《企业网设计》PPT课件.ppt
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1、第7章 企业网设计,天津大学计算机科学与技术学院饶国政 博士,2,本课程知识结构导学图,网络工程设计概述(2学时)网络工程设计基础(4+2学时),基本概念、基本设备简单组网技能,中型网络设计知识与技能设计中型网络,大型网络设计知识与技能设计大型网络,网络设计综合知识与应用,配置二层以太网交换机(2+4学时)网络需求分析(4学时)结构化布线系统和机房设计(2学时),网络安全策略设计(2+0学时)网络维护与测试(2+0学时)设计性实验(0+10学时),路由器配置(2+4学时)企业网设计(4学时),回顾,企业网的概念你能为特定网络选择一个合适的网络结构吗?IP地址作用和性质你能合理使用IP地址吗?,
2、3,4,教学提示,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重点网络拓扑结构特点与设计IP地址规划,5,要点,网络拓扑结构设计平面拓扑结构按三层层次模型设计网络结构网络结构的冗余设计企业网拓扑结构设计企业网的WAN拓扑设计 IP地址规划,6,网络拓扑图,设计网络拓扑图是设计复杂网络重要的一步一个图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是V元素的无序对集合的一个子集图的边表示一个网络或子
3、网,图的顶点表示路由器等互连设备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,7,平面拓扑结构,平面网络: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,也不划分模块平面网络结构易于设计和实现,平面局域网拓扑结构,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当主机数量进一步增多时,可以将路由器添加到企
4、业网中以隔离广播通信,8,9,二层拓扑结构:某医院网络设计例子,平面广域网拓扑结构,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该平面拓扑结构具有容错的优点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,10,11,层次型冗余拓扑结构,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
5、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,提供了完全冗余和良好的性能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限制了连接到路由器PC的数量,12,(a)部分网状拓扑结构,(b)完全网状拓扑结构,13,要点,网络拓扑结构设计平面拓扑结构按三层层次模型设计网络结构网络结构的冗余设计企业网拓扑结构设计企业网的WAN拓扑设计 IP地址规划,按三层层次模型设计网络结构,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”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
6、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,14,15,层次型拓扑结构,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,16,三层层次模型网络拓扑,17,层次型网络设计原则,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。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,18,层次型网络设
7、计原则(1),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备之间的性能和冗余性,19,层次型网络设计原则(2),原则2:先设计接入层,其次设计汇聚层,最后是核心层。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,更好地认清所需要的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,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,20,要点,网络拓扑结构设计平面拓扑结构按三层层次模型设计网络结构网络结构的冗余设计企业网拓扑结构设计企业网
8、的WAN拓扑设计 IP地址规划,21,网络结构冗余设计,基本思想:通过重复设置网络链路和互连设备来满足网络的可用性需求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网络等在企业网核心层和汇聚层均可实现冗余,22,备用设备,对于关键部位的路由器或交换机需要冗余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台独立的设备,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,23,备用路径,为防
9、止路径故障,必须提供一条备用路径。备用路径由独立备用链路构成备用路径的容量通常比主路径的要小,且使用不同技术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备份链路除了用于冗余外,还可用于负载平衡,负载平衡,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
10、Robin)算法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,24,25,网络结构冗余:某研究所网络设计例子,26,要点,网络拓扑结构设计平面拓扑结构按三层层次模型设计网络结构网络结构的冗余设计企业网拓扑结构设计企业网的WAN拓扑设计 IP地址规划,27,企业网拓扑结构设计,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VLAN是经常用采用的技术,28,VLAN,将一个大的平面网络分解为多个子网,缩小广播域。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设计
11、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,29,冗余LAN网段,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,交换机A,交换机B,30,冗余服务器,服务器是网中最重要的设备或资源类型之一,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,31,企业网拓扑结构:某企业网设计举例,32,要点,网
12、络拓扑结构设计平面拓扑结构按三层层次模型设计网络结构网络结构的冗余设计企业网拓扑结构设计企业网的WAN拓扑设计 IP地址规划,33,企业网的WAN拓扑设计,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为了连接企业网外部站点或合作伙伴,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,34,冗余广域网链路,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
13、供应商讨论有关电路实际设置的问题,并写入合同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,35,多因特网连接,指为一个企业网提供一条以上的链路进入因特网的情况。根据用户的目标,一个企业网可以采用多种不同的方式虚拟专用网参见第8章,36,园区网拓扑结构:某政府网设计举例,37,要点,网络拓扑结构设计 IP地址规划网络寻址基本概念网络层地址分配原则名字空间设计,38,IP地址规划,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
14、,使之能够高效地联网工作路由器的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,32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x 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,39,获取一块IP地址,ICANN统一负责对IP地址的分配进
15、行管理,IANA把地址分配给地域性因特网注册机构RIR5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),40,等级编址与路由聚合,41,200.24.16.0/23,200.24.18.0/23,200.24.20.0/23,200.24.30.0/23,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,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
16、希望将该地址块平均分配给8个子网。他该如何划分呢?,42,为一台主机分配一个IP地址,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),允许一台主机自动地获取(被分配)一个IP地址,同时还获得其他信息,例如它的子网掩码,它的第一跳路由器地址(常称为默认网关)与它的本地DNS服务器的地址,43,44,分类编址方案中的子网划分,网络标志、主机标志和子网地址,使IP地址形成一个3级的地址空间。它比平面地址更有效因特网用32 比特的子网掩码表示子网号字段长度。子网掩码由一连串的“1”和一连串的“0”组成“1”对应网络号和子网号字段,而“0”对应
17、主机号字段,45,分类编址方案中的子网计算,设从主机标志部分借用n位给子网,剩下m位作为主机标志,那么生成的子网数量为2n-2,每个子网具有的主机数量为2m-2台。设计的基本过程是:根据所要求的子网数和主机数量,由公式2n-2推算出n。n应是一个最小的接近要求的正整数求出相应的子网掩码,即用默认掩码加上从主机标志部分借用的n位组成新的掩码子网的部分写成二进制,列出所有子网和主机地址;去除全0和全1地址,46,例子:C类地址划分子网,一个C类地址192.168.143.0,网内可有至多140台主机。要将该网分成6个子网,每个子网能容纳25台机器解:考虑到要去除两个保留的特殊子网地址,至少需要8个
18、子网,则n3,新的子网掩码为:192.168.143/27,而每个子网可容纳的主机数量为25-2=30子网划分:192.168.143.000 XXXXX/192.168.143.0192.168.143.31,全0需去除 001/192.168.143.33192.168.143.62 010/192.168.143.65192.168.143.94 011/192.168.143.97192.168.143.126 100/192.168.143.129192.168.143.158 101/192.168.143.161192.168.143.190 110/192.168.143.19
19、3192.168.143.2232 111/192.168.143.224192.168.143.255,全1需去除,47,例子:B类地址划分子网,一个具有B类地址166.113.0.0的机构,需要划分至少25个子网,每个子网需要容纳至少1500台PC。试给出子网掩码和每个子网的配置。解:由于需要25个子网,因此理论上讲,我们至少需要27个子网,以去除子网号为全1和全0子网。这样,子网掩码长度需要增加5个比特,留下11比特作主机ID。而11比特可容纳的主机数量为211-2=2046台PC,符合设计要求,例子:B类地址划分子网,48,49,要点,网络拓扑结构设计 IP地址规划网络寻址基本概念网络
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