网络规划与设计基础

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1、工程篇：计算机网络工程实施参考教材21世纪计算机科学技术教材系列(2)《全新计算机网络工程教程》郭诠水主编王宝智编著北京希望电子出版社7/24/20211上海交通大学计算机系《计算机组网原理》工程篇一网络规划与设计基础马范援fyma@sjtu.edu.cn7/24/20212上海交通大学计算机系本章重点1.网络规划：包括需求、管理、安全性、规模、结构、互联、扩展性分析。2.网络设计：包括拓扑结构设计、地址分配与聚合设计、冗余设计。7/24/20213上海交通大学计算机系一、网络规划7.1网络规划是必不可少的，实施网络工程的首要工作就是要进

2、行规划。深入细致的规划是成功构建计算机网络的一半。缺乏规划的网络必然是失败的网络—稳定性、扩展性、安全性、可管理性没有保证。7/24/20214上海交通大学计算机系1.网络规划的任务和工作网络规划的主要任务是要对以下指标给出尽可能准确的定量或定性分析和估计：（1）业务的需求；（2）网络的规模；（3）网络的结构；（4）网络管理需要；（5）网络增长预测；（6）网络安全要求；（7）与外部网络的互联。7/24/20215上海交通大学计算机系通过科学合理的规划能够取得用最低的成本建立最佳的网络，达到最高的性能，提供最优的服务等完美效果。网络规划需要进

3、行的主要工作包括：（1）网络需求分析：环境分析业务需求分析管理需求分析安全需求分析7/24/20216上海交通大学计算机系（2）网络规模与结构分析：确定网络规模拓扑结构分析与外部网络互联方案（3）网络扩展性分析7/24/20217上海交通大学计算机系二、网络设计7.21.网络拓扑结构设计(1)分层网络设计方法一个大规模的网络系统往往被分为几个较小的部分，它们之间既相对独立又互相关联，这种化整为零的做法是分层进行的。通常网络拓扑的分层结构包括三个层次，即核心层(主干层)、分布层(汇聚层)和接入层。如图7-1所示。7/24/20218上海交通大

4、学计算机系图7-1分层网络设计7/24/20219上海交通大学计算机系每一层的功能：（1）核心层处理高速数据流，其主要任务是数据包的交换。（2）分布层负责聚合路由路径，收敛数据流量。（3）接入层将流量馈入网络，执行网络访问控制，并且提供相关边缘服务。7/24/202110上海交通大学计算机系2.拓扑设计原则按照分层结构规划网络拓扑时，应遵守以下两条基本原则：（1）网络中因拓扑结构改变而受影响的区域应被限制到最小程度；（2）路由器（及其它网络设备）应传输尽量少的信息。7/24/202111上海交通大学计算机系3.分层结构特点分层拓扑结构的优点

5、：流量从接入层流向核心层时，被收敛在高速的链接上；流量从核心层流向接入层时，被发散到低速链接上，如图7-2所示。因此接入层路由器可以采用较小的设备，它们交换数据包需要较少的时间，具备了更强的执行网络策略的处理能力。7/24/202112上海交通大学计算机系图7-2分层网络中流量聚合7/24/202113上海交通大学计算机系分层拓扑结构固有的缺点是在物理层内隐含（或导致）单个故障点，即某个设备或某个失效的链接会导致网络遭到严重的损坏。克服单个故障点的方法是采用冗余手段，但这会导致网络复杂性的增加。7/24/202114上海交通大学计算机系4.

6、分层拓扑设计要点(1)核心层(主干层)网络核心层的主要工作是交换数据包，核心层的设计应该注意两点：①不要在核心层执行网络策略②核心层的所有设备应具有充分的可到达性在具体的设计中，当网络很小时，通常核心层只包含一个路由器，该路由器与分布层上所有的路由器相连。如果网络更小的话，核心层路由器可以直接与接入层路由器连接，分层结构中的分布层就被压缩掉了。显然，这样设计的网络易于配置和管理，但是其扩展性不好，容错能力差。7/24/202115上海交通大学计算机系(2)分布层(汇聚层)分布层将大量低速的链接（与接入层设备的链接）通过少量宽带的链接接入核心

7、层，以实现通信量的收敛，提高网络中聚合点的效率。同时减少核心层设备路由路径的数量。总之，分布层的主要设计目标包括：①隔离拓扑结构的变化；②控制路由表的大小；③收敛网络流量。7/24/202116上海交通大学计算机系实现分布层设计目标的方法：①路径聚合②使核心层与分布层的连接最小化。7/24/202117上海交通大学计算机系(3)接入层接入层的设计目标包括三个，即：①将流量馈入网络：为确保将接入层流量馈入网络，要做到：接入层路由器所接收的链接数不要超出其与分布层之间允许的链接数。如果不是转发到局域网外主机的流量，就不要通过接入层的设备进行转发

8、。不要将接入层设备作为两个分布层路由器之间的连接点，即不要将一个接入层路由器同时连接两分布层路由器。7/24/202118上海交通大学计算机系②控制访问：由于接入层是用户接入网络