《计算机网络》课程大作业- 《小区局域网的设计和规划》

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摘  要

本文围绕小区局域网设计与规划展开。通过合理技术选型保障居民娱乐、生活和物业管理业务开展；网络安全措施得力，防火墙、入侵检测预防系统及设备安全配置等保障网络安全；具备良好可扩展性，分层拓扑和合适设备选型便于网络规模与功能扩展。此方案在实际建设中有很强可行性与实用性，依据小区实际，技术与设备成熟，布线合理，维护管理策略便捷。展望未来，6G 技术发展可能促使小区网络设备无线模块升级、提升网络性能，物联网新协议发展要求网络兼容新协议，增加网关或升级软件实现设备接入管理。未来小区局域网管理维护面临网络安全更复杂、管理难度增加、运维成本提高等挑战，不断改进方法应对。

关键词：小区局域网；设计方案；入侵检测预防系统；6G；物联网

Abstract

This paper focuses on the design and planning of the local area network (LAN) in a residential community. In the summary part, looking back on the design and planning process, this scheme has multiple advantages. Firstly, it meets the users' needs. Through the rational selection of technologies, it ensures the smooth operation of residents' entertainment, daily life, and property management services. Secondly, the network security measures are effective. Firewalls, intrusion detection and prevention systems, as well as the security configurations of equipment, etc., safeguard the network security.This scheme has strong feasibility and practicality in actual construction. Based on the actual situation of the community, the technologies and equipment are mature, the cabling is reasonable, and the maintenance and management strategies are convenient. Looking ahead to the future, the development of 6G technology may prompt the upgrade of the wireless modules of the community network equipment and the improvement of network performance. The development of new Internet of Things (IoT) protocols requires the network to be compatible with new protocols, and the addition of gateways or the upgrade of software to achieve device access management.It is necessary to continuously improve methods to address these issues.

Keywords: Residential Community Local Area Network; Expandability; Feasibility; 6G; Internet of Things

目  录

第一章 绪论 

第二章 设计原则 

第三章 需求分析 

3.1  居民需求

3.2  物业管理需求

第四章 小区网络规划设计方案

4.1  网络总体架构设计

4.2  所涉及的主要网络技术

4.3  综合布线

4.4  网络设备选型

4.5  网络设备配置示例

第五章 小区网络设计实现

第六章 网络测试

6.1  常用网络测试方法

6.2  测试小区内部用户与内部服务器连通性

6.3  核心交换机上查看OSPF邻居状态信息

6.4  出口路由器上查看OSPF邻居状态信息

6.5  测试telnet远程设备管理

第七章 小区局域网的维护与管理

7.1  网络设备日常维护计划

7.2  建立网络维护团队和维护流程

7.3  网络管理系统（NMS）的功能和选型

7.4  利用网络管理系统进行集中管理和监控

7.5  用户管理与服务

第八章 总结与展望 

8.1  论文总结 

8.2  未来发展展望 

参考文献

第一章 绪论

在当今数字化快速发展的时代，社区信息化建设已成为提升居民生活品质和物业管理水平的关键环节，而小区局域网作为社区信息化的核心基础设施，其重要性不言而喻。随着互联网技术的广泛普及，小区居民的生活方式发生了深刻变化。居民们对于高速、稳定网络的需求日益增长，不再局限于简单的网页浏览。在家庭娱乐方面，高清视频播放、在线游戏等对网络带宽和稳定性提出了更高要求；智能家居设备的不断涌现，如智能门锁、智能照明、智能家电等，需要可靠的网络连接实现远程控制和自动化运行；同时，远程办公的趋势也使得居民需要优质的网络环境来保证工作效率。这些多样化的需求使得小区局域网的建设成为满足居民现代生活方式的必备条件。

对于物业管理而言，局域网更是实现高效管理的重要工具。安防监控系统是小区安全保障的关键，通过局域网实时传输监控视频数据，物业人员可以随时掌握小区内的动态，无论是停车场、楼道还是公共区域，都能实现全方位监控。此外，物业办公自动化也依赖局域网，人员管理、设备管理、费用收取等一系列业务系统都需要网络支持来提高工作效率和准确性。同时，利用局域网进行社区信息发布，包括公告、活动通知等，可以及时传达给每一位居民，增强社区的凝聚力。

从更广泛的层面来看，小区局域网是构建智慧社区的基石。它能够整合各种资源，实现信息的互联互通，促进社区服务的智能化发展，如智能停车系统、智能垃圾分类系统等，提升整个社区的管理水平和服务质量，为居民创造更加便捷、舒适、安全的居住环境。

本论文的主要目标是设计一个能够满足小区居民和物业管理多样化需求的高效、安全、稳定且具有可扩展性的局域网方案。具体而言，这个局域网需要在网络性能上能够支持高带宽、低延迟的业务传输，保障居民的娱乐、办公和智能家居设备的正常运行；在安全方面，要有效防止外部网络攻击和内部数据泄露，确保居民和物业管理数据的安全；在稳定性上，能够长时间稳定运行，减少故障发生的概率；并且随着小区规模的扩大或新技术的应用，具有良好的可扩展性。

为了实现这一目标，本研究采用了多种方法。首先是网络调研，通过查阅大量国内外相关文献和行业报告，了解当前小区局域网的发展现状、技术应用趋势以及存在的问题。其次是实地考察现有小区局域网案例，深入分析不同小区在网络架构、设备选型、布线方式等方面的实际情况，总结成功经验和不足之处。同时，结合技术分析，对各种网络拓扑结构、传输技术、安全技术等进行详细研究，评估它们在小区局域网环境中的适用性，从而为本文的设计方案提供坚实的理论和实践依据。通过这些方法的综合运用，力求为小区局域网的设计和规划提供科学、合理且具有实用价值的方案。

第二章 设计原则

计算机网络信息化技术发展十分迅速，新的功能和新的技术不断更新；在进行小区网络拓扑规划设计时不仅要满足小区人们对网络的需求，同时也要考虑到拓扑设计的先进性，所涉及技术的先进性；这样才可以满足用户的需求以及网络系统的长时间运行。

保证系统长时间运行，避免出现单点故障而引起网络大规模中断，缩小网络中断的范围。对网络设备配置和数据库进行及时备份，核心设备不能出现故障，一旦故障，所以网络将终端，所以需要考虑设备备份或设备冗余方案。不同的场合，对网络拓扑设计的要求以及设备的性能不一样。在进行小区网络拓扑规划设计时，网络设计的资金问题，是我们需要考虑的问题，在满足用户需求的同时也要满足设计的经济性。

网络安全是人们一直关心的问题，设计小区网络时，应该要保证内网用户的安全，避免小区用户终端遭到外网不法用户的功能，避免网络设备受到攻击而影响网络中断，同时也要防止内部用户的攻击。计算机网络技术的快速发展，以及网络技术和产品技术的不断更新，网络的更新换代周期越来越短，为了避免后期网络改造大规模变动，拓扑规划设计时，需要考虑网络的扩展性，网络设计需要满足未来几年的发展。

第三章 需求分析

3.1 居民需求

在当今数字化生活的大环境下，小区居民对局域网有着多样化的需求。首先，高速稳定的网络接入是居民的基本要求。随着高清视频流媒体服务（如 Netflix、爱奇艺等）的普及，居民期望能够流畅观看 4K 甚至 8K 分辨率的视频内容，这需要局域网具备较高的带宽，以避免视频缓冲带来的不佳体验。对于在线游戏玩家而言，低延迟和稳定的网络连接至关重要，特别是对于对网络要求苛刻的竞技类游戏，任何网络波动都可能影响游戏结果。

智能家居设备的兴起也对局域网提出了新的要求。居民希望通过局域网实现对智能门锁、智能摄像头、智能照明系统、智能家电等设备的远程控制和互联互通。例如，居民在下班回家的路上就能通过手机控制家中的空调提前开启，到家即可享受舒适的温度；或者在外出旅行时通过智能摄像头查看家中情况，保障家庭安全。这要求局域网能够稳定地支持多种智能家居协议，并为大量设备同时在线提供保障。远程办公在现代生活中也愈发常见，居民需要在家庭环境下通过局域网连接公司网络进行办公。这意味着局域网要能够支持虚拟专用网络（VPN）连接，保证数据传输的安全性和稳定性，同时提供足够的带宽以满足办公软件（如视频会议、文件共享等）的正常运行。

不同年龄段和家庭结构的居民需求也存在差异。年轻人更注重网络娱乐功能，对网络速度和无线覆盖质量要求较高，以满足他们在移动设备上的各种娱乐和社交需求。而有孩子的家庭可能更关注网络的安全性，防止孩子接触到不良信息，需要局域网具备内容过滤和家长控制功能。老年人则可能更需要简单易用的网络连接方式，方便他们使用智能设备与家人保持联系，如通过视频通话软件与远方的子女交流。

3.2 物业管理需求

对于物业管理而言，局域网是实现高效管理和优质服务的重要工具。安防监控系统是物业管理的关键部分，需要局域网的有力支持。小区内的摄像头需要实时将高清视频数据传输至监控中心进行存储和分析，这要求网络具备高带宽和低延迟，以确保监控画面的清晰流畅，不丢失任何关键信息。在出现异常情况时，能够及时发出警报并准确传输相关视频片段，为安保人员提供可靠依据。物业办公自动化依赖于局域网来实现人员管理、设备管理和费用收取等功能。例如，物业人员的考勤系统、维修工单管理系统、小区公共设施设备的监控系统（如电梯运行状态监测、水电表数据采集等）都需要通过网络进行数据交互。在费用收取方面，在线缴费系统需要稳定的网络环境，确保居民缴费信息的安全传输和准确处理。

社区信息发布也是物业管理的重要工作内容。通过局域网，物业可以及时向居民发布公告、活动通知、紧急通知等信息。这需要在小区内的公共区域（如电梯间、小区公告栏附近）设置信息发布终端，并通过局域网实现内容的快速更新和推送，确保居民能够及时获取重要信息。

此外，物业管理还需要对局域网进行有效的管理和维护，包括网络设备的监控、故障排除、用户权限管理等，以保障整个小区网络的稳定运行，满足居民和物业管理的双重需求。

第四章 小区网络规划设计方案

4.1 网络总体架构设计

4.1.1 整体架构图

小区局域网整体架构呈三层结构，核心层位于网络中心，汇聚层分布于各楼栋或区域，接入层直接连接用户终端。整体架构图如下：

图4-1整体架构图

4.1.2 各层功能、设备选型及连接方式

核心层是整个小区局域网的中枢，负责快速转发大量的数据流量，连接各个汇聚层交换机，实现不同区域之间的数据交换。它需要具备高可靠性、高性能和高扩展性，以保障网络的稳定性和数据传输的高效性。同时，核心层还承担着与外部网络（如互联网）的连接功能，通过路由器实现数据的进出。核心层对 VLAN 间的路由和流量控制起着关键作用，能够根据不同的业务需求分配带宽和处理数据。

核心交换机推荐选用华为 S9300 系列，例如 S9306。它具有高达 960Gbps 的背板带宽和 714Mpps 的包转发率，能够满足小区大规模数据转发的需求。端口配置方面，配备 24 个或 48 个 10/100/1000Base - T 以太网端口，以及多个 10GE SFP + 端口，用于连接汇聚交换机和服务器等关键设备。支持丰富的路由协议，如 OSPF、BGP 等，可实现高效的 VLAN 间路由。同时，支持冗余电源模块和冗余交换引擎，提高设备的可靠性。

图4-2 核心交换机

核心交换机之间通过万兆以太网链路（10GE）进行冗余连接，形成可靠的骨干网络。采用链路聚合技术，增加链路带宽和提高链路冗余性。核心交换机与汇聚交换机通过千兆以太网链路（GE）或万兆以太网链路连接，具体根据汇聚层的流量需求而定。同时，核心交换机与路由器通过高速端口连接，实现与外部网络的通信。

汇聚层处于核心层和接入层之间，主要功能是将多个接入层交换机的流量进行汇聚和集中处理。它对来自接入层的流量进行初步筛选和分类，根据 VLAN 标记将不同业务类型（如居民上网、安防监控、智能家居等）的流量区分开来，并转发到核心层。汇聚层还可以实现一定程度的流量控制和安全策略，如限制某些 VLAN 的带宽，防止广播风暴影响核心层。通过配置生成树协议等，确保网络的环路避免和冗余备份。

汇聚交换机可选择华为 S5730 - S 系列，如 S5730 - 28X - EI - 24S - AC。该交换机背板带宽为 336Gbps，包转发率为 96Mpps。它具有 24 个 10/100/1000Base - T 以太网端口和 4 个 10GE SFP + 端口，能够满足多个接入交换机的连接需求。支持丰富的 VLAN 功能，可灵活划分 VLAN，实现端口隔离和业务区分。同时，具备端口聚合、流量监管等功能，可有效控制流量和提高链路利用率。

汇聚交换机通过千兆以太网链路（GE）与接入交换机相连，每个汇聚交换机可连接多个接入交换机，形成星型拓扑结构。汇聚交换机与核心交换机通过千兆以太网链路（GE）或万兆以太网链路（10GE）连接，将汇聚后的流量上传至核心层。在链路连接上，可以采用双链路连接核心交换机，实现链路冗余备份，当一条链路出现故障时，另一条链路能够自动接管数据传输。

接入层是小区局域网与用户终端设备连接的最外层，直接为用户提供网络接入服务。其主要功能包括将用户设备（如居民家中的电脑、智能电视、IP 电话，以及物业管理的终端设备等）接入网络，执行基本的网络接入控制，如端口安全（MAC 地址绑定、端口限速等），以保障网络安全和稳定。同时，接入层还负责将用户设备的流量转发到汇聚层。对于无线接入部分，接入层需要支持无线 AP 的连接和供电（如果采用 PoE 交换机），实现小区内的无线覆盖。

接入交换机可选用华为 S2700 - 9TP - EI 系列，例如 S2700 - 9TP - EI - AC。它提供了 8 个 10/100/1000Base - T 以太网端口和 1 个 Console 端口，能够满足居民家庭或小型办公区域的设备接入需求。支持端口安全功能，可有效防止非法设备接入。对于连接无线 AP 的区域，可选用华为 S5730 - LI - 24P - AC 等支持 PoE 功能的接入交换机，它可以通过以太网线缆同时为无线 AP 传输数据和电力，端口配置为 24 个 10/100/1000Base - T 以太网端口（PoE +），方便无线 AP 的部署和管理。

接入交换机通过六类非屏蔽双绞线（UTP）连接用户终端设备，在居民楼内，每个住户的多媒体箱内的信息插座通过网线连接到接入交换机端口。对于无线 AP，通过支持 PoE 的接入交换机的端口为其供电和传输数据，无线 AP 则覆盖相应区域，为无线终端提供接入服务。接入交换机与汇聚交换机通过千兆以太网链路（GE）连接，将用户设备的流量上传至汇聚层。

图4-3 三层结构图

4.2 所涉及的主要网络技术

4.2.1 VLAN

运用虚拟局域网（VLAN）技术，根据用户类型（居民和物业人员）和业务功能（如安防监控、居民上网、智能家居等）划分不同的 VLAN。这样可以实现网络隔离，增强网络安全性，同时便于管理和控制广播域，减少网络拥塞。VLAN的技术解决了广播域的问题，不同VLAN相同的IP地址主机间是不能通信的。如图1所示，两个PC属于不同的VLAN，但是属于同一网段，但是不能通信，每个VLAN内的广播只能在相应VLAN内传播。

4.2.2 DHCP

动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP）是一个局域网的网络协议，其主要作用是给内部网络终端设备和网络设备分配IP地址。对于学校内部员工来说，不是所有的员工都会使用电脑来配置静态IP地址。减少了员工的工作量。而且还避免在静态配置过程中出现IP地址冲突问题。一般可以在网络设备上或者服务器上配置DHCP SERVER，三层交换机和路由器一般都支持。

通过在网络设备和服务器上配置DHCP SERVER，DHCP协议允许DHCP客户端PC等从DHCP服务器获取到用户默认网关IP地址，DNS服务器IP地址和用户IP地址，子网掩码，以及IP地址租用期限等。

图4-4 DHCP工作原理图

第一步：首先在PC客户端上选择DHCP方式获取IP地址，PC客户机会发送一个广播包包含DHCP request的请求包

第二步：DHCP服务器接收到DHCP discovery 消息后，响应以DHCP offer消息。由于DHCP discovery消息是以广播方式向外发送的，因而可能会有多个DHCP服务器响应发现请求，不过客户端通常会选择其接收到的第一个DHCP offer 消息的服务器作为DHCP服务器。

第三步：DHCP客户端通过发送DHCP request 消息与选定的服务器进行通信，让DHCP服务器提供IP配置参数。

第四步：最后，DHCP服务器以DHCPACK消息响应客户端，DHCPACK消息包含了响应的IP配置参数。

4.2.3 以太网技术

千兆以太网是基于以太网标准的扩展，它在物理层和数据链路层进行了优化，以实现高达 1000Mbps（1Gbps）的传输速率。在物理层，它使用了多种编码方式，如 8B/10B 编码，通过对数据进行编码转换，将数据转换为适合在物理介质上传输的信号。在数据链路层，它仍然遵循以太网的帧格式，包括目的 MAC 地址、源 MAC 地址、类型 / 长度字段、数据字段和帧校验序列（FCS）。作为小区网络的主要有线传输技术，千兆以太网用于连接居民家庭中的各种网络设备（如电脑、智能电视、IPTV 机顶盒等）到接入交换机。在居民楼内，水平布线采用六类非屏蔽双绞线（UTP）可以很好地支持千兆以太网的传输。

对于物业管理中的办公自动化系统、安防监控系统中的部分设备连接（如本地存储设备等），千兆以太网也提供了足够的带宽，确保数据的快速传输。例如，在物业办公室内，工作人员的电脑通过千兆以太网连接到交换机，能够快速地访问物业管理系统的服务器，实现诸如人员信息查询、费用统计等操作。

图4-5 以太网技术示意图

4.2.4 无线通信技术 - Wi - Fi 6

Wi - Fi 6（IEEE 802.11ax）工作在 2.4GHz 和 5GHz 频段，与前代 Wi - Fi 技术相比，它在 5GHz 频段上的带宽利用更加高效。在物理层，Wi - Fi 6 采用了正交频分多址（OFDMA）技术，将无线信道划分为多个子信道，不同用户的数据可以同时在这些子信道上进行传输，就像在一条公路上划分了多个车道，车辆（数据）可以并行通过，大大提高了频谱利用率。Wi - Fi 6 的 MU - MIMO 技术得到了增强。前代 Wi - Fi 技术的 MU - MIMO 主要是在下行方向（从 AP 到客户端）支持多用户同时通信，而 Wi - Fi 6 在上下行方向都可以支持多个用户设备同时通信。例如，一个 Wi - Fi 6 无线 AP 可以同时与多个智能手机、平板电脑等设备进行数据传输，并且能够根据设备的信号强度、数据需求等因素动态分配资源。Wi - Fi 6 引入了 TWT 机制，允许 AP 与客户端设备协商设备的唤醒时间。这对于物联网设备（如智能传感器等）非常有用，这些设备可以在大部分时间处于睡眠状态，只在约定的时间醒来与 AP 进行数据传输，从而降低设备的功耗，延长电池寿命。

在小区居民楼内，Wi - Fi 6 无线 AP 可以部署在楼道等位置，为居民家庭提供无线信号覆盖。居民的智能手机、笔记本电脑、智能家居设备等可以通过 Wi - Fi 6 连接到小区网络。在室外公共区域，如小区广场、花园、活动中心等，Wi - Fi 6 无线 AP 可以安装在路灯杆等位置，为居民在户外活动时提供高速无线网络服务。在小区内人员密集的区域，如大型活

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