本书采用系统集成方法，系统地阐述IP网络的设计方法以及实施网络工程的过程管理方法。本书以设计“具有几台PC的小型局域网”，到“具有几十台到几百台PC的中型局域网”，到“覆盖一个楼宇的网络”，到“覆盖几个楼宇的网络”，到“覆盖几个园区的企业网”为主线，将网络系统的基本概念、设计和建设网络系统的基本方法和技术有机地结合起来，并在每章结尾都通过“网络工程案例教学”来综合应用前面所学的内容。
“十三五”江苏省高等学校重点教材
计算机网络已经成为人类社会不可或缺的基础设施，社会对网络系统的强烈需求要求培养大批合格的网络工程师、信息系统设计师或网络管理人员。本书是一本从系统集成角度讲解网络工程设计的教材，是为数不多的无国外同类教材蓝本的独创性教材。本书作者具有丰富的计算机网络理论研究经验和长期参与各种类型网络工程项目的实践经历，并一直致力于我国网络工程专业的建设和计算机网络课程的研究。2002年，本书第1版出版，填补了该领域无教材可用的空白；2008年，本书第2版出版，提高了本书的教学适用性；2014年，本书第3版出版，在网络工程理论和实践教学方面更加成熟；2020年，我们根据读者的反馈和技术的发展开始对第3版进行更新，并于2021年5月完成了第4版的编写。
第4版的特点
进一步明确课程目标，确立了“网络规划设计理论与网络工程实践紧密结合”的教学思路。为了调动学生的学习积极性，本书遵循学以致用、即学即用的原则，设计了“具有几台PC的小型局域网”→“具有几十台到几百台PC的中型局域网”→“覆盖一个楼宇的网络”→“覆盖几个楼宇的网络”→“覆盖几个园区的网络”的教学主线，组织了全新的教学内容。
大幅度地增加了实践教学的内容。第3章“配置以太网交换机”、第6章“配置路由器”和第8章“WiFi无线接入设计”均以实践为中心，设计了一套与理论教学配套的完整的实验教学内容，并在每章以“网络工程案例教学”的形式呈现出来。虽然第4版以华为公司的网络产品为例进行实例教学，但由于网络产品的相似性，也可以使用其他厂家的网络设备进行本课程的教学，使教学不失一般性。
紧跟时代发展脉搏，增加了无线网络设计的内容。
修订了过时的技术与概念，适当压缩了教材篇幅。
本书的读者
本书内容可供高等院校“网络工程设计” “网络规划与设计”等课程的20～50学时教学之用。学习本课程的学生应当已学习过计算机网络（原理）、操作系统等前导课程。如果学时较少，则可以根据教学要求略去第3、6、9、10章中的部分内容。如果本课程学时较多，则可结合设备厂商的设备手册或提供的教学资料，对交换机、路由器等设备的调试和组网进行更加细致、深入的学习。对于工程性、实践性要求较高的本科/专科学生或应用型研究生，本书也可以作为“计算机网络”课程的教材。同时，本书可作为网络、通信和计算机专业的大专生、本科生、研究生的教学参考材料，也可供相关专业的工程技术人员参考和进修使用，还可作为网络设计和维护或网络管理员短训班的教材。本书的读者既包括高校相关专业的学生，也包括网络系统设计师、企业或机构的网络管理人员/信息技术主管或从事相关工作的技术人员。
本书的教学思想
如何科学地规划、设计和实施一个网络系统呢？如何控制和管理该系统的工程建设质量和进度呢？如何使网络系统既能满足当前各种应用和技术需求，又能适应不断增长的带宽、可扩展性和可靠性需求，使其符合较长期的发展需要呢？网络系统由于结构、规模和用途的不同，其差异可能很大。这就是一个网络系统的解决方案可能并不适用于另一个网络系统的原因。然而，网络工程作为一门课程，应当是有规律可循的。本书从探讨网络系统的基本概念和建设网络系统的基本方法出发，力图从工程实践的经验教训中总结出一些反映网络设计领域的客观规律，并以模型的形式表现出来。例如，“网络工程的系统集成模型”是设计和实现网络系统的系统化工程方法；而“具有四层结构的网络系统的层次模型”确定了网络系统体系结构应包括环境平台、网络平台、信息平台及应用系统这些层次，并选用适当的技术加以实施；设计网络拓扑的“三层层次模型”规定了大型网络应当具有接入层、分布层和核心层这些关键层次；等等。遵循这些规律和经验进行网络工程设计构成了本书的主线，希望读者能从中得到教益和启迪。
本书阐述的网络工程设计方法是以TCP/IP网络为蓝本进行的，“系统集成”是本书的一个重要出发点。从系统集成的观点出发，首先需要根据系统的应用需求，关注系统的总体功能和特性，再选用各种合适的部件来构造或定制所需要的网络信息系统。换言之，根据系统对网络设备或部件的要求，选用具有最为合适的工作机制的设备，同时仅需要关注各种设备或部件的外部特性（即接口），而忽略这些设备或部件的内部技术细节。本书假定读者已经在“计算机网络原理”等课程中学习过这些技术细节。从教学完整性和便于读者理解的角度，本书仅对网络设计所涉及的网络知识进行概念性介绍，而不讨论它们的工作原理或定量关系。
为了更适合网络工程设计课程，本书遵循下述教学思想：
按网络工程设计这条主线组织教学，以学生能够全面、系统地掌握网络工程的设计过程及基本知识，掌握设计、实现通用计算机网络的基本技能为教学目标，但并没有期望他们通过本课程的学习成为训练有素的网络工程师或结构化布线系统专业施工人员。
按循序渐进、由浅入深的原则，系统地讲解了设计、实现小型网络→中型网络→大型网络的原理和技术。这反映在本书各章内容的设计和编排上。
按基本网络工程设计原理、方法与网络工程实践技能协调并重的原则，设计了多个实用性很强的网络工程案例。建议在进行理论教学时，同步进行实验（实践）教学。
本书的教学实施方法
通过本书的学习，我们希望读者能够：了解用系统集成的思想进行网络工程设计的一般步骤和方法，理解网络工程系统集成模型，学会利用工具制作网络设计文档的方法；熟悉网络设计的基本构件，特别是掌握二层交换机和路由器的使用场合与配置方法；理解大型网络的需求分析的一般步骤，能够分析网络流量的分布情况；掌握设计逻辑网络和规划IP地址的基本方法，具有设计并实现小、中、大型LAN和企业网的能力；掌握网络维护与测试的常用方法和基本技能。
下图显示的是利用本书进行网络工程设计教学的导学图及相应的知识结构。用书教师可以根据情况自行决定具体的讲授内容，但建议保持这些知识的讲授顺序。
本书作者建议的教学方案的课时安排参见下表，也可以将其调整为适合40学时甚至20学时的教学方案。
序号 教学内容 课堂教学学时 实践教学学时
1 网络工程设计概述 3 2
2 网络工程设计基础 3 2
3 配置以太网交换机 2 4
4 网络需求分析 2 0
5 网络系统的环境平台设计 2 0
6 配置路由器 2 4
7 企业网设计 6 0
8 WiFi无线接入设计 2 2
9 网络安全设计 2 0
10 测试验收与维护管理 2 0
自主设计性实验 10
总计 50 26 24
本书每章的网络工程案例和作业都是进行实践教学的很好的素材。在实践中，学生们在理解这些设计的基础上，可能只需调整设计参数并加以计算，就能够很快拿出一个不错的网络工程设计方案！实验，特别是自主性和设计性实验，往往是困扰教师的“难题”，我们给出以下两条建议。一是采用“先硬后软”实验法，即要求每名学生先实际使用和配置网络设备，如交换机和路由器，然后再让他们使用软件模拟器进行详细配置。这样就可以在不降低教学质量的前提下，降低教学成本并减轻老师的劳动强度。二是采用分组实验，即每4～6名学生组成一个工程小组（选出或指定一个组长），利用网络虚拟化实验台上的资源，规划、设计并实现一个具有三层网络结构模型的原型网络系统。通过10学时的实验，学生们要提交设计文档、工程管理文档和一个原型系统，他们的能力和自信心也能得到提升！
为了方便教学，本书向教师们提供了用于本书理论教学的PPT文档，用书教师可访问华章网站http://www.hzbook.com，获取相关信息与资源。
网络虚拟化实验台是作者基于网络功能虚拟化和软件定义技术研发的网络实验教学平台，它运行在多台服务器上。平台中的网络虚拟设备与网络物理设备功能等效，但成本仅为网络物理设备的1/10，并且具有维护简单、实验过程可长期保留、实验场地便宜等优点。详情可参见本书10.4.2节，感兴趣的读者可与作者联系。
本书第4版的第3章和第6章由李兵副教授撰写，第8章主体内容由雷磊教授撰写，其他章节由陈鸣教授撰写。陈鸣教授对全书进行了统稿。本书的出版得益于许多人的关心和帮助。首先要感谢作者们的家人，感谢他们多年来的耐心和支持。感谢江苏省高等教育学会认定本书为江苏省高等学校重点教材，感谢南京航空航天大学计算机科学与技术学院/人工智能学院的领导和老师对本书的肯定、支持和帮助，感谢机械工业出版社朱劼编辑和郎亚妹编辑的辛勤工作。本书在写作过程中参考了大量国内外文献和资料及工程案例，在这里向有关公司、专家和作者致谢。
鉴于作者学识有限，错漏之处在所难免，望识者赐教。如果读者发现书中的错误或对本书有任何建议，欢迎通过mingchennj@163.com联系作者。
陈鸣
南京航空航天大学计算机科学与技术学院/人工智能学院
2021年5月
计算机\网络
计算机网络已经成为当今社会重要的基础设施。随着技术的发展，无线网络、移动网络等已成为网络系统不可或缺的部分。社会对网络系统的强烈需求形成了巨大的网络建设市场，急需大批合格的网络工程师。本书源自作者多年的网络工程课程教学及工程实践经验，通过学习本书，读者应该能够掌握用系统集成的思想进行网络工程设计的一般步骤和方法，理解网络工程系统集成模型，并具备设计和实现小型、中型、大型网络的能力以及网络维护与测试的基本技能。
本书特色
以TCP/IP协议为蓝本，围绕“系统集成”这一核心思想，总结了网络工程设计领域的规律，并以模型的形式表现出来。
遵循学以致用的原则，以设计和实现“具有几台PC的小型局域网”→“具有几十台到几百台PC的中型局域网”→“覆盖一个楼宇的网络”→“覆盖几个楼宇的网络”→“覆盖几个园区的网络”为主线组织教学内容。
按照基本网络工程设计原理、方法与网络工程实践技能协调并重的原则，设计了一系列极具实用性的网络工程案例，以便在进行理论教学时同步进行实验（实践）教学，有效解决教学中自主性和设计性实验难以实施的问题。
前言
第1章 网络工程设计概述 1
1.1 网络工程的基本概念 1
1.2 网络工程的系统集成 1
1.2.1 网络系统集成的特点 2
1.2.2 网络工程的系统集成模型 3
1.3 网络工程的系统集成步骤 4
1.3.1 选择系统集成商或设备供应商 5
1.3.2 网络系统的需求分析 5
1.3.3 逻辑网络设计 6
1.3.4 物理网络设计 6
1.3.5 网络安全设计 7
1.3.6 网络设备的安装调试与测试验收 7
1.3.7 网络系统验收 8
1.3.8 用户培训和系统维护 8
1.4 网络系统的层次模型 8
1.5 网络系统集成的文档管理 9
1.5.1 文档的作用和分类 10
1.5.2 文档的质量要求 13
1.5.3 文档的管理和维护 13
1.5.4 文档制作常用工具 14
1.5.5 施工组织设计 17
1.6 网络工程招投标 19
1.6.1 招投标形式 19
1.6.2 招投标流程 20
1.6.3 招投标文件规范 21
1.6.4 投标书的准备 21
1.6.5 投标书的内容 22
1.6.6 述标与答疑 22
1.6.7 商务洽谈与合同签订 23
1.7 网络工程设计中应注意的问题 23
1.8 案例1—用Project管理网络工程项目 24
1.8.1 用Project管理网络工程项目概述 24
1.8.2 Project的基本概念 29
1.8.3 制定项目的基本步骤 30
1.9 案例2—用Word和Visio设计网络工程文档 31
1.9.1 项目文档制作指导 31
1.9.2 制作项目文档的基本步骤 33
习题 35
第2章 网络工程设计基础 36
2.1 网络的组成 36
2.1.1 若干术语 36
2.1.2 节点和链路 37
2.2 因特网网络结构 38
2.2.1 因特网的层次结构 38
2.2.2 接入网技术 40
2.2.3 以太网上的TCP/IP协议 44
2.3 二层交换机 45
2.3.1 早期的网络设备 45
2.3.2 二层交换机的工作原理 45
2.3.3 交换机的广播域和碰撞域 47
2.3.4 链路聚合和弹性链路技术 48
2.3.5 交换机使用的技术 48
2.3.6 虚拟LAN 49
2.4 路由器 53
2.4.1 路由器的结构 53
2.4.2 功能与性能 55
2.4.3 路由器在局域网中的角色 56
2.5 高层交换机 57
2.5.1 三层交换机的工作原理 57
2.5.2 四层交换设备 58
2.6 访问服务器 59
2.7 联网物理介质 60
2.7.1 双绞线 60
2.7.2 光纤电缆 62
2.7.3 联网介质的选择 65
2.8 以太网技术 66
2.8.1 以太网原理 66
2.8.2 半双工和全双工以太网 67
2.8.3 快速以太网 67
2.8.4 千兆以太网 67
2.8.5 10千兆以太网 68
2.8.6 城域以太网 69
2.9 服务器 70
2.9.1 服务器技术 70
2.9.2 服务器的分类 72
2.9.3 服务器的性能指标 73
2.9.4 RAID技术 74
2.10 网络工程案例教学 77
2.10.1 制作RJ-45双绞线 78
2.10.2 小型LAN的设计与实现 79
2.10.3 家庭网络设计方案 80
习题 82
第3章 配置以太网交换机 84
3.1 配置交换机 84
3.1.1 认识交换机的外观 84
3.1.2 开始配置交换机 84
3.1.3 交换机配置项目 89
3.1.4 交换机命令行端口 89
3.2 配置交换机的基本功能 90
3.2.1 配置交换机名 90
3.2.2 配置管理IP地址 91
3.2.3 配置Telnet登录用户及口令 91
3.2.4 保存和查看配置信息 92
3.2.5 配置交换机支持SNMP管理 93
3.3 配置交换机的其他功能 93
3.3.1 配置二层交换机的VLAN功能 93
3.3.2 配置MAC地址绑定功能 98
3.3.3 配置广播抑制功能 99
3.3.4 配置交换机的生成树功能 100
3.3.5 配置交换机端口聚合功能 104
3.4 配置三层交换机 107
3.5 交换机间的连接 109
3.5.1 交换机级联 109
3.5.2 交换机堆叠 110
3.6 网络工程案例教学 114
3.6.1 使用华为网络模拟器eNSP 114
3.6.2 配置交换机生成树 119
3.6.3 跨交换机划分虚拟局域网 120
习题 122
第4章 网络需求分析 124
4.1 分析网络应用目标 124
4.1.1 确定网络工程需求的步骤 124
4.1.2 明确网络设计目标 125
4.1.3 明确网络设计项目的范围 125
4.1.4 明确用户的网络应用 125
4.2 分析网络设计约束 127
4.2.1 政策约束 127
4.2.2 预算约束 127
4.2.3 时间约束 127
4.2.4 应用目标检查表 127
4.3 网络分析的技术指标 128
4.3.1 时延 128
4.3.2 吞吐量 129
4.3.3 丢包率 131
4.3.4 时延抖动 132
4.3.5 路由 132
4.3.6 带宽 133
4.3.7 响应时间 134
4.3.8 利用率 135
4.3.9 效率 135
4.3.10 可用性 135
4.3.11 可扩展性 137
4.3.12 安全性 138
4.3.13 可管理性 138
4.3.14 适应性 139
4.3.15 可购买性 139
4.3.16 技术目标检查表 140
4.4 因特网流量的特点 140
4.4.1 因特网流量一直在变化 141
4.4.2 聚合的网络流量是多分形 141
4.4.3 网络流量表现出局部性质 141
4.4.4 分组流量是非均匀分布的 141
4.4.5 分组长度是双峰分布的 141
4.4.6 分组到达过程是突发性的 142
4.4.7 会话到达过程是泊松分布 142
4.4.8 多数TCP会话是简短的 142
4.4.9 通信流是双向的但通常是不对称的 142
4.4.10 因特网流量的主体是TCP 142
4.5 分析网络流量 143
4.5.1 确定流量边界 143
4.5.2 分析网络通信流量的特征 145
4.6 网络工程案例教学 149
4.6.1 网络实验室局域网的设计 149
4.6.2 办公环境局域网的设计 151
4.6.3 用Visio绘制网络拓扑图 152
习题 155
第5章 网络系统的环境平台设计 157
5.1 结构化布线系统的基本概念 157
5.1.1 结构化布线系统的特点 157
5.1.2 结构化布线系统的应用场合 158
5.2 结构化布线系统的组成 158
5.2.1 工作区（终端）子系统 158
5.2.2 水平布线子系统 159
5.2.3 垂直干线子系统 159
5.2.4 管理子系统 160
5.2.5 设备间子系统 160
5.2.6 建筑群子系统 160
5.3 结构化布线系统的设备和部件 161
5.3.1 承载、连接与配线设施 161
5.3.2 布线工具 166
5.4 布线系统工程设计 168
5.4.1 工程设计的内容 168
5.4.2 结构化布线系统标准 168
5.4.3 结构化布线系统的测试 171
5.5 网络机房设计 172
5.5.1 计算机网络机房的总体设计 172
5.5.2 机房的环境设计 175
5.5.3 机房空调容量的设计 176
5.6 网络机房电源的设计 176
5.6.1 配电系统设计 176
5.6.2 机房供电设计 180
5.6.3 电源系统接地设计 181
5.7 数据中心设计 183
5.8 网络工程案例教学 186
5.8.1 机房电源容量估算 186
5.8.2 教学楼结构化布线系统 187
习题 189
第6章 配置路由器 190
6.1 熟悉并初步配置路由器 190
6.1.1 认识路由器设备 190
6.1.2 开始配置路由器 191
6.1.3 路由器常用命令 193
6.2 配置路由器的选路功能 195
6.2.1 配置端口地址 195
6.2.2 配置RIP协议 196
6.2.3 配置OSPF协议 199
6.2.4 配置静态路由 202
6.3 配置广域网接口 204
6.3.1 配置HDLC协议 204
6.3.2 配置PPP协议 205
6.4 配置软路由器的方法 206
6.5 网络工程案例教学 211
6.5.1 配置简单互联网络的静态路由 211
6.5.2 综合配置一个大型企业网 215
习题 224
第7章 企业网设计 226
7.1 网络结构设计 226
7.1.1 网络结构设计的需求 226
7.1.2 平面结构 227
7.1.3 按三层层次模型设计网络结构 229
7.1.4 网络结构的冗余设计 231
7.1.5 企业网结构设计 233
7.2 IP地址规划 234
7.2.1 网络寻址的基本概念 234
7.2.2 网络层地址分配原则 242
7.2.3 名字空间设计 245
7.3 选择路由选择协议 248
7.3.1 路由器的路由选择功能 248
7.3.2 路由选择协议的分类 249
7.3.3 因特网中的路由选择协议 249
7.3.4 选择一个路由选择协议 252
7.4 选择网络管理协议和系统 253
7.4.1 简单网络管理协议 253
7.4.2 选择一种SNMP网络管理平台 256
7.5 企业网的广域网设计 256
7.5.1 冗余广域网链路 256
7.5.2 多因特网连接 256
7.5.3 通过广域网互联 258
7.6 网络工程案例教学 261
7.6.1 规划一个校园网的IP地址 261
7.6.2 设计一个大型校园网 263
习题 265
第8章 WiFi无线接入设计 267
8.1 WiFi无线局域网 267
8.1.1 WiFi无线局域网的基本架构 267
8.1.2 WiFi网络的基本元素 268
8.1.3 WiFi的常见设备 269
8.2 家庭网设计 271
8.2.1 使用无线路由器上网 271
8.2.2 使用无线上网卡 274
8.2.3 使用随身WiFi上网 275
8.2.4 WiFi热点配置 275
8.3 中等规模WLAN的设计 275
8.3.1 旁挂式组网与直连式组网 276
8.3.2 隧道转发数据与直接转发数据 276
8.3.3 基本业务开通配置流程 277
8.4 网络工程案例教学 286
习题 292
第9章 网络安全设计 294
9.1 网络安全设计的步骤 294
9.1.1 信息安全性的三个方面 295
9.1.2 网络风险分析和管理 296
9.1.3 分析安全方案的代价 297
9.1.4 开发安全方案 298
9.1.5 开发安全策略 298
9.1.6 开发安全过程 299
9.2 选择网络安全机制 299
9.2.1 机密性与密码学 299
9.2.2 鉴别 301
9.2.3 报文完整性 301
9.2.4 密钥分发中心和证书认证机构 302
9.2.5 访问控制 302
9.2.6 审计 303
9.2.7 恶意软件防护 303
9.2.8 防火墙 305
9.2.9 入侵检测系统 307
9.2.10 虚拟专用网 308
9.2.11 物理安全性 308
9.3 选择数据备份和容错技术 309
9.3.1 数据备份 309
9.3.2 廉价冗余磁盘阵列技术 310
9.3.3 存储区域网络 310
9.3.4 因特网数据中心 311
9.3.5 服务器容错 311
9.3.6 异地容灾和异地远程恢复 312
9.3.7 容错电源 313
9.4 设计网络安全方案 314
9.4.1 因特网连接安全性 314
9.4.2 拨号安全性 317
9.4.3 网络服务安全性 318
9.4.4 网络端系统的安全性 318
9.4.5 网络之间的物理隔离 319
9.4.6 利用VPN提高网络安全性 320
9.5 网络工程案例教学 321
9.5.1 设计一个高可用的网络 322
9.5.2 配置防火墙 323
9.5.3 PC的网络安全防护 326
习题 329
第10章 测试验收与维护管理 331
10.1 网络工程的测试 331
10.1.1 测试网络系统 332
10.1.2 建立和测试原型网络系统 332
10.1.3 网络测试工具 333
10.2 网络工程的验收 335
10.2.1 综合布线系统工程验收规范 335
10.2.2 网络工程验收过程 336
10.2.3 验收文档 339
10.3 网络维护和管理 340
10.3.1 网络维护 340
10.3.2 网络管理 341
10.4 网络工程案例教学 345
10.4.1 用“IP网络性能监测系统”测试网络性能 345
10.4.2 基于虚拟网络平台的性能测试方法 350
习题 352
参考文献 353
