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【网工第6版】第10章网络规划和设计②

backend 2025/5/15 9:12:35

■ 网络分析与设计

◆ 网络规划设计模型

◆ 网络设计的约束因素

◆ 技术评价

■ 网络结构与功能

◆ 局域网结构类型

■ 网络冗余设计

◆ 网络冗余设计-备用路径

◆ 网络冗余设计-负载分担

■ 广域网接入技术

◆ 广域网接入技术

◆ 接入和终结设备

■ 网络分析与设计

◆ 网络规划设计模型

五阶段模型

需求分析是开发过程中最关键的阶段，所有工程设计人员都清楚，如果在需求分析阶段没有明确需求，则会导致以后各阶段的工作严重受阻。

在形成需求说明书的同时，网络工程设计人员还必须与网络管理部门就需求的变化建立起需求变更机制，明确允许的变更范围。

◆ 网络设计的约束因素

在需求分析阶段，在确定用户需求的同时，也应对这些附加条件（约束因素）进行明确。

网络设计的约束因素主要来自于政策、预算、时间和应用目标等方面。

政策约束：包括法律、法规、行业规定、业务规范和技术规范等。

预算：决定网络设计的关键因素，预算不足，可以分多阶段实施。

时间：对安排的计划与进度表的时间进行分析，对于存在疑问的地方及时与客户进行沟通。

应用目标的检查和确认：在进行下一阶段的任务之前，需要确定是否了解了客户的应用目标和所关心的事项。通过应用目标检查，可以避免用户需求的缺失，检查形式包括设计小组内部的自我检查和用户主管部门的确认检查。【确认范围】

五阶段模型强化版

◆ 技术评价

在进行网络技术选择时，考虑：通信带宽、技术成熟性、连接服务类型、可扩展性、高投资产出比等因素。

对于大型网络工程来说，项目本身不能成为新技术的试验田。尽量使用较成熟、拥有较多案例的技术。

■ 网络结构与功能

◆ 局域网结构类型

单核心局域网特点

1核心交换设备在实现上多采用二层、三层交换机或多层交换机。

2 如采用三层或多层设备，可以划分成多个VLAN，在VLAN内只进行数据链路层帧转发。

3网络内各VLAN之间访问需要经过核心交换设备，并且只能通过网络层数据包转发方式实现。

4网络中除核心交换设备以外不存在其他的带三层路由功能的设备。

5核心交换设备与各VLAN设备间采用1000M及以上以太网连接。

6节省设备投资。

7网络结构简单。

8部门局域网络访问核心局域网以及相互之间访问效率高。

9在核心交换设备端口富余的前提下，部门网络接入较为方便。

10网络地理范围小，要求部门网络分布比较紧凑。

11核心交换机是网络的故障单点，容易导致整网失效。

12网络的扩展能力有限。

13对核心交换设备的端口密度要求较高。

14除非是规模较小的网络，否则桌面用户不直接与核心交换设备相连，也就是核心交换机与用户计算机之间应存在接入交换机。

双核心局域网特点

1核心交换设备在实现上多采用三层交换机或多层交换机。

2网络内各VLAN之间访问需要经过两台核心交换设备中的一台。

3网络中除核心交换设备以外不存在其他的具备路由功能的设备。

4核心交换设备之间运行特定的网关保护或负载均衡协议，例如HSRP， VRRP和GLBP等。

5核心交换设备与各VLAN设备间采用1000Mb及以上以太网连接。

6网络拓扑结构可靠。

7路由层面可以实现无缝热切换。

8部门局域网络访问核心局城网以及相互之间多条路径选择可靠性更高。

9在核心交换设备端口富余的前提下，部门网络接入较为方便。

10设备投资比单核心局域网结构的投资高。

11对核心路由设备的端口密度要求较高。

12核心交换设备和桌面计算机之间存在接入交换设备，接入交换设备同时和双核心存在物理连接。

13所有服务器都直接同时连接至两台核心交换机，借助网关保护协议实现桌面用户对服务器的高速访问。

环形局域网结构

环形局域网结构特点

1核心交换设备在实现上多采用三层交换机或多层交换机。

2网络内各VLAN之间访问需要经过RPR环。

3 RPR技术能提供MAC层的50ms自愈时间，能提供多等级、可靠的QoS服务。

4 RPR有自愈保护功能，节省光纤资源。

5 RPR协议中没有提及相交环、相切环等组网结构，当利用RPR组建大型城域网时，多环之间只能利用业务接口进行互通，不能实现网络的直接互通，因此它的组网能力与SDH、MSTP相比较弱。

6由两根反向光纤组成环形拓扑结构。其中，一根顺时针，一根逆时针，节点在环上可以从两个方向到达另一节点。每根光纤可以同时用来传输数据和同向控制信号，RPR环双向可用。

7利用空间重用技术实现空间重用，使环上的带宽得到更为有效的利用。RPR技术具有空间复用、自动拓扑识别、带宽公平机制和拥塞控制机制、物理层介质独立等特点。

8设备投资比单核心局域网结构的投资高。

9核心路由的冗余设计难度较高，容易形成路由环路。

层次化网络设计/三层组网架构

层次局域网结构特点

1核心层实现高速数据转发。

2汇聚层实现丰富的接口和接入层之间的互访控制

3接入层实现用户接入。

4网络拓扑结构故障定位可分级，便于维护。

5网络功能清晰，有利于发挥设备的最大效率。

6网络拓扑有利于扩展。

三层组网架构

接入层交换机：接入层是工作站连接网络的入口，实现用户的网络访问控制【MAC地址过滤】，这一层的交换机应该以低成本提供高密度的接入端口。
汇聚层交换机：汇聚层将网络划分为多个广播/组播域，可以实现VLAN间的路由选择，并通过访问控制列表实现分组过滤。这一层交换机的端口数量和交换速率要求不是很高，但应提供第三层交换功能。同时进行服务质量（QoS）管理和速度限制，以及安全访问控制列表、组播管理和IP路由。
核心层交换机：核心层应采用可扩展的高性能交换机组成园区网的主干线路，提供链路冗余、路由冗余、VLAN中继和负载均衡等功能，并且与汇聚层交换机具有兼容的技术，支持相同的协议。

层次化网络模型优点

网络成本降到最低：通过在不同层次设计特定的网络互连设备，可以避免为各层中不必要的特性花费过多的资金。
实现不同层次上的模块化：易于理解，使得故障隔离程度得到提高，保证了网络的稳定性。
网络的改变变得更加容易：当网络中的一个网元需要改变时，升级的成本限制在整个网络中很小的一个子集中，对网络的整体影响达到最小。

层次化网络模型原则

在设计时，设计者应该尽量控制层次化的程度，一般情况下，有核心层、汇聚层和接入层3个层次就足够了，过多的层次会导致整体网络性能的下降，并且会提高网络的延迟，同时也不方便进行网络故障排查和文档编写。
在接入层应当保持对网络结构的严格控制，接入层的用户总是为了获得更大的外部网络访问带宽而随意申请其他的渠道访问外部网络，这是不允许的。
为了保证网络的层次性，不能在设计中随意加入额外连接，额外连接是指打破层次性，在不相邻层间的连接，这些连接会导致网络中的各种问题，例如缺乏汇聚层的访问控制和数据包过滤等。
在进行设计时，应当首先设计接入层，根据流量负载、流量和行为的分析对上层进行更精细的容量规划，再依次完成各个上层的设计。
除了接入层以外的其他层次，应尽量采用模块化方式，每个层次由多个模块或者设备集合构成，每个模块间的边界应非常清晰。

■ 网络冗余设计

◆ 网络冗余设计-备用路径

通信线路冗余设计中，常见的设计目标：（1）备用路径（2）负载分担

一般情况下，备用路径仅仅在主路径失效时投入使用。

备用路径设计时主要考虑：

(1)备用路径的带宽(2)切换时间 (3)非对称 (4)自动切换 (5)测试

◆ 网络冗余设计-负载分担

负载分担通过冗余的形式来提高网络的性能，是对备用路径方式的扩充。负载分担通过并行链路提供流量分担来提高性能，其主要的实现方法是利用两个或多个网络接口和路径来同时传递流量。

关于负载分担，在设计时主要考虑以下因素：

1当网络中存在备用路径、备用链路时，可以考虑加入负载分担设计。

2对于主路径、备用路径都相同的情况，可以实施负载分担的特例-负载均衡，也就是多条路径上的流量是均衡的。

3对于主路径、备用路径不相同的情况，可以采用策略路由机制，让一部分应用的流量分摊到备用路径上。

4在路由算法的设计上，大多数设备制造厂商实现的路由算法都能够在相同带宽的路径上实现负载均衡，甚至部分特殊的路由算法（例如IGRP和增强IERP）可以根据主路径和备用路径的带宽比例实现负载分担。

■ 广域网接入技术

◆ 广域网接入技术

PSTN公用电话网络56kb/s。

ISDN: BRI=2B+D=144k PRI=30B+D=2.048M.

线缆调制解调器接入HFC主干光纤，光纤到小区，铜缆接入。

数字用户线路远程接入xDSL。ADSL：高速下行信道：1.544～9Mb/s，双工信道：16～640kb/s的，语音信道：64kb/s。

◆ 接入和终结设备

PON接入

PON（Passive Optical Network，无源光纤网络）是一种点到多点（P2MP）的光纤接入技术，它由局侧的OLT、用户侧的ONU（光猫）和ODN光分配网络组成。
“无源”是指在ODN全部由分光器等无源器件组成，不需要供电。
PON具有组网方便、建网速度快、节省光缆资源、抗电磁干扰、防雷和综合建网成本低等优点。
传统PON技术下行数据流采用广播技术、上行数据流采用TDMA技术，以解决多用户每个方向信号的复用问题。
PON上行波长为1310nm，下行波长为1490nm。