网络基本认知（2）--网络拓扑图的规划与设计

实

验

目

的

和

要

1. 理解网络工程的有关概念；
2. 描述特定网络工程的需求，并对其进行分析；
3. 根据用户需求，进行网络系统设计，满足特定需要；

知

识

理

论

基

简要解释下面网络术语。

1. 什么是网络工程？简述其概念。

答：网络工程是指利用计算机技术和通信技术建立和维护计算机网络的过程和方法的总称。简单来说，它涉及设计、实施、管理和维护计算机网络系统的技术和方法。

具体来说，网络工程包括以下几个方面：

1. 网络设计与规划：根据需求和目标设计网络架构，确定网络拓扑结构、硬件设备、软件和协议选择等。
2. 网络设备的配置与部署：包括路由器、交换机、防火墙等网络设备的选择、配置和安装部署。
3. 网络安全与管理：确保网络安全，防范网络攻击和数据泄露，同时进行网络性能监测、故障诊断和问题解决。
4. 网络优化与性能调整：根据网络使用情况和需求对网络进行优化，保证网络的高效运行和良好的用户体验。
5. 网络维护与升级：定期维护和更新网络设备和软件，以适应新的技术和需求。

总体来看，网络工程旨在通过科学的方法和技术手段建立可靠、高效的计算机网络系统，以支持信息和数据的传输、共享和管理，广泛应用于企业、机构和个人等各个领域。

2. 什么是网络工程的需求分析？指出其分析的重点。

答：网络工程的需求分析是指在设计和建立计算机网络之前，通过系统的方法和过程，详细了解和确认用户和系统对网络功能和性能的具体需求。它是网络工程项目中非常关键的阶段，其目的是确保最终建成的网络系统能够满足用户的实际需求和预期目标。

需求分析的重点通常包括以下几个方面：

1. 功能需求分析：
• 确定网络需要支持的功能，例如数据传输、远程访问、文件共享、应用程序支持等。
• 分析不同用户群体对功能的具体需求，以便设计出适合的网络解决方案。
2. 性能需求分析：
• 确定网络的性能指标，例如带宽、延迟、吞吐量、可靠性等。
• 根据用户需求和业务需求，确定网络在不同情况下的性能要求，例如高峰期和低峰期的性能表现要求不同。
3. 安全需求分析：
• 分析网络需要满足的安全标准和要求，例如数据加密、访问控制、防火墙配置等。
• 确定不同用户和系统组件对安全的具体需求，以及如何保护网络系统免受安全威胁和攻击。
4. 可扩展性需求分析：
• 确定网络需要支持的用户数量、设备数量和数据流量的增长速度。
• 分析网络在未来扩展和升级时的灵活性和可扩展性要求。
5. 管理和维护需求分析：
• 确定网络需要支持的管理功能，例如配置管理、性能监控、故障排除等。
• 分析网络管理人员对工具和支持的需求，以确保网络系统的高效运行和及时维护。

通过深入的需求分析，网络工程师能够准确地理解用户的需求和期望，为设计和实施网络系统提供明确的指导和依据。这不仅有助于确保建成的网络系统能够满足用户的实际使用需求，还能够降低项目开发过程中出现误解或需求变更的风险。

答：网络拓扑图是指用于描述计算机网络中设备（如计算机、服务器、路由器、交换机等）之间连接方式和布局的图形表示。它显示了网络中各个节点之间的物理连接或逻辑连接关系，有助于网络工程师和管理员理解和管理整个网络结构。

常用的网络拓扑图类型包括：

1. 总线拓扑图：

   在总线拓扑中，所有设备都通过单根共享的传输介质（例如一根电缆或光纤）连接在一起，形成一条线性结构。设备通过共享介质进行通信。

2. 星型拓扑图：

   星型拓扑中，所有设备都直接连接到一个集中的中心设备（如交换机或集线器）。中心设备负责转发和管理网络上的数据流量。

3. 环型拓扑图：

   环型拓扑中，每个设备都与相邻的两个设备直接相连，形成一个闭合的环。数据在环上依次传递，直到达到目标设备。

4. 树型拓扑图：

   树型拓扑结合了星型和总线型拓扑的特点，形成一个层级结构。通常有一个根节点（如主干路由器），下面分支出多个子节点（如分支路由器或交换机），子节点又连接到终端设备。

5. 网状拓扑图：

   网状拓扑中，每个设备都与网络中的其他设备直接连接。这种拓扑允许多条路径，提高了网络的可靠性和冗余性，但通常需要更多的物理连接和管理成本。

6. 混合拓扑图：

   混合拓扑结合了多种基本拓扑的特点，形成复杂的网络结构。例如，一个网络可以同时包括星型、树型和网状的部分。

每种拓扑结构都有其独特的优缺点，选择合适的拓扑图取决于网络设计师对网络性能、可靠性、成本和管理的具体要求和权衡。

4. 简述网络拓扑图对于网络工程设计的作用。

答：网络拓扑图在网络工程设计中具有重要作用，主要体现在以下几个方面：

1. 可视化网络结构：

   拓扑图能够清晰地展示网络中设备之间的连接方式和布局，帮助网络工程师和管理员理解整个网络的结构和组织。通过拓扑图，可以直观地查看网络中的各个节点、设备之间的物理连接或逻辑连接关系。

2. 分析和规划网络架构：

   在设计阶段，网络拓扑图帮助工程师分析和评估不同拓扑结构对网络性能、可靠性和扩展性的影响。根据需求和预期的网络负载，选择合适的拓扑结构，例如星型、总线型、网状型等，以优化网络设计。

3. 指导设备部署和连接：

   在实施阶段，拓扑图指导设备的布置和连接方式。它确保设备按照设计要求正确地连接和配置，避免错误或混乱的物理布线，提高网络的稳定性和可维护性。

4. 识别单点故障和优化性能：

   通过拓扑图，工程师可以识别潜在的单点故障，设计冗余路径或备用设备，提高网络的可靠性和容错能力。此外，拓扑图也有助于优化网络的性能，例如通过合理的路由选择和数据流量管理。

5. 支持网络管理和维护：

   在日常运维中，拓扑图是管理网络的重要工具。它帮助管理员快速定位和解决网络问题，进行变更管理和配置更新，保证网络系统的高效运行和及时维护。

总之，网络拓扑图不仅是网络设计和实施的重要参考依据，也是管理和维护网络的重要工具。通过合理设计和使用拓扑图，能够有效地提升网络的性能、可靠性和安全性，满足用户的需求和预期。

实

验

内

容

和

步

1.根据某公司网络工程设计的拓扑图（见下图1），尝试写出其需求分析。

答：

（1）网络有核心、汇聚、接入三层结构，采用树状拓扑结构。

（2）接入用户较多，需要增强交换机的性能，以及服务器的算力。

（3）为了缓解流量压力，增强网络性能，将主服务器安排在汇聚层，同时每个单独支路都安排一个服务器。

（4）为了保障数据的传输安全，保障外面不能非法访问和恶意破坏内部的数据，设置防火墙。

2.针对该公司的网络拓扑类型，分析该公司网络拓扑图的特点；

答：

（1）采用树状拓扑结构，方便管理，同时不会产生闭环，容错率较高。

（2）结构精巧，严密，通信链路不长，利于节约成本，同时方便操作人员管理，当遇到问题时容易排错。在网络建设时也比较容易，可以实行多级同步建设和测试。

（3）网络资源利用效率不是很高，共享能力较差，同时主节点的负载过于大，如果遇到主节点故障，整个网络都会受到影响。

3.分析该公司的网络运行环境，指出各种设备的作用；

答：

运行环境：主要由内部办公网段，服务器网段，以及外部接入网段三部分组成。

作用：

（1）路由器：通过有效地转发数据包、连接不同网络、提供安全控制和优化网络性能，实现了网络中各种设备和服务的协调和互通，为用户和组织提供了可靠的网络通信基础设施。

（2）防火墙：通过控制网络流量、过滤恶意内容、保护内部网络资源，提高了网络的安全性和可靠性，有效防范各种网络威胁和攻击。

（3）服务器：服务器作为网络基础设施的核心组件，通过提供各种服务、数据存储和处理能力，支持组织内外的用户和应用程序进行数据交换、通信和协作，是现代信息技术基础设施中不可或缺的重要部分。

（4）交换机：通过提供高效的数据帧转发、网络扩展、安全增强和灵活的管理功能，为组织和企业提供了稳定、可靠和高性能的局域网基础设施。

二层交换机主要用于局域网内部的数据帧转发和广播域管理，适合简单的网络结构和要求高性能的环境。而三层交换机不仅具备二层交换机的功能，还增加了路由功能，能够处理更复杂的网络拓扑和提供更多的高级管理功能，适用于需要跨子网进行数据路由和管理的复杂网络环境。

4.参照实例，画出该公司的网络拓扑图，并把“设计者 你的姓名和学号”设计在图的左下脚（见下图2）。

                                                       （图1）

                                  （图2）

研

究

与

探

1. 你的感受。

答：网络设备如交换机的功能和应用场景虽然看似技术性很强，但实际上它们的设计和运作原理是为了让我们平时使用网络更加方便和高效。在解释这些概念的时候，我觉得可以帮助用户更好地理解网络设备如何工作，以及它们如何影响我们日常的网络体验和工作效率。

2. 你的收获。

答：学习网络工程不仅能够为个人带来专业技能和知识，还能够为企业和组织提供建立和维护高效、安全网络基础设施的关键能力，是一个充满挑战和机遇的学科领域。

3. 你的困难。

答：需要对网络进行需求分析，在这个过程中，需要考虑很多的方面，例如客户的需求和实际建设网络的冲突，分析员与网络工程师确定客户的需要，如果分析不全面，可能造成用户体验差，甚至引发网络安全问题。

4. 你的启示。

答：网络拓扑的启示在于帮助网络工程师和设计者理解如何根据具体需求选择合适的结构，以达到最佳的性能、安全性和管理效率。通过深入探索不同拓扑的特点和适用场景，可以为构建可靠和高效的计算机网络提供宝贵的指导。