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第2章 网络总体规划与设计_图文

第 2 章 网络总体规划与设计

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第 2 章 网络总体规划与设计
任务目标
在明确设计依据和规范的基础上,根据地理分布进行校园网的拓扑结构设计、IP地址 及子网地址规划以及确定应用中应使用的相关技术。

任务要求
任务要点 设计依据和规范 综合布线技术 网络结构层次设计方法 IP 地址与子网规划 局域网络可靠性设计 知识能力要求 明确网络系统设计依据和国家的相关规范标准 了解网络综合布线的基本要求和方法 掌握网络分层结构设计方法,理解核心层、汇聚层和接入层的功能 根据拓扑结构确定子网分布,并合理地分配 IP 地址 理解生成树技术、端口聚合、VLAN 技术

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2.1 任务描述
在了解了用户对网络系统的要求后,应对网络工程进行分析和设计,即根据网络需求 和组网策略来进行网络规划,包括确定网络体系结构、网络拓扑结构、网络操作系统、网 络硬件以及使用的网络技术等。通过对这些内容的描述,要求读者理解和掌握网络总体规 划与设计的各个步骤和功能。

2.2 设计规范和标准
网络工程与同其他的系统一样,在规划、设计以及施工中要遵循相应的标准。国家的 网络相关设计标准与规范有许多,本文中列举出了一些,具体内容可查看相关的标准。 1. 信息及网络系统设计标准 信息技术通用多八位编码字符集(UCS)(GB 13000.1) 信息技术系统间远程通信和信息交换 局域网和城域网 (GB 15629.11-2003) 信息处理系统光纤分布式数据接口 (ISO 9314-1: 1989) 光纤分布式数据接口(FDDI)高速局域网标准(ANSIX3T9.5) 2. 结构化布线系统设计标准 建筑和建筑群综合布线系统工程设计规范 (GB/T 50311-2006) 建筑和建筑群综合布线系统工程验收规范 (GB/T 50312-2006) 信息技术 用户建筑群通用布缆 (ISO/IEC 11801: 2002) 信息技术 用户建筑群布缆的实施和运行 (ISO/IEC 14763-1: 1999) 信息技术 用户建筑群布缆配置 (ISO/IEC 14709-1: 1997) 信息技术 用户建筑群布缆的通路和空间 (ISO/IEC 18010: 2002) 光纤总规范 (GB/T 15972.2-1998) 商务楼通用信息建筑布线标准(EIA TIA568A) 民用建筑通讯通道和空间标准(EIA TIA569) 3. 机房工程系统设计标准 电子计算机场地规通用规则(GB/T2887-2000) 计算机场地安全要求(GB9361 -1988) 电子计算机机房设计规范(GB50174-1993) 防静电活动地板通用规范(SJ/T10796-2001) 电信专业房屋设计规范(YD5003-1994) 通信机房静电防护通则(YD/T754-1995) 4. 通信系统设计标准
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第 2 章 网络总体规划与设计 通信管道与管道工程设计规范(GB50373-2006) 视听电信业务中 64~1 920 Kb/s 信道的帧结构 (YD/T 847-1996) 邮电部电话交换设备总技术规范书 (YDN 065-1997) 城市住宅区和办公楼电话通信设施验收规范 (YD 5048-1997) 室内电信网光纤数据传输系统工程设计暂行技术规范 (YDJ 13-1988) 综合交换机技术规范 (YD/T 1123-2001) 数字程控自动电话交换机技术要求 ( GB/T 15542-1995) 5. 信息安全设计标准 计算机软件配置管理计划规范(GB/T12505--1990) 计算机信息系统安全保护等级划分规范 (GB 17859-1999) 计算机信息系统安全专用产品分类原则 (GB 163-1997) 信息技术设备的安全 (ide IEC 60950:1999) (GB4943-2001) 信息技术 安全技术 信息技术安全性评估准则(GB/T18336.1—2001) 信息技术 信息安全管理实施规则 (ISO17799—2000) 涉及国家秘密的计算机信息系统保密技术要求 (BMZ 1-2000) 涉密信息设备使用现场的电磁泄漏发射防护要求 (BMB 5-2000) 涉及国家秘密的计算机信息系统安全保密测评指南 (BMZ 3-2001) 6. 智能化系统设计规范 智能建筑设计标准(GB/T50314-2006) 建筑及居住区数字化技术应用系列标准(GB/T20299-2006) 建筑智能化系统设计技术规程(DB/J01-615-2003) 公共建筑节能标准(GB50189-2005 民用建筑电气设计规范(JGJ/T)

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2.3 网络结构层次设计
在绘制网络拓扑结构或者实际构建网络时,面对各种各样的地址分布以及众多的交换 机、路由器等各种网络设备、复杂的通信协议,如果我们陷入到纷杂的细节中去的话,则 会把人搞的精疲力竭,可能不会很好地完成任务。如何解决这个问题?作为业界的领袖, Cisco 给我们提出了一个解决方案。 在网络通信中,我们是通过分层的方法来完成数据在网络中进行传输的。通过分层的 方法后,可以降低解决问题的复杂程度。现在的互联网是一个结构比较复杂的大的网络, 它包含了许许多多小的网络,要理解或分析这样一个大的网络当然是不容易的。互联网络 的结构是相当复杂的,在这个网络中集合了大量的主机、路由器、交换机及其他各种各样 的网络设备。如何从全局的角度来看待和理解网络而不用过分追求网络的细节问题,如果 能找出一个比较好的办法将使得对网络的理解变得容易起来,毕竟大量的协议与 7 层的 OSI/RM 模型一会就可能把大家搞得头大。针对这种情况,Cisco 提出了一个从逻辑高度来
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看待、理解网络结构的方法或者说是理论,它把整个网络分成了 3 个层次的结构:核心层、 汇聚层、接入层。这一思想,已被其他厂商广泛采用。 1. 三层模型概述 采用三层结构的这种分类方法并不与 OSI/RM 分层结构相矛盾,只是它们看待问题的 角度不同而已。OSI/RM 分层结构重点关注的是一个数据段是如何进行处理并且在网络上 进行传输的,而三层结构关注的是如何看待整个网络是如何工作的,从实际的网络应用角 度来看网络。这对于我们拓扑结构绘制以及构建实施网络、进行不同层次的设备选型具有 指导意义。图 2.1、图 2.2 是一个三层结构的划分示意图和设备使用的示意图。

图 2.1

三层结构模型

图 2.2 三层结构的设备模型

2. 接入层 接入层的英文全称是 Access Layer,它主要控制用户和工作组对互联网络资源的访问,
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有时也被称为桌面层。 接入层提供了用户从桌面连接到网络的各种方案及相应的技术规范。对于直接接入到 互联网的个人用户来说,目前常用的接入层技术主要有:xSDL、ISDN 等;而对于企业网 来说,大多采用的是局域网接入,即将个人的计算机接入到交换设备(交换机)中,通过 这种接入访问互联网,这种交换设备就称为接入层。如图 2.3 所示。

图 2.3 接入层

同其他厂商一样, 华为也提供了该层次的交换机。 SMB 交换机 如 (如: H3C S1000/1200、 H3C S1500L/E 等)、智能二层/三层交换机(如:H3C S3100、H3C3600、H3C E 系列等)。 例如,在企业网络和园区网中,接入层 S3100 交换机通过千兆上行到汇聚层交换机,进而 通过千兆捆绑或万兆上联到园区骨干网络,构成万兆骨干、千兆汇聚、百兆到桌面的企业 网全网解决方案,从而满足用户高带宽、多业务的需求。图 2.3 是华为 3100 系列产品。

图 2.3 华为 3100 系列交换机

本层次的交换机产品主要是提供较多的端口、具有快速或千兆上行、可堆叠等功能, 部分交换机还增加了其他特性:如智能型可网管、完备的安全和 QoS 控制策略等特点。此 类产品不仅可以满足企业用户多业务融合、高安全、可扩展、易管理的建网需求,可以作 为行业、企业网、宽带小区的接入以及中小企业、分支机构汇聚交换机。

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3. 汇聚层 汇聚层的英文全称是 Distribution Layer,汇聚层有时又被称为分布层、工作组层,它 处在接入层与核心层之间,起到承上启下的作用,如图 2.4 所示。

图 2.4 汇聚层

汇聚层主要完成下面的几个功能。 (1) 为来自接入层的数据提供路由功能,通过一定的路由算法选择一个比较好的通信 链路将数据传送出去。在网络的实际运行过程中,在两个通信对象之间可能同时存在多条 通信链路,并且这些通信链路的状态是变化的。汇聚层必须根据实际情况来决定在某一个 时刻,发往某个主机的数据分组将被路由到哪条通信链路上去。 (2) 汇聚层还必须能够处理一些非正常的数据分组,对于一些数据分组根据规则不应 该继续转发下去,那么汇聚层将会丢弃这些分组。这就是说汇聚层具有一定的过滤功能, 该转发的数据分组按正常步骤进行转发。应该丢弃的分组就直接丢弃,不再继续转发,从 而保证网络的带宽不被浪费。 (3) 汇聚层还应该提供 WAN 接入功能。 由于汇聚层会将处理的数据分组交给核心层进行传输,如果汇聚层的处理速度太慢, 那么整个网络的工作速度也会大受影响,所以要求分配必须能以最快的速度来进行处理, 对各种网络请求能够快速响应,从而最大程度地利用好网络带宽资源。 华为的 H3C5120、H3C5500、H3C5510、H3C5600 等系统的全千兆智能交换机、H3C SR6600 系列开放多核路由器等产品完全可充当大型企业网络和园区网的汇聚层设备。图 2.5 是华为的汇聚层设备。

图 2.5 华为 SR6604 路由器与 S5600 交换机

此类设备以高带宽、高密度、多业务为基础。如 S5600 系列全千兆智能弹性交换机采 用 H3C 公司创新的 IRF (Intelligent Resilient Framework, 智能弹性架构)技术, 支持高达 96G 的堆叠带宽和高密度千兆端口,支持万兆上行。特别适合作为需要高带宽、高性能和高扩 展性的中小企业网核心、 大型企业网络和园区网的汇聚层以及数据中心的服务器接入设备。 4.核心层
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核心层的英文全称是 Core Layer,仅仅从字面上来理解可以知道它是一个网络的核心 部分。一个网络的中心工作就是能够进行数据的传送操作,因此核心层的主要任务就是要 确保网络可以高速、可靠地进行数据传输。它位于三层结构的最高层,其下面的汇聚层要 为它完成这个功能提供服务。这一点与 OSI/RM 七层结构相同,下层结构要为上层结构提 供服务,如图 2.6 所示。

图 2.6 核心层

核心层在设计上要尽可能保证提供高效、高速的数据传输就可以了,它可以不必关心 所传送的数据的类型、内容等其他相关内容。由于核心层要对许多的用户提供服务,要尽 可能保证核心层能够稳定、高效地进行工作,认真应对可能发生的各种问题,做到高效、 稳定、可靠。 核心层在现实的互联网络中就是常说的骨干网,它只负责数据的传输,很少处理其他 问题,它能够提供高速的数据传输服务。因此,在此层不要做任何影响通信流量的事,其 中包括使用访问列表,在 VLAN 之间进行路由选择,以及进行包过滤。 此层次的设备,华为公司的有核心路由交换机 S7500、S9500 以及 SR8800 系列路由器 等。 H3C S7500 系列交换机是 H3C 公司面向以业务为核心的企业网络架构而推出的新一代 高端多业务路由交换机。该产品基于 H3C 公司自适应安全网络的技术理念,在提供稳定、 可靠、 安全的高性能 L2/L3 层交换服务基础上, 进一步提供了业务流分析、 基于策略的 QOS、 可控组播等智能的业务优化手段,从而为企业 IT 系统构建面向业务的网络平台,实现通信 整合,数据整合奠定了基础。可广泛的适用于 IP 城域网、大型企业园区网、中小型企业办 公网络的核心层和汇聚层,为用户提供多种业务接入、交换、路由一体化的安全融合网络 解决方案。图 2.7 是华为的核心层交换机。

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图 2.7 华为 SR8805 路由器与 S7506 交换机

2.4 网络拓扑结构设计
在明确了用户需求以及网络结构层次设计的思想后,接下来的工作就是要根据用户建 筑布局进行网络拓扑结构的设计了,这是整个网络系统设计的真正开始,是后继网络系统 设计和网络组建工作的依据。在确定了网络拓扑结构的基础上,才可能进行综合布线系统 设计、应用系统的部署等工作。 1.校园布局 本大学由信息技术学院、机械工程学院、城市建设学院、经济管理学院、生物工程学 院以及国际文化交流学院等 6 个学院以及图书馆、信息中心组成,各自分布在独立的教学 楼,除此之外还有 1 栋办公楼、2 栋实验楼和 4 栋宿舍楼,最大楼距在 1 公里以内。用户 要求这些楼宇要全部接入校园网。 2.网络拓扑结构 根据网络结构层次设计的思想,结合校园建筑分布情况,设计出如图 2.8 所示的网络 拓扑结构。

图 2.8

三层结构模型

1)核心层 以信息中心楼为核心,主要放置核心级交换机、防火墙、接入路由器、对内对外的服 务器组以及网络管理平台等设备。考虑到网络的可靠性,核心交换设备采用了双机互备份 的方式。同时,接入到 Internet 也分别经由两个不同的 ISP(Internet 服务提供商)接入。
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2)汇聚层 分布在各个学院以及宿舍楼、实验楼等。根据用户多少,每栋楼配备一台或二台汇聚 级级交换机,单模千兆光纤分别互联到两台核心交换机。 3)接入层 将用户计算机接入到网络中。以每楼层或每实验室为单位确定接入级交换机的数量。 采用百兆双绞线连接到汇聚级交换机。

2.5 资源子网设计
资源子网主要负责全网的数据处理业务,向网络用户提供各种网络资源和网络服务。 本例中提供信息资源访问的主要有三处: 1)校园网 WEB 服务 校园网 WEB 服务器,位于信息中心楼。主要提供对内、对外的网站访问。为保证安 全,该服务器被接入到防火墙的 DMZ(隔离区)区内。 2)校内网服务 校内网服务器群,位于核心层区域。提供校园网办公系统、教务管理系统以及课程中 心服务等,需要高性能服务器组并提供备份冗余功能。 3)图书馆信息服务 满足电子期刊、信息情报交流的需要,方便学校各级领导和教学科研人员对各种电子 期刊、信息资料、科技情报的检索和查阅,包括 Web 查询、电子公告、电子新闻等。为方 便管理和提供高速校内用户访问,该服务器群部署在图书馆楼。 2.5.1 服务器分类 服务器(SERVER)发展到今天,适应各种不同功能、不同环境的服务器不断地出现,分 类标准也多种多样。 1. 按应用层次分 分为入门级服务器、工作组级服务器、部门级服务器和企业级服务器四类。 1)入门级服务器 入门级服务器主要是针对基于 Windows NT,NetWare 等网络操作系统的用户,可以满 足办公室型的中小型网络用户的文件共享、打印服务、数据处理、Internet 接入及简单数据 库应用的需求,也可以在小范围内完成诸如 E-mail、 Proxy 、DNS 等服务。 入门级服务器通常只使用一块 CPU,并根据需要配置相应的内存和大容量 IDE 硬盘, 必要时也会采用 IDE RAID 进行数据保护。 对于一个小部门的办公需要而言,服务器的主要作用是完成文件和打印服务,文件和 打印服务是服务器的最基本应用之一,对硬件的要求较低,一般采用单颗或双颗 CPU 的入 门级服务器即可。为了给打印机提供足够的打印缓冲区需要较大的内存,为了应付频繁和 大量的文件存取要求有快速的硬盘子系统, 而好的管理性能则可以提高服务器的使用效率。 典型的有:IBM X3100 M3 服务器,联想万全 T100 服务器,惠普 ML110 G6 服务器等。
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图 2.9 IBM X3100 M3 服务器、联想万全 T100 服务器

2)工作组级服务器 工作组级服务器一般支持 1 至 2 个处理器或单颗处理器,可支持大容量的 ECC 内存, 功能全面。可管理性强、且易于维护,具备了小型服务器所必备的各种特性,如采用 SCSI 总线的 I/O(输入/输出)系统,SMP 对称多处理器结构、可选装 RAID、热插拔硬盘、热 插拔电源等,具有高可用性特性。适用于为中小企业提供 Web、Mail 等服务,也能够用于 学校等教育部门的数字校园网、多媒体教室的建设等。 通常情况下,如果应用不复杂,例如没有大型的数据库需要管理,那么采用工作组级 服务器就可以满足要求。目前,国产服务器的质量已与国外著名品牌相差无几,特别是在 中低端产品上,国产品牌的性价比具有更大的优势,中小企业可以考虑选择一些国内品牌 的产品。此外,HP 等大厂商甚至推出了专门为中小企业定制的服务器。 3)部门级服务器 部门级服务器通常可以支持 2 至 4 个处理器,具有较高的可靠性、可用性、可扩展性 和可管理性。首先,集成了大量的监测及管理电路,具有全面的服务器管理能力,可监测 如温度、电压、风扇、机箱等状态参数。此外,结合服务器管理软件,可以使管理人员及 时了解服务器的工作状况。同时,大多数部门级服务器具有优良的系统扩展性,当用户在 业务量迅速增大时能够及时在线升级系统,可保护用户的投资。目前,部门级服务器是企 业网络中分散的各基层数据采集单位与最高层数据中心保持顺利连通的必要环节。适合中 型企业(如金融、邮电等行业)作为数据中心、Web 站点等应用。 4)企业级服务器 企业级服务器属于高档服务器,普遍可支持 4 至 8 个处理器,拥有独立的双 PCI 通道 和内存扩展板设计,具有高内存带宽,大容量热插拔硬盘和热插拔电源,具有超强的数据 处理能力。这类产品具有高度的容错能力、优异的扩展性能和系统性能、极长的系统连续 运行时间,能在很大程度上保护用户的投资。可作为大型企业级网络的数据库服务器。 目前,企业级服务器主要适用于需要处理大量数据、高处理速度和对可靠性要求极高 的大型企业和重要行业(如金融、证券、交通、邮电、通信等行业),可用于提供 ERP(企 业资源配置)、电子商务、OA(办公自动化)等服务。如 Dell 的 PowerEdge 910 服务器, 可以配置为 4 颗 Xeon E7520 处理器,最大 1TB 的内存。集成了 RAID 控制器可以为用户 提供 0、1、5、10 四个级别的 RAID,最大可以支持 16 个热插拔 SAS 硬盘。 本系列典型的代表有:惠普 DL5800、IBM X3850/3950、浪潮 NF565P、戴尔 R910 等 系列服务器。
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图 2.10 惠普 ProLiant DL580 和浪潮 NF565P 服务器

2. 按服务器的处理器架构 1)CISC 架构服务器 CISC 的英文全称为“Complex Instruction Set Computer”,即“复杂指令系统计算机”。 从计算机诞生以来,人们一直沿用 CISC 指令集方式。早期的桌面软件是按 CISC 设计的, 并一直沿续到现在,所以,微处理器(CPU)厂商一直在走 CISC 的发展道路,包括 Intel、 AMD,还有其他一些现在已经更名的厂商,如 TI(德州仪器)、Cyrix 以及 VIA(威盛) 等。在 CISC 微处理器中,程序的各条指令是按顺序串行执行的,每条指令中的各个操作 也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单,但计算机各部分的利用率不高,执 行速度慢。CISC 架构的服务器主要以 IA-32 架构(Intel Architecture,英特尔架构)为主, 而且多数为中低档服务器所采用。 2)RISC 架构服务器 RISC 的英文全称为“Reduced Instruction Set Computing”,中文即“精简指令集”, 它的指令系统相对简单,它只要求硬件执行很有限且最常用的那部分执令,大部分复杂的 操作则使用成熟的编译技术,由简单指令合成。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令 系统的 CPU,特别是高档服务器全都采用 RISC 指令系统的 CPU。在中高档服务器中采用 RISC 指令的 CPU 主要有 Compaq(康柏,即新惠普)公司的 Alpha、HP 公司的 PA-RISC、 IBM 公司的 Power PC、MIPS 公司的 MIPS 和 Oracle 公司的 SUN Spare。 SUN SPARC Enterprise T5440 可以配置 4 颗 UltraSPARC T2 八核处理器,支持 512G 内在,运行 Oracle Solaris 10 操作系统。 如果企业的应用都是基于 NT 平台的应用, 那么服务器的选择基本上就定位于 IA 架构 (CISC 架构)的服务器。如果企业的应用主要是基于 Linux 操作系统,那么服务器的选择 也是基于 IA 结构的服务器。如果应用必须是基于 Solaris 的,那么服务器只能选择 SUN 服 务器。 如果应用基于 AIX (IBM 的 Unix 操作系统) 那么只能选择 IBM Unix 服务器 的, (RISC 架构服务器)。 3)VLIW 架构服务器 VLIW 是英文“Very Long Instruction Word”的缩写,中文意思是“超长指令集架构”, VLIW 架构采用了先进的 EPIC (清晰并行指令) 设计, 我们也把这种构架叫做“IA-64 架构”。 每时钟周期例如 IA-64 可运行 20 条指令,而 CISC 通常只能运行 1-3 条指令,RISC 能运行 4 条指令,可见 VLIW 要比 CISC 和 RISC 强大的多。VLIW 的最大优点是简化了处理器的 结构, 删除了处理器内部许多复杂的控制电路, 这些电路通常是超标量芯片 (CISC 和 RISC)
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协调并行工作时必须使用的,VLIW 的结构简单,也能够使其芯片制造成本降低,价格低 廉,能耗少,而且性能也要比超标量芯片高得多。目前基于这种指令架构的微处理器主要 有 Intel 的 IA-64 和 AMD 的 x86-64 两种。 HP Integrity 高端服务器采用的就是安腾 2 IA-64) ( 处理器。 可以运行 HP-UX 11i v3 and HP-UX 11i v2; Microsoft Windows Server 2003, 企业和数据中心版; Hat Enterprise Linux Red AS 4 等操作系统。图 2.11 是惠普的 HP Integrity rx9900 动能服务器。

图 2.11 HP Integrity rx9900 动能服务器

3. 按服务器的机箱结构 可以把服务器划分为“台式服务器”、“机架式服务器”,“机柜式服务器”和“刀 片式服务器”四类。 1)台式服务器 台式服务器也称为“塔式服务器”。有的台式服务器采用大小与普通立式计算机大致 相当的机箱,有的采用大容量的机箱,像个硕大的柜子。低档服务器由于功能较弱,整个 服务器的内部结构比较简单,所以机箱不大,都采用台式机箱结构。目前这类服务器在整 个服务器市场中占有相当大的份额。 2)机架式服务器 机架式服务器的外形看来不像计算机,而像交换机,有 1U(1U=1.75 英寸)、2U、4U 等规格。机架式服务器安装在标准的 19 英寸机柜里面。这种结构的多为功能型服务器。 对于信息服务企业(如 ISP/ICP/ISV/IDC)而言,选择服务器时首先要考虑服务器的体 积、功耗、发热量等物理参数,因为信息服务企业通常使用大型专用机房统一部署和管理 大量的服务器资源,机房通常设有严密的保安措施、良好的冷却系统、多重备份的供电系 统,其机房的造价相当昂贵。如何在有限的空间内部署更多的服务器直接关系到企业的服 务成本,通常选用机械尺寸符合 19 英寸工业标准的机架式服务器。通常 1U 的机架式服务
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器最节省空间,但性能和可扩展性较差,适合一些业务相对固定的使用领域。4U 以上的产 品性能较高,可扩展性好,一般支持 4 个以上的高性能处理器和大量的标准热插拔部件。 管理也十分方便,厂商通常提供人相应的管理和监控工具,适合大访问量的关键应用,但 体积较大,空间利用率不高。 3)机柜式服务器 在一些高档企业服务器中由于内部结构复杂,内部设备较多,有的还具有许多不同的 设备单元或几个服务器都放在一个机柜中,这种服务器就是机柜式服务器。 对于证券、银行、邮电等重要企业,则应采用具有完备的故障自修复能力的系统,关 键部件应采用冗余措施,对于关键业务使用的服务器也可以采用双机热备份高可用系统或 者是高性能计算机,这样的系统可用性就可以得到很好的保证。 4)刀片式服务器 刀片服务器是一种高可用高密度的低成本服务器平台,是专门为特殊应用行业和高密 度计算机环境设计的,目前最适合群集计算和 ISP 提供互联网服务。其中每一块“刀片” 实际上就是一块系统主板。它们可以通过本地硬盘启动自己的操作系统,如 Windows NT/2000、Linux、Solaris 等等,类似于一个个独立的服务器。在这种模式下,每一个主板 运行自己的系统,服务于指定的不同用户群,相互之间没有关联。不过可以用系统软件将 这些主板集合成一个服务器集群。 刀片服务器近几年才刚刚兴起,我国的用户数量还不是很多,以数据中心和科研机构 为多。但是由于符合未来计算模式的发展方向,国内外重要的服务器厂商 Dell、HP、IBM, 浪潮、联想、曙光等在国内都已纷纷推出了刀片式服务器产品。

图 2.12 刀片式和机柜式服务器

2.5.2 服务器的选择因素 选择服务器时需考虑以下几个因素: 1)支持的操作系统 在选择服务器时,一个关键的考虑因素是确定采用什么操作系统。这里有几点考虑: 服务器是否要增加到现有的服务器/计算机环境?把服务器增加到一个现有环境,通常 意味着新服务器必须使用和现有服务器一样的操作系统,这是因为应用有所限制以及现有 操作人员的技能也有限;现有或所选的应用对操作系统选择有哪些限制?如果需要新的应 用,软件厂商可能会要求或强烈推荐使用特定的 OS。
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一般用户有三种选择:Windows、Linux 或 Unix。这里说的 Unix 包括系统厂商提供的 所有 Unix 系统,如 IBM 的 AIX、惠普的 HP/UX 或 SUN 的 Solaris。同样,Linux 系统也有 一些选择。但如果你可以自由选择,最好基于产品在扩展性、强健性和使用成本方面的标 准,对产品进行比较。 2) 支持用户的数量与可扩展性 服务器选择的第一个基本步骤是判断服务器必须同时支持多少台客户机。不同的应用 使用的服务器资源量不同,在配置服务器时需要用到这些信息。无论这些客户机和应用的 数目是多少,都只是最初的数目。随着时间的推移,业务活动的增多,或基于计算机的活 动增多。这种自然增长使得系统的扩展性显得尤为重要。 扩展性是衡量系统在不同方面升级能力的一个标准,包括处理能力、存储容量、主存 大小和网络连通性与带宽。与更换为更大的系统相比,可以进行扩展的系统是一个更省钱、 间断性小的选择。 扩展性很关键,但如何合理地估计服务器系统的扩展性,目前并没有太多的信息,也 没有什么实用的经验方法。而且,也没有既定的衡量扩展性的测试标准。 3)服务应用类型 使用服务器通常可以充当以下类型:文件、打印或通信服务器,数据库服务器,应用 服务器,计算密集型服务器等。这个分类并不是说不同类的应用不能同时存在于同一个服 务器。但是,不同用途的系统很容易达到它们的极限,因为很难在不同类别的应用之间确 定资源分配优先顺序,除非使用资源管理程序。 为了评估客户机的资源使用情况,首先弄清楚哪些客户机会使用每个应用。每个应用 可能需要服务器提供不同的资源组合。 4)财务问题 虽然服务器和必要软件的购买成本明显是总成本的一个很大组成部分,不过在做购买 决策时应该对总体拥有成本(Total cost of ownership,简称 TCO)进行评估。TCO 包括直 接成本和间接成本。 主要直接成本包括: 软件和硬件的购买成本;运行和管理系统;应用开发、支持和通信;运行和冷却系统 的电力费用;系统占用空间费用等。 间接成本更难以量化,包括系统停机的成本。停机成本不仅包括处理系统不可用性的 成本,还包括不可用性导致的软性成本。 2.5.3 服务器选择方案 本案例中,考虑服务器选择因素,各服务器的建议选择方案如下: 1)校园网 WEB 服务器 此服务器对内、对外提供 WEB 服务,主要是宣传学校的一些基本内容,没有涉及复 杂应用,访问量不大。选择工作组级服务器即可。 2)校内网服务服务器 校内网服务器群要提供校园网办公系统、教务管理系统以及课程中心服务等,有多媒 体、大量数据库等访问,涉及的服务类型较多,需要高性能服务器组且具有备份冗余功能。
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选择多台企业级服务器进行冗余备份,并配有大容量网络存储设备。 3)图书馆信息服务器 图书馆服务器要提供电子期刊、科技情报的检索和查阅等功能,保存的电子期刊数据 量较大,需要大型数据库的支持。选择两台企业级服务器进行冗余备份。

2.6 子网与 IP 地址规划
通过划分子网可以减少网络流量、提高网络性能以及简化管理等。在子网地址规划需 要考虑以下 5 个方面的问题: (1)这个被选定的子网掩码可以产生多少个子网; (2)每个子网内部能有多少个合法的子网号; (3)这些合法的主机地址是什么; (4)每个子网的广播地址是什么; (5)每个子网内部合法的网络号是什么。 本案例中由于核心设备采用了三层交换机,由此在交换机上作了 VLAN 的划分。 整个校园网中 VLAN 及 IP 编址方案如表 2.1 所示。

表 2.1 VLAN ID VLAN NAME

VLAN 及 IP 编址方案 默认网关 说明 信息中心核心区 (DMZ 等各区的 IP 地址皆以 10.1 开头再 进一步划分) 办公楼 信息技术学院 信息技术学院 机械工程学院 城市建设学院 经济管理学院 生物工程学院 国际文化交流学院 图书馆 图书馆 实验楼 1 实验楼 2 宿舍楼 1 宿舍楼 2 宿舍楼 3 宿舍楼 4 ·21·

网络地址/掩码

VLAN 1

xinxizhongxi

10.1.0.0/24

10.1.0.254

VLAN 2 VLAN 3 VLAN103 VLAN4 VLAN5 VLAN6 VLAN7 VLAN8 VLAN 9 VLAN109 VLAN10 VLAN11 VLAN12 VLAN13 VLAN14 VLAN15

bangong Xinxijishu3 Xinxijishu103 jixiexueyuan chengshijianshe jingjiguanli shengwugongcheng guojiwenhua Tushuguan3 Tushuguan109 Shiyan1 Shiyan2 Sushe1 Sushe2 Sushe3 Sushe4

10.2.0.0/24 10.3.0.0/24 10.103.0.0/24 10.4.0.0/24 10.5.0.0/24 10.6.0.0/24 10.7.0.0/24 10.8.0.0/24 10.9.0.0/24 10.109.0.0/24 10.10.0.0/24 10.11.0.0/24 10.12.0.0/24 10.13.0.0/24 10.14.0.0/24 10.15.0.0/24

10.2.0.254 10.3.0.254 10.103.0.254 10.4.0.254 10.5.0.254 10.6.0.254 10.7.0.254 10.8.0.254 10.9.0.254 10.109.0.254 10.10.0.254 10.11.0.254 10.12.0.254 10.13.0.254 10.14.0.254 10.15.0.254

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两台核心主交换的每个端口都划分为一个独立的 VLAN,连接至其它各个楼宇,且此 端口的 IP 地址是该网段的最后一个 IP 地址:即 254,也就是本网段的网关地址。253 则分 配给各汇聚层的交换机。各网段的主机 IP 地址的最末位范围是:1~252,即每个网段容纳 的主机台数为 252。信息技术学院和图书馆的主机数各近 400 台,给予分配了两个网段。 各设备的 IP 地址分配如表 2.2 所示。
表 2.2 设备名称 路由器 C_R_1 端口 E0/0(Internet 口) E0/1(内网端口) E1/0/0 防火墙 C_F_1 E0/0/0 E0/0/1 路由器防火墙 C_R_2 E0/0(Internet 口) E0/1(内网端口) 防火墙 C_F_2 E1/0/0 E0/0/0 WEB 服务器 主交换 C_S_1 主交换 C_S_2 校内服务器组 汇聚层交换机 D_S_X 图书馆服务器 组 网卡 VLAN1 VLAN1 网卡 VLAN1 端 10.1.0.253/24 10.1.3.254/24 40.240.35.2/30 10.1.4.254/24 10.1.4.253/24 10.1.0.252/24 外:202.70.40.2~202.70.40.6 内:10.1.3.2~10.1.3.6 10.1.0.243/24 10.1.0.242/24 10.1.0.230~10.1.0.239 10.x.0.253/24 10.1.1.254 10.1.1.254 40.240.35.1 40.240.35.1 10.1.1.254 10.1.1.254 10.1.3.254 10.1.0.243 10.x.0.254 端 IP 地址/掩码 202.70.40.2/29 10.1.1.254/24 10.1.1.253/24 设备 IP 编址方案 网关地址 202.70.40.1 202.70.40.1 10.1.1.254 说明 ISP1 分 配 接 入 到 Internet 连接防火墙 防火墙与 C_R_1 连接 端口 防火墙的与内网接口 防火墙的 DMZ 接口 ISP2 分 配 接 入 到 Internet 连接防火墙 防火墙与 C_R_2 连接 端口 防火墙的与内网接口 校园网内、外 WEB 服 务器 主交换机管理 IP 地址 主交换机管理 IP 地址 校内服务器组 IP 地址 各汇聚层交换机管理 IP 地址,x 为 VLAN 号 图书馆服务器群的 IP 地址

网卡

10.9.0.240~10.9.0.249/24

10.9.0.254

2.7 局域网可靠性设计
网络主要是由全部的节点设备以及设备之间的传输介质组成的。 因此,网络中的故障也 主要包括节点设备的故障与传输介质故障两种。任何一种故障的出现,都可能造成整个网 络的停止。为防止这种情况的发生,网络中必须使用必要的技术来提高可靠性。通常,我 们使用“冗余”技术来完成。 所谓“冗余”,就是一个具有相同设备功能的备用设备系统,当主设备出现故障时, 冗余设备是可以立刻使用的替代设备。在网络中,为节点设备增加冗余,可以避免因设备
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故障带来的网络停止;为传输介质增加冗余,同样也能够在传输介质出现故障时避免网络 停止。本案例中使用的相关技术主要有以下几种: 1. 端口聚合(端口汇聚) 端口聚合也称端口汇聚,它可将多物理连接当作一个单一的逻辑连接来处理,它允许 两个交换机之间通过多个端口并行连接同时传输数据以提供更高的带宽、更大的吞吐量和 可 恢 复 性的 技术 。 例如, 两 个 普通 交换 机 连接的 最 大 带宽 取决 于 媒介的 连 接 速度 (100BAST-TX 双绞线为 200M),而使用端口聚合技术可以将 4 个 200M 的端口捆绑后成 为一个高达 800M 的连接。这一技术的优点是以较低的成本通过捆绑多端口提高带宽,而 其增加的开销只是连接用的普通五类网线和多占用的端口,它可以有效地提高子网的上行 速度,从而消除网络访问中的瓶颈。另外端口聚合还具有自动带宽平衡,即容错功能:即 使聚合只有一个连接存在时,仍然会工作,这无形中增加了系统的可靠性。端口聚合的图 示见图 2.13。

图 2.13 端口聚合

本案例中,在核心的两台主交换之间使用了该技术,将两个千兆端口聚合到了一起, 使它们之间能够高速互通且冗余。 2. 生成树技术 在实际的网络环境中,物理环路可以提高网络的可靠性,当一条物理线路断掉的时候, 另外一条线路仍然可以传输数据。但是,在交换的网络中,当交换机接收到一个目的地址 未知的数据帧时,交换机会将这个数据帧广播出去,这样,在存在物理环路的交换网络中, 就会产生双向的广播环,甚至产生广播风暴,导致交换机资源耗尽而宕机。这样就产生了 一个矛盾,需要物理环路来提高网络的可靠性,而环路又有可能产生广播风暴,怎样才能 两全其美呢? STP(Spanning Tree Protocol,生成树协议),就是用来解决这个矛盾的。
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STP 协议在逻辑上断开网络的环路,防止广播风暴产生,而一旦正在使用的线路出现故障, 被逻辑上断开的线路又会恢复畅通,继续传输数据。生成树技术图示见图 2.14。

图 2.14 生成树技术

本案例中,汇聚层交换机分别与两个核心层交换机连接,而两个核心层交换机之间又 连通,存在物理环路,所以会使用 STP 技术来解决出现的广播风暴问题。 3. 虚拟路由器冗余协议(VRRP) VRRP 是一种选择协议,它可以把一个虚拟路由器的责任动态分配到局域网上的 VRRP 路由器中的一台。控制虚拟路由器 IP 地址的 VRRP 路由器称为主路由器,它负责转发数 据包到这些虚拟 IP 地址。一旦主路由器不可用,这种选择过程就提供了动态的故障转移机 制,这就允许虚拟路由器的 IP 地址可以作为终端主机的默认第一跳路由器。使用 VRRP 的 好处是有更高的默认路径的可用性而无需在每个终端主机上配置动态路由或路由发现协 议。 VRRP 包封装在 IP 包中发送。其如图 2.15 所示。

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第 2 章 网络总体规划与设计
图 2.15 VRRP 技术

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使用 VRRP, 可以通过手动或 DHCP 设定一个虚拟 IP 地址作为默认路由器。 虚拟 IP 地址在路由器间共享,其中一个指定为主路由器而其它的则为备份路由器。如果主路由器 不可用,这个虚拟 IP 地址就会映射到一个备份路由器的 IP 地址(这个备份路由器就成 为了主路由器)。VRRP 也可用于负载均衡。CISCO 公司的 HSRP(Hot Standby Routing Protocol)与 VRRP 协议的工作机理与有许多相似之处。 本案例中,各汇聚层交换机与核心层的两台交换机分别连接,这两台核心交换机使用 VRRP 协议,互为备份,为汇聚层交换机提供冗余和负载均衡。

2.8 校园网安全设计
校园网安全状况直接影响着学校的教学活动。在网络建成的初期,安全问题可能还不 突出,随着应用的深入,校园网上各种数据会急剧增加,各种各样的安全问题开始困扰网 络管理人员。为避免这各情况的出现,我们在进行校园网规划设计时,就要充分地考虑到 存在的网络安全问题。 1. 校园网的安全问题 由于学校是以教学活动为中心的场所,网络的安全问题也有自己的特点。主要的安全 问题表现在以下几个方面: 1)物理安全 物理安全是指由于物理设备的放置不合适、规章制度不健全、防范措施不得力而使网 络资源遭到意外事故或人为破坏,从而造成校园网不能正常运行。 2)非授权访问 没有预先经过同意,就使用网络或计算机资源被看作非授权访问,如有意避开系统访 问控制机制,对网络设备及资源进行非正常使用,或擅自扩大权限,越权访问信息。它主 要有以下几种形式:假冒、身份攻击、非法用户进入网络系统进行违法操作、合法用户以 未授权方式进行操作等。 3)拒绝服务攻击 拒绝服务攻击即攻击者想办法让目标机器停止提供服务,其实对网络带宽进行的消耗 性攻击只是拒绝服务攻击的一小部分,只要能够对目标造成麻烦,使某些服务被暂停甚至 主机死机,都属于拒绝服务攻击。拒绝服务攻击实际上让服务器实现两种效果:一是迫使 服务器的缓冲区满,不接收新的请求;二是使用 IP 欺骗,迫使服务器把合法用户的连接复 位,影响合法用户的连接。 4)计算机网络病毒 互联网已经成为计算机病毒传播的最大来源。互联网上出现的各种新的病毒利用电子 邮件和网络信息传播,感染快、危害严重,其破坏性大大地高于单机系统,而且用户很难 防范。校园网上的主机与用户众多,且用户水平参差不齐,计算机病毒更易爆发且清除困 难。
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2. 安全管理的策略 网络的安全问题需要从网络规划设计阶段就仔细考虑,并在实际运行中严格管理。为 保证校园网络的安全性,一般采用以下一些策略: 1)设备安全 在校园网规划设计阶段就应该充分考虑到网络设备的安全问题。将一些重要的设备, 如各种服务器、主干交换机、路由器等尽量实行集中管理。各种通信线路尽量实行深埋、 穿线或架空,并有明显标记,防止无意损坏。对于终端设备,如工作站、小型交换机和其 他转接设备要落实到人,进行严格管理。 2)技术保证 目前,网络安全的技术主要包括杀毒软件、防火墙技术、加密技术、身份验证、存取 控制、数据的完整性控制和安全协议等内容。针对校园网来说,最主要应该采取以下一些 技术措施: (1)运用内容过滤器和防火墙,应用访问控制列表技术,对一些网络攻击、网络病毒 进行过滤。 (2)运用 VLAN 技术,进行安全保护,广播信息隔离。 (3)安装杀毒软件。 3)网络的管理 这种管理除了建立起一套严格的安全管理规章制度外,还必须培养一支具有安全管理 意识的网管队伍。网络管理人员通过对所有用户设置资源使用权限与口令,对用户名和口 令进行加密存储、传输,提供完整的用户使用记录和分析等方式可以有效地保证系统的安 全。 网管人员还需要建立与维护完整的网络用户数据库,严格对系统日志进行管理,对公 共机房实行精确到人、到机位的使用登记制度,则可对网络用户和服务账号进行精确的控 制。定时对校园网系统的安全状况做出评估和审核,关注网络安全动态,调整相关安全设 置,进行入侵防范,发出安全公告,紧急修复系统。 4)用户教育 除了对用户进行有关网络安全的法律法规和规章制度进行宣传教育外,还必须让用户 知道如何使用密码、管理文件、收发邮件和正确地运行应用程序。对于非法访问和黑客攻 击事件,一旦发现要严肃处理。

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2.9 综合布线技术
校园网通信线缆的铺设采用综合布线技术。综合布线是一种模块化的、灵活性极高的 建筑物内或建筑群之间的信息传输通道。通过它可使话音设备、数据设备、交换设备及各 种控制设备与信息管理系统连接起 来,同时也使这些设备与外部通信网络相连的综合布 线。它还包括建筑物外部网络或电信线路的连接点与应用系统设备之间的所有线缆及相关 的连接部件。 综合布线由不同系列和规格的部件组成,其中包括:传输介质、相关连接硬件(如配线 架、连接器、插座、插头、适配器)以及电气保护设备等。这些部件可用来构建各种子系统, 它们都有各自的具体用途,不仅易于实施,而且能随需求的变化而平稳升级。 1. 综合布线的特点 相对于以往的布线,综合布线 的特点可以概况为: 1)实用性 实施后,布线系统将能够适应现代和未来通信技术的发展,并且实现话音、数据通信等 信号的统一传输。 2)灵活性 布线系统能满足各种应用的要求,即任一信息点能够连接不同类型的终端设备,如电 话、计算机、打印机、电脑终端、电传真机、各种传感器件以及图象监控设备等。 3)模块化 综合布线系统中除去固定于建筑物内的水平缆线外,其余所有的接插件都是基本式的 标准件,可互连所有话音、数据、图象、网络和楼宇自动化设备,以方便使用、搬迁、更 改、扩容和管理。 4)扩展性 综合布线系统是可扩充的,以便将来有更大的用途时,很容易将新设备扩充进去。 5)经济性 采用综合布线系统后可以使管理人员减少,同时,因为模块化的结构,工作难度大大 降低了日后因更改或搬迁系统时的费用。 6)通用性 对符合国际通信标准的各种计算机和网络拓扑结构均能适应,对不同传递速度的通信 要求均能适应,可以支持和容纳多种计算机网络的运行。 2. 综合布线方案 整个布线系统由工作区子系统、水平子系统、管理子系统、垂直干线子系统、设备间 子系统构成,如图 2.16 所示。以下按各个子系统分别进行说明,在方案中要充分考虑综合 布线系统的高可靠性、高速传输特性、可升级性和高安全性的要求。

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图 2.16 综合布线各子系统

1)工作区子系统 工作区子系统是指从水平系统用户信息插座延伸至数据终端设备的区域,由连接线缆 和适配器组成,包括所有用户实际使用区域。为满足办公环境多媒体信息的高速传输,数 据点、语音点全部采用超五类信息模块,使用国标双口防尘墙上型插座面板。工作区子系 统所用元器件和连接方式如图 2.17 所示。

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图 2.17 工作区子系统元器件与连接方式

2)水平子系统 水平子系统指从楼层配线间至工作区用户信息插座。由用户信息插座、水平电缆、配 线设备等组成。采用星型拓扑结构,每个信息点均需连接到管理子系统,最大水平距离: 90m(295ft)。水平布线系统施工是综合布线系统中最大量的工作,在建筑物施工完成后, 不易变更。因此要施工严格,保证链路性能。 综合布线的水平线缆采用超五类双绞线,个别甚至可以光纤到桌面。 3)管理子系统 管理子系统设置在楼层配线房间、是水平系统电缆端接的场所,也是主干系统电缆端 接的场所;由大楼主配线架、楼层分配线架、跳线、转换插座等组成。用户可以在管理子 系统中更改、增加、交接、扩展线缆。管理子系统的图示和使用的器件见图 2.18。

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图 2.18 管理子系统

管理子系统提供了与其他子系统连接的手段,使整个布线系统与其连接的设备和器件 构成一个有机的整体。调整管理子系统的交接则可安排或重新安排线路路由、因而传输线 路能够延伸到建筑物内部各个工作区。是综合布线系统灵活性的集中体现。 管理子系统三种应用:水平/干线连接;主干线系统互相连接;入楼设备的连接。线路 的色标标记管理可在管理子系统中实现。 4)垂直干线子系统 垂直干线子系统由连接主设备间至各楼层配线间之间的线缆构成。其功能主要是把各 分层配线架与主配线架相连。用主干电缆提供楼层之间通信的通道,使整个布线系统组成 一个有机的整体。垂直干线子系统拓扑结构采用分层星型结构,每个楼层配线间均需采用 垂直主干线缆连接到大楼主设备间。垂直主干线缆和水平系统线缆之间的连接需要通过楼 层管理间的跳线来实现。 每个楼层至少配置一条超五类或六类线做主干,速度要求高的则采用 6 芯多模室内光
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缆,支持数据信息的传输;采用 5 类 25 对非屏蔽电缆,支持语音信息的传输。 5)设备子系统 设备子系统是一个集中化设备区,连接系统公共设备,如 PBX、局域网(LAN)、主机、 建筑自动化和保安系统,及通过垂直干线子系统连接至管理子系统。 设备子系统是大楼中数据、语音垂直主干线缆终接的场所;也是建筑群来的线缆进入 建筑物终接的场所;更是各种数据语音主机设备及保护设施的安装场所。建议设备间子系 统设在建筑物中部或在建筑物的一、二层,位置不应远离电梯,而且为以后的扩展留有余 地,不建议在顶层或地下室。建议建筑群来的线缆进入建筑物时应有相应的过流、过压保 护设施。 6)建筑群子系统 由二个及以上建筑物的数据、电话、视频系统电缆组成建筑群子系统。包括大楼设备 间子系统配线设备、室外线缆等。可能的路由:架空电缆、直埋电缆、地下管道穿电缆。 本案例中,建筑群子系统介质采用单模室外光纤地埋的方式,每条光缆不低于 6 芯。

2.10 任务小结
本小节主要围绕着网络工程网络规划所涉及的多个方面,包括设计规范和标准、网络 结构层次设计模型、网络拓扑结构、IP 地址规划以及使用的网络技术等进行了规划,通过 对这些内容的描述, 读者能够对网络总体规划与设计的各个步骤和功能有初步认识和理解。

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