第6章嗦嘎大纲.

网络规划与工程第6章计算机网络设计清华大学出版社ISBN978-7-302-26755-3网络规划与工程本章概要•6.1计算机网络设计概述•6.2网络拓扑结构设计•6.3网络分层设计•6.4网络性能设计•6.5企业网（Intranet）设计•6.6IP地址规划设计•6.7选择路由协议•6.8选择网络管理协议•6.9网络设计案例分析网络规划与工程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规划与工程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（复杂问题简单化）–网络地址规划设计（IP/网段/VLAN/路由）–网络结构设计（子网/扩展）–网络冗余设计（均衡/可靠）•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地址规划网络规划与工程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规划与工程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–节点–链路–网云•2、中继（Trunk）–主干聚合网络规划与工程6.1.3网络组成结构的基本慨念•3、冲突域–信号冲突的最小范围–竞争发送信号CDMA/CD•4、广播域–泛洪路由等，所有节点接收信息–减小广播域，提高带宽–路由器分割、VLAN缩小网络规划与工程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平面网络结构网络规划与工程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规划与工程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规划与工程网络拓扑结构的信道类型及采用的技术网络规划与工程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规划与工程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规划与工程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。网络规划与工程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；全网状型网络规划与工程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。网络规划与工程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。网络规划与工程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），或基站网络规划与工程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。网络规划与工程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。网络规划与工程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。网络规划与工程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，可以满足低成本、合理、良好的可用性的目标，适合于小规模网络。•层次冗余拓扑结构可以满足可扩展性、高可用性和低延迟的目标，适合于大规模的网络。总部分支机构分支机构分支机构总部分支机构分支机构分支机构分支机构网络规划与工程2019/12/1923平面和层次化的区别•平面局域网拓扑与层次化局域网拓扑•平面局域网：令牌环网络、以太网•使用层次化设计，将路由器引入局域网隔离广播流量，使用高端交换机为高流量应用提供高带宽，在接入端使用简单的设备节省开销。网络规划与工程2019/12/1924网状拓扑与层次化网状拓扑分支机构（接入层）总部（核心层）区域机构（分布层）部分网状层次化设计网络规划与工程2019/12/1925网状拓扑与层次化网状拓扑分支机构分支机构家庭办公中等规模商业网络的星型层次化拓扑结构网络规划与工程2019/12/1926层次化设计的优势•将局域网中的广播域限制在特定大小的区域，将不同区域按层次化结构互连起来，既限制广播域大小，实现高效通信，又便于网络的可扩展性。•可以设计一种模块化的拓扑结构，限制路由器的数量。从而可以减少路由器之间的通信和大量的路由通告。网络规划与工程2019/12/1927层次化设计的优势•使用层次化模型可以帮助降低网络成本。•控制网络管理成本。便于网络管理和维护、网络测试、网络故障隔离。•层次化设计使得网络的改变也更容易。•便于实现网络的可扩展性。网络规划与工程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服务子网设计网络规划与工程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。网络规划与工程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规划与工程2019/12/1931三层层次化模型•经典的网络设计拓扑结构是三层层次化模型，•该模型在三个连续的路由或者交换层次上实现流量汇聚和过滤，这使得三层层次化模型的规模可以扩大到大型的国际互联网络。网络规划与工程三层模型实例园区A园区B企业WAN骨干园区C园区C骨干核心层建筑物C－1建筑物C－2分布层接入层网络规划与工程路由型、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规划与工程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。网络规划与工程核心层分布层接入层后门链接网络规划与工程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。网络规划与工程接入层的网络连接•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规划与工程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。网络规划与工程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、星型拓扑结构网络规划与工程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规划与工程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规划与工程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。网络规划与工程2019/12/1943冗余与网络性能•冗余网络设计通过设置冗余的网络元素来满足网络的可用性需求。•其目标是重复设置那些由于失效而会导致关键应用失效的组件，–这种组件可以是核心路由器、交换机、两台交换机之间的一条链路、信道服务单元、电源、广域网干线、到因特网的连接等。网络规划与工程2019/12/1944冗余与网络性能•冗余设计可以是高可靠性、高成本的完全冗余，•也可以是一定程度可靠性、较高成本的部分冗余。•因为冗余对布署和维护都非常昂贵，所以应该谨慎实施冗余拓扑结构。网络规划与工程2019/12/1945冗余设计•1、备用路径–评估冗余网络设计的网络性能时，应该考虑备用路径的如下两个方面的内容：•备用路径支持多大的容量•启用备用路径需要多长时间•2、负载分担–负载