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1、第7章 企业网设计,本课程知识结构导学图,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
2、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,回顾,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,教学提示,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,要点,第7章 企业网设计,陈鸣：网
3、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,网络结构设计中的需求,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
4、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,网络结构设计中的需求（续）,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，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
5、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,网络拓扑图,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,平面拓扑结构,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
6、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,平面局域网拓扑结构,第7章 企业网设计,陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法,11,二层拓扑结构：某医院网络设计例子,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,
7、12,平面广域网拓扑结构,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,层次型冗余拓扑结构,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,网状拓扑结构,(a)部分网状拓扑结构,(b)完全网状拓扑
8、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,按三层层次模型设计网络结构,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,
9、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,层次型拓扑结构,第7章 企业网设计,陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法,17,三层层次模型网络拓扑,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,层次型网络设计原则,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
10、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,层次型网络设计原则(1),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,层次型网络设计原则(2),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
11、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,网络结构冗余设计,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,备用设备,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，
12、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,备用路径,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
13、较多的集群系统。两种典型静态算法： 随机算法 循环域名(Round Robin)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,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,25,网络结构冗余：某研究所网络设计例子,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,企业网拓扑结构设计,将一个大的平面网络分解为多
14、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,VLAN,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,冗余LAN网段,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
15、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,冗余服务器,第7章 企业网设计,陈鸣：网络工程设计教程-系统集成方法,30,企业网拓扑结构：某企业网设计举例,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,要点,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
16、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,IP地址规划,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,无类别域间选路,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)、RIPE NCC(欧洲地区)、APNIC(亚太地区)和AFRI
