网络设计与设备选择

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,正文,商丘职院计算机网络技术教研室,商丘职业技术学院,网络设计与设备选择,1,网络拓扑结构设计,学习目的与要求,1,、熟悉主要网络设备的代表图示在网络中的位置顺序；,2,、掌握交换机设备级联和堆栈连接方式与技术；,3,、熟悉主流的网络拓扑结构类型及各自的主要特点与应用；,4,、掌握星形以太网的网络结构和有,AP,的无线局域网基础结构的设计方法。,2,网络结构中的主要网络设备,1,、路由器,华为,3com Quidway AR46-20 Cisco 12000 Sisco 1800 Cisco 800,3,网络结构中的主要网络设备,2,、交换机,Cisco 2960 Cisco 2940 Cisco 2900,4,网络结构中的主要网络设备,3,、防火墙,Cisco PIX,防火墙,4,、无线,AP,5,三种基本网络拓扑,1,、星形拓扑,优点：,（,1,）容易实现,（,2,）接点扩展、移动方便,（,3,）维护容易,（,4,）网络传输数据快,缺点：,（,1,）核心交换机工作负荷重,（,2,）网络布线复杂,（,3,）广播传输，影响网络性能,6,三种基本网络拓扑,2,、环形拓扑,优点：,（,1,）网络路径选择和网络组建简单,（,2,）投资成本低,缺点：,（,1,）连接用户数非常少,（,2,）传输速率慢,（,3,）传输效率低,（,4,）维护困难,（,5,）扩展性能差,7,三种基本网络拓扑,3,、总线结构,优点：,电缆长度短，易于布线和维护；结构简单，传输介质可靠。,缺点：,（,1,）故障诊断难,（,2,）故障隔离比较困难,（,3,）网络效率和传输性能不高,（,4,）不易扩展,8,两种无线局域网结构的主要优缺点,1,、无,AP,的,AD,Hoc,模式主要优缺点,AD,Hoc,采用点对点连接方式，只能单点通信，连接性能差，使用于数量较少的计算机无线互联；同时因为没有中心管理单元，所以管理性和扩展性上受限制；但其结构简单（类似于对等网），成本低。,2,、基于,AP,的,Infrastructure,与有线网络的星形交换模式类似，无线,AP,相当于交换机。所以易于扩展，便于集中管理。,9,交换机级联与堆栈连接技术,交换机级联,级联是最常见的连接方式，就是使用网线将两个交换机进行连接。连接的结果是，在实际的网络中，它们仍然各自工作，仍然是两个独立的交换机。需要注意的是交换机不能无限制级联，超过一定数量的交换机进行级联，最终会引起广播风暴，导致网络性能严重下降。级联又分为以下两种：,1,、使用普通断口级联,所谓普通端口就是通过交换机的,某一个常用端口,(,如,RJ-45,端口,),进,行连接。需要注意的是，这时所,用的连接双绞线要用反线，即是,说双绞线的两端要跳线,(,第,1-3,与,2-6,线脚对调,),10,交换机级联与堆栈连接技术,2,、使用,Uplink,端口级联,在所有交换机端口中，都会在旁边包含一个,Uplink,端口，如图,2,所示。此端口是专门为上行连接提供的，只需通过直通双绞线将该端口连接至其他交换机上除,“,Uplink,端口,”,外的任意端口即可,(,注意，并不是,Uplink,端口的相互连接,),。,11,交换机级联与堆栈连接技术,堆栈扩展模式,此种连接方式主要应用在大型网络中对端口需求比较大的情况下使用。交换机的堆叠是扩展端口最快捷、最便利的方式，同时堆叠后的带宽是单一交换机端口速率的几十倍。但是，并不是所有的交换机都支持堆叠的，这取决于交换机的品牌、型号是否支持堆叠,;,并且还需要使用专门的堆叠电缆和堆叠模块,;,最后还要注意同一堆叠中的交换机必须是同一品牌。,它主要通过厂家提供的一条专用连接电缆，从一台交换机的,“,UP,”,堆叠端口直接连接到另一台交换机的,“,DOWN,”,堆叠端口。堆叠中的所有交换机可视为一个整体的交换机来进行管理。,提示：采用堆叠方式的交换机要受到种类和相互距离的限制。首先实现堆叠的交换机必须是支持堆叠的,;,另外由于厂家提供的堆叠连接电缆一般都在,1M,左右，故只能在很近的距离内使用堆叠功能。,12,小型基本星形网络结构设计,某小型办公室网络，是以一台具有,24,个,10/100Mbit/s,，,2,个,10/100/1000Mbit/s,自适应,RJ-45,端口的以太网交换机进行集中连接的。网络中配置,1,台服务器、,1,台用于互联网访问的宽带路由器、,1,台网络打印机和,20,个以内的工作站用户。现为这个小型办公室设计出具体网络拓扑结构。,网络要求：,1,）所有网络设备都与同一台交换,机连接,2,）整个网络没有性能瓶颈,3,）要有可扩展余地,13,小型基本星形网络结构设计,设计思路,（,1,）确定网络设备总数,网络设备包括工作站、服务器、网络打印机、路由器和防火墙等所有与交换机连接的设备。,本例的设备有,20,个以内的工作站,+1,台服务器,+1,台网络打印机,+1,台宽带路由器,=23,（,2,）确定交换机端口类型和端口数,交换机端口类型主要由传输速度（,10Mbit/s,、,100Mbit/s,、,1000Mbit/s,）或硬件接口（,RJ-45,、,SC,光纤接口等）来分类。一般来说，网络中的服务器、边界路由器、下级路由器、下级交换机、网络打印机和特殊用户工作站要连接在高速端口,。,14,小型基本星形网络结构设计,（,3,）保留一定的网络扩展所需端口,网络扩展主要体现在：一是用于与下级交换机的连接，二是用于后续添加的工作站用户。,（,4,）确定连接工作站总数,交换机端口总数,-,除工作站外的所有网络设备,=,可用于连接的工作站总数（,注意保留几个端口用于网络扩展）,15,设计步骤,Internet,第一步，确定关键设备连接，把需要高带宽的设备连接在交换机高速端口上。,第二步，把所有工作站和网络打印机连接到交换机普通端口上。,第三步，实现,Tnternet,连接，将交换机的普通端口与路由器连接，路由器则直接或通过宽带设备与,Tnternet,建立连接,16,中型扩展星形网络结构设计,在一个中型企业局域网中，整个网络分布在同一楼层的多间办公室中。整个网络的交换机分,3,层结构，核心交换机是两台提供,1,个,1000Mbit/s SC,光纤接口、,4,个双绞线,10/100/ 1000Mbit/s,接口和,24,个,10/ 100Mbit/s,接口的以太网交换机；骨干交换机是两台,RJ-45,双绞线,10/100/ 1000Mbit/s,接口、,48,个,10/ 100Mbit/s,接口的以太网交换机；边缘交换机还有,4,台为,10/ 100Mbit/s,双绞线,RJ-45,接口的,24,口以太网交换机。另外，网络边缘通过边界路由器和防火墙与外界网络连接。,17,中型扩展星形网络结构设计,网络要求,（,1,）核心交换机能提供负载均衡和冗余配置；,（,2,）所有设备都必须连接在网络上，且尽可能均衡负载，整个网络没有性能瓶颈；,（,3,）各设备所连交换机要适当，不能出现超过双绞线网段距离的,100m,限制；,（,4,）通过结构图可了解各主要设备所连端口类型和传输介质。,18,中型扩展星形网络结构设计,设计思路,（,1,）采用自上而下的分层结构设计,先确定核心交换机的连接，然后是骨干交换机的连接，最后是边缘交换机的连接。,（,2,）把关键设备冗余连接在两台核心交换机上,该步是为了实现核心交换机的负载均衡和冗余配置，主要在核心交换机之间，核心交换机与骨干交换机之间，核心交换机与关键设备之间进行配置。,（,3,）连接其他网络设备,把较重要的多数工作站和网络打印机等设备连接在核心交换机或骨干交换机的普通端口上，而把负荷小的设备连接在边缘交换机上。,19,中型扩展星形网络结构设计,设计步骤,Internet,20,大型混合型网络结构设计,某大型企业网络，分布在生产楼、行政楼和市场楼,3,栋建筑物中，各楼间相距在,100m,左右。整个网络的网络中心设在行政楼，生产楼和市场楼均配置高性能核心交换机及骨干交换机。分布于不同的,3,台核心交换机之间采用光纤总线型连接（采用性能更高的多模光纤，满足以上连接要求），各楼内部采用普通星型网络连接。为了便于说明，现假设各设备都配置有：核心交换机为,1,台支持链路聚合的多模光纤连接千兆以太网交换机；骨干交换机是两台支持可堆栈的双绞线千兆以太网交换机；在边缘层有若干台普通的快速以太网交换机。另在行政楼还部署了边界路由器和防火墙，以备与外部网络连接。,21,大型混合型网络结构设计,网络要求,（,1,）网络中的所有设备都必须用上，且必须尽可能保障负载均衡，无性能瓶颈。,（,2,）各楼的核心交换机用一条光纤电缆以总线网络类型连接在一起，为各楼用户间访问提供,10Mbit/s,网络连接。,（,3,）核心交换机通过两个双绞线千兆端口，采用链路聚合技术与骨干交换机连接，提供最高可达,2000Mbit/s,的连接性能。,（,4,）骨干层的交换机采用堆栈技术连接，进一步扩展端口实际可用带宽。,（,5,）核心交换机和骨干交换机都要留有可扩展端口。,（,6,）通过结构图可了解各主要设备所连端口的类型和传输介质类型。,22,大型混合型网络结构设计,设计思想,（,1,）首先确定主干网络，各楼核心交换机的光纤总线连接。,（,2,）再具体对各楼星形网络的具体网络要求一一部署。,（,3,）多各楼内部的扩展星形网络进行部署。,23,大型混合型网络结构设计,设计步骤,行政楼,市场楼,生产楼,Internet,24,总结,不管中大星形网络都是由小星形网络串联、并联而成。主要是思路清晰。自上到下分析。,要明白那些接口应该接什么设备，采用那种连接方式和传输介质，这就要根据不同带宽需求，尽量做到负载均衡，否则会造成性能瓶颈。,做到每台交换机有端口预留，为网络扩展和交换机端口损坏做准备。,25,课程内容,网络的拓扑设计,设备选择,网络设备连接,网络测试,26,校园网设计与设备选择,校园网基本需求,27,校园网基本需求,1,为教育信息的及时、准确、可靠地收集、处理、存储和传输等提供工具和网络环境。,2,为学校行政管理和决策提供基础数据、手段和网络环境，实现办公自动化，提高工作效率、管理和决策水平。,3,为备课、课件制作、授课、学习、练习、辅导、交流、考试和统计评价等各个教学环节提供网络平台和环境。,4,为使用网络通信、视频点播和视频广播技术，提供符合素质教育要求的新型教育模式；,5,为科学研究的资料检索、收集和分析；成果的交流、研讨；模拟实验等提供环境和手段,28,校园网设计思想,校园网设计要素：,整体方案具备高性价比，贴近用户现有应用。,网络可持续运营，方便控制、管理和发展用户。,设备可靠，性能先进，易管理维护。,网络安全可靠,易于与校园网中其他设备集成使用，便于资源整合，形成复用平台；具有良好的扩充和升级能力。,校园网总体建设特点：,多级多层、广域局域互联的近似城域网络的网络结构；院系网络,/,专用网络汇聚到校区骨干，校区骨干网络上联到校区网络中心，不同校区的网络核心设备一起组成校园网核心环。,29,大学校园网总体设计,校园网现状与需求：,提高信息技术应用水平的环境,教学科研的辅助手段,教学管理的重要手段,对外宣传的重要渠道,复杂多出口与计费的需求,安全管理的需求,强大数据中心建设的需求,用户管理,多业务管理支撑需求,网络管理,人才培养,降低综合建设成本,30,校园网络设计,大学校园网核心采用环形拓扑设计,31,学院校园网核心设计,学院校园网核心冗余方案,32,学院校园网核心设计,学院校园网冗余链路方案,33,学院校园网核心设计,简单链路方案,34,需求调查,核心交换机作为整个网络中的传输中枢，不仅从根本上决定着局域网的传输带宽和网络性能，而且关系着网络的安全性和稳定性。毫不夸张地说，核心交换机是整个网络的硬件核心，它决定网络应用的层次与规模。它的价格往往占网络设备总投资的,1/3,左右，使用寿命通常在,5,年左右。可见选择一个局域网核心交换机是相当重要的。在选购核心交换机前，应当做好以下调研工作。,35,现有网络设备情况？（作业）,网络性能需求,端口扩展需求,投资额度,36,核心交换机选择原则,需求,稳定,性价比,37,核心交换机主要参数,扩展能力,转发速率,背板带宽,四层交换,模块冗余,路由冗余,QoS,安全性能,技术潜力,38,核心交换机选择,39,网络汇聚层设计,网络汇聚层拓扑设计,链路汇聚连接方式,40,网络汇聚层拓扑设计,冗余链路连接方式,41,网络汇聚层拓扑设计,简单链路连接方式,42,汇聚层设备选择,43,介入层设计,随着校园网络服务和应用的不断深入，在网络边缘出现了以下,4,种新趋势。,桌面计算能力提高。,带宽密集型应用出现。,高敏感数据在网络中扩展。,出现了多种设备类型，如,IP,电话、,WLAN,接入点和,IP,视频摄像头。,44,接入层堆叠设计,45,接入层链路汇聚设计,46,接入层级联设计,47,接入层设备选择,48,可网管交换机,49,-,数据中心,校园网的作用：,保证网络链路的畅通，实现校园网络连接和,Internet,连接共享,保证网络服务器的稳定和高效，向校园网用户提供各种网络服务。,50,服务器选型,选择服务器时，应充分考虑服务器所扮演的角色。不同网络服务对服务器配置的要求不同,Web,服务器,/,代理服务器,FTP,服务器,/,文件服务器,活动目录服务器,数据库服务器,等,51,服务器集群设计,服务器群集是一组彼此相互独立，但作为单一系统一同工作的计算机系统（也称作节点），网络将这些节点作为单一系统而不是单独的计算机来访问和管理，即由多台同构或异构的计算机连接起来协同完成特定的任务就构成了集群系统。,52,服务器群集适用于为校园网络提供高性能、稳定的网络服务，如数据库服务、视频点播服务、,Web,服务、教务管理系统等。加入群集的服务器使用,2,条,1 000 Mbps,链路，分别连接至高速堆叠交换机和内部交换机，并借助操作系统实现服务器群集。堆叠交换机以链路汇聚方式，分别连接至两台核心交换机，实现链路冗余。如果服务器的性能不能满足网络用户的访问需要，也可以借助服务器群集方式，迅速提升网络服务的性能。,53,服务器集群设计,54,服务器链路汇聚设计,55,服务器简单连接设计,56,服务器安全设计,57,对外发布服务器设计,58,数据中心交换机选择,59,校园网出口设计,双路由设计,60,单路由设计,61,网络存储设计,校园网络往往需要海量存储，如电子期刊数据库、多媒体数据资料、电子图书库、课件素材库等。可选的网络存储设备主要有两种类型，即,SAN,和,NAS,。,62,交换机之间的连接,交换机端口,光纤端口、双绞线端口、,GBIC,插槽、,SFP,插槽、,10GE,插槽,63,光纤端口,提示：,1000Base-SX,、,1000Base-LX/LH,、,1000Base-ZX,均不支持自适应，不同速率和双工模式的端口不能连接通信。,64,双绞线端口,1000Base-T,和,100Base-TX,均可创建,EtherChannel,，成倍提供连接带宽，并实现链接冗余和负载均衡。,65,1GE,模块和插槽,GBIC,和,SFP,GBIC,模块和插槽,GBIC,模块分为,4,种：,1000Base-SX GBIC,多模光纤,1000Base-LX/LH GBIC,单模光纤,1000Base-ZX GBIC,长波单模光纤,1000Base-T GBIC,双绞线,66,67,SFP,模块和插槽,68,10GE,模块和插槽,10Gb/s,端口是现今最快端口，主要包括：,XENPAK,、,X2,、,XFP,、,SFP+,四种,69,复用端口,70,交换机链接策略,不同性能交换机的链接,71,非对称交换机的连接,高速率端口连接其他交换机和服务器，低速率连接计算机，提高服务器访问效率，防止端口拥塞。,72,高速端口向上级联,73,对称交换机的连接,核心交换机的背板带宽和转发速率较差，将影响整个网络的通信效率。,74,光纤端口连接,光纤端口和跳线必须与综合布线时使用的光纤类型相一致。,注意：光纤的芯径,相互连接的光纤端口的类型必须完全相同。,75,光纤跳线的交叉连接,交换机通过光纤端口级联时，要将光纤跳线两端的收发对调，一端接“收”，另一端接“发”。,76,双绞线端口的连接,使用普通端口级联,使用交叉线，将两台交换机的普通端口连接。,77,Cisco,交换机的堆叠,堆叠需要使用专门的堆叠电缆，和专门的堆叠模块。另外堆叠中的交换机必须为同一品牌。,StackWise,堆叠技术,统一支持,StackWise,堆叠技术的交换机可以进行堆叠，同一堆叠中的交换机共享配置和路由信息，从而创建一个单一的交换单元。,78,StackWise,堆叠,79,StackWise,堆叠方式,全带宽的冗余连接方式,半带宽的非冗余连接方式,80,81,FlexStack,堆叠,FlexStack,是,2960S,专用的堆叠技术，,FlexStack,堆叠技术的特点：单点管理，堆叠中的交换机被作为一台逻辑交换机进行配置和管理，每个,FlexStack,堆叠中最多允许,4,台交换机。,82,FlexStack,堆叠方式,83,84,办公网拓扑设计,办公网拓扑设计,85,冗余办公网拓扑设计,86,少量介入办公网拓扑设计,87,大量接入办公网拓扑设计,88,课程议题,课程练习,89,完成主流交换机品牌、系列、代表产品的调查。,90,交换机的背板带宽，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，单位为Gbps，也叫交换带宽，一般的交换机的背板带宽从几Gbps到上百Gbps不等。一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但同时设计成本也会越高。,包转发率标志了交换机转发数据包能力的大小。单位一般位pps（包每秒），一般交换机的包转发率在几十Kpps到几百Mpps不等。包转发速率是指交换机每秒可以转发多少百万个数据包（Mpps），即交换机能同时转发的数据包的数量。包转发率以数据包为单位体现了交换机的交换能力。,91,课程议题,课程作业,92,根据完成布的线设计,补充上网络设计、设备的选择和线缆连接内容。（允许自由选择设计对象）,下周一上机课结束前上交电子版。,93,Thank You !,94,