网络工程设计CH7企业网设计

网络工程设计概述(2学时)网络工程设计基础(4+2学时)基本概念、基本设备简单组网技能中型网络设计知识与技能设计中型网络大型网络设计知识与技能设计大型网络网络设计综合知识与应用配置二层以太网交换机(0+4学时)网络需求分析(4学时)结构化布线系统和机房设计(2学时)网络安全策略设计(2+0学时)网络维护与测试(2+0学时)设计性实验(0+10学时)路由器配置(0+4学时)企业网设计(4学时)第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法2企业网的概念◦你能为特定网络选择一个合适的网络结构吗？IP地址作用和性质◦你能合理使用IP地址吗？第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法3教学目的◦设计由多个局域网互联而成的企业网通常比较复杂，首先要设计适当的网络拓扑结构◦然后要规划好IP地址，使得网络运行更加高效和易于管理◦选择选路协议和网络管理协议却是一件简单的工作◦工作案例：为企业网规划IP地址；设计一个大型校园网重点◦网络拓扑结构特点与设计◦IP地址规划第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法4网络结构设计IP地址规划选择路由选择协议选择网络管理协议和系统企业网的广域网设计网络工程案例教学第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法5网络要素的分布及连接关系◦分布情况及连接关系反映了不同设施在网络中的地位和作用网络规模◦网络结构图应当反映用户网络的规模传输性能需求◦网络结构图应当根据主要传输信息类别确定链路传输带宽要求传输介质◦网络结构图应当反映网络中主要链路采用的传输介质信息服务需求◦网络结构图应当反映网络中需要建设的信息服务资源第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法6路由选择需求◦网络结构图应当反映子网间路由选择需求，以及上下级、友邻单位之间网络的互联互通实现方式网络管理需求◦如果网络规模较大，有许多路由器、交换机等，则需要配备相应的管理设备及软件，以便对各路由器、交换机的运行状态进行实时监测安全防护需求◦如果需要实现用户单位网络的内部防护，则需要对进出本单位的报文进行过滤，需要在单位网络设置统一的进出口并部署防火墙或入侵检测系统成本需求◦网络结构图也间接地反映用户单位网络建设的主要硬件成本第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法7设计网络拓扑图是设计复杂网络重要的一步一个图G是两个不相交的集所组成的有序对V,E，其中V是顶点集，而E是边集，E是V元素的无序对集合的一个子集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该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首要问题是确定网络和互连点，明确网络的大小和范围，以及所需要的网络互连类型，但不必是具体的设备第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法8平面网络：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平面网络结构易于设计和实现第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法9北京总部上海分部广州分部沈阳分部将许多微机和服务器与一个交换机连接，采用是平面结构设计为满足大量用户和高带宽应用程序对带宽要求，考虑用交换机形成高速主干，形成具有二层网络拓扑结构能够将网络分解成多个小的冲突域，使得在任何时候只有有限数量的设备争用带宽当主机数量进一步增多时，可以将路由器添加到企业网中以隔离广播通信第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法10第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法11小型企业网可能由连接成回路的几个场点构成，每个场点都有一个WAN路由器，通过点对点链路与相邻场点相连该平面拓扑结构具有容错的优点回路结构意味着在双向回路路由器之间有许多跳，结果将导致明显的时延和较高的差错率回路结构两侧的路由器交换了大量的流量，应当考虑使用层次结构，而不是平面结构第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法12为避免单点故障，可在设计中采用冗余的路由器或交换机◦平面结构可以满足低成本和良好的可用性目标，但要求网络的范围较小◦冗余结构可以满足可扩展性、高可用性和低时延目标第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法13北京总部上海分部广州分部沈阳分部成都分部北京总部上海分部广州分部沈阳分部提供了完全冗余和良好的性能使用和维护代价很高，它在性能优化、排错和升级方面也较困难限制了连接到路由器PC的数量第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法14(a)部分网状拓扑结构(b)完全网状拓扑结构处理一个大型复杂系统的最常用的方法是“分而治之”。同理，对于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◦减轻网络中机器的CPU负载◦增加网络可用带宽◦简化每个设计元素并且易于理解◦容易变更层次结构◦网络互连设备可以充分发挥它们的特性第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法15分层模型的每一层都有特定的作用◦核心层提供两个场点之间的优化传输路径◦汇聚层将网络服务连接到接入层，并且实现安全、流量负载和选路的策略◦在广域网设计中，接入层由园区边界上的路由器组成。在园区网中，接入层为端用户访问提供交换机或集线器第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法16第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法17原则1：控制分层企业网拓扑结构的范围。在大多数情况下，需核心层、汇聚层和接入层三个主要层次。控制网络规模的好处◦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第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法18设计接入层有两种容易犯的错误，应当避免：◦额外的链◦后门◦注：有时需要采用链和后门的方法来设计网络。例如，可能需要一条链来增加一个国家，有时需要增加一个后门来提高同一层两个并行设备之间的性能和冗余性第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法19原则2：先设计接入层，其次设计汇聚层，最后是核心层。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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第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法20基本思想：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◦减少由于单点故障而导致整个网络故障◦重复设置必需的组件，使关键应用不停运，仅性能降低◦冗余的对象可能是核心路由器、电源、广域主干网或ISP网络等在企业网核心层和汇聚层均可实现冗余第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法21对于关键部位的路由器或交换机需要冗余有些厂商为了满足这种冗余设计的需求，设计、制造了具有双背板、双电源、双引擎的设备，这种设备实际上能被看作两台独立的设备第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法22北京总部上海分部广州分部沈阳分部右图为一个典型的分层和冗余的企业网设计，该设计使用了部分网状层次结构为防止路径故障，必须提供一条备用路径。备用路径由独立备用链路构成备用路径的容量通常比主路径的要小，且使用不同技术如果需要一条与主路径性能完全相同的备用路径，即使价格昂贵也应当这样去设计若路径中断不可接受，应采用主路径与备用路径间自动切换技术。若允许短暂中断，也可手动重新启动备用路径的方法备份链路除了用于冗余外，还可用于负载平衡第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法23冗余的主要目标是满足可用性需求，另一个目标就是能够通过并行链路支持负载平衡来提高性能按照获取系统状态信息与否，负载平衡算法可以分为静态算法和动态算法两类静态算法适合用于网络负载变化不剧烈，包含静态内容较多的集群系统。两种典型静态算法：◦随机算法◦循环域名(RoundRobin)算法动态算法利用系统当前状态信息作决定，负载均衡性方面较好，但开销较大第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法24第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法25园区网应当使用层次模型设计，使网络具有良好的性能、可维护性和可扩展性可使用如下技术：◦较小的广播域◦冗余分布子网◦冗余服务器等技术VLAN是经常用采用的技术第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法26将一个大的平面网络分解为多个子网，缩小广播域。一个VLAN交换机不是将所有广播传送到每个端口，而是将广播只传送到同一子网的某个部分设计园区网使用交换机还是路由器？◦前几年很少使用路由器，主要采用交换机。由于三层交换机技术的进展，实现大型平面交换式网络的需求越来越少，对VLAN的需求也相应减少◦通常在接入层使用二层交换机，在汇聚层使用三层交换机第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法27这种设计能够实现负载平衡和容错。采用这种设计的结构，园区网可扩展到非常大的范围核心层汇聚层接入层与因特网相连与因特网相连……………VLAN1&2VLAN2&3VLAN3&4VLAN4&5VLAN5&6交换机A交换机B第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法28服务器是网中最重要的设备或资源类型之一，它主要用于存放数据资源◦根据用户的应用需求，在园区网中，可将文件服务器、Web服务器、动态主机配置协议DHCP服务器、名字服务器、数据库服务器等设计为冗余结构第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法29第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法30网络结构设计IP地址规划选择路由选择协议选择网络管理协议和系统企业网的广域网设计网络工程案例教学第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法31在因特网中，每个与网络相连主机的接口都需要有一个惟一的IP地址所谓网络地址规划是指根据IP编址特点，为所设计的网络设备分配合适的IP地址，使之能够高效地联网工作路由器的产生了几个分离的网络岛，这些分离的网络中的每个都叫做一个子网第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法3232比特的IP地址被划分为两部分，并且也具有点分十进制数形式a.b.c.d/x，其中x指示了在地址的第一部分中的比特数目x最高比特构成了IP地址的网络部分，并且经常被称为该地址的前缀一个地址的剩余32-x比特能被认为用于区分该组织内部设备的，所有设备具有相同的网络前缀设某CIDR化的地址a.b.c.d/21的前21比特定义了该组织的网络前缀，对该组织中的所有主机的IP地址来说是共同的，其余的11比特标识该组织内的主机第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法33ICANN统一负责对IP地址的分配进行管理，IANA把地址分配给地域性因特网注册机构RIR5个RIR◦ARIN(北美地区)、LACNIC(拉丁美洲)、RIPENCC(欧洲地区)、APNIC(亚太地区)和AFRINIC(非洲地区)第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法34第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法35某企业网管理员向某ISP申请了一个地址块200.24.16.0/20，而该网管员希望将该地址块平均分配给8个子网。他该如何划分呢？第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法36两种方法◦手工配置。一位系统管理员手工为一台主机配置IP地址（通常在一个文件中）◦动态主机配置协议（DHCP），允许一台主机自动地获取（被分配）一个IP地址，同时还获得其他信息，例如它的子网掩码，它的第一跳路由器地址（常称为默认网关）与它的本地DNS服务器的地址第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法37第7章企业网设计陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法38网络标志、主机标志和子网地址，使IP地址形成一个3级的地址空