课程设计一：组网技术
1.组网方案-硬件：
1) 常用的联网设备 中继器：
中继器（RP repeater）是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。 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。 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。
网关：
网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。 2) 小型网络联网 硬件设备：
若干台计算机、一台普通交换机、一台路由器、一个Modem、一个分离器、网线若干。 费用概算： 设备 普通交换机 路由器 单价（元） 1000 500
数量 1 1 1 1 10
总计（元） 1000 500 100 30 100 1730 猫（Modem） 100 分离器 网线
30 10 联网方案：
1.将若干台计算机连接到一台普通交换机上 2.将普通交换机连接到一台路由器上 3.路由器与一台计算机相连
4.路由器再通过网线将WAN接口与Modem相连 5.Modem连接分离器，用电话线接入互联网 6.可以用宽带路由拨号上网，而PC不用拨号 网络结构图：
InternetModem分离器普通交换机路由器PC1PC2PC3PC4
3) 中型网络联网 硬件设备：
若干计算机，若干二层交换机，一台三层核心交换机，一台路由器，网线若干。
费用概算： 设备 二层交换机 三层交换机 路由器 网线
联网方案： 单价（元） 3000 20000 500 10
数量 3 1 1 15
总计 9000 20000 500 150 29650 1.将若干计算机两两分组，每组的计算机分别连接到一个二层交换机上 2.将二层交换机三三分组，每组二层交换机连接到三层核心交换机上 3.将三层核心交换机与路由器连接 4.路由器接入互联网 网络结构图：
Internet路由器三层核心交换机二层交换机PC1PC2PCn
4) 大型网络联网 所需设备： 若干计算机，若干千兆交换机，若干小万兆核心交换机，若干路由器，网线若干。 费用概算： 设备 千兆交换机 核心交换机 路由器 网线
联网方案：
1.将若干计算机两两分组，每组的计算机连接到一个千兆交换机 2.将多个千兆交换机三三分组，每组连接到小万兆核心交换机上 3.将小万兆核心交换机单独与一个路由器连接 4.该局域网通过路由器接入互联网
5.重复上述步骤，将若干类似的局域网通过互联网相连 网络结构图：
单价（元） 3000 20000 500 10
数量 6 2 2 30
总计（元） 18000 40000 100 300 58400
Internet路由器路由器小万兆核心交换机小万兆核心交换机千兆交换机千兆交换机PC1PC2PCnPC1PC2PCn
2.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) 邮件服务器（Mail Server） ， Sendmail，Postfix，Qmail，Microsoft Exchange，Lotus Domino等
4) 网页服务器（Web Server） ，如Apache，thttpd，微软的IIS等 5) FTP服务器（FTP Server）， Pureftpd，Proftpd，WU-ftpd，Serv-U等 6) 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，JBo，Sun的GlaFish 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
3.组网方案-网络接入
1) 常用的网络接入方案：PSTN、DDN、ISDN、ADSL 和 HFC 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。 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。
ISDN（综合业务数字网）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。
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3.5Mbps的上行速度和最高24Mbps的下行速度。 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。
2) 适合于家庭、网吧、单位的网络接入方案 家庭：
采用方案：PSTN PSTN是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、计算机、电话机、分离器、网线若干。 费用概算： 设备 单价（元）
数量 1 1 5
总计（元） 100 30 50 180 猫（Modem） 100 分离器 网线
网络结构图： 30 10
Internet电话机分离器ModemPC
网吧：
采用方案：ADSL 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。 硬件设备： 2个ADSL Modem、2台普通SOHO 宽带路由器或双WAN口宽带路由器、1台千兆交换机、4台24口普通型交换机、两台服务器主机。 费用概算： 设备 Modem 普通路由器 千兆交换机 普通交换机 服务器主机
网络结构图：
PCn单价（元） 100 500 3000 1000 5000
数量 2 2 1 4 2
总计 200 1000 3000 4000 10000 18200
ISPModemModem路由器路由器服务器千兆交换机服务器普通交换机普通交换机PC1PCn
校园网： 采用方案：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。 a) 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。
b) 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、若干服务器
费用概算： 设备
二层千兆交换机 三层核心交换机 路由器 服务器主机 网线 单价（元） 3000 20000 500 5000 10
数量 10 1 1 5 100
总计（元） 30000 20000 500 25000 1000 76500
DDN到Internet机房1防火墙家属区电话网拨号服务器网络中心服务器实验楼办公楼办公楼图书馆100/1000BASE-TX1000BASE-SX
4.课程设计总结
通过本次课程设计的学习，我了解了计算机网络组网技术的原理与网络结构的基本构成，我学习了计算机组网必备的硬件设备及软件设置环境，复习了几种网络接入技术并了解了它们分别适用于什么不同的场合，我通过设计不同的网络接入方案，进一步理解了网络的运行过程和原理，通过这种种的学习，本次课程设计使我获益匪浅。 课程设计2-网络协议及流程分析
1.TCP/IP报文封装方式
捕获到HTTP请求：
HTTP报文信息总览：
帧的总览信息：
Ethernet V2帧报文:
从Ethernet V2中可以得出： DA(MAC):0x94049cd9337a SA (MAC):0x1cb72c947e7c Type(类型)：0x8864 —PPPoe连接
则可以得出 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：
Version（版本）：4，说明版本号是IPv4 Total Length（总长）：428，说明此IP报文总长428个字节 Identification（标识）：0x6204 Time to Live（生命期）：128，说明该分组的生命周期为128s Protocol（协议）：TCP(6)，说明IP的数据字段封装的是一个TCP数据报 Header checksum（首部校验和）：0xc880 源地址（Source）：119.4.172.239 目的地址（Destination）：166.111.4.100
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：3309，从主机端口3309发起的请求 目的端口：80，80表示请求的是WWW服务
发送序号：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：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 URG = 0，ACK = 1，PSH = 1，RST = 0， SYN = 0，FIN = 0：代表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。 计算窗口尺寸：66048，该报文发送方的接收窗口大小为66048个字节 检验和：0xfb95 紧急指针：0
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：
请求方法：GET，该请求为GET请求 版本协议：HTTP/1.1 Host：www.daodoc.com，主机为清华官网 Accept-Encoding: gzip,deflate
结论：说明应用层使用GET方法向清华官网提交查询请求，使用的协议版本为HTTP/1.1
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协议族有HTTP、ARP、DNS、ICMP、ICMPv
6、PPP LCP、TCP等
而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.分析典型协议的工作原理及流程（HTTP）
HTTP简介
HTTP协议（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）是用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。它可以使浏览器更加高效，使网络传输减少。它不仅保证计算机正确快速地传输超文本文档，还确定传输文档中的哪一部分，以及哪部分内容首先显示(如文本先于图形)等。 HTTP请求响应模型
HTTP主要由请求和响应构成，是一个标准的客户端服务器模型。HTTP协议永远都是一个或多个客户端发起请求，然后服务器回送响应，从而达成网络通信的目的。如下图所示：
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访问这个清华官网：http://www.daodoc.com
显而易见，我们可以从这个地址中分析出以下内容：
协议名：http
主机名：www.daodoc.com
在这一步，需要域名系统DNS解析域名www.daodoc.com,得主机的IP地址。
可见，www.daodoc.com的IP地址为119.4.172.239。
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 例如下图所示的GET请求和POST请求：
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。 三次握手示意图：
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：
以上为HTTP连接的基本工作流程。
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：
客户机发起一次请求的时候：
客户机会将请求封装成http数据包-->封装成Tcp数据包-->封装成Ip数据包--->封装成数据帧--->硬件将帧数据转换成bit流（二进制数据）-->最后通过物理硬件（网卡芯片）发送到指定地点。
服务器硬件首先收到bit流，然后转换成ip数据包。于是通过ip协议解析Ip数据包，然后又发现里面是tcp数据包，就通过tcp协议解析Tcp数据包，接着发现是http数据包通过http协议再解析http数据包得到数据。 4.课程设计总结
通过本次课程设计的学习和实践，我掌握了利用Wireshark实现网络抓包并分析其内容的基本用法；我加深了对TCP/IP协议族的理解，更深刻的了解了协议的层次关系以及其基本工作原理；我通过对HTTP协议的逐步抓包分析，清晰的学习到了协议的工作流程。本次课程设计使我感到受益匪浅。
