搜索
网络工程设计与应用第6章计算机网络设计清华大学出版社ISBN978-7-302-26755-3网络工程设计与应用6.1计算机网络设计概述•6.1.1计算机网络设计的主要内容•6.1.2网络设计的基本原则•6.1.3网络组成结构的基本慨念网络工程设计与应用6.1.1计算机网络设计的主要内容•计算机网络设计的主要内容是：–网络拓扑结构设计–网络分层设计–网络地址规划设计–网络结构设计–网络冗余设计•计算机网络设计基础知识的重点是：–网络拓扑结构设计；按三层模型设计网络结构；网络冗余设计；IP地址规划网络工程设计与应用6.1.2网络设计的基本原则•1、实用性和先进性•2、标准性•3、稳定性和安全性•4、可扩展性•5、可维护性•6、通用性•7、核心简单、边缘复杂•8、弱路由，尽量减少路由器传输的信息网络工程设计与应用6.1.3网络组成结构的基本慨念•1、计算机网络结构的基本要素•2、中继（Trunk）•3、冲突域•4、广播域网络工程设计与应用6.2网络拓扑结构设计•6.2.1网络拓扑结构的一般描述•6.2.2网络拓扑结构的类型•6.2.3点对点拓扑结构•6.2.4环型拓扑结构•6.2.5网状型拓扑•6.2.6总线型拓扑•6.2.7星型拓扑•6.2.8蜂窝型拓扑•6.2.9混合型拓扑•6.2.10平面网络结构网络工程设计与应用6.2.1网络拓扑结构的一般描述•计算机网络拓扑结构是设计计算机网络的蓝图，用来说明计算机网络的几何形状•图的边表示一个网络或子网，图的顶点表示路由器等互连设备–拓扑结构图只说明网络的几何形状，而不表明子网或互连设备的具体位置•网络拓扑设计中，需要明确网络覆盖的范围、网络互连的类型，确定网络中涉及到的节点和连接节点的链路，明确网络的大小和范围，以及所需要的网络互连类型，以及这些节点对应的对象实体、链路对应的带宽要求等网络工程设计与应用6.2.2网络拓扑结构的类型•计算机网络可以分为：–点对点网络；广播网络•支持点对点网络的拓扑结构有：–环型、网状型、点到点型•广播网络拓扑结构的例子有：–以双绞线连接起来的星型拓扑；用同轴电缆连接的总线型拓扑；以微波连接的蜂窝型拓扑网络工程设计与应用网络拓扑结构的信道类型及采用的技术网络工程设计与应用6.2.3点对点拓扑结构•点对点拓扑结构由两个节点之间的一条链路连接构成，主要用于城域网和广域网中网络节点的连接，以及两个局域网之间的互连网络工程设计与应用6.2.4环型拓扑结构•环型拓扑结构中，网络中的各个节点通过环路接口，按点到点形式连接起来–节点之间的数据包沿环路按顺时针或逆时针方向传输网络工程设计与应用环型网络拓扑结构的特征•1、不需要专用连接设备，例如，交换机，避免对中心设备依赖；•2、在环路上的传输时延的可以预知的；•3、环型拓扑所需要的线缆比较少，适宜主干网络的长距离传输；•4、环网中各个节点的负载较为均衡；•5、双环或多环具有自愈功能；•6、环网可以采用动态路由技术；•7、环网的信道访问是无冲突的；•8、环网适用城域传输网和国家主干网设计，不适用多节点接入•9、环网增加节点时，会导致跳数增加，增加传输时延；•10、判断故障点不易。网络工程设计与应用6.2.5网状型拓扑•网状型拓扑也是采用点对点连接方式–，网络中的任何两个节点之间都有直达链路连接，在通信时，不需要任何形式的转接•网状型拓扑结构分为：–半网状型；全网状型网络工程设计与应用6.2.6总线型拓扑•总线型拓扑采用一条通信链路作为公共传输信道，这条通信链路也称为总线–网络中的所有节点通过自己的网络接口连接到总线上•总线型拓扑具有的特征包括：–1、连接简单、使用方便；–2、网络扩展性好；–3、信道存在竞争发送；–4、网段属于一个冲突域，网段内节点的数目受到限制；–5、可靠性比较差；–6、成为主流技术后，研究发展会更快。网络工程设计与应用6.2.7星型拓扑•星型拓扑结构中，每个节点都与中心节点连接，节点之间的通信必须经过中心节点。•星型拓扑具有的特征包括：–1、网络结构简单，成本低，容易维护；–2、交换机为即插即用设备，采用交换提供了网络传输效率；–3、扩展性好，增加、移动网络节点容易；–4、故障隔离容易，一个节点出现故障不会影响其他节点；–5、中心节点可能会成为瓶颈；–6、使用线缆较多。网络工程设计与应用6.2.8蜂窝型拓扑•蜂窝型拓扑结构适用于无线局域网和移动网络•蜂窝型拓扑由圆形区域或六边形区域构成–每个区域称为一个蜂窝，每个区域中心均有一个无线接入点（AP），或基站网络工程设计与应用蜂窝型拓扑结构的特征•1、用户接入方便；•2、网络建设时间短；•3、易于扩展；•4、蜂窝区域采用广播信道，信号容易受到环境或人为的干扰；•5、容易受到地理或距离的限制；•6、数据传输率不高；•6、蜂窝型拓扑投资成本高。网络工程设计与应用6.2.9混合型拓扑•混合型拓扑可以是各种拓扑结构的选择组合。混合型拓扑结构主要用于城域网和广域网。网络工程设计与应用混合型拓扑结构的特征•1、成为层次企业网络的主流拓扑结构；•2、组网灵活方便；•3、扩展性好；•4、可以灵活剪裁，满足多种用途；•5、可靠性好。网络工程设计与应用6.2.10平面网络结构•平面网络结构是没有层次的网络。每个互连设备实质上都完成类似的工作，网络既不分层，也不划分模块网络工程设计与应用6.3网络分层设计•6.3.1分层设计模型•6.3.2分层设计原则•6.3.3接入层设计•6.3.4汇聚层设计•6.3.5核心层设计•6.3.6网络冗余设计•6.3.7网络负载均衡设计•6.3.8服务子网设计网络工程设计与应用6.3.1分层设计模型•设计一个大型的网络系统，一个常用的方法是“分层设计”。使用层次模型设计的好处是：–1、减轻网络中机器的CPU负载；–2、增加网络可用带宽；–3、简化每个设计元素并且易于理解；–4、容易变更层次结构；–5、网络互连设备可以充分发挥它们的特性。网络工程设计与应用网络分层设计模型的基本结构设计时的顺序是：先设计接入层，接着是设计汇聚层、最后设计核心层。网络中的流量是自底向上逐层汇聚的网络工程设计与应用路由型、交换型三层网络拓扑结构•三层可以采用路由器设备设计，也可以采用交换机设备设计，目前在Intranet中使用较多的是采用交换机设备组网网络工程设计与应用6.3.2分层设计原则•1、控制分层拓扑结构的范围。一般情况，需要设计核心层、汇聚层和接入层三个主要层次。•2、控制网络的规模，可提供较低的和可预测的等待时间，从而可以帮助预测选路策略、通信流量和容量需求，有助于排错，并使网络文档容易编写。•3、层次设计的顺序是：接入层—汇聚层—核心层。从接入层开始设计，可以为汇聚层和核心层进行更精确的性能和容量规划，更好地认清所需要的汇聚层和核心层优化技术。•4、应使用模块化和分层技术设计每一层，然后根据对通信加载、流量和行为的分析来规划层与层之间的互连。•5、在设计接入层时，应避免两种容易犯的错误：额外的链；后门。网络工程设计与应用6.3.3接入层设计•接入层主要为最终用户提供访问网络的能力•在网络设计时需要注意的问题有：–1、适度超前，避免重复投资；–2、分期实施，适应接入层环境多变、技术多变的情况；–3、简化设计，可以降低成本，提高效率，包括结构简化、设备简化、接口简化；–4、安全隔离，包括访问控制、协议包过滤、VLAN划分。网络工程设计与应用接入层的网络连接•需要指出的是，不能将接入层设备用作两个汇聚层路由器的连接点网络工程设计与应用6.3.4汇聚层设计•汇聚层的主要功能是汇聚网络流量，屏蔽接入层变化对核心层的影响，汇聚层构成核心层与接入层之间的界面•汇聚层可以实现的功能有：–1、链路汇聚，减少链路数，当汇聚层与核心层之间有多条链路时，可以提供负载均衡；–2、流量汇聚，把接入层大量低速链路聚合到核心层；–3、路由汇聚，在汇聚层进行路由聚合，减小核心层路由器中路由表占用的容量；–4、主干带宽管理，为网络主干链路进行流量控制、提供负载均衡，提供QoS保证；–5、VLAN路由，不同VLAN之间的路由，应在汇聚层进行处理；–6、隔离变化，利用汇聚层隔离接入层拓扑结构等的变化，避免对核心层的影响。网络工程设计与应用6.3.5核心层设计•核心层的主要功能是提供高速数据通道，实现数据包的高速交换•核心层一般采用双中心、星型拓扑结构网络工程设计与应用核心层的多中心拓扑结构•计算机网络中增加带宽的最简单方法就是增加冗余链路。核心层路由交换可以为多个链路提供负载均衡网络工程设计与应用6.3.6网络冗余设计•通过重复设置网络链路和互连设备来满足网络的可用性需求。冗余是提高网络可靠性和可用性目标的最重要方法网络工程设计与应用网络链路冗余设计时需要考虑的问题•1、是否允许网络传输的暂时中断；•2、备用路径的容量是否可以满足基本要求；•3、启用备用路径需要的时间限制；•4、实现备用路由的成本。网络工程设计与应用6.3.7网络负载均衡设计•把原来一个网络设备承担的网络应用任务，用一组网络设备共同承担–采用专用网络设备和多条网络链路，将应用服务的流量，分配到整个网络设备组中的每一台网络设备上，或者均衡分配到多条链路上•网络负载均衡设计可以应用到不同的网络层次上•按照获取系统状态信息与否，负载均衡算法分为静态和动态两类网络工程设计与应用6.3.8服务子网设计•网络服务主要有两类：–通用的网络服务–内部应用服务•当网络应服务较多时，需要设计一个服务器主机群，也称为服务子网网络工程设计与应用分布式服务设计模型•服务子网设计分为集中式服务设计和分布式服务设计•分布式服务设计的特征是：–网络服务集中、应用服务分散网络工程设计与应用6.4网络性能设计•6.4.1网络带宽设计•6.4.2网络服务质量设计网络工程设计与应用6.4.1网络带宽设计•网络性能的分析和评价方法有：–测量法；分析法；模拟法–网络带宽常常成为影响网络性能的不稳定因素•在基带网络中，带宽通常用来衡量数据的传输速率–单位为每秒多少位（bps）•在频带传输网络中，带宽涉及到波长、频率或能量带的范围，一般特指频率上、下边界之差–单位为赫兹（Hz）。网络工程设计与应用网络带宽设计的基本思想•网络带宽设计的基本思想是：–根据带宽占用大的业务来选择线路带宽，并根据业务使用频度考虑带宽•需要考虑的因素有：–用户的服务类型；–用户的访问速度；–用户和服务器之间的连接质量网络工程设计与应用端到端网络业务最低带宽要求网络工程设计与应用常用数据传输网络的带宽网络工程设计与应用不同网络服务的流量特性•影响网络性能的质量参数主要有：–突发性；延迟；抖动；分组丢失等网络工程设计与应用6.4.2网络服务质量设计•网络服务质量的设计目标是提供端到端的服务质量保证–利用QoS机制区分不同类型的数据流，提供不同的服务质量•解决QoS问题存在两种思路：–1、通过对数据包进行分类，对业务类型进行优先级调度处理，解决带宽利用、延迟和丢包等问题–2、骨干网越简单越好，主要任务是高效的包转发（不管坏包、好包）。因此应当利用流量工程的方法解决骨干网络的负载均衡问题网络工程设计与应用支持QoS采用的主要技术•支持QoS采用的主要技术有：–VPN（虚拟专用网），通过隧道技术，在公共网络上仿真点到点的专线技术；–区分服务（DiffServ），通过传输汇聚提供服务质量支持；–链路汇聚，通过链路带宽汇聚提高网络带宽；–流量工程（TE），控制数据流传输路径，达到QoS保证；–MPLS，采用固定长度的标签，加快交换机查找路由表的速度。网络工程设计与应用6.5企业网（Intranet）设计•6.5.1Intranet设计概述•6.5.2Intranet的WAN设计网络工程设计与应用6.5.1Intranet设计概述•设计时经常采用的技术有：–较小的广播域；–冗余分布子网；–冗余服务器等技术；–VLAN划分。•目前很少使用路由器，主要采用交换机–通常在接入层使用二层交换机–在汇聚层使用三层交换机。网络工程设计与应用6.5.2Intranet的WAN设计•Intranet的WAN设计用于