網路基本認知（2）--網路拓撲圖的規劃與設計

實 驗 目 的 和 要 求	理解網路工程的有關概念； 描述特定網路工程的需求，並對其進行分析； 根據使用者需求，進行網路系統設計，滿足特定需要； 規劃與設計有關應用的網路拓撲圖。
知 識 理 論 基 礎	簡要解釋下面網路術語。 什麼是網路工程？簡述其概念。 答：網路工程是指利用計算機技術和通訊技術建立和維護計算機網路的過程和方法的總稱。簡單來說，它涉及設計、實施、管理和維護計算機網路系統的技術和方法。 具體來說，網路工程包括以下幾個方面： 網路設計與規劃：根據需求和目標設計網路架構，確定網路拓撲結構、硬體裝置、軟體和協議選擇等。 網路裝置的配置與部署：包括路由器、交換機、防火牆等網路裝置的選擇、配置和安裝部署。 網路安全與管理：確保網路安全，防範網路攻擊和資料洩露，同時進行網路效能監測、故障診斷和問題解決。 網路最佳化與效能調整：根據網路使用情況和需求對網路進行最佳化，保證網路的高效執行和良好的使用者體驗。 網路維護與升級：定期維護和更新網路裝置和軟體，以適應新的技術和需求。 總體來看，網路工程旨在透過科學的方法和技術手段建立可靠、高效的計算機網路系統，以支援資訊和資料的傳輸、共享和管理，廣泛應用於企業、機構和個人等各個領域。 什麼是網路工程的需求分析？指出其分析的重點。 答：網路工程的需求分析是指在設計和建立計算機網路之前，透過系統的方法和過程，詳細瞭解和確認使用者和系統對網路功能和效能的具體需求。它是網路工程專案中非常關鍵的階段，其目的是確保最終建成的網路系統能夠滿足使用者的實際需求和預期目標。 需求分析的重點通常包括以下幾個方面： 功能需求分析： 確定網路需要支援的功能，例如資料傳輸、遠端訪問、檔案共享、應用程式支援等。 分析不同使用者群體對功能的具體需求，以便設計出適合的網路解決方案。 效能需求分析： 確定網路的效能指標，例如頻寬、延遲、吞吐量、可靠性等。 根據使用者需求和業務需求，確定網路在不同情況下的效能要求，例如高峰期和低峰期的效能表現要求不同。 安全需求分析： 分析網路需要滿足的安全標準和要求，例如資料加密、訪問控制、防火牆配置等。 確定不同使用者和系統元件對安全的具體需求，以及如何保護網路系統免受安全威脅和攻擊。 可擴充套件性需求分析： 確定網路需要支援的使用者數量、裝置數量和資料流量的增長速度。 分析網路在未來擴充套件和升級時的靈活性和可擴充套件性要求。 管理和維護需求分析： 確定網路需要支援的管理功能，例如配置管理、效能監控、故障排除等。 分析網路管理人員對工具和支援的需求，以確保網路系統的高效執行和及時維護。 透過深入的需求分析，網路工程師能夠準確地理解使用者的需求和期望，為設計和實施網路系統提供明確的指導和依據。這不僅有助於確保建成的網路系統能夠滿足使用者的實際使用需求，還能夠降低專案開發過程中出現誤解或需求變更的風險。 3. 什麼是網路拓撲圖？常用的網路拓撲圖有哪些型別？ 答：網路拓撲圖是指用於描述計算機網路中裝置（如計算機、伺服器、路由器、交換機等）之間連線方式和佈局的圖形表示。它顯示了網路中各個節點之間的物理連線或邏輯連線關係，有助於網路工程師和管理員理解和管理整個網路結構。 常用的網路拓撲圖型別包括： 匯流排拓撲圖： 在匯流排拓撲中，所有裝置都透過單根共享的傳輸介質（例如一根電纜或光纖）連線在一起，形成一條線性結構。裝置透過共享介質進行通訊。 星型拓撲圖： 星型拓撲中，所有裝置都直接連線到一個集中的中心裝置（如交換機或集線器）。中心裝置負責轉發和管理網路上的資料流量。 環型拓撲圖： 環型拓撲中，每個裝置都與相鄰的兩個裝置直接相連，形成一個閉合的環。資料在環上依次傳遞，直到達到目標裝置。 樹型拓撲圖： 樹型拓撲結合了星型和匯流排型拓撲的特點，形成一個層級結構。通常有一個根節點（如主幹路由器），下面分支出多個子節點（如分支路由器或交換機），子節點又連線到終端裝置。 網狀拓撲圖： 網狀拓撲中，每個裝置都與網路中的其他裝置直接連線。這種拓撲允許多條路徑，提高了網路的可靠性和冗餘性，但通常需要更多的物理連線和管理成本。 混合拓撲圖： 混合拓撲結合了多種基本拓撲的特點，形成複雜的網路結構。例如，一個網路可以同時包括星型、樹型和網狀的部分。 每種拓撲結構都有其獨特的優缺點，選擇合適的拓撲圖取決於網路設計師對網路效能、可靠性、成本和管理的具體要求和權衡。 簡述網路拓撲圖對於網路工程設計的作用。 答：網路拓撲圖在網路工程設計中具有重要作用，主要體現在以下幾個方面： 視覺化網路結構： 拓撲圖能夠清晰地展示網路中裝置之間的連線方式和佈局，幫助網路工程師和管理員理解整個網路的結構和組織。透過拓撲圖，可以直觀地檢視網路中的各個節點、裝置之間的物理連線或邏輯連線關係。 分析和規劃網路架構： 在設計階段，網路拓撲圖幫助工程師分析和評估不同拓撲結構對網路效能、可靠性和擴充套件性的影響。根據需求和預期的網路負載，選擇合適的拓撲結構，例如星型、匯流排型、網狀型等，以最佳化網路設計。 指導裝置部署和連線： 在實施階段，拓撲圖指導裝置的佈置和連線方式。它確保裝置按照設計要求正確地連線和配置，避免錯誤或混亂的物理佈線，提高網路的穩定性和可維護性。 識別單點故障和最佳化效能： 透過拓撲圖，工程師可以識別潛在的單點故障，設計冗餘路徑或備用裝置，提高網路的可靠性和容錯能力。此外，拓撲圖也有助於最佳化網路的效能，例如透過合理的路由選擇和資料流量管理。 支援網路管理和維護： 在日常運維中，拓撲圖是管理網路的重要工具。它幫助管理員快速定位和解決網路問題，進行變更管理和配置更新，保證網路系統的高效執行和及時維護。 總之，網路拓撲圖不僅是網路設計和實施的重要參考依據，也是管理和維護網路的重要工具。透過合理設計和使用拓撲圖，能夠有效地提升網路的效能、可靠性和安全性，滿足使用者的需求和預期。
實 驗 內 容 和 步 驟	1.根據某公司網路工程設計的拓撲圖（見下圖1），嘗試寫出其需求分析。 答： （1）網路有核心、匯聚、接入三層結構，採用樹狀拓撲結構。 （2）接入使用者較多，需要增強交換機的效能，以及伺服器的算力。 （3）為了緩解流量壓力，增強網路效能，將主伺服器安排在匯聚層，同時每個單獨支路都安排一個伺服器。 （4）為了保障資料的傳輸安全，保障外面不能非法訪問和惡意破壞內部的資料，設定防火牆。 2.針對該公司的網路拓撲型別，分析該公司網路拓撲圖的特點； 答： （1）採用樹狀拓撲結構，方便管理，同時不會產生閉環，容錯率較高。 （2）結構精巧，嚴密，通訊鏈路不長，利於節約成本，同時方便操作人員管理，當遇到問題時容易排錯。在網路建設時也比較容易，可以實行多級同步建設和測試。 （3）網路資源利用效率不是很高，共享能力較差，同時主節點的負載過於大，如果遇到主節點故障，整個網路都會受到影響。 3.分析該公司的網路執行環境，指出各種裝置的作用； 答： 執行環境：主要由內部辦公網段，伺服器網段，以及外部接入網段三部分組成。 作用： （1）路由器：透過有效地轉發資料包、連線不同網路、提供安全控制和最佳化網路效能，實現了網路中各種裝置和服務的協調和互通，為使用者和組織提供了可靠的網路通訊基礎設施。 （2）防火牆：透過控制網路流量、過濾惡意內容、保護內部網路資源，提高了網路的安全性和可靠性，有效防範各種網路威脅和攻擊。 （3）伺服器：伺服器作為網路基礎設施的核心元件，透過提供各種服務、資料儲存和處理能力，支援組織內外的使用者和應用程式進行資料交換、通訊和協作，是現代資訊科技基礎設施中不可或缺的重要部分。 （4）交換機：透過提供高效的資料幀轉發、網路擴充套件、安全增強和靈活的管理功能，為組織和企業提供了穩定、可靠和高效能的區域網基礎設施。 二層交換機主要用於區域網內部的資料幀轉發和廣播域管理，適合簡單的網路結構和要求高效能的環境。而三層交換機不僅具備二層交換機的功能，還增加了路由功能，能夠處理更復雜的網路拓撲和提供更多的高階管理功能，適用於需要跨子網進行資料路由和管理的複雜網路環境。 4.參照例項，畫出該公司的網路拓撲圖，並把“設計者 你的姓名和學號”設計在圖的左下腳（見下圖2）。 （圖1） （圖2）
研 究 與 探 討	你的感受。 答：網路裝置如交換機的功能和應用場景雖然看似技術性很強，但實際上它們的設計和運作原理是為了讓我們平時使用網路更加方便和高效。在解釋這些概念的時候，我覺得可以幫助使用者更好地理解網路裝置如何工作，以及它們如何影響我們日常的網路體驗和工作效率。 你的收穫。 答：學習網路工程不僅能夠為個人帶來專業技能和知識，還能夠為企業和組織提供建立和維護高效、安全網路基礎設施的關鍵能力，是一個充滿挑戰和機遇的學科領域。 你的困難。 答：需要對網路進行需求分析，在這個過程中，需要考慮很多的方面，例如客戶的需求和實際建設網路的衝突，分析員與網路工程師確定客戶的需要，如果分析不全面，可能造成使用者體驗差，甚至引發網路安全問題。 你的啟示。 答：網路拓撲的啟示在於幫助網路工程師和設計者理解如何根據具體需求選擇合適的結構，以達到最佳的效能、安全性和管理效率。透過深入探索不同拓撲的特點和適用場景，可以為構建可靠和高效的計算機網路提供寶貴的指導。