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非淡泊无以明志，非宁静无以致远。——诸葛亮

2025年大学计算机网络原理与设计期末结课

论文

2025年的今天，互联网已成为人们日常生活中不可或缺的一部

分。因此，如何构建一个高效、稳定的计算机网络已经成为重要课题。

本文将探讨计算机网络原理与设计，尤其是面向数据中心网络的设计

问题。部分内容参考自网络工程师手册和计算机网络课程教材。

第一部分：基础知识概述

计算机网络设计需要考虑的因素众多，包括网络拓扑、传输协议、

安全性等等。在本节中，我们将简要介绍计算机网络的基本概念，以

帮助读者更好地理解后续内容。

1.1计算机网络的概念

计算机网络指的是通过通信设备和媒介实现连接的独立计算机系统

的集合。通过计算机网络，用户可以实现各种各样的通信活动，包括

文件传输、电子邮件、远程登录等等。现如今，无论是个人电脑还是

大型服务器都可以连接到互联网，成为全球范围内的通信网络。

1.2网络拓扑

网络拓扑是指计算机网络中节点和链接的物理或逻辑结构。常见的

网络拓扑结构包括星型、总线型、环形等。网络拓扑的选择既受到网

络规模的影响，也受到预算、维护成本的影响。

1.3传输协议

以铜为镜，可以正衣冠；以古为镜，可以知兴替；以人为镜，可以明得失。——《旧唐书·魏征列传》

传输协议是指网络中传输层的协议。TCP/IP协议族是应用最广泛的

传输协议之一，包括TCP、IP、UDP等。不同的传输协议适用于不同

的应用场景，例如TCP适用于可靠数据传输，而UDP则适用于实时数

据传输。

1.4安全性

安全性是指网络中保护信息不被非法获取和使用的技术以及措施。

安全保护可以通过加密技术、身份验证、访问控制等实现。网络安全

往往是网络设计中不可或缺的一个方面。

第二部分：数据中心网络设计

数据中心网络一般由大量的服务器和交换机组成，用于存储和处理

海量的数据。因此，高效的数据中心网络设计至关重要。本节将讨论

数据中心网络设计中的几个重要方面。

2.1交换机选择

交换机是数据中心网络中的重要组成部分，负责将数据包从一个端

口切换到另一个端口。交换机的选择通常需要考虑网络流量量、吞吐

量、处理延迟等多个因素。

2.2网络拓扑

数据中心网络的拓扑结构通常采用多层结构，如三层结构、Clos网

络等。其中，Clos网络在数据中心网络中应用最为广泛。每个结构层

次的属性和角色不同，互相衔接形成整个网络，以实现更好的性能。

百学须先立志。——朱熹

2.3路由协议

路由协议是指路由器在数据通信过程中选择合适的路径通信的规则

和方法。在数据中心网络中，BGP（BorderGatewayProtocol）常用于

将数据流量从一个数据中心路由到另一个数据中心。

2.4负载均衡

负载均衡是指将工作负载分配到多个计算资源上，从而实现更好的

整体性能。负载均衡可以在应用层、网络层和传输层实现。常规的负

载均衡算法包括基于轮询、权重、哈希等。

第三部分：网络安全

由于网络攻击和威胁数量的增加，如何保护网络的安全已成为IT

人员关注的焦点。在本节中，我们将探讨数据中心网络安全的几个方

面。

3.1防火墙

防火墙是保护网络安全的有