网络设计复习.docx
《网络设计复习.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网络设计复习.docx（32页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
网络设计复习
第一章计算机网络设计引言
3.系统集成的复杂性
系统集成的复杂性体现在：
技术、成员、环境、约束四个方面，它们之间互为依存关系。
网络工程常用工具软件
软件名称
网络操作系统软件说明
微软公司网络操作系统
红帽子公司网络操作系统
美国伯克利分校操作系统
思科公司网络设备操作系统
1.3.1网络体系结构
•定义：
网络的功能分层与各层通信协议的集合称为网络体系结构。
•主要网络体系结构：
–（开放式系统互联参考模型）
–（传输控制协议/互联网协议）
•网络模型
1.3.2网络体系结构
•适用于连接多种不同网络。
•已成为目前事实上的国际工业标准。
•是目前异种网络互联的唯一协议。
•协议分层：
–应用层、传输层、网络层、网络接口层。
•存在的问题：
–地址空间不足、、安全等。
•网络体系结构的特点：
–网络协议。
没有严格定义网络接口层的详细规范，而是选择作为默认通信标准，这种看似不严格的方法，为适用其他网络形式提供了良好的基础。
–软件与设备。
应用层一般采用软件实现，这样具有功能的多样性，实现的灵活性；其他层由硬件实现则提高了网络处理性能。
–网络寻址。
应用层采用进程寻址；传输层采用端口号寻址；网络层采用地址；网络接口层采用地址寻址。
1.4.1网络工程分层设计模型
1．网络分层设计模型的基本结构
•网络规模的不断扩大，产生了以下问题：
–园区局域网主机数达到了数千台；
–有限带宽和无限需求的矛盾越来越突出；
–网络之间的互连变得更加复杂；
–网络安全问题变得严重；
–局域网技术正逐步应用到城域网中。
•等公司提出了层次化网络设计的概念。
•网络设计分为：
核心层、汇聚层和接入层三个层次。
•网络层次化设计的优点：
–可以将网络分解成许多小的单元，降低了网络设计的复杂性。
–更容易处理广播风暴、信号循环等问题。
–网络容易升级到最新的技术，升级任意层次的网络不会对其他层次造成影响。
–层次结构降低了设备配置的复杂性，网络故障也易于定位，使网络更容易管理。
•网络层次化设计的缺点：
–不适用于结构简单的小型局域网。
–核心层某个设备或某个链路失效时，会导致整个网络遭到严重破坏。
–分层设计中往往采用设备冗余、路由冗余等设计方法，这会导致网络复杂性的增加。
1.4.2网络工程设计基本原则
•2001提出了计算机领域中12个反复出现的重要慨念和基本原则。
1.关联
–网络协议之间的关联性；
–网络设备之间的关联性；
–操作系统与网络服务软件之间的关联性；
–网络工程实施中的关联性；
–网络工程各种约束条件之间的关联性；
–企业组织结构与网络结构的关联性等。
2.大问题的复杂性
–网络规模越大，涉及的约束条件越多，所耗费的资源也会越多。
–问题的大小与复杂性直接相关。
•例如，对以太局域网来说，100个用户的网络设计是一个小问题，而10万个用户的城域以太网设计则是一个大问题。
–笛卡尔《方法论》：
•将大问题分解为多个规模适当的小问题，然后再进行解决。
–有些问题需要采用“系统论”的方法来解决。
3.慨念和形式的模型
–80-20模型
•企业设计部门或办公部门，保证一个子网数据流量的80%是在该子网内的本地通信，只有20%的数据流量发往其他子网；对市场部或公共机房，则80%的网络流量会发送到外部网络，内部网络流量只有20%左右。
–核心简单边缘复杂原则
•核心层结构简单，但性能要求高；
•接入层结构复杂，但性能要求低于核心层。
4.一致性和完备性
–冗余原则
•网络核心设备应当考虑部件的冗余，当某一部件出现故障时，可作为容错备份。
热插拔，自动备份，快速恢复等功能，都是非常重要的技术指标。
–2用2备原则
•主干光纤布线非常麻烦，在主干光纤布线时，应考虑2根光纤正常使用，另外预留2根光纤用于链路备份，方便系统今后的扩展。
5.效率
–效率是一个双刃剑，美国经济学家奥肯在《平等与效率》中断言：
“为了效率就要牺牲某些平等，并且为了平等就要牺牲某些效率”。
•例如，多台交换机采用“级联”方式互连时，网络设备利用率高，但是对最底层交换机用户不平等；
•采用“堆叠”方式互连时，所有交换机用户都平等共享网络带宽，但是网络设备投资较大，资金利用效率不高。
–技术简单性原则
•在满足网络业务需求的前提下，尽可能选择简单实用的技术和设备。
否则，今后的运行管理、故障维护都需要专业人员，管理开销过大。
–奥卡姆剃刀原则
•不要把简单的事情复杂化。
复杂的网络结构会提高系统运营成本，并且使网络难于管理。
只有在有特殊要求的情况下，或者能够带来很好性价比的情况下，增加网络复杂性才是合理的。
–弱路由原则
•路由器容易成为网络中的性能瓶颈。
一般在连接外网时使用路由器，而内网中尽量使用3层交换机。
1.4.3网络设计中的矛盾分析
•先进性、实用性、安全性、易用性、可靠性、经济性等，这些指标往往是相互矛盾的。
•一个满足以上所有指标的网络设计方案，是一个充满矛盾的设计。
•一个优秀的网络工程师，应当在满足其中少量几个主要指标后，对其他相互矛盾的指标做出折中处理。
1．主流技术与新技术的矛盾
–主流技术的观点
•网络技术发展迅速，大多数网络工程师无法看清10年甚至5年后技术的发展，所以在网络设计中应当采用成熟的网络技术，选用成熟的主流产品。
•在网络设计中选择主流技术可以减少用户培训和管理费用。
–新技术的观点
•成熟的网络技术处于发展的顶峰，接下来会进入技术淘汰期。
•采用先进网络技术进行设计，可为网络带来较高的性能，为今后的扩展提供较好的基础。
2．安全性与易用性的矛盾
–从易用角度上做出的很多权衡和折中带来了太多的安全漏洞和隐患。
•例如，采用图形操作界面，易用性很好，但很容易造成安全漏洞。
而采用字符界面，结构相对简单，不容易造成安全漏洞。
•操作系统的权限管理比较简单，使用方便，但是安全性不好。
•的权限管理非常完备，特别是可执行代码，权限控制更为严格。
只有系统管理员才能执行某些特定程序。
但是复杂的权限管理造成了系统易用性不好。
3．可靠性与经济性的矛盾
–网络系统每年工作365天（客户端除外），每天提供24小时不间断服务，因此网络设计必须考虑网络的可靠性。
–高可靠性网络可以通过链路冗余，设备冗余，数据远程备份冗余等技术实现。
–网络系统可靠性设计以增加系统成本为代价。
–在满足系统需求前提下，应尽可能设计出网络拓扑结构简单、网络设备利用率高的设计方案。
第二章网络用户需求分析
2.2.1用户类型的分析
•不同行业对网络系统的需求存在很大差异，行业性在一定程度上决定了网络设计的技术选型，拓扑结构，设备性能等技术要求。
1．个人用户
–主要是因特网业务。
–512的带宽能满足大部分用户的最低需求。
–数据安全的需求大大低于企业。
–使用时间集中在20：
00～24：
00之间。
2.企业用户
–小型企业网络（信息点100以下）
•网络节点较少，地理分布范围较小。
•主要利用因特网进行用户业务。
•接入带宽一般10以下。
•通常采用以太网技术。
中低档路由器接入
–中型企业网络（１００－１０００个用户）
•地理分布范围在一个区域内。
•主要用于企业内部网络通信。
•接入带宽在10～100之间。
•对数据安全性要求较高。
•通常采用以太网技术设计网络。
–大型企业网络
•往往以企业总部为中心。
•总部使用高端路由器并做冗余备份。
•分支机构采用中低端路由器做接入。
•线路采用租用专线，也可采用。
2.2.3网络基本结构需求分析
1、拓扑结构需求分析
（1）网络分层采用核心、汇聚和接入3层或是2层。
◆小型局域网，一般采用2层或1层。
◆园区网和城域网，一般采用3层。
（2）网络的拓扑结构。
◆小型局域网，一般采用星形或树型
◆园区网，一般采用树型结构加网状形
◆城域网一般采用环形、树形等综合结构
（3）用户是否需要采用进行工作划分。
（4）用户是否需要采用无线通信网络。
（5）用户网络接入点的类型和数量。
（6）用户本地网络是否需要与远程网络互连。
（7）用户是否需要组建一个大型行业城域网。
2.网络节点需求分析
–网络节点的设备处理能力是否满足要求
–网络节点服务器布置（核心层、汇聚层考虑）
–终端设备（如）的分布情况
–传输介质转接点（光纤收发器等）的位置分布情况
–综合布线设备间的位置等
2.2.4网络投资约束条件分析
•任何资本的投入都期望得到回报。
•根据专家估计，在网络系统生命周期中，前期网络工程费用大概占30%左右，大部分费用发生在网络运行管理和维护中。
•网络系统的收益类型：
–一次性收益。
–非一次性收益。
–不可定量的收益。
网络系统投资成本一览表
•一次性投入的
服务器、、交换机、路由器、网络其它设备、安全产品、布线设备、系统建设
•一次性投入、周期性升级
系统软件
•周期性费用
网络维护、线路接入、网络管理、人员培训
2.3用户高级要求需求分析
2.3.1网络扩展性需求分析
网络扩展性要求：
（1）新用户或新部门能简单接入；
（2）新业务能无缝在网络运行；
（3）网络拓扑无需大的更改；
（4）原有设备能有效利用；
（5）网络性能恶化在用户允许范围内。
（2.3还有一道小题）
一、判断题
•
（1）弱路由原则：
一般在连接外网时使用路由器，而内网尽量使用3层交换机。
•
（2）一个计算机网络可以同时满足安全性和易用性；
•（3）计算机网络中可靠性与经济性是矛盾的，即不可能同时满足两个要求；
•（4）局域网的80/20模型，就是指80%的数据流量在子网，而20%数据流量发往其它子网。
•（5）一个面向市场的计算机网络系统应该满足所有用户的需求。
二、选择题
•
（1）用户网页浏览时的通信流量属于
•a.偶尔少量的通信，可忽略； b.突发性通信
•c.固定带宽的流式传输 d.不定带的数据传输应用
•
（2）下列不具有网络扩展性的设备是
•a.刀片式服务器 b.固定式交换机
•c.模块化路由器 d.兼容性的网卡
•（3）计算机网络避免单点故障体现了
•a.网络扩展性 b.网络性能需求
•c.网络可靠性 d.网络安全需求
•（4）下列哪些投资不是一次性投入的
•a.交换机 b.布线设备 c.路由器 d.系统软件
•（5）汇聚层交换机安装时发现找不到电源供应，原因是
•a.未明确网络环境分析 b.未明确网络设备分析
•c.未明确用户对业务网络服务的需求 d.未能网络性能进行分析
三、填空题：
•
（1）.最终用户的平均最低接入带宽是;
•
（2）.对于小型局域网，一般采用 拓扑结构或 拓扑结构；对于园区网，一般采用 拓扑结构加 拓扑结构。
四、问答题：
•
（1）网络七层协议是哪七层？
•
（2）怎么解决计算机网络中大问题的复杂性？
•（3）网络扩展时应满足哪些要求？
第三章网络拓扑结构设计
3.1.1点对点网络的特点
•网络通信方式：
–点对点
–点对多点（广播）
•点对点网络将主机以点对点方式连接，主机通过单独的链路进行数据传输，并且两个节点之间可能会有多条单独的链路。
•点对点网络主要用于园区网、城域网和广域网
广播式网络：
在网络中只有一个单一的通信信道，由这个网络中所有的主机所共享。
即多个计算机连接到一条通信线路上的不同分支点上，任意一个节点所发出的报文分组被其他所有节点接受。
发送的分组中有一个地址域，指明了该分组的目标接受者和源地址。
一台机器收到了一个分组以后，它检查地址域。
如果该分组正是发送给它的，那么它就处理该分组；如果该分组是发送给其他机器的，那么就忽略该分组
广播网络广泛用于局域网通信。
广播网络优点：
在一个网段内，任何两个节点之间的通信，最多只需要“2跳”的距离；
广播网络缺点：
网络流量很大时，容易导致网络性能急剧下降。
•广播网络没有用于广域网的原因：
–主机协调通信需要占用大量的通信资源；
–主机长距离通信会带来较大的信号延迟；
–长距离高带宽的信道非常昂贵。
网络类型
拓扑结构类型
主要应用
网络扩展
可靠性
投资
点对点
链路形
、
中等
低
低
环形
、
困难
高
高
网状形
、
困难
高
高
广播
总线形
中等
低
低
星形
容易
高
低
蜂窝形
容易
高
高
•3.1.2链路形拓扑结构
•链路形网络由点对点串联而成。
•链路网与总线网结构相同，工作原理不同。
•链路网与总线网的区别：
–总线网络采用广播方式进行数据传输；
–而链路形网络采用点对点方式进行信号传输。
•链路形网络拓扑结构简单，易于布线，节省传输介质（一般为光缆），用于主干传输链路。
•支持链路结构的网络有：
、等。
•点对点可看作是链路形网的一种特殊情况。
•链路形结构的优点
–设备无关性。
–独立性。
–安全性。
–非中心化。
•链路形结构的缺点
–连接较多。
–时延较大。
3.1.3环形拓扑结构
•环网中，各个节点通过环接口，连接在一条首尾相接的闭合环形通信线路中。
•环网结构有：
–
单环
–多环
–环相切
–环内切
–环相交
–环相连等
•[P42图3-3]环网结构应用
•环网特点
–每个节点都与两个相临的节点相连，因而是一种点对点通信模式。
•环网信号单向传输，如果1节点需要将数据发送到N节点，要绕环网络一周才能到达N节点。
•环网在节点过多时会产生较大的信号时延。
N+1N
•在工程实施中，往往在环的两端实现环封闭。
因此环网在物理上呈总线形状，逻辑上仍然是环型结构。
•双环网络的自愈功能
–单环网络中，如果环网中某一节点断开，环上所有节点的通信就会终止。
–环网采用双环或多环结构。
–在环网正常工作时，外环（数据通路）传输数据，内环（保护通路）作为备用环路。
当环路发生故障时，信号会自动从外环切换到内环，这种功能称为环网的“自愈”功能。
3.1.4网状形拓扑结构
•网状形拓扑结构采用点对点通信方式
•网络中任何两个节点之间都有直达链路连接，在通信建立过程中，不需要任何形式的信号转接。
•网状形结构类型：
–半网状形结构
–全网状形结构
•网状结构一般用于城域网和广域网中
3.2有大题
3.2.1广播网络的特点
•广播网络工作原理
–广播网络一般采用（载波监听多路访问/冲突检测）原理进行工作。
–广播网络有一个信道，网络上所有节点共享这个信道。
数据包广播传输时，网络中所有节点都会接收到数据包。
各个节点一旦收到数据包，就对这个数据包进行检查，看是否发送给本节点，如果是则接收，否则丢弃这个数据包。
•广播网络信号传输方式
–单播
–多播
–组播。
•
冲突域：
是指产生冲突的最小范围。
–冲突域的大小会影响到网络的性能。
–交换机、路由器等设备可以隔离冲突域。
•广播域：
广播域就是说如果站点发出一个广播信号后能接收到这个信号的范围
–广播会占用大量网络资源，影响网络带。
•冲突域就是连接在同一导线上的所有工作站的集合，或者说是同一物理网段上所有节点的集合
•冲突域：
在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧
冲突域与广播域的对比：
冲突域：
在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧;
广播域：
网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合;
冲突域：
基于第一层（物理层）;
广播域：
基于第二层（数据链路层）;
⏹以太网中，冲突域是由组成的，一个就是一个冲突域
⏹交换机的每个端口都是一个冲突域。
3.3有图示题
–双中心结构常用于园区网设计
–优点：
网络结构较为简单，实现了设备冗余和链路冗余，这提高了网络的可靠性，也可以很好地进行网络负载均衡。
•[案例]双中心网络结构
第四章地址规划与路由技术
4.1.1地址类型与规定
1．地址类型
•（因特网工程小组）将地址分为五类，其中A、B、C是主类地址，D类为组播地址，E类保留。
4地址总数=232=42亿个
类型
地址格式
段1取值范围
A
网络号.主机.主机.主机
1～126
B
网络号.网络号.主机.主机
128～191
C
网络号.网络号.网络号.主机
192～223
2．公有地址与私有地址
•公有地址：
在互联网上使用的地址；
–这类地址不允许出现重复，用户必须向（网络信息中心）申请。
•私有地址：
允许在内部网络中重复使用。
–私有地址无须向申请。
–私有地址不能在因特网上使用。
特殊地址
•网络号或主机号为全0或全1的地址有特殊的意义，它们不分配给主机使用。
•全1的意义为“全部”，全0的意义为“这个”，
网络号
主机号
说明
案例
全0
全0
本机
0．0．0．0
全1
全1
本网段广播地址，路由器不转发
255．255．255．255
全0
全1
本网段的广播地址
0．0．255．255
全1
全0
本网络掩码
255．255．0．0
全0
主机
本网段的某个主机
0．0．96．33
网络
全0
标识一个网络，常用在路由表中
96．33．0．0
网络
全1
从一个网络向另一个网络广播
96．33．255．255
127
任何值
本机测试回送地址（）
127．0．0．1
4.1.3子网划分技术
•（无类别域间路由）是地址分配和路由归纳技术。
•的路由基于地址的掩码进行，而不管地址的类别（A类、B类或C类）。
•地址格式：
•表示超网地址；
•y为网络前缀位数（掩码位）；
•最大可用网络前缀为/30，保留2位给主机使用。
•采用地址后，路由表中的许多表项归并成更少的数目。
如192.168.8.0~192.168.15.0
可以表示为192.168.8.0/21
•地址块划分时，网络前缀中的二进制位必须是连续的1。
网络地址规划案例
•某分配给某大学的地址块为：
210.43.96.0/22。
–网络前缀为/22；
–网络掩码为：
255.255.252.0；
–地址范围为：
210.43.96.0～210.43.99.255；
–网络最大有1024个地址。
–某大学继续将以上地址划分为5个子块，校内地址规划如图所示。
•某分配给某公司的地址块为：
110.56.48.0/21。
–网络前缀为？
；
–网络掩码为：
？
；
–地址范围为：
？
；
–某公司继续将以上地址划分为？
个子块，公司内部地址规划？
；
–网络最大有？
个地址。
静态路由与动态路由
•静态路由按照网络工程师预先设计好的路径进行路由选择。
•动态路由可以根据网络结构，通信量等变化，自动调整路由。
•采用动态路由时，路由器能自动建立路由表，并且能根据网络变化的情况适时进行调整。
2.静态路由的特点
•静态路由由网络工程师手工在路由器中配置。
•静态路由可以减少路由数据过载问题，对于拓扑结构极少变化的网络可以使用静态路由。
•大型和复杂的网络环境通常不宜采用静态路由。
第五章路由技术原理
5.1引言
•路由器工作在网络层，它接收各网络入口的分组，并把分组从其相应的出口转发出去。
它依赖于协议，所以路由器本质上是软件设备。
•路由器不仅可以连接局域网，还可以连接广域网。
•路由器是互联网最关键的设备。
路由器要实现数据转发的功能，必须解决两个基本问题：
•路由策略——根据数据包的目的地址和网络的拓扑结构选择一条最佳路径，把对应不同目的地址的最佳路径存放在路由表中。
•路由机制——搜索路由表，决定向哪个接口转发数据，并执行相应的操作。
5.3选路协议的选择
路由器选路
路由器负责接收来自各个网络入口的分组，
并把分组从其相应的出口转发出去。
这涉及两方
面的问题：
Ø找到分组的相应出口。
查找路由表来实现。
Ø将分组从入口送到出口。
由路由器的体系结构决定。
路由表中的内容涉及到选路协议工作的范畴，选择合适的选路协议很重要。
路由器在网络中的作用：
•多种网络的互连
•不同网络的地址映射
•分组与重组
•协议转换
•网络间的隔离
•流量控制和拥塞控制
•网络地址转换（）
选路协议都有一个共同的目标：
与其他路由器共享可达性信息。
而不同的协议采取了不同的办法。
另外，选路协议在可扩缩性和性能特性上各有特点。
距离矢量算法
每个路由器维护一张表（即是一个矢量），表中列出了当前已知的到每个目标的最佳距离，以及所使用的链路。
这些表通过邻居之间的相互交换信息而不断的实现更新。
距离矢量算法特点：
好消息反应迅速；坏消息反应迟钝。
初始：
A停机，并且B，C，D，E知道这个情况。
A启动后路由变化情况。
初始：
A正常，并且B，C，D，E知道这个情况。
A停机后路由变化情况。
使用距离矢量算法的网络出现故障需要较长的时
间才能是邻近路由器知道。
要改善这个缺点，有
几种办法：
Ø水平分割：
路由器区分不同的接口，从一个接口收到了路由更新信息，那么同样的信息就不能通过本接口再送回去。
Ø毒性逆转：
从一个接口来的一个路由表项目在通过同样的接口发送出去时，就要将其度量置为16。
Ø触发更新：
一旦网络发生变化，路由器就发送新的路由表。
即不用等30秒的间隔时间。
链路状态选路算法：
Ø<变种为，大型网络和的主要路由算法>
Ø每一个路由器需要完成5件事，算法才能正常工作：
Ø1发现它的邻居节点，并了解其网络地址。
Ø2设置到每个邻居节点的距离或者成本度量值。
Ø3构建一个包含所有刚刚获得的链路信息包。
Ø4将这个包发送给其他的路由器，并接受所有其他路由器的信息包。
Ø5计算出到每个路由器的最短路径。
5.4数据报传输与处理过程
主机A的路由表
子网掩码
目的网络
下一路由器
255.255.0.0
10.1.0.0
直接投递
0.0.0.0
0.0.0.0
10.1.0.1
路由器R1的路由表
子网掩码
目的网络
下一路由器
255.255.0.0
10.1.0.0
直接投递
255.255.0.0
10.3.0.0
直接投递
255.255.0.0
10.2.0.0
10.1.0.1
路由器R2的路由表
子网掩码
目的网络
下一路由器
255.255.0.0
10.1.0.0
直接投递
255.255.0.0
10.2.0.0
升级会员 