第六章计算机网络设计课件.ppt
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- 第六 计算机网络 设计 课件
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1、 第六章 计算机网络设计计算机网络就是一个互联的网络,设计由多个网络组成的互联网络涉及许多复杂的因素。主要内容:6.1 计算机网络设计概述 6.7 选择路由协议6.2 网络拓朴结构设计 6.8 选择网络管理协议6.3 网络分层设计 6.9 网络设计案例分析6.4 网络性能设计6.5 企业网(Intranet)设计6.6 IP地址规则设计网络工程技术及应用 6.1 计算机网络设计概述计算机网络包括各种LAN、MAN、WAN。 计算机网络设计的主要内容 网络设计的基本原则 网络组成结构的基本慨念网络工程技术及应用 6.1.1 计算机网络设计的主要内容企业网有时也称为内联网、园区网,例如,校园计算机
2、网络也是采用Intranet技术。 计算机网络设计的主要内容是:* 网络拓扑结构设计,是网络设计工作的核心内容。* 网络分层设计,每层有特定功能,如3层结构设计。* 网络地址规划设计,为网络和节点规划IP和网段。* 网络结构设计,涉及服务子网和网络结构扩展的设计。* 网络冗余设计,提供网络链路备份和网络负载均衡。 计算机网络设计基础知识的重点是:网络拓扑结构设计;按3层模型设计网络结构;网络冗余设计;IP地址规划。网络工程技术及应用 6.1.2 网络设计的基本原则Intranet(企业网)指企业内部以及与其相关企业之间建立的、为企业经营提供服务的专用网或虚拟专用网。 Intranet设计的主要
3、原则如下:* 实用性和先进性,应注重实用,兼顾技术的先进性;* 标准性,标准的软硬件、协议和数据库,便于互联;* 稳定性和安全性,具容错、冗余、保护和隔离性能;* 可扩展性,选择方案要保证良好的扩展性和灵活性;* 可维护性,采用多种技术手段保证可管理和维护性;* 通用性,不要采用专用性太强的设计方案;* 核心简单、边缘复杂,核心层简单,复杂留端系统;* 弱路由,减少路由器传输信息,内网用三层交换机。网络工程技术及应用 6.1.3 网络组成结构的基本概念 计算机网络结构的基本要素* 拓扑学,把实体抽象与大小、形状无关的点,将连接实体通道抽象成线,然后研究点、线、面的连通关系。* 计算机网络结构的
4、基本要素有:节点、链路、网云。 中继(Trunk),构成计算机网络结构的骨架,中继也称为主干或聚合。 冲突域,指信号产生冲突的最小范围,冲突域大小会影响网络的性能。 广播域,一个网络属于一个广播域,网络中某个节点可以向另一个目的网络进行广播,目的网络中的所有节点均是广播的接收点。网络工程技术及应用 6.2 网络拓朴结构设计 网络拓扑结构的一般描述 网络拓扑结构的类型 点对点拓扑结构 环型拓扑结构 网状型拓扑 总线型拓扑 星型拓扑 蜂窝型拓扑 混合型拓扑 平面网络结构网络工程技术及应用 6.2.1 网络拓朴结构的一般描述拓扑图是设计复杂网络重要一步,可清晰描述网络组成的抽象连接,省略不必要细节,
5、简化复杂网络结构。 网络拓扑结构是设计计算机网络的蓝图,说明网络的几何形状。点描述网络的节点,线描述网络的链路。 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,节点可以标识一个网络设备。 拓扑图只说明网络几何形状,不表明子网或互连设备具体位置。链路可标识信道,也可标识为网络或网云。 网络拓扑设计中,需要明确网络覆盖范围、网络互连类型,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。网络工程技术及应用 6.2.2 网络拓朴结构的类型 根据网络中数据信号传输方式,计算机网络可分为:* 点对点网络,节
6、点依次连接,单独链路数据传输;* 广播网络,某个节点发送数据包,网络其他节点都可接收到,多用在局域网。 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。网络工程技术及应用 6.2.2 网络拓朴结构的类型网络拓扑结构的信道类型及采用的技术网络工程技术及应用 6.2.3 点对点拓朴结构 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。 点对点网络的拓朴结构网络工程技术及应用 6.2.4 环型拓朴结构 环型拓扑结构中,网络中
7、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。 SDH的双环拓朴结构网络工程技术及应用 6.2.4 环型拓朴结构环型网络拓扑结构的特征 不需专用连接设备,如交换机避免对中心设备依赖; 在环路上的传输时延的可以预知的; 环型拓扑所需线缆较少,适宜主干网络长距离传输; 环网中各个节点的负载较为均衡; 双环或多环具有自愈功能; 环网可以采用动态路由技术; 环网的信道访问是无冲突的; 适用城域传输网和国家主干网,不适多节点接入; 环网增加节点时,会导致跳数增加,增加传输时延; 判断故障点不易。网络工程技术及应用 6.2.5 网状型拓朴 网状型拓扑也是采用
8、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 网状型拓朴结构网络工程技术及应用 6.2.6 总线型拓朴 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。网络中所有节点通过自己的网络接口连接到总线上,总线型拓扑采用广播信道,多个节点同时发送数据包时会产生冲突,需要竞争发送, 总线型拓扑结构多用在局域网,具有特征包括:* 连接简单、使用方便;* 网络扩展性好;* 信道存在竞争发送;* 网段属于一个冲突域,网段内节点的数目受到限制;* 可靠性比较差;* 成为主流技术后,研究发展会更快。网络工程技术
9、及应用 6.2.7 星型拓朴 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:* 网络结构简单,成本低,容易维护;* 交换机为即插即用设备,用交换提供网络传输效率;* 扩展性好,增加、移动网络节点容易;* 故障隔离容易,一个节点出现故障不影响其他节点;* 中心节点可能会成为瓶颈;* 使用线缆较多。网络工程技术及应用 6.2.8 蜂窝型拓朴 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。 蜂窝型拓扑结构网络工程技术及应用 6.2.8 蜂窝型
10、拓朴 蜂窝型拓扑结构的特征:* 用户接入方便;* 网络建设时间短;* 易于扩展;* 蜂窝区域采用广播信道,信号易受环境或人为干扰;* 容易受到地理或距离的限制;* 数据传输率不高;* 蜂窝型拓扑投资成本高。无线网络是有线网络补充,无线网络不能代替有线网络。网络工程技术及应用 6.2.9 混合型拓朴 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。 混合型网络拓扑结构网络工程技术及应用 6.2.9 混合型拓朴 混合型拓扑结构的特征主要有:* 成为层次企业网络的主流拓扑结构;* 组网灵活方便;* 扩展性好;* 可以灵活剪裁,满足多种用途;* 可靠性好。网络工程技术及应
11、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。 层次冗余拓朴结构网络工程技术及应用 6.3 网络分层设计 分层设计模型 分层设计原则 接入层设计 汇聚层设计 核心层设计 网络冗余设计 网络负载均衡设计 服务子网设计网络工程技术及应用 6.3.1 分层设计模型 设计一个大型的网络系统,一个常用的方法就是“分层设计”。 使用层次模型设计的好处是:* 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。网络工程技术及应用 6.3
12、.1 分层设计模型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。 网络分层设计模型的基本结构网络工程技术及应用 6.3.1 分层设计模型路由型、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。 路由型、交换型三层网络拓扑结构网络工程技术及应用 6.3.2 分层设计原则 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。 控制网络规模,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
13、量需求,有助于排错,并使网络文档容易编写。 层次设计顺序是: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,根据对通信加载、流量和行为分析来规划层与层之间的互连。 设计接入层时,应避免两种错误:额外的链和后门。网络工程技术及应用 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:* 适度超前,避免重复投资;* 分期实施,适应接入层环境多变、技术多变的情况;* 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;* 安全隔
14、离,包括访问控制、协议包过滤、VLAN划分。网络工程技术及应用 6.3.3 接入层设计接入层的网络连接 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。 接入层的两种网络连接网络工程技术及应用 6.3.4 汇聚层设计汇聚层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。汇聚层可以实现的功能有:* 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;* 流量汇聚,把接入层大量低速链路聚合到核心层;* 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;* 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;* VLAN路
15、由,不同VLAN间路由,应在汇聚层进行处理;* 隔离变化,利用汇聚层隔离接入层拓扑结构等变化,避免对核心层的影响。 网络工程技术及应用 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。 核心层的拓朴结构网络工程技术及应用 6.3.5 核心层设计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。 核心层的多中心拓朴结构网络工程技术及应用 6.3.6 网络冗余设计通过冗余设计,可减少单点故障导致整个网络故障。 重复设置网络链路和互连设备,可满足网络可用性需求。冗
16、余是提高网络可靠性和可用性目标的重要方法。 网络冗余设计网络工程技术及应用 6.3.6 网络冗余设计网络链路冗余设计时需要考虑的问题 是否允许网络传输的暂时中断; 备用路径的容量是否可以满足基本要求; 启用备用路径需要的时间限制; 实现备用路由的成本。冗余设计的基本要求是:只有在网络链路中断时,才启用冗余链路,尽量不要将冗余链路用于负载平衡。 在企业网核心层和汇聚层均可实现冗余。可从网络的设备、链路、负载均衡等来考虑网络结构的冗余设计。 链路冗余可采用链路聚合技术;服务器冗余可采用双机热备方法;交换机、路由器、服务器都可采用冗余电源;软件冗余可采用双服务器软件镜像的方法。网络工程技术及应用 6
17、.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。 软件网络负载均衡是指在一台或多台服务器操作系统上,安装支持负载均衡的附件软件,硬件网络负载均衡是直接在服务器主机和外部网络之间安装负载均衡器。 负载均衡策略关键是负载均衡算法和对网络系统状态的检测方式和能力。负载均衡算法分静态和动态两类。网络工程技术及应用 6.3.8 网络子网设计 网络服务主要有两类:通用网络服务;内部应用服务。 当网络应
18、服务较多时,需要设计一个服务器主机群,也称为服务子网。 集中式服务设计模型网络工程技术及应用 6.3.8 网络子网设计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 分布式服务设计特征:网络服务集中、应用服务分散。 集中式服务设计模型网络工程技术及应用 6.4 网络性能设计 网络带宽设计 网络服务质量设计网络工程技术及应用 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 ITU-TI.113建议规定:数据传输速率低于1.5Mbps的网络划分为窄带网;数据传输速率在1.5Mbps以上的网络划分为宽带
19、网。 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)。 频带传输网络中,带宽涉及波长、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)。 网络工程技术及应用 6.4.1 网络带宽设计 在局域网中,上行和下行带宽相差不多。在互联网,下行带宽大于上行带宽。一般要求,满足用户网络服务需求带宽不能低于256kbps。 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。 提供和分配网络带宽时,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技术及应用 6.4.1 网络带宽设计
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