网络工程的基本知识文档格式.docx

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网络可靠性设计：

RAID磁盘镜像技术、系统容灾设计、存储网络设计、双机热备份、链路冗余、系统恢复技术等

2物理设计

网络设备选型

综合布线设计

系统测试

网络设计中的矛盾分析

主流技术与新技术的矛盾

安全性与易用性的矛盾

可靠性与经济性的矛盾

可靠性设计往往以增加系统成本为代价

网络设计基本原则

责任工程师原则

需求决定方案原则

基本结构不变原则

奥卡姆剃刀原则

通用性原则

不要采用专用性太强的设计方案

核心简单边缘复杂原则

核心层尽量保持简单，边缘层可能情况复杂，需要反复权衡利弊。

弱路由原则

尽量减少路由器传输的信息。

80/20原则

（数据流量的80%在该子网内通信，只有20%的数据流量发往其它子网）

影响最小原则

（网络结构改变时受到的影响应限制到最小程度）

2用2备2扩原则

主干光缆布线时，2根使用，2根备份，2根保留。

技术经济分析原则

成本与性能通常是最基本的设计权衡因素。

成本不对称原则

局域网设计时考虑线路成本少，考虑设备性能多

多样性原则

不要过分依赖于某一个设备厂商的产品。

代表性的网格计算项目：

Globus项目、Javalin项目

网格计算的应用1科学研究2企业信息处理3电子政务4个人娱乐

新型的P2P技术典型应用1-BT下载2OICQ3P2P搜索

下一代因特网研究的三个方面

1服务质量2网络安全性3网络基础设施

网络工程需求分析

网络工程需求分析的目的是：

描述网络系统的行为特征与约束条件，指明网络系统必须实现的具体指标。

需求分析中可能存在的问题

1没有足够的用户参与

2用户需求不断增加

3模棱两可的需求

4不必要的特性

5过于精简的需求说明

6不准确的计划等

7需求分析的过程

网络功能有两大类

（1）因特网功能

1域名系统（DNS）2网页浏览（Web）3邮件收发（Email）4文件传输（FTP）：

5网络论坛（BBS）6网络聊天（IM）

因特网的四大基本服务：

DNS、Web、Email、FTP

2）内部网（Intranet）功能

资源共享数据管理文件管理信息发布协同工作OA系统MIS系统

ERP系统（用于制造类企业）一卡通系统CAD系统视频监控

个人用户512kb/s的带宽基本能满足大部分用户的需求。

企业用户接入带宽一般10Mb/s以下

中型企业网络接入带宽在10～100Mb/s之间

☆小型局域网一般采用星型拓扑结构

☆园区网一般采用树型结构加网状结构

☆城域网一般采用环型、树型、网状混合结构

网络扩展时应满足的要求：

1新用户能简单的接入现有网络

2新应用能无缝地在现有网络上运行

3现有网络拓扑结构无需作大的更改

4原有设备能得到很好的利用

5网络性能恶化在用户允许范围内

扩展性需求分析要明确的内容：

用户业务的扩展性：

业务新增长点、增长速度、员工增长速度、部门调整。

网络性能的扩展性：

带宽和设备性能的预留比率。

网络结构的扩展性：

环境变化、扩展方式、新增子网、扩展无线网络、接入方式改变。

网络性能的核心参数是带宽

网络安全性需求分析

1系统软件和硬件的安全

2数据安全

3用户认证

4入侵防护安全

网络管理包括：

1性能管理、2配置管理、3安全管理、4故障管理、5计费管理等。

网络逻辑设计

链路：

两个网络节点之间的信号通道-链路容量—物理链路和逻辑链路、上行链路和下行链路

☆电信网络中的Trunk，主干网络、电话干线

☆带宽设计中的Trunk，多个交换机的端口聚合

☆链路备份中的Trunk，链路热备份

☆VLAN中的Trunk，VLAN跨交换机时的信号转发

冲突域指信号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。

采用确定性协议（如SDH）或采用轮询协议（如令牌环）的网络，不会发生冲突

产生广播风暴的原因：

典型案例：

主机查找服务器资源

大量主机广播查找服务器地址。

网络环路

网卡故障

网络病毒

黑客软件和视频广播软件的使用

环网目前主要用于城域网设计：

SDH（同步数字系列）

DWDM（密集波分复用）

RPR（弹性分组环路）

环型结构优点：

☆消除了对中心设备的依赖。

☆信号沿环单向传输，时延固定。

☆所需光缆较少，适宜于长距离传输。

☆各个节点负载均衡。

☆双环或多环网络具有自愈功能。

☆路由选择简单，不易发生地址冲突等。

点对点型拓扑结构

用于局域网互联，或城域网和广域网的互联。

点对点通信协议：

PPP、PPPoE等

点对点结构优点：

☆设备无关性

每个连接都是独立的，能使用任何合适的硬件。

☆独立性

两个节点之间能选择相互接受的通信方式。

☆安全性

只有2个节点使用信道。

☆非中心化

资源和服务分散在所有节点上，避免了性能瓶颈，增强了扩展性。

☆负载均衡

没有中心设备，大大减少了信道争用、设备争用。

如果网络中节点数为N，则连接网络的链路数H可下式计算。

网状型拓扑结构H=N*（N-1）/2

总线型拓扑结构N个节点完全互联只需要1条总线传输线路

星型拓扑结构N个节点完全互联需要N-1条传输线路

蜂窝型拓扑结构主要用于无线通信网络。

蜂窝结构采用频率复用技术进行扩容

混合型拓扑结构

混合型结构的顶层节点负荷较重

分层设计方法

（1）网络分层设计模型

Cisco等公司提出了层次化网络设计的概念

分为：

核心层、汇聚层和接入层。

核心层主要提供节点之间的高速数据转发。

汇聚层主要负责路由聚合，收敛数据流量。

接入层为用户提供网络访问功能，并执行用户认证和访问控制。

（2）交换型层次结构

缺点：

路由功能不强大；

广播风暴。

主要用于局域网设计

（3）路由型层次结构

网络结构较复杂，易形成性能瓶颈。

主要用于城域网和广域网设计。

（4）网络分层设计

（5）接入层设计

接入层设计目标：

为最终用户提供访问网络的能力。

接入层设计中应当注意的问题：

环境复杂

管理困难

设备质量差

（6）汇聚层设计

汇聚层主要功能

1链路汇聚

减少接入层与核心层之间的链路数。

2流量聚合

将接入层低速链路转发到核心层。

--链路聚合

3路由聚合

减少核心层路由器中路由表的大小。

主干带宽管理

流量控制、负载均衡、QoS保证。

信号中继

对跨交换机划分的VLAN进行信号中继。

VLAN路由

在汇聚层进行路由处理。

隔离变化

隔离接入层结构变化对核心层的影响。

汇聚层大多选用三层交换机

（7）核心层设计

核心层的主要功能是实现数据包高速交换

核心层网络结构设计

1.核心层冗余

核心层冗余设计的三个目标：

（1）减少跳数；

（2）减少可用的路径数量；

（3）增加核心层可承受的故障数量。

核心层冗余技术：

（1）完全网状结构

（2）部分网状结构

2.汇聚层冗余

汇聚层冗余技术：

双归接入到其它汇聚层路由器的备份链接

服务子网的设计

（1）集中式服务设计模型

设计原则：

将所有服务子网设计在网络核心层

优点：

结构简单，便于管理

缺点：

增加了核心层的负荷，增加了网络链路流量，可靠性不好

适用于网络数据流量不大的小型企业局域网

（2）分布式服务设计模型

基本原则：

网络服务集中，应用服务分散。

优点：

网络流量分担合理，核心层设备压力小，可靠性好

网络管理工作量大，设备利用率不高。

主要用于企业园区网设计。

园区局域网是指为企事业单位组建的办公局域网。

典型的园区局域网包括校园网、社区网、住宅小区网、企事业单位网等。

园区局域网是网络的基本单元

园区局域网较适合于采用三层结构设计

园区局域网对线路成本考虑的较少，对设备性能考

虑的较多

园区局域网的结构比较规整，有很多成熟的技术

园区局域网中的常见技术

传统以太网（Ethernet）技术（基本已淘汰）

快速以太网（FastEthernet）技术

吉比特（千兆）以太网技术

万兆以太网技术

光纤分布式数据接口（FDDI）技术（基本已淘汰）

ATM（异步传输模式）技术

无线局域网（WLAN）技术

快速以太网指速度较快，能提供100M标准带宽的以太网，使用5类或超5类双绞线或光缆作为传输介质，拓扑结构上以星型和树型为主

吉比特以太网的特点：

（1）吉比特以太网与传统以太网和快速以太网兼容

（2）保护原有网络的投资。

（3）吉比特以太网可用于多种传输介质。

（4）低成本的升级费用。

（5）支持服务质量（QoS）和第三层交换。

（6）吉比特以太网及新的10G比特以太网为局域网和城域网提供了高性价比的宽带传输交换

万兆以太网可以提供10Gb/s的带宽，可以满足骨干网大容量传输的需求，并与现行以太网技术兼容。

万兆以太网只支持全双工模式，只能使用光纤作为传输媒体，不支持CSMA/CD协议。

万兆以太网可同时支持局域网和广域网接口，且有效距离可达40km。

万兆以太网技术可以作为对带宽要求较高的局域网组网技术。

光纤分布式数据接口（FDDI）技术

FDDI的优点：

带宽高、传输量大、信道利用率高达80%

适合长距离传输，具有极佳的容错能力与稳定性

技术成熟度较高，得到广泛推广

FDDI的缺点：

网络协议比较复杂

安装和管理相对困难

价格昂贵

与以太网互联困难

ATM（异步传输模式）技术

ATM（AsynchronousTransferMode，异步传输模式）是建立在电路交换和分组交换基

础上的一种新的交换技术，ATM兼有电路交换的可靠性、实时性和分组交换的高效性、

灵活性，通常作为高性能局域网骨干和广域网骨干

无线局域网（WLAN）

无线局域网的特性1可移动性2布线容易3组网灵活4成本优势

广域网技术选型

1.公共交换电话网（PSTN）

PSTN的接入设备是Modem

传输速率较低，一般为33kb/s~56kb/s之间

2．分组交换网

协议是一种数据分组交换技术，适用于低中速线路。

的接入设备是PAD（分组包装拆器

帧中继很多地方和相同，如它也采用虚电路技术并且也支持PVC和SVC两种交换方式。

帧中继网络采用的传输介质是光纤。

DDN（数字数据网）DN可提供n*64kb/s的带宽（n=1~30）。

xDSL是HDSLADSLVDSL等技术的统称

ADSL的优势：

（1）在一对双绞线上可为用户提供高达8Mbps的下行

速率，1Mbps的上行速率。

（2）较充足的带宽可用于传输多种宽带数据业务；

而

且，下行速率大于上行速率

（3）ADSL并不影响用户对普通电话的使用。

由于使

用了独特的信号调制技术，用户接入ADSL的同

时仍然可以进行普通电话通信。

ADSL适用于远程局域网访问和视频点播等应用环境。

虚拟专用网VPN

定义：

使用IP机制仿真出一个私有的广域网

VPN（虚拟专用网络）是通过私有的隧道技术在公共数据网络上仿真一条点到点的专线技术

VPN能够实现专用网络的功能

VPN的概念介于专用网和公用网之间

VPN价格低廉，但性能不如真正的专用网

目前VPN主要采用四种技术来保证信息的安全，分别是隧道技术、加密和解密技术、密钥管理技术和用户与设备认证技术。

冗余链路构成了网络环路，广播信息会在环路中循环发送，导致网络性能降低。

环路引起的广播风暴，可通过STP或Trunk技术解决。

STP原理：

将导致循环的端口设置为阻塞状态。

当链路出现故障时，启用已经被屏蔽的备用链路。

网络存储技术

目前主要的网络存储技术有四种

（直接附加存储）（网络附加存储或网络连接存储）

（存储区域网络）（因特网小型计算机接口）

VLAN设计的基本原则

应尽量避免在同一交换机中配置太多的VLAN

VLAN不要跨越核心交换机和拓扑结构的分层

DHCP被用来在网络上自动进行TCP/IP地址的分配

使用DHCP的好处：

1.可以不必配置IP地址2.提高地址的利用率3.为移动用户自动配置IP地址

NAT技术能够有效解决企业IP地址短缺问题，而且在一定程度上还能防范网络的攻击。

NAT技术的实现方法：

1.静态地址转换2.动态地址转换3.端口复用地址转换

局域网中，上行和下行带宽相差不多。

因特网中，下行带宽大于上行带宽。

满足用户一般网络服务需求带宽不能低于256kb/s

基本的设计思想是：

根据带宽占用大的业务来选择线路带宽，并根据业务使用频度考虑对带宽的复用。

非阻塞式设计：

上层链路带宽大于或等于下层链路带宽的总和。

阻塞式设计：

上层链路带宽低于下层链路带宽的总和。

非阻塞式网络汇聚节点负载轻，网络扩展性好，但是工程成本高。

集线比：

可用信道与接入用户线的比例

网络集线比：

网络服务系统有效接入与最大接入能力之间的比率。

计算机网络的集线比经验值为1：

8～1：

15。

流量设计的80/20规则：

网段上80%的数据流量在本网段内部流动，只有20%的网络流量访问其它网段。

这种流量设计模型主要适应于分布式服务网络。

减轻了网络核心层的流量压力。

不利于网络集中管理。

1.QoS的主要技术指标

服务质量的定义

QoS是指IP网络在传输数据流时，满足一系列服务请求的实现机制。

QoS的目标是提供端到端的服务质量控制或保证。

时延

时延是两个节点之间，发送和接收数据包的时间间隔。

在任何系统中，传输时延总是存在的。

话音数据包到达目的地的总时间不得超过150ms

话音网络的抖动不应超过30ms。

丢包率数据包丢失率应小于1%

1.网络窃听发生在共享式局域网内部

防范窃听：

1.使用交换机分段

2.加密

3.使用软件进行监控

2.完整性破坏指的是在公共网络上传输的数据存在着被篡改的可能。

保护完整性的唯一方法就是使用散列（Hash）函数算法。

散列函数生成的信息摘要具有不可逆性，任何人都不能将其还原成原始数据。

3.地址欺骗技术就是伪造一个被主机信任的IP地址，从而获得主机的信任而造成攻击

4.拒绝服务攻击（DenyofService，即DOS）是以消耗服务器端资源为目标，通过伪造超过服务器处理能力的请求数据造成服务器响应阻塞，从而使正常的用户请求得不到应答，实现攻击目的。

5.计算机病毒的危害：

1.系统速度变慢甚至资源耗尽而死机2.硬盘容量减小

3.网络系统崩溃4.数据破坏和硬件损坏

病毒类型：

1.文件型病毒2.引导扇区病毒3.混合型病毒4.宏病毒

5.木马病毒6.蠕虫病毒7.网页病毒

网络安全技术概述

身份验证技术

数据完整性技术

跟踪审计技术

信息加密技术

防火墙技术

防火墙是内部网络与外部网络通信的唯一途径

防火墙本身对于渗透是免疫的

架设防火墙的步骤

1．制定安全策略2．搭建安全体系结构

3．制定规则次序4.落实规则集

5．注意更换控制6．做好审计工作

入侵监测系统不跨接多个物理网段。

IDS分类：

根据信息来源不同可分为基于主机IDS和基于网络的IDS，根据检测方法又可分为异常入侵检测和滥用入侵检测。

入侵检测过程：

信息收集、信息预处理、数据检测分析和响应

IDS系统在网络中的布署

广域网中枢：

不适合

局域网核心层：

IPS只能串联在网络上，对防火墙不能过滤的攻击进行处理。

网络物理设计

交换机之间的级联

交换机级联的主要目的是延长网络传输距离。

不同品牌的交换机之间，也可以通过级联方式扩展网络。

级联的两种方式：

星型级联、总线级联。

交换机一端为普通端口，另一端为特殊端口时，使用直通电缆进行连接。

交换机两个端口均为普通端口或均为特殊端口时，使用交叉电缆进行级联。

交换机的堆叠可以实现网络端口和容量的扩展。

交换机堆叠的两种模式：

菊花链堆叠和星型堆叠

菊花链堆叠模式主要适用于有大量计算机的机房。

星型堆叠的缺点是对主堆叠交换机要求非常高。

MPASS原则：

M——可管理性（Management）

P——性能（Performance）

A——可用性（Availability）

S——服务（Service）

S——节约成本（SavingCost）

集线器是一个共享设备，其实质是一个多端口的中继器

中继器是工作在物理层的设备，通过对信号的放大和再生来延长网络传输距离。

网桥也叫桥接器，是连接两个局域网的存储转发设备，工作在OSI的数据链路层。

网桥最主要的优点是它可以限制传输到某些网段的通信量。

6类产品及系统的频率范围应当在1~250MHz之间，最高可到达到350MHz。

7类布线有着较大的竞争优势

至少600MHz的传输速率

低成本

综合布线系统设计步骤

1）分析用户需求2）实地考察现场（或获取建筑物平面图）

3）设计网络拓扑结构，确定系统结构4）进行可行性论证

5）绘制综合布线施工图6）编制综合布线材料预算清单

衰减以dB为单位，低衰减值表示链路性能好。

衰减测量环境温度为20℃，衰减会随温度的增加而加大。

对于5类双绞线链路，温度每增加1℃，衰减增大%。

如果电缆穿过金属导管，衰减会增加2%～3%

近端串扰（NearEndCrosstalk，NEXT）NEXT是双绞线中一对线对另一对线的干扰信号。

NEXT单位为dB，NEXT绝对值越大串扰越低，传输性能越好。

在40m内测量到的近端串扰较真实

回波损耗（RL）

回波损耗是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，线路越短，回波损耗越大。

传输延迟和延迟偏差

最大传输延迟不大于555ns。

一般要求延迟偏差不大于50ns。

直流环路电阻

一对双绞线的电阻之和。

直流环路电阻一般不大于Ω/100m

光纤通信的优点

通信容量大（理论可达25Tb/s）、保密好、抗电磁波幅射干扰、防雷击、传输距离长（无中继下可达200km）

可将多模光纤简单的理解为传输多束光波的光纤。

多模光纤普遍采用价格低廉的发光二极管（LED）作为光源。

可将单模光纤理解为传输一束光波的光纤

当缆线采用电缆桥架布放时，桥架内侧的弯曲半径不应小于300mm。

预埋在墙体中间暗管的最大管外径不宜超过50mm，楼板中暗管的最大管外径不宜超过25mm，室外管道进入建筑物的最大管外径不宜超过100mm

在机柜内设备之间的安装距离至少留1U的空间，便于设备的散热。

垂直干线子系统的结构是一个星型结构。