网络规划设计方法

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1、1教学提示教学提示l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l重点网络拓扑结构特点与设计IP地址规划2要点要点1. 1.网络拓扑结构设计网络拓扑结构设计l平面拓扑结构l按三层层次模型设计网络结构l网络结构的冗余设计l企业网拓扑结构设计l企业网的WAN拓扑设计2. IP地址规划3网络拓扑图网络拓扑图l设计网络拓扑图是设计复杂网络重要的一步l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

2、是V元素的无序对集合的一个子集l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l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l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 4平面拓扑结构平面拓扑结构 l平面网络：没有层次的网络l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l平面网络结构易于设计和实现北京总部上海分部广州分部沈阳分部平面局域网拓扑结构平面局域网拓扑结构l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l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

3、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l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56二层拓扑结构：某医院网络设计例子二层拓扑结构：某医院网络设计例子平面广域网拓扑结构平面广域网拓扑结构l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l该平面拓扑结构具有容错的优点l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l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78层次型冗余拓扑结构层次型冗余拓扑

4、结构 l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网状拓扑结构网状拓扑结构l提供了完全冗余和良好的性能l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l限制了连接到路由器PC的数量9(a)部分网状拓扑结构(b)完全网状拓扑结构10要点要点1. 1.网络拓扑结构设计网络拓扑结构设计l平面拓扑结构l按三层层次模型设计网络结构l网络结构的冗余设计l企业网拓扑结构设计l企业网的WAN拓扑设计2. IP

5、地址规划按三层层次模型设计网络结构按三层层次模型设计网络结构l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”l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1112层次型拓扑结构层次型拓扑结构l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13三层层次模

6、型网络拓扑三层层次模型网络拓扑广域网主干网园区主干网核心层核心层汇聚层汇聚层接入层接入层后门额外链 14层次型网络设计原则层次型网络设计原则l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。l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15层次型网络设计原则层次型网络设计原则(1)(1)l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

7、备之间 的性能和冗余性16层次型网络设计原则层次型网络设计原则(2)(2)l原则2：先设计接入层，其次设计汇聚层，最后是核心层。l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l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17要点要点1. 1.网络拓扑结构设计网络拓扑结构设计l平面拓扑结构l按三层层次模型设计网络结构l网络结构的冗余设计l企业网拓扑结构设计l企业网的WAN拓扑设计2. IP地址规划18网络结构冗余设计网络结构冗余设计l基本思想：通过重复设置网络链路和互连设备来满

8、足网络的可用性需求l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l在企业网核心层和汇聚层均可实现冗余19备用设备备用设备l对于关键部位的路由器或交换机需要冗余l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北京总部上海分 部广州分 部沈阳分 部l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20备用路径备用路径l为防止路径故障，必须提供一条备用路径。备用路

9、 径由独立备用链路构成l备用路径的容量通常比主路径的要小，且使用不同 技术l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l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l备份链路除了用于冗余外，还可用于负载平衡负载平衡负载平衡l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l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l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(Round Rob

10、in)算法l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2122网络结构冗余：某研究所网络设计例子网络结构冗余：某研究所网络设计例子23要点要点1. 1.网络拓扑结构设计网络拓扑结构设计l平面拓扑结构l按三层层次模型设计网络结构l网络结构的冗余设计l企业网拓扑结构设计l企业网的WAN拓扑设计2. IP地址规划24企业网拓扑结构设计企业网拓扑结构设计 l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l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lVLAN是经常用采用的技术25VLANVLANl将一个大的平面网络分解为多个子网，缩小广播域

11、 。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l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26冗余冗余LANLAN网段网段 l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B27冗余服务器冗余服务器l服务器是网中最重要的设

12、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28企业网拓扑结构：某企业网设计举例企业网拓扑结构：某企业网设计举例29要点要点1. 1.网络拓扑结构设计网络拓扑结构设计l平面拓扑结构l按三层层次模型设计网络结构l网络结构的冗余设计l企业网拓扑结构设计l企业网的WAN拓扑设计2. IP地址规划30企业网的企业网的WANWAN拓扑设计拓扑设计 l企业网通过在网络内部的种种设计，以及配 置多条通向因特网的路径，来满足用户的可 用性和性能目标要求l为了连接企业网外部站

13、点或合作伙伴，同时 保证WAN的数据安全，可以使用专用线路或 者采用虚拟专用网跨越因特网来连接企业网31冗余广域网链路冗余广域网链路l企业级网拓扑中常包括冗余(备份)广域网链路。一 个广域网可被设计为完全网状或部分网状。考虑到 所付出的代价，采用分层部分网状拓扑结构一般能 满足要求l了解实际物理电路情况，选择物理上不同的通信设 备组成的网络。应与广域网供应商讨论有关电路实 际设置的问题，并写入合同l从通信公司到本单位建筑物的本地电缆往往是网络 中最薄弱的链路部分，它会受到建筑施工、火灾、 洪水、冰雪和缆线挖断等其他许多因素的影响32多因特网连接多因特网连接l指为一个企业 网提供一条以 上的链路

14、进入 因特网的情况 。根据用户的 目标，一个企 业网可以采用 多种不同的方 式l虚拟专用网参 见第8章ISP2ISP1ISP2选项A企业ISP1选项CISP1选项B企业ISP1北京南京选项D北京南京企业企业33园区网拓扑结构：某政府网设计举例园区网拓扑结构：某政府网设计举例34要点要点1.网络拓扑结构设计2. 2.IPIP地址规划地址规划l网络寻址基本概念l网络层地址分配原则l名字空间设计35IPIP地址规划地址规划l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l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l路由器的

15、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无类别域间选路无类别域间选路l32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lx 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l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l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36获取一块获取一块IPIP地址地址lICANN统一负责对IP

16、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RIRl5个RIR ARIN(北美地区)、LACNIC(拉丁美洲)、RIPE NCC(欧洲 地区)、APNIC(亚太地区)和AFRINIC(非洲地区)37等级编址与路由聚合等级编址与路由聚合38200.24.16.0/23200.24.18.0/23200.24.20.0/23200.24.30.0/23因特网向我发送以 200.24.16.0/20开 始的任何东西TELE-ISP向我发送以 201.12.16.0/14开 始的任何东西UCOM-ISP分配企业网主机地址分配企业网主机地址l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？39为一台主机分配一个为一台主机分配一个IPIP地址地址l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