第六章计算机网络设计ppt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

2、为内联网、园区网，例如，校园计算机网络也是采用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

3、服务的专用网或虚拟专用网。 Intranet设计的主要原则如下： * 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

4、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

5、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，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、,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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、。 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

12、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,.,6.3.1 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Int

13、ranet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

14、：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

15、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

16、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