通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)第2章

,電子工程學(xué)院通信工程系,第2章 網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì),第2章 網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì),2.1 邏輯網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì),2.2 物理網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì),小結(jié),習(xí)題與思考,2.1,邏輯網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì),2.1.1,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中，通常采用,邊,表示一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、子網(wǎng)或傳輸線路，而用,點(diǎn),表示連接節(jié)點(diǎn)即路由器、交換機(jī)、計(jì)算機(jī)終端等設(shè)備。這種圖只能說明網(wǎng)絡(luò)的幾何結(jié)構(gòu)，而不能表明子網(wǎng)或互聯(lián)設(shè)備的地理位置。為了滿足用戶網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性和適應(yīng)性目標(biāo)，在選擇具體產(chǎn)品和技術(shù)之間構(gòu)造一個(gè),邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),是非常重要的。,在網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)階段，首先應(yīng)該明確用戶網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)節(jié)點(diǎn)，明確網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模大小和物理范圍，以及選用的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)類型，對(duì)于具體的設(shè)備類型可以先不必確定，但是設(shè)備的功能應(yīng)該定型。,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮的因素有,：經(jīng)濟(jì)性；靈活性和擴(kuò)展性；可靠性；易于管理和維護(hù)。,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與用戶網(wǎng)絡(luò)規(guī)模有關(guān)，由此可將其分為,平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、層次型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),以及,企業(yè)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和園區(qū)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。,1平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)于小型網(wǎng)絡(luò)，平面網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就可以滿足要求。,平面網(wǎng)絡(luò),就是沒有層次化的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，互連的設(shè)備實(shí)質(zhì)上具有相同的工作，網(wǎng)絡(luò)不進(jìn)行分層，不進(jìn)行模塊劃分。因而平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并且便于網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。,1)廣域網(wǎng)平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),小型企業(yè)網(wǎng)可能是幾個(gè)局域網(wǎng)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)局域網(wǎng)與其他局域網(wǎng)連接通過一個(gè)廣域網(wǎng)路由器實(shí)現(xiàn)，因而形成了點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路，如圖,5.1,所示。在路由器的數(shù)量不多的情況下實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的平面設(shè)計(jì)，可以解決路由選擇問題。,圖,4.1,平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),2)局域網(wǎng)平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),小型局域網(wǎng)采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖主要就是平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也就是將網(wǎng)絡(luò)的用戶終端,(,如計(jì)算機(jī),),、服務(wù)器連接到一個(gè)或多個(gè)集線器、交換機(jī)上，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架主要是以太網(wǎng)，并采用,CSMA/CD,作為訪問控制。集線器是一種共享式設(shè)備，而交換機(jī)是一種交換式設(shè)備，在用戶連接數(shù)量多的情況下，利用交換設(shè)備不會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。,2,層次型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(1),減輕了網(wǎng)絡(luò)中一些主設(shè)備,CPU,的負(fù)載。,(2)降低了網(wǎng)絡(luò)成本。層次化結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)承擔(dān)的功能進(jìn)行選擇，可降低不必要的功能花費(fèi)。層次化的模型結(jié)構(gòu)也便于網(wǎng)絡(luò)管理。,(3)簡(jiǎn)化了每個(gè)設(shè)計(jì)元素，易于理解。,(4)容易變更層次結(jié)構(gòu)。每當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某部分進(jìn)行升級(jí)時(shí)都不會(huì)影響其他部分，。,(5)層次化網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)設(shè)備都可以按照所處節(jié)點(diǎn)功能充分發(fā)揮自己的特性。,最為常見的層次型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是三層模型即分為核心層、分布層和訪問層(或接入層)，如圖5.2所示。,核心層,提供多個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的優(yōu)化傳輸路徑；,分布層（匯聚層）,將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)連接到訪問層，并且實(shí)現(xiàn)安全、流量負(fù)載和選路策略；,訪問層（接入層）,就是直接面對(duì)網(wǎng)絡(luò)終端用戶的接入。,1)核心層,核心層是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的高速主干網(wǎng)，用以連接服務(wù)器群、建筑群到網(wǎng)絡(luò)中心，或在一個(gè)大型建筑物內(nèi)連接多個(gè)交換機(jī)管理間到網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)備間，這樣核心層便成為網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)包交換的至關(guān)重要的一層。必須采用冗余組件設(shè)計(jì)核心層，如采用最新的鏈路聚合技術(shù),(,快速以太網(wǎng)的,FEC,、千兆以太網(wǎng)的,GEC,等,),來解決,冗余連接鏈路,的負(fù)載。,在核心層的設(shè)備主要為,路由器、三層交換機(jī),等，應(yīng)當(dāng)精心設(shè)計(jì)核心層，使核心層設(shè)備之間既相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)。對(duì)于需要通過外部網(wǎng)或經(jīng)過Internet連接的其他企業(yè)網(wǎng)絡(luò)來說，核心層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)有多條連接到外部網(wǎng)絡(luò)的通道。,核心層可能承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)上,40%,60%,的信息流。因此，在實(shí)現(xiàn)主干網(wǎng)的時(shí)候，傳輸介質(zhì)應(yīng)選用,光纜,，采用的主要技術(shù)為千兆以太網(wǎng)、,ATM,等。,2)分布層,（匯聚層）,網(wǎng)絡(luò)的分布,層,（匯聚層）,是網(wǎng)絡(luò)的核心層和訪問層之間的分界點(diǎn)，作用主要體現(xiàn)在：,實(shí)現(xiàn)如今應(yīng)用廣泛的虛擬局域網(wǎng)(VLAN)之間的路由；用于描述廣播沖突域；用于安全訪問控制。分布層允許核心層連接多個(gè)地點(diǎn)，同時(shí)保持較高的性能。,為了節(jié)約網(wǎng)絡(luò)IP地址，可以在訪問層,（接入層）,采用私有地址，通過分布層進(jìn)行NAT轉(zhuǎn)換形成Internet中合法的IP地址。,3)接入層,接入層為用戶提供了在局部網(wǎng)內(nèi)的相互訪問和外部接入。接入層可以包括,路由器、交換機(jī)、網(wǎng)橋和集線器網(wǎng)絡(luò),設(shè)備。,一般采用100Base,-,T(X)快速交換式以太網(wǎng)，采用10/100Mb/s自適應(yīng)傳輸速率到用戶桌面，傳輸介質(zhì)一般為5類或超5類雙絞線。,接入層的交換機(jī)產(chǎn)品比較多，比如Cisco Catalyst2900系列、1900系列或華為公司的產(chǎn)品。如果要支持虛擬局域網(wǎng)的劃分，則還需要交換機(jī)至少有100Mb/s傳輸率的主干端口，支持VLAN的鏈路聚合技術(shù)。,由于在接入層會(huì)出現(xiàn)一些零散的遠(yuǎn)程用戶接入，因而常利用PSTN技術(shù)遠(yuǎn)程撥號(hào)訪問企業(yè)網(wǎng)或園區(qū)網(wǎng)資源，這是一種網(wǎng)絡(luò)方案中簡(jiǎn)單而又經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。還可以通過移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)接入。,3網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),為滿足較高的可用性要求，可采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在一個(gè)完全網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每個(gè)路由器或交換機(jī)都與其他路由器或交換機(jī)相連。這種結(jié)構(gòu)提供了完全冗余和良好的性能，但是這種連接由于高性能帶來了高成本。因此產(chǎn)生了一種不完全網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以便在成本和高性能之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，如圖,5.3,所示。,圖,5.3,網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一個(gè),重要原則,就是，應(yīng)該保證每條鏈路上的廣播通信量不超過總通信量的,20%,，這樣就可以采用上面提到的分層設(shè)計(jì)，不管是廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)均可以通過分層設(shè)計(jì)解決這種網(wǎng)狀型的冗余帶來的弊端。,4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)冗余設(shè)計(jì),以上所敘述的網(wǎng)狀和分層設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高性能，都要采用冗余技術(shù)。冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的基本思想是，通過重復(fù)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鏈路和互連設(shè)備來滿足網(wǎng)絡(luò)的可用性需求。,冗余不僅僅是對(duì)核心路由器進(jìn)行設(shè)計(jì)、對(duì)分布層路由器或交換機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，還可以應(yīng)用于電源，這樣可以保證不會(huì)因某一個(gè)電源故障導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備不能正常工作。,要根據(jù)用戶的需求考慮，應(yīng)該選擇冗余級(jí)別和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一般采取的措施如下：,(1)備用設(shè)備。,由于網(wǎng)絡(luò)中的核心交換機(jī)、路由器在企業(yè)網(wǎng)中起著關(guān)鍵性的作用，因此一旦設(shè)備出現(xiàn)故障將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。此時(shí)，可以采用設(shè)備冗余設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)由設(shè)備商家提供，即制作具有,雙背板、雙電源、雙引擎,的設(shè)備，形同兩臺(tái)獨(dú)立的設(shè)備。,(2)備用線路。,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的某條線路出現(xiàn)故障時(shí)，為了保持互連性、不斷網(wǎng)的情況，備,用線路的冗余設(shè)計(jì)是必需的。這種備用線路是主線路上的設(shè)備和鏈路的重復(fù)設(shè)置，如圖,5.4,所示。,冗余線路設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮如下問題：,u,備用線路支持的容量能否滿足應(yīng)用的最小要求？,u,主線路發(fā)生故障的時(shí)候，是否容許網(wǎng)絡(luò)通信中斷？,u,啟用備用線路需要多長(zhǎng)時(shí)間？,u,備用線路需要支付的費(fèi)用為多少？,從圖,5.4,中可以看到備用線路的容量通常比主路徑要小，采用的技術(shù)比較簡(jiǎn)單。線路的中斷與否要看用戶網(wǎng)絡(luò)線路是否重要，比如電信計(jì)費(fèi)網(wǎng)絡(luò)和銀行主干網(wǎng)絡(luò)就不能中斷，因而采用自動(dòng)切換技術(shù)啟用備用線路尤為重要。,2.1.2,網(wǎng)絡(luò),IP,地址規(guī)劃,在網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)中，應(yīng)該確定用戶網(wǎng)絡(luò),IP,的地址范圍和,IP,地址的授權(quán)方式，是采用,內(nèi)部私有地址,，還是申請(qǐng),公有地址。,目前我們?nèi)匀粡V泛采用,IPv4,版本的地址，對(duì),IP,地址的管理和規(guī)劃對(duì)于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或園區(qū)網(wǎng)絡(luò)是至關(guān)重要的。當(dāng)采用申請(qǐng)的,公有地址,的時(shí)候，我們應(yīng)該對(duì)地址進(jìn)行精心計(jì)劃，不能只為滿足當(dāng)前需求而將,IP,地址隨意分配，可能在某個(gè)時(shí)候,IP,地址就會(huì)用完，從而需要重新申請(qǐng)，這將是一項(xiàng)多余的開銷。對(duì)于網(wǎng)絡(luò),IP,地址，如果合理使用，便可以滿足近期目標(biāo)和遠(yuǎn)期目標(biāo)；如果沒有合理使用，就會(huì)出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行一段時(shí)間后需要重新規(guī)劃,IP,地址的情況，這樣會(huì)增加管理的難度，造成費(fèi)用的浪費(fèi)，也會(huì)給用戶帶來生產(chǎn)中斷。,經(jīng)過總結(jié)，對(duì)IP地址的規(guī)劃使用應(yīng)該從以下幾方面進(jìn)行考慮。,1獲取IP地址范圍,通過需求調(diào)研、實(shí)地考察和用戶需求分析可以確定,IP,地址的獲取方式。,IP,地址的獲取方式主要有三種：,（1）上級(jí)部門分配了一段地址，這部分地址對(duì)用戶是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用的，因而建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，還需考慮網(wǎng)絡(luò)中的多數(shù)用戶終端、設(shè)備所需要的,IP,地址，可以選用,A,、,B,、,C,三類中合適的私有地址；,（2）上級(jí)部門分配了足夠的,IP,地址，能夠滿足近期目標(biāo),IP,地址分配，但是不保證遠(yuǎn)期目標(biāo)是否有可用的,IP,地址；,（3）向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商申請(qǐng)的一些,IP,地址，主要用作企業(yè)網(wǎng)或園區(qū)網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)通信連接，因此需要在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或園區(qū)網(wǎng)絡(luò)中確定采用私有網(wǎng)絡(luò)地址作為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)地址，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)訪問外部網(wǎng)絡(luò)采用代理或,NAT/PAT,技術(shù)復(fù)用全局地址,(,即申請(qǐng)的公有地址,),。,2IP地址的分配與VLAN地址的結(jié)合規(guī)劃,IP,地址分配是一個(gè)比較重要的步驟，分配不合理就會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理困難、混亂。在現(xiàn)今的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或園區(qū)網(wǎng)中，對(duì),VLAN,技術(shù)的要求也更加重要，通過對(duì),VLAN,的劃分使管理更方便，同時(shí)也提高了網(wǎng)絡(luò)安全性。,一般而言，網(wǎng)絡(luò)終端用戶接入網(wǎng)絡(luò)，所連接的設(shè)備主要以交換機(jī)為主，同一設(shè)備上的用戶往往看成是同一網(wǎng)段的用戶，這個(gè)時(shí)候?qū)?IP,地址分配就可以按照常規(guī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)要實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng),(VLAN),技術(shù)的時(shí)候，就要為,VLAN,的,IP,子網(wǎng)網(wǎng)段進(jìn)行固定，同一個(gè),VLAN,對(duì)應(yīng)的終端用戶應(yīng)該是同一類用戶，這些用戶可出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中的不同位置，可以根據(jù)物理設(shè)計(jì)和邏輯設(shè)計(jì)中的終端用戶所連接的交換機(jī)來確定。這樣同一交換機(jī)每端口到用戶桌面的,IP,子網(wǎng)就不會(huì)出現(xiàn)在同一子網(wǎng)網(wǎng)段，從而就從邏輯上隔離了用戶，需要通過路由器來完成子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于,VLAN,，可以基于端口靜態(tài)實(shí)現(xiàn)，也可以動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)。,3VLAN之間路由的實(shí)現(xiàn),在完成了,VLAN,和子網(wǎng)規(guī)劃后，,VLAN,在物理上可以是同一設(shè)備相連接，但是在邏輯上是隔離的，這就需要設(shè)計(jì),VLAN,之間的路由。,VLAN,之間的路由可以由三層交換機(jī)自己完成，如果對(duì)應(yīng)的是第二層交換機(jī)，并且支持,VLAN,功能，就需要路由器，可以是單臂路由器。,4選路協(xié)議,路由協(xié)議的選擇沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點(diǎn)有關(guān)。,進(jìn)行路由協(xié)議選擇時(shí)，首先，應(yīng)考慮設(shè)備是否支持某種協(xié)議。例如，在,Cisco,路由器與其他路由器產(chǎn)品或三層交換機(jī)互連的時(shí)候，就不能考慮,Cisco,獨(dú)有的,IGRP,和,EIGRP,協(xié)議，而應(yīng)考慮使用公用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,RIP,和,OSPF,路由協(xié)議。其次，還應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的規(guī)模選用合適的路由協(xié)議。例如，對(duì)于,RIP,協(xié)議，因其簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)與管理方便，可應(yīng)用于小規(guī)模系統(tǒng)。,2.1.3,邏輯網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的簡(jiǎn)單實(shí)例,假定某市某中學(xué)需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)，根據(jù)用戶需求分析確定對(duì)實(shí)驗(yàn)大樓、教學(xué)樓、行政樓、印刷廠、學(xué)生公寓樓和教師家屬區(qū)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享。為了對(duì)網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃設(shè)計(jì)作講解，特列出表4.1，以表示用戶對(duì)象歸類，其他規(guī)劃設(shè)計(jì)就不具體說明了。圖4.5表示該校園網(wǎng)絡(luò)的大體分層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。,表,2.1,網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃分類表,圖,2.5,分層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖,目前作為私有網(wǎng)絡(luò)中的IP地址，不作為Internet公有IP地址的使用范圍如下：,A類：10.255.255.255 默認(rèn)子網(wǎng)掩碼：；,B類：172.31.255.255 默認(rèn)子網(wǎng)掩碼：；,C類：默認(rèn)子網(wǎng)掩碼：。,在,IP,地址使用中，某個(gè)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)字段的二進(jìn)制全,1,時(shí)，表示某個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的廣播地址，比如；而某個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要表示單個(gè)網(wǎng)絡(luò)的地址時(shí)，該,IP,地址的主機(jī)號(hào)應(yīng)該全,0,，比如,10.0.0.0(A,類,),，,222.18.134.0(C,類,),。因此，要滿足主機(jī),IP,地址的基本要求，就要使網(wǎng)絡(luò)號(hào)或主機(jī)號(hào)不能出現(xiàn)全,1,或全,0,的情況。,學(xué)校為了節(jié)約IP地址成本開銷，決定利用5個(gè)C類私有地址作為校園網(wǎng)用戶的IP地址，用戶采用代理或NAT方式訪問Internet網(wǎng)絡(luò)。下面主要就5個(gè)C類地址來講解地址規(guī)劃。由于需要對(duì)處于不同地理位置的辦公室規(guī)劃為一個(gè)工作組局域網(wǎng)，因而需要實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)(VLAN)的劃分。,子網(wǎng)1：學(xué)生公寓，可用地址為254個(gè)，網(wǎng)關(guān)為。,子網(wǎng),2,和,3