1.项目概述

1.1.项目要求及目标

1.1.1.项目背景

随着我国互联网行业和市场经济的不断发展，上网服务行业自二十世纪以来出现了蓬勃发展的趋势；正是由于上网服务行业的星期，给社会公众提供了学习、商务、娱乐等需求的平台，正是由于网吧的出现，为更多的民众提供了与网络接触的平台，带动了我国信息化的发展。

同时，由于网络供应的普及率升高，消费者可以随时随地的使用各种移动设备得到丰富的网络服务功能，由于个人的网络移动设备和个人电脑的普及，使得消费者对网吧的需求变少，传统的网吧已经无法满足消费者的需求，暴露出同质化严重、竞争力不足的问题。为了解决消费者对网吧经济的需求，将高速率、高带宽的上网体验和个性化、服务化的网吧服务作为网吧的新发展方向。为此，需要对于网吧的网络方案进行新的规划，建立能够支持高带宽、高速率的组网，为不同的用户提供个性化的体验是目前发展的重中之重。

1.1.2.项目要求与目标

本项目旨在设计一个中小型个性化网吧的组网方案，搭建一个以网络、计算机技术和信息技术为支撑的娱乐、管理平台。

为了满足消费者在网络的技术、服务和速率等网络服务的需求，在进行组网设计时，速率快、带宽高时网络设计的基本需求；因此，本项目需要搭建合理的网络服务器以满足网络服务的品质需求，采用适当的防火墙、访问控制等网络安全技术以满足网络服务的安全性要求。

1.2.需求分析

1.2.1.任务概述

1.2.1.1.项目设计目标

就目前的上网服务行业发展现状来看，网吧无论是在硬件配置，还是在室内环境和配套服务等方面都有了显著的提高，从最初的满足基本上网需求逐步发展为向消费者提供更愉悦的上网服务。

特别的，在在线网络游戏和点播等业务领域，对网络传输时延和带宽提出了更高需求。

本项目的目标为从组网的构建和设备的部署出发，完成一个具有高速、稳定、低时延的网络服务的中小型网吧组网设计。

1.2.1.2.项目需求特点分析

网吧是一个盈利性场所，强调用户的上网体验。网吧的上网服务业务以端游为主，视频、网页等其他应用为次。根据中国移动通信集团网络部于2018年发布的《中国移动PC端网络游戏及网吧专线感知保障白皮书》，在网吧的上网服务业务中，游戏服务业务的占比约83%，其次为视频业务，占比约9%，网页浏览约3.5%，聊天业务约3%。

随着实时在线网络游戏的发展，对于瞬时掉线或卡顿现象特别敏感，对网络速率和时延有着较高要求，对于网吧来说，掉线或卡顿会大大影响用户的体验感受。故网吧接入的网络环境要求高速、稳定、可靠和低时延。

1.2.1.3.项目设计原则

构建中小型网吧的组网方案，需要遵循以下设计原则：

1.实用性

所谓的实用性是指，在进行网吧的网络建设时，需要考虑不同消费者的上网需求；例如针对不同的网络业务需要设置不同的服务器，网吧的硬件系统结构应该合理，适合非专业人员进行网络维护。

2.先进性

由于通信技术和计算机技术的迅速发展，硬件设备的更新换代速度很快，这就要求在网吧建设时，要采用超前的硬件预留，使用较成熟的设备进行配置；这样才能确保网吧在日趋激烈的竞争市场中占有绝对优势，同时能够适应未来几年的的发展趋势。

3.可扩展性

为了满足不断增长的服务需求和信息需求，延长网吧的生命周期，在设计网吧系统时，应在路由器、交换机和服务器等设备上留有相应数量的冗余。同时，对于组网的设计，应该采取简洁明了的模块化设计，布线简洁；便于系统的升级和扩容。

4.可靠性

在进行网吧具体的系统设计时，选用的硬件和软件产品应该满足设计指标，具有稳定可靠的性能；同时，为了增强系统的稳定性和晚自习，需要较强的系统集成和适配能力。

5.安全性

在网吧组网的设计中，既要考虑不同终端信息资源的充分共享，还要注重信息资源的保护和隔离，因此网络需要设置相关的防火墙和访问控制功能，以便实现系统的权限控制、用户身份的验证、数据备份、数据存取的权限控制等后续功能。

1.2.2.需求规定

选择组网的设计方案时，应该考虑整体网络的设计效果，必须有一些相关的指标进行规定，用于衡量设计方案。基于这些基本的要求，从以下几种目标出发，从应用的角度考核网络能力。

1.2.2.1.网络功能目标

1.网吧的组网是一个支持多种应用系统的网络

网吧的网络需要适应各种应用的需求，完成各种形式的信息传递，包括文本数据、多媒体流数据的通信。为此，应建设一个具有多种服务器的网络，实现一网多用。

2.网吧的组网是一个具有高安全性的运行网络

网吧的组网需要采取足够多的保障措施来保证网络通讯平台的高可靠性和高安全性。既要确保数据的安全传输，同时还要保证一般性服务器数据的通畅访问。

3.网吧的组网具有良好的可扩展性和一定的冗余

为了满足网吧未来的发展需求，组网需要具有良好的扩展性以满足网络结构重组、信息数量增加和位置变化等问题的需要，同时需要一定的冗余，为未来几年的信息流增长提供一定的预留空间。

4.网吧的组网是一个较为先进的网络

随着互联网业务的迅速发展，对于综合业务应用即数据、语音、视频等多媒体服务的需要，在设计网络时，除了要考虑技术的先进性和可行性，还要考虑到前瞻性；在网络设备、线路、带宽、传输协议和重要的网络内部节点的结构设计时，需要权衡考虑现有的需求和未来的发展需求之间的矛盾。

1.2.2.2.网络性能目标

1.延时（Delay）

网络的延时是指：1bit的数据从一台计算机传输到另一台计算机所花费的时间。延时随着参与通信的两台计算机的位置不同而有所不同。延时包括信号在介质中传输的传输延时（Propagation Delays）、网络设备的切换延时（Switching Delays）、由于网络技术不同的访问接入延时（Access Delays）、数据包分组在交换设备中的排队延时（Queuing Delays）等。

在实际的应用场景中，用户更关心的是网络的响应时间。即报文从网络的一端输入直到在另一端输出的数据单元之间的得到时间间隔。一般来说，响应时间不得超过5s，而对于一些对实时性要求较高的业务，如网络游戏、直播等业务，响应时间的要求更加严格。

由于影响网络延时的因素很多，特别是在具体的系统规模无法确定的情况下。本项目将平均延时作为比较参数，作为优化设计的约束条件。并提出以下的延时指标，作为网吧组网设计的初步目标：

在网络正常运行以及所设计的计算机具有足够的处理能力的前提下，网络中的客户机和服务器的关键性应用系统的平均时延不超过30ms，最大延时不超过150ms；其他的应用系统得到平均延时不超过50ms，最大延时不超过300ms；这些指标可以通过ping的方式进行测试，或者使用相关的网络分析仪器进行测量。

2.吞吐量（Throughout）

网络的吞吐量代表单位时间内，网络实际上可能传输的报文数或数据单元数。某一个报文路径上的吞吐量取决于该路径中吞吐量最低的环节。合理的分配各个路径上的报文流量，可以提高整个网络的保温吞吐量。

网络拓扑结构的设计和链路容量的分配问题都与吞吐量有关。在本组网中，与运营商宽带多媒体网的连接吞吐量应该使用千兆的快速以太网实现，而下层的节点吞吐量可以选择百兆或千兆。注意上层通信的有效负载不得超过所设置的吞吐量的80%，如果超过，需要即使进行扩容。

3.可靠性

当一条链路或一个结点发生故障时，报文的交换会受到影响。为了减少这种影响，在树型网络中，应限制一个链路或结点所带的终端数（或流量数），或设备备用线路在分布式网络中每一结点至少与两个相邻结点连通，以便在一条链路出现故障时，报文可以通过另一条链路迂回传送。因此，可靠性在网络中常常表现为网络的连通性，成为网络优化设计的约束条件之一

4.成本控制

网络的建设成本包括所有的链路、集线器、终端设备、交换机的费用。一般是在满足网络性能指标下寻找成本最低的方案。在网吧组网的建设中，由于路由器的价格较高，因此尽量少的使用路由器，而改用交换机和三层交换机。

1.2.2.3.网络管理目标

在网吧组网中，涉及通信链路、交换机、路由器、服务器和防火墙设备。为实现网络的有效管理，首先在进行网络设计时要对这些网络设备进行相关的管理。

当网吧中的终端设备较多时，局域网中由于交换机的数据广播带来的广播风暴会导致PC的掉线或瞬断现象，因此需要分层交换机和中心交换机对网吧中的终端进行划分VLAN的操作，以抑制端口的广播风暴。因此在设计网络时，需要统一分配和管理网络资源：即对网络的IP地址、域名、掩码、网关、VLAN等参数进行统一的管理和分配。

为了确保组网的正常运行，以及方便技术人员对网络进行管理，需要在网络中添加网管，负责管理和维护网络。

2.项目实施方案

2.1.实施前准备

2.1.1.设备选择

用至少六台主机设备作为网吧中的主要用户，其他的硬件需要主要为：一台中央交换机、三台多端口的区交换机、三台服务器、一台网管机和网管的接入交换机。

网吧划分为影视区、电竞区和普通区，每个区对应于一个区交换机，每个区内分配至少两台主机设备；同时每个区各自划分为一个子网。在网络中，需要影视服务器、文件服务器和游戏服务器三种服务器，服务器通过一个交换机或者直接与中心交换机进行连接。

2.1.2.软件准备

本项目使用Cisco Packet Tracer完成中小型个性化网吧虚拟网络的设计和构建，通过实时的查看内部流程和模拟仿真，完成复杂项目的实现。Cisco Packet Tracer无需安装，下载完成后进入目录:\Packet Tracer 5.0\Packet Tracer 5.0\中，双击“PacketTracer5.exe”即可直接运行使用。
Cisco Packet Tracer是思科打造的一款完全免费的网络模拟工具，可为用户提供真实的操作体验。可以进行路由器、交换机和其他各种网络设备构建简单或复杂的网络，或者尝试为智慧城市、家庭和企业设计互联解决方案。

2.1.3.网络拓扑规划

2.1.3.1.网络划分

中小型网吧的网络组成主要由三个部分组成：作为中心交换机的核心三层交换机，作为区交换机的接入交换机和出口路由设备。核心三层交换机构成网吧局域网的主要结构，出口路由设备作为网吧与电信运营商之间的连接接口。
网吧的核心设备为作为中心交换机的三层交换机，其主要功能为：完成网吧内部各个区域的主机、网吧内部服务器群和出口路由设备之间的内部路由；网吧内部的设备的地址分配与隔离等。

2.1.3.2.网络构建方案

针对不同规模的网吧，推荐以下两种组网方案。

1.方案一：双WAN出口链路方案

对于规模不大的网吧，在路由器处使用双WAN的物理链路连接运营商网络，可以实现手动/自动的负载均衡。网关路由器配置所有终端的IP/MAC绑定表, 并在各终端上配置指向网关的静态ARP表项, 防止ARP攻击。
方案一的网络构建示意图如图2-2所示：

2.方案二：划分VLAN实现广播隔离的方案
对于规模略大的中型网吧，在核心三层交换机上根据上网区域划分不同的VLAN，各VLAN间设置ACL访问控制规则，并配置端口广播风暴抑制，以防止过量广播报文致使网络拥塞。同时ARP静态表项的双向绑定配置在核心三层交换机和各台终端之间，防止ARP攻击。最后，网关路由器和核心三层交换机的IP地址必须配在同一VLAN中，并在各自的路由表中设置静态路由指向对方。
方案二的网络构建示意图如图2-3所示：

2.1.3.3.网吧组网拓扑结构设计

通过项目目标和需求分析，使用方案二，本项目的网络拓扑结构规划如图2-1所示。

其中，每个区域中至少需要两台PC机；
服务器与中央交换机之间的交换机为可选项，即：既允许文件服务器、影视服务器和游戏服务器与中央交换机直接连接，也允许通过一个交换机后再与中央交换机相连。
网管机（或网管服务器）接入网络时，事实上可能不需要交换机，但是由于Cisco Packet Tracer5的限制，在这里需要加入一个交换机。

2.1.4.网络数据规划

2.1.4.1.IP地址规划

考虑设计一个小型网吧的组网实现，设备较少，因此考虑使用C类地址，路由地址划分表如表所示。

2.1.4.2.VLAN规划

对于不同的区域，使用不同的VLAN进行管理。既防止了广播风暴，还方便于资费控制。

2.2.项目实施

2.2.1.实施流程

2.2.1.1.拓扑结构的搭建

在布线之前，需要先确定网络中各个主机的位置；为需要增加部件的设备增加相关的部件；然后将不同的线缆布设到相关的位置。

2.2.1.2.配置设备参数

1.配置终端PC设备

配置终端设备的主要工作是按照网络的数据规划配置网络中设备的IP地址、掩码和网关地址。

2.配置接入交换机（区交换机）

接入交换机的配置，主要是设置各个端口的传输模式：与设备直接相连的端口配置为Access模式，与中心交换机相连的端口则配置为Trunk模式。

3.配置中心交换机（三层交换机）

中心交换机的配置包括两步。

第一步，配置物理层端口：中心交换机与接入交换机的连接接口需要配置为Trunk模式。
配置中心交换机与路由器接口的VLAN类型时，有两种方案可供选择：
- 方案一：由于路由器接口不识别标签，遇到带标签的数据会被丢弃，因此此时配access最简单直观。如果交换机同时连接多个VLAN，交换机与路由器的接口应配成Trunk模式。同时，需要配置路由的子接口。
- 方案二：中心交换机与出口路由器的接口则要配置为不带标签的Access模式，此时需要定义一个新的VLAN用于传输不带标签的包。使用路由器转接的方式进行通信。
第二步，配置逻辑端口，对于不同的VLAN，在三层交换机的内部要配置不同的VLAN端口，并对不同的VLAN绑定相关的IP地址和掩码。

4.配置出口路由器

路由器的配置包括两个部分。

首先需要配置路由器与三层交换机的接口，如果三层交换机采用上述的方案一进行传输，那么在路由器上需要配置子端口；如果三层交换机采用上述的方案二进行传输，那么直接分配相应的IP地址和网关，并在路由器的路由表中添加相关的转接路由。
完成后，配置路由器与运营商网络的接口，此处可以选用多条物理链路进行WAN划分。

如划分双WAN出口链路：
基于对网络出口稳定性这一重要条件考虑，有经济实力的网吧业主一般都会租用两条独立的宽带上网线路，以实现出口流量负载均衡、主备线路自动切换的功能。这就必须选用具有双WAN口配置的网关路由器，根据两条出口线路带宽的动态情况，自动均衡从内部网络流向两个WAN口的数据包流量比例，使总体带宽的利用率始终保持一种最优的状态。

5.配置服务器群

组网中的服务器群包括文件服务器、视频服务器（多媒体流服务器）和游戏服务器，针对实际网络的需要，对其进行配置。

2.2.1.3.调试工作

完成网络的拓扑连接和相关的设备配置工作后，使用不同区域下的PC机分别对：同区域内的PC机、其他区域的PC机、所处的网关、服务器群Ping，观察命令行内的回包情况。
进入模拟视图模式，观察系统中包的捕获情况，并打开相应的包，观察其包头的类型、内容等信息。

2.2.2.网吧接入关键技术

完成组网的设计后，下面介绍网吧与互联网之间的接入技术和传输方案。

2.2.2.1.接入技术

目前大颗粒的专线接入方案可以分为三种：OTN或裸纤直连技术、PTN接入技术和PON接入技术。

1.OTN技术

光传送网（OTN）是以波分复用技术为基础，在光层组织网络的传送网。OTN技术完整体系结构包括光层和电层，电层借鉴了SDH优点，光层借鉴了传统的WDM技术体系，同时扩展了新的能力，为客户提供更高的接入带宽及更优的管理。具有多种客户信号封装和透明传输、大颗粒调度和保护恢复、带宽复用、交叉和配置和完善的性能和故障检测能力等优点。适合于大带宽、高可靠、低时延业务需求，但成本高。

2.PTN技术。

PTN即分组传送网，可理解为分组化的MSTP。PTN基于分组交换、面向连接，能承载多种业务，可与IP/MPLS以多种方式互联互通，无缝承载核心IP业务。同时也具有MSTP的优点，具有较高的安全性、可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管等。PTN网络覆盖广、成本低，是中等带宽、高可靠业务接入的最优选择。

3.PON技术

PON是互联网接入的主要技术，目前移动主要采用GPON。GPON为千兆无源光网络或称为吉比特无源光网络，具有高带宽、高效率、大覆盖范围、用户接口丰富等众多优点。

随着宽带技术的发展，GPON逐步向10G GPON升级改造。10G GPON在系统结构上仍然延续GPON的典型拓扑结构，10G GPON具有更大的带宽、更大的功率和更长的覆盖范围等优点。目前主要为中小带宽及对可靠性要求相对较低的业务接入。

2.2.2.2.传输接入方案

提供三种不同的传输接入方案可供不同规模和造价的网吧选择。
一般来说，较大的连锁网吧的互联网专线具有带宽大、高速、稳定的要求，建议选用直连方案或PTN接入方案。独立网吧相对连锁网吧来说，带宽的要求较小，数量较大且更分散，建议采用PTN或PON的接入方案。

1.直联方案

通过裸纤或OTN直联汇聚交换机或BRAS设备，终端选择可网管的光收发器或小型OTN设备。
此方案较简单，放弃了PON网络接入和PTN接入，不受两者影响，在测试分流和加速效果阶段较为常用。但因汇聚交换机数量仅在骨干节点和少量汇聚机房有部署，裸纤调度，对纤芯消耗较大、长距离调纤还存在线路故障点多带来的不稳定，不便于在后期推广。OTN维护技术难度大、投资大，仅限于当网吧的客户的大带宽需求（10GE以上）才能使用。

2.PTN接入方案

末端采用小型化PTN设备或小容量PTN设备接入，就近接入10GE接入环，双归于同一环路不同的PTN，并配置CIR；汇聚机房同时部署有PTN和汇聚交换机的，在汇聚机房互通；否则在骨干层机房与BRAS互通，尽量减少PTN网络的承载，降低转发延时、提高可靠性等。
此方案能为网吧提供高带宽、低时延、可靠稳定的传输，但附近需要有10GE接入设备，并控制末端裸光纤调度距离，减少线路故障；小容量PTN接入造价较高，仅限500M以上的网吧接入。

3.PON接入方案

采用GPON接入方案，终端选择MDU型的ONU，满足100M以内，当需求超过100M时，可将ONU与路由器的FE链路做LAG绑定，扩容带宽；采用GPON-GE接入方案，终端选择MDU型的GE ONU，满足100M以上需求。依据网吧分布情况，可在一、二级分纤点或OLT机房部署一级分光器，分光比采用1:4或1:8，为网吧业务单独分配PON口。为解决线路侧可靠性，可选择性配置Type B或Type C单归保护。
此方案采用可靠性较高的企业级的ONU终端，并为网吧单独分配PON口，控制单PON口下的网吧数量，并配置CIR，提高带宽保障。并可通过配置Type B或Type C单归保护来提高线路侧可靠性。当前移动网络主要是GPON，随着及时升级，城区已经逐步向10G GPON演进，当采用10G GPON接入时，能提供更高的带宽及接入能力。

2.2.2.3.ACL访问控制技术

ACL(Access Control Lists)访问控制列表，是通过对经由交换机或路由器的数据流进行判断、分类和过滤的一种技术。其本质是一系列包含着源地址、目的地址以及端口号等信息语句的集合，其中的每一条语句都可被称为通信规则，因为其规定了对到达的数据包进行处理的动作，只有匹配相应规则的数据包中的信息，才能通过访问控制列表访问相应的数据信息，否则就会被拒绝访问，这样就能实现安全控制路由器和网络。

ACL访问控制列表使用的是包过滤技术。在实际的运行中，通过在交换机或路由器上读取网络层以及传输层报头中的端口与地址信息，与预先设定的规则进行匹配，从而判断并过滤访问的数据包。

在网吧组网中，可以在中心交换机或出口路由器上配置ACL，可以选择性的实现以下功能：

控制木马病毒的网络攻击和传播；
控制服务器集群的服务；
控制上网时间和资费；
控制内部主机的下载流量。

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