当一部分应用的主服务器有高速接入网络的需求（目前为 100/1000Mbps，今后可会更高）。这就要求网络有足够的主干带宽和扩展能力。同时，一些新

局域网拓扑图

网络设备主要包括局域网交换机、路由器、各种服务器等。各器件间用双绞线连接；和互联网连接用光纤。 整体拓扑结构： 整体平面图： 网络拓扑结构的规划设计与网络规模息息相关。一个规模较

小的星型局域网没有主干网和外围网之分。规模较大的网络通常采用分层结构的拓扑，分为核心层、汇聚层和接入层，如图示。 分层设计规划的好处是可有效地将全局通信问题分解考虑。分层还有助于分配和规划带宽的使用。 主干网络又称为核心层，用以连接服务器群、建筑群到网络中心，或在一个较大型建筑物内连接多个交换机管理间到网络中心设备间；用以连接信息点的“毛细血管”线路及网络设备称为接入层，根据需要在中间设置汇聚层。汇聚层和接入层又称为外围网络。 要不要汇聚层，采用级联还是堆叠，要视网络信息流的特点而定，堆叠体内能够有充足的带宽保证，适宜本地(楼宇内)信息流密集、全局信息负载相对较轻的情况；级联适宜于全网信息流较平均，且汇聚层交换机大都具有组播和初级QoS(服务质量)管理能力的场合，适合处理一些突发的重负载(如VOD视频点播)，但增加汇聚层的同时也会使成本提高。 北京总部拓扑结构：

北京分部拓扑结构： 管理服务器包括：邮件服务服务器、Fileserver1的文件服务器、应用服务器、数据库服务器；包含FTP服务、DNS服务、Web服务等。 企业的文件服务器上有一个给员工保存文件的共享文件夹。要求管理人员每人最多可以保存500MB文件，一般工作人员最多可以保存200MB文件，短期员工最多可以保存100MB文件。企业中有一个名为Fileserver1的文件服务器，这台文件服务器上有一个共享文件夹叫shared folder，里面有几千份文档供企业的工程师使用。为保证共享文件夹数据的安全性，需要对此共享文件夹进行严格审核，并进行每天一次的备份。 企业的主要数据都放置在北京的一号办公大楼服务器中。

校园网络拓扑结构设计

校园网络拓扑结构设计 班级：机升本14-1 学号：11 姓名：刘庆伟 指导教师：张志杰 实验日期：2014年12月18日

目录 摘要 (4) 1前言.......................................................... 错误!未定义书签。概述.......................................................... 错误!未定义书签。 校园网建设的必要性 (1) 第2章校园网络需求分析 (2) 用户需求分析 (2) 校园网建网需求 (3) 设计原则 (3) 网络设计的基本原则 (4) 模块化、层次化的设计原则 (4) 校园网的设计原则 (5) 第3章解决方案 (5) 网络拓扑图 (5) 方案说明 (5) 用户上网方案 (6) IP地址规划和路由设计 (6) IP 地址规划 (7) 路由设计 (7)

安全与流量控制 (8) 流量监控与控制： (9) 方案特点 (9) 高带宽、高性能 (9) 完善的安全机制 (9) 第4章综合布线 (9) 概述 (9) 布线系统概述 (10) 布线系统结构组成 (10) 办公场地布线系统设计 (11) 第5章设备选型 (11) 核心层：DCRS-7600系列插槽IP V6万兆路由交换机 (11) 汇聚层：DCRS-5950系列盒式万兆IP V6路由交换机 (13) 接入层：DCRS-5200系列安全路由接入交换机 (13) 结论 (14) 参考文献 (15)

摘要 校园网是为学校师生提供教学、科研和综合信息服务的宽带多媒体网络。首先，校园网应为学校教学、科研提供先进的信息化教学环境。这就要求：校园网是一个宽带、具有交互功能和专业性很强的局域网络。多媒体教学软件开发平台、多媒体演示教室、教师备课系统、电子阅览室以及教学、考试资料库等，都可以在该网络上运行。如果一所学校包括多个专业学科(或多个系)，也可以形成多个局域网络，并通过有线或无线方式连接起来。其次，校园网应具有教务、行政和总务管理功能。 关键词：校园网;多媒体教学;局域网络

局域网设计

局域网设计 局域网是在微型计算机大量应用后才逐渐发展起来的计算机网络。一方面，局域网容易管理与配置；另一方面，局域网容易构成简介整齐的拓扑结构。局域网传输速率高，延迟时间短，因此，网络站点往往可以对等地参与整个网络的使用与监控。再加上局域网具有成本低廉，应用广泛，组网方便和使用灵活的特点，故深受用户欢迎。 局域网是现在计算机网络的基础，也是计算机网络中发展最快、最活跃的一个分支。 局域网典型应用的场合如下： ●同一个房间内的所有计算机，覆盖范围一般不超过10m。 ●同一楼宇内的所有计算机，覆盖范围一般不超过100m。 ●同一校园、厂区、院落内的所有计算机，覆盖范围一般不超过10km（这种局域网又称园区网）。 建立计算机网络系统是一涉及面广、技术复杂、专业性较强的系统工程，其主要包括网络规划、网络设计、设备选型与采购、设备安装调试、运行管理、维护以及用户培训。 一、网络规划 在网络规划的同时应该遵循以下几个原则： 1.先进性原则：尽可能采用先进、成熟的技术和设备，使其在一段时间内保证其主流地位，同时要保证网络在数年内要满足用户的需求。 2.开放性原则：网络的建设应遵循国际标准，采用大多数厂家支持的、开放的标准协议以及标准接口，以便用户的使用与减少维护的成本。 3.易用性原则：整个网络必须易于管理、安装、使用和良好的可管理性。 4.安全性原则：网络系统的安全性是指确保系统内部的数据和数据访问以及传输信息安全，包括两个方面： a)外部网络与本网络之间互联的安全性。 b)内部网络系统的安全性。 5.灵活性和可扩充性原则：灵活性体现在连接方便，设计和管理简单、灵活，使用和维护方便，而可扩充性则表现在数量的增加、质量的提高和新功能的扩展。 6.稳定性和可靠性原则：稳定性和可靠性要求软件和设备有很高的平均无故障时间和尽可能低的平均故障率，使网络能稳定、可靠运行。 7.实用性和经济性原则：计算机设备、服务器设备和网络设备在技术性能逐步提高的同时，其价格却在逐步下降。因此不可能也没有必要实现所谓的“一步到位”，所以在设计中把握“够用”和“实用”的原则，以到达实用、经济和有效的目的。 二、网络设计 网络设计中要实现以下几个方面： 1.对其进行需求分析，考虑网络的物理布局、用户设备的类型与配置、通信类型和通信流量、网络服务、网络现状以及、所需要的安全程度。 2.结合用户的具体情况，对网络进行可行性分析。论证建网目的的科学性和正确性。其中主要包括技术可行性和经费预算可行性。 3.根据网络规划提出的各种技术规范和系统性能要求，以及需求分析，制订出一个总体计划和方案，然后进行网络流量分析、估算和分配、网络拓扑结构设计和网络功能结构设计。 4.然后进行详细设计即分系统进行设计，其中包括：网络主干设计、子网设计、网络硬件设备、软件选择、网络的传输介质和布线设计、网络安全和可靠性设计和网络管理设计。 三、设备器材和软件的采购 根据网络设计方案，确定网络软件，选择性能价格比高的设备，通过公开招标等方式

组建宿舍局域网拓扑结构

一、需求分析： 局域网是各种类型网络中一大分支，有着非常广泛的应用。随着计算机的发展，人们越来越意识到网络的重要性，通过网络，人们拉近了彼此之间的距离。本来分散在各处的计算机被网络紧紧的联系在了一起。局域网做为网络的组成部分，发挥了不可忽视的作用。我们可以用Windows OS把众多的计算机联系在一起，组成一个局域网，在这个局域网中，我们可以在它们之间共享程序、文档等各种资源，还可以通过网络使多台计算机共享同一硬件，如打印机、调制解调器等；同时我们也可以通过网络使用计算机发送和接收传真，方便快捷而且经济。随着网络应用的发展计算机病毒形式及传播途径日趋多样化，安全问题日益复杂化，网络安全建设已不再像单台计算安全防护那样简单。计算机网络安全需要建立多层次的、立体的防护体系，要具备完善的管理系统来设置和维护对安全的防护策略。 二、网络体系结构分析： 此宿舍局域网为对等网。“对等网”也称“工作组网”，在对等网络中，计算机的数量通常不会超过20台，所以对等网络相对比较简单。在对等网络中，对等网上各台计算机的有相同的功能，无主从之分，网上任意节点计算机既可以作为网络服务器，为其它计算机提供资源；也可以作为工作站，以分享其它服务器的资源；任一台计算机均可同时兼作服务器和工作站，也可只作其中之一。同时，对等网除了共享文件之外，还可以共享打印机，对等网上的打印机可被网络上的任一节点使用，如同使用本地打印机一样方便。因为对等网不需要专门的服务器来做网络支持，也不需要其他组件来提高网络的性能，因而对等网络的价格相对要便宜很多。 对等网主要有如下特点： （1）网络用户较少，一般在20台计算机以内，适合人员少，应用网络较多的中小企业； （2）网络用户都处于同一区域中； （3）对于网络来说，网络安全不是最重要的问题。 它的主要优点有：网络成本低、网络配置和维护简单。 它的缺点也相当明显的，主要有：网络性能较低、数据保密性差、文件管理分散、计算机资源占用大。 多于3台机的对等网组建方式只能有两种： （1）采用集线设备（集线器或交换机）组成星形网络； （2）用同轴电缆直接串连。虽然这类对等网也可采用双网卡网桥方式，就是在除了首、尾两台计算机外都采用双网卡配置，但这种方式因要购差不多两倍的网卡，成本较高；且双网卡配置对计算机硬件资源要求较高，所以不可能有人会用这种方式来实现多台计算机的对等网到连。 软件系统方面，对等网更是非灵活，几乎所有操作系统都可以配置对等网，包括网络专用的操作系统，如Windows NT Server／2000 Server／2003 Server，Windows 9x／ME／2000 Pro／XP等也都可以，早期的DOS系统也可以。

网络拓扑结构的规划与设计

网络拓扑结构的规划设计原则 网络工程（2）班0904032004 陈文刚 网络拓扑结构设计主要是确定各种设备以什么方式相互连接起来。根据网络规模，网络体系结构、所采用的协议，扩展和升级管理等各个方面因素来考虑。拓扑结构的设计直接影响到网络的性能。 构成局域网的拓扑结构有很多种，最常见到的有总线拓扑、星型拓扑、环型拓扑及各种混合性拓扑等。采用不同的网络控制策略(即网络数据的传输与通信的有关协议和控制方法)，所有使用的网络连接设备也不一样。因此，无论在网络的规划或设计时都必须首先决定将采用那一种网络拓扑结构，选择合适的网络拓扑结构非常重要的。也就是说，选择网络拓扑结构是网络规划设计的第一步。 中小企业在选择网络拓扑结构的时候，应从经济性、灵活性和扩展性好、可靠性、易于管理和维护几个方面着重入手。在现在企业中经济效益都是首要考虑的，在建设网络投资的同时就考虑到经济效益的回报。拓扑结构的选择直接决定了网络安装和维护的费用。因为，拓扑结构的选择与传输介质的选择、传输距离的长短及所需网络的连接设备密切相关。 灵活性和扩展性也是选择网络拓扑结构时应充分重视的问题。任何一个网络都不能一劳永逸的，随着用户的增加，应用的深入和扩大，网络新技术的不断涌现，特别是应用方式和要求的改变，网络经常需要加以调整。然而，网络的可调性与灵活性，以及可扩展性与建立网络时拓扑结构直接相关。网络的可靠性是任何一个网络的生命。当网络总的某个节点或站点发生问题的时候时，网络不能正常工作。网络拓扑结构的选择还直接决定网络故障检测和故障隔离的方便性。总之，中小企业网拓扑结构的选择，需要考虑的因素很多，这些因素同时影响网络的运行速度和网络软硬件接口的复杂程度等等。 主干网络(核心层)设计 主干网络技术的选择，需根据需求分析中地理距离、信息流量个数据负载的轻重而定。一般而言，主干网一般用来连接建筑群和服务器群，可能会容纳网络上的40%-60%的信息流，是网络的大动脉。连接建筑群的主干网一般以光纤作为传输介质，典型的主干网技术主要有千兆以太网、ATM和FDDI等。根据中小企业的需求和中小企业网络拓扑结构的规划设计原则等角度来考虑，采用千兆以太网是中小企业比较理想的做法。 FDDI基本已属于昨天的技术，支持它的厂商越来越少。ATM是面向连接的网络，能保证一些突出负载在网上传输，但由于ATM在企业局域网的所有应用需要

局域网组网方案设计0001

理工大学Intranet组建与管理实验报告

页脚

实验1局域网组网方案设计 实验目的: （1 ）掌握按照接入层、汇聚层、核心层三层模型设计局域网拓扑结构的方法。 （2）掌握网络设备选型的方法。 （3 ）掌握对局域网综合布线系统进行需求分析的方法和步骤。 （4）掌握对局域网综合布线系统进行设计的方法和步骤。 （5）学会正确选择布线材料。 （6 ）学会正确绘制综合布线系统工程图。 二实验内容： 某建筑物10层，每层结构都一样，如下图所示（以5楼为例），即建筑平面示意图。 两边是房间，中间是走廊。楼的总长度59m，其中每层弱点竖井间长为3m ,02至17号房 每个房间长各6m，18和19号房长8m ;楼宽为17m，房间宽5m，走廊宽7m。该楼房房间和走廊都有吊顶，楼高 3.5m，吊顶后楼的净高 2.8m。现在准备为该建筑物组建计算 机网络，设备间放在一楼的弱点井房，其他楼层的弱点井房为楼层配线间，配线间都使用立 式机柜，机柜放在弱电井下侧。信息点分布在各个房间中。 请为该建筑物设计局域网组网方案。 三实验步骤 1、为该建筑物局域网综合布线作简单的需求分析，给出工作区信息点数量的估算和在各个房间里的分布位置情况；符合的国际/国内标准；使用的年限、综合布线系统要达到的 目标和性能要求等。下图为楼层信息点分布的一个示例，做信息点数量估算时可参考下图格

式。 楼层1F2F3F4F5F6F 01房 666666 02房666666 03房666666 04房66666 6合05房66666 6 口06房666666 07房666666 08房666666 09房66666 6 、丄 计10房666666 11房666666 12房546666 13房534355 14房465655 15房455533 小计787890849090 510楼层信息点分布图

实验一--网络拓扑结构设计与绘制

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Visio 2003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 Visio 2003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10/100M bit/s，2个10/100/1000M bit/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