【網工第6版】第10章網絡規劃和設計②

■?網絡分析與設計

◆?網絡規劃設計模型

◆?網絡設計的約束因素

◆?技術評價

■?網絡結構與功能

◆?局域網結構類型

■?網絡冗余設計

◆?網絡冗余設計-備用路徑

◆?網絡冗余設計-負載分擔

■?廣域網接入技術

◆?廣域網接入技術

◆?接入和終結設備

■?網絡分析與設計

◆?網絡規劃設計模型

五階段模型

需求分析是開發過程中最關鍵的階段，所有工程設計人員都清楚，如果在需求分析階段沒有明確需求，則會導致以后各階段的工作嚴重受阻。

在形成需求說明書的同時，網絡工程設計人員還必須與網絡管理部門就需求的變化建立起需求變更機制，明確允許的變更范圍。

◆?網絡設計的約束因素

在需求分析階段，在確定用戶需求的同時，也應對這些附加條件（約束因素）進行明確。

網絡設計的約束因素主要來自于政策、預算、時間和應用目標等方面。

政策約束：包括法律、法規、行業規定、業務規范和技術規范等。

預算：決定網絡設計的關鍵因素，預算不足，可以分多階段實施。

時間：對安排的計劃與進度表的時間進行分析，對于存在疑問的地方及時與客戶進行溝通。

應用目標的檢查和確認：在進行下一階段的任務之前，需要確定是否了解了客戶的應用目標和所關心的事項。通過應用目標檢查，可以避免用戶需求的缺失，檢查形式包括設計小組內部的自我檢查和用戶主管部門的確認檢查。【確認范圍】

五階段模型強化版

◆?技術評價

在進行網絡技術選擇時，考慮：通信帶寬、技術成熟性、連接服務類型、可擴展性、高投資產出比等因素。

對于大型網絡工程來說，項目本身不能成為新技術的試驗田。盡量使用較成熟、擁有較多案例的技術。

■?網絡結構與功能

◆?局域網結構類型

單核心局域網特點

1核心交換設備在實現上多采用二層、三層交換機或多層交換機。

2 如采用三層或多層設備，可以劃分成多個VLAN，在VLAN內只進行數據鏈路層幀轉發。

3網絡內各VLAN之間訪問需要經過核心交換設備，并且只能通過網絡層數據包轉發方式實現。

4網絡中除核心交換設備以外不存在其他的帶三層路由功能的設備。

5核心交換設備與各VLAN設備間采用1000M及以上以太網連接。

6節省設備投資。

7網絡結構簡單。

8部門局域網絡訪問核心局域網以及相互之間訪問效率高。

9在核心交換設備端口富余的前提下，部門網絡接入較為方便。

10網絡地理范圍小，要求部門網絡分布比較緊湊。

11核心交換機是網絡的故障單點，容易導致整網失效。

12網絡的擴展能力有限。

13對核心交換設備的端口密度要求較高。

14除非是規模較小的網絡，否則桌面用戶不直接與核心交換設備相連，也就是核心交換機與用戶計算機之間應存在接入交換機。

雙核心局域網特點

1核心交換設備在實現上多采用三層交換機或多層交換機。

2網絡內各VLAN之間訪問需要經過兩臺核心交換設備中的一臺。

3網絡中除核心交換設備以外不存在其他的具備路由功能的設備。

4核心交換設備之間運行特定的網關保護或負載均衡協議，例如HSRP， VRRP和GLBP等。

5核心交換設備與各VLAN設備間采用1000Mb及以上以太網連接。

6網絡拓撲結構可靠。

7路由層面可以實現無縫熱切換。

8部門局域網絡訪問核心局城網以及相互之間多條路徑選擇可靠性更高。

9在核心交換設備端口富余的前提下，部門網絡接入較為方便。

10設備投資比單核心局域網結構的投資高。

11對核心路由設備的端口密度要求較高。

12核心交換設備和桌面計算機之間存在接入交換設備，接入交換設備同時和雙核心存在物理連接。

13所有服務器都直接同時連接至兩臺核心交換機，借助網關保護協議實現桌面用戶對服務器的高速訪問。

環形局域網結構

環形局域網結構特點

1核心交換設備在實現上多采用三層交換機或多層交換機。

2網絡內各VLAN之間訪問需要經過RPR環。

3 RPR技術能提供MAC層的50ms自愈時間，能提供多等級、可靠的QoS服務。

4 RPR有自愈保護功能，節省光纖資源。

5 RPR協議中沒有提及相交環、相切環等組網結構，當利用RPR組建大型城域網時，多環之間只能利用業務接口進行互通，不能實現網絡的直接互通，因此它的組網能力與SDH、MSTP相比較弱。

6由兩根反向光纖組成環形拓撲結構。其中，一根順時針，一根逆時針，節點在環上可以從兩個方向到達另一節點。每根光纖可以同時用來傳輸數據和同向控制信號，RPR環雙向可用。

7利用空間重用技術實現空間重用，使環上的帶寬得到更為有效的利用。RPR技術具有空間復用、自動拓撲識別、帶寬公平機制和擁塞控制機制、物理層介質獨立等特點。

8設備投資比單核心局域網結構的投資高。

9核心路由的冗余設計難度較高，容易形成路由環路。

層次化網絡設計/三層組網架構

層次局域網結構特點

1核心層實現高速數據轉發。

2匯聚層實現豐富的接口和接入層之間的互訪控制

3接入層實現用戶接入。

4網絡拓撲結構故障定位可分級，便于維護。

5網絡功能清晰，有利于發揮設備的最大效率。

6網絡拓撲有利于擴展。

三層組網架構

接入層交換機：接入層是工作站連接網絡的入口，實現用戶的網絡訪問控制【MAC地址過濾】，這一層的交換機應該以低成本提供高密度的接入端口。
匯聚層交換機：匯聚層將網絡劃分為多個廣播/組播域，可以實現VLAN間的路由選擇，并通過訪問控制列表實現分組過濾。這一層交換機的端口數量和交換速率要求不是很高，但應提供第三層交換功能。同時進行服務質量（QoS）管理和速度限制，以及安全訪問控制列表、組播管理和IP路由。
核心層交換機：核心層應采用可擴展的高性能交換機組成園區網的主干線路，提供鏈路冗余、路由冗余、VLAN中繼和負載均衡等功能，并且與匯聚層交換機具有兼容的技術，支持相同的協議。

層次化網絡模型優點

網絡成本降到最低：通過在不同層次設計特定的網絡互連設備，可以避免為各層中不必要的特性花費過多的資金。
實現不同層次上的模塊化：易于理解，使得故障隔離程度得到提高，保證了網絡的穩定性。
網絡的改變變得更加容易：當網絡中的一個網元需要改變時，升級的成本限制在整個網絡中很小的一個子集中，對網絡的整體影響達到最小。

層次化網絡模型原則

在設計時，設計者應該盡量控制層次化的程度，一般情況下，有核心層、匯聚層和接入層3個層次就足夠了，過多的層次會導致整體網絡性能的下降，并且會提高網絡的延遲，同時也不方便進行網絡故障排查和文檔編寫。
在接入層應當保持對網絡結構的嚴格控制，接入層的用戶總是為了獲得更大的外部網絡訪問帶寬而隨意申請其他的渠道訪問外部網絡，這是不允許的。
為了保證網絡的層次性，不能在設計中隨意加入額外連接，額外連接是指打破層次性，在不相鄰層間的連接，這些連接會導致網絡中的各種問題，例如缺乏匯聚層的訪問控制和數據包過濾等。
在進行設計時，應當首先設計接入層，根據流量負載、流量和行為的分析對上層進行更精細的容量規劃，再依次完成各個上層的設計。
除了接入層以外的其他層次，應盡量采用模塊化方式，每個層次由多個模塊或者設備集合構成，每個模塊間的邊界應非常清晰。

■?網絡冗余設計

◆?網絡冗余設計-備用路徑

通信線路冗余設計中，常見的設計目標：（1）備用路徑（2）負載分擔

一般情況下，備用路徑僅僅在主路徑失效時投入使用。

備用路徑設計時主要考慮：

(1)備用路徑的帶寬(2)切換時間 (3)非對稱 (4)自動切換 (5)測試

◆?網絡冗余設計-負載分擔

負載分擔通過冗余的形式來提高網絡的性能，是對備用路徑方式的擴充。負載分擔通過并行鏈路提供流量分擔來提高性能，其主要的實現方法是利用兩個或多個網絡接口和路徑來同時傳遞流量。

關于負載分擔，在設計時主要考慮以下因素：

1當網絡中存在備用路徑、備用鏈路時，可以考慮加入負載分擔設計。

2對于主路徑、備用路徑都相同的情況，可以實施負載分擔的特例-負載均衡，也就是多條路徑上的流量是均衡的。

3對于主路徑、備用路徑不相同的情況，可以采用策略路由機制，讓一部分應用的流量分攤到備用路徑上。

4在路由算法的設計上，大多數設備制造廠商實現的路由算法都能夠在相同帶寬的路徑上實現負載均衡，甚至部分特殊的路由算法（例如IGRP和增強IERP）可以根據主路徑和備用路徑的帶寬比例實現負載分擔。

■?廣域網接入技術

◆?廣域網接入技術

PSTN公用電話網絡56kb/s。

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

線纜調制解調器接入HFC主干光纖，光纖到小區，銅纜接入。

數字用戶線路遠程接入xDSL。ADSL：高速下行信道：1.544～9Mb/s，雙工信道：16～640kb/s的，語音信道：64kb/s。

◆?接入和終結設備

PON接入

PON（Passive Optical Network，無源光纖網絡）是一種點到多點（P2MP）的光纖接入技術，它由局側的OLT、用戶側的ONU（光貓）和ODN光分配網絡組成。
“無源”是指在ODN全部由分光器等無源器件組成，不需要供電。
PON具有組網方便、建網速度快、節省光纜資源、抗電磁干擾、防雷和綜合建網成本低等優點。
傳統PON技術下行數據流采用廣播技術、上行數據流采用TDMA技術，以解決多用戶每個方向信號的復用問題。
PON上行波長為1310nm，下行波長為1490nm。