《网络规划与设计教程》第七章：网络拓扑设计

第七章：网络拓扑设计

3/24/20231内容提要网络拓扑概述层次化网络拓扑设计冗余网络拓扑设计模块化网络拓扑设计3/24/20232网络拓扑概述网络拓扑概述拓扑结构分类拓扑结构与可靠性3/24/20233拓扑结构分类网络拓扑结构主要有：星型结构、环形结构、总线结构、树型结构、网状结构、蜂窝状结构、分布式结构等。3/24/20234星型结构3/24/20235环形结构3/24/20236总线结构3/24/20237树型结构3/24/20238网状结构3/24/20239拓扑结构与可靠性3/24/202310拓扑结构与可靠性具有200个节点的环形网络，假定环上所有点到点链路的可用性均为99％。网络中的节点A和节点B按链路数目将环对等分隔开，即A和B两个节点之间有两条由100条链路组成的路径。A和B连通的可靠性计算如下：

1(10.99100)2=0.3663/24/202311网络可靠性分析方法已知单个网络组件的可用性，如何根据网络拓扑结构计算网络节点之间连通的可靠性？3/24/202312网络可靠性分析方法假定网络中单个组件发生故障是统计意义上的独立事件，即某一组件发生故障与其它组件故障无关。将独立事件的概率理论应用于网络可靠性分析中。设U和V是两个独立事件，则根据组合事件概率计算方法，组合事件U∩V（与事件）和U∪V（或事件）发生的概论的计算公式如下：P{U∩V}=P{U}P{V} (1)P{U∪V}=P{U}+P{V}-P{U}P{V} (2)在此应用环境下，公式(1)的含义是：Availability(UandV)=Availability(U)Availability(V)因此，公式（1）通常用于网络中可用性计算。3/24/202313网络可靠性分析方法对公式（2）：P{U∪V}=P{U}+P{V}-P{U}P{V}如果U和V是小概论事件，即P{U}和P{V}的值非常小，则P{U}P{V}的值可以忽略不计（近似为0）。此时公式2可以近似于：

P{U∪V}=P{U}+P{V} (3)在可靠性计算的应用环境中，不可用的值往往是小概率事件，因此公式（3）的含义可以解释为：Unavailability(UorV)≈Unavailability(U)+Unavailability(V)从以上分析中可以看出，在可靠性的计算中，应用不可用的计算公式计算网络可靠性更容易些，而且也能够满足足够的精确度的要求。3/24/202314网络可靠性计算实例（1）并行链路可靠性计算

3/24/202315网络可靠性计算实例（2）串行链路可靠性计算

3/24/202316网络可靠性计算实例（3）组合可靠性计算：如何计算A、B节点之间连通的可靠性呢？

3/24/202317网络可靠性计算实例（3）第一步：计算A和B之间顶部路径的可靠性

3/24/202318网络可靠性计算实例（3）第二步：简化E-C链路，计算E和C之间的可靠性3/24/202319网络可靠性计算实例（3）第三步：计算A和B之间下部路径的可靠性3/24/202320网络可靠性计算实例（3）第四步：计算A和B之间的可靠性3/24/202321内容提要网络拓扑概述层次化网络拓扑设计

冗余网络拓扑设计模块化网络拓扑设计3/24/202322层次化网络拓扑设计层次化网络拓扑设计平面结构的拓扑与层次化拓扑网状拓扑与层次化网状拓扑层次化设计的优势三层层次化模型层次化设计原则3/24/202323平面结构的拓扑与层次化拓扑平面广域网拓扑与层次化广域网拓扑3/24/202324网状拓扑与层次化网状拓扑部分网状拓扑结构（左）和全网状拓扑结构（右）3/24/202325网状拓扑与层次化网状拓扑部分网状层次化设计3/24/202326网状拓扑与层次化网状拓扑中等规模商业网络的星型层次化拓扑结构3/24/202327层次化设计的优势将局域网中的广播域限制在特定大小的区域，将不同区域按层次化结构互连起来，既限制广播域大小，实现高效通信，又便于网络的可扩展性。可以设计一种模块化的拓扑结构，限制路由器的数量。从而可以减少路由器之间的通信和大量的路由通告。3/24/202328层次化设计的优势使用层次化模型可以帮助降低网络成本。层次化设计使得网络的改变也更容易。便于实现网络的可扩展性。3/24/202329三层层次化模型经典的网络设计拓扑结构是三层层次化模型，该模型在三个连续的路由或者交换层次上实现流量汇聚和过滤，这使得三层层次化模型的规模可以扩大到大型的国际互联网络。3/24/202330三层层次化模型3/24/202331层次化设计原则第—个原则：是尽量控制层次化网络拓扑的直径，即层数。第二个原则：是在接入层也应该保持对网络拓扑结构的严格控制。另外一个原则：是先设计接入层，然后是分布层，最后才是核心层。3/24/202332层次化设计原则第二个原则：是在接入层也应该保持对网络拓扑结构的严格控制，原因是：接入层最容易违反层次化设计原则。例如：分支办公室的网络管理员可能将一个分部网络连到另一个分部网络上，从而为网络增加了一个第四层。这是常见的网络设计错误，叫做增加一条链接。3/24/202333层次化设计原则接入层的链接和后门3/24/202334内容提要网络拓扑概述层次化网络拓扑设计冗余网络拓扑设计模块化网络拓扑设计3/24/202335冗余网络拓扑设计冗余网络拓扑设计冗余与网络性能

冗余设计3/24/202336冗余与网络性能冗余网络设计通过设置冗余的网络元素来满足网络的可用性需求。其目标是重复设置那些由于失效而会导致关键应用失效的组件，这种组件可以是核心路由器、交换机、两台交换机之间的一条链路、信道服务单元、电源、广域网干线、到因特网的连接等。3/24/202337冗余与网络性能冗余设计可以是高可靠性、高成本的完全冗余，也可以是一定程度可靠性、较高成本的部分冗余。因为冗余对布署和维护都非常昂贵，所以应该谨慎实施冗余拓扑结构。3/24/202338冗余网络拓扑设计冗余网络拓扑设计冗余与网络性能冗余设计3/24/202339冗余设计1、备用路径评估冗余网络设计的网络性能时，应该考虑备用路径的如下两个方面的内容：备用路径支持多大的容量启用备用路径需要多长时间2、负载分担负载分担允许通过两个或多个接口和路径来分担流量负载。负载分担不等于负载均衡。3/24/202340内容提要网络拓扑概述层次化网络拓扑设计冗余网络拓扑设计模块化网络拓扑设计

3/24/202341模块化网络拓扑设计模块化网络拓扑设计企业组合网络模型企业园区网拓扑设计企业边界拓扑设计3/24/202342企业组合网络模型企业组合网络模型包括三个主要部分：企业园区企业边界服务提供商边界3/24/202343企业组合网络模型3/24/202344企业园区网拓扑设计园区网络组成：园区基础设施模块、服务器群组、网络管理模块、提供园区和其余外部网络连通性的边界分配模块组成。3/24/202345企业园区网拓扑设计园区网设计中的关键：1、虚拟局域网设计

连接来自网络A和网络B的工作站的单台交换机3/24/202346企业园区网拓扑设计园区网设计中的关键：1、虚拟局域网设计跨越两台交换机的VLANA和VLANB3/24/202347企业园区网拓扑设计园区网设计中的关键：2、无线局域网设计一个或者多个AP组成一个无线局域网3/24/202348企业园区网拓扑设计园区网设计中的关键：

3、有线局域网中的冗余和负载分担使用生成树算法和VLAN的一种冗余的园区局域网设计

3/24/202349企业园区网拓扑设计园区网设计中的关键：4、服务器冗余园区网中的各种服务器，如文件、Web、动态主机配置（DHCP）、名字及数据库服务器等都可以设计为冗余。冗余既保证可用性，也具备性能上的好处。3/24/202350企业园区网拓扑设计园区网设计中的关键：5、路由器冗余热备份路由协议

3/24/202351企业边界拓扑设计1、冗余广域网网段广域网链路是企业互连网络中非常关键的一部分，因此在企业边界网络拓扑结构中经常包括冗余（备份)广域网链路。3/24/202352企业边界拓扑设计2．多宿主Internet连接多宿主连接Internet的方法3/24/202353四种多宿主连接方式特性描述及对比

企业路由数目到Internet的连接数目ISP数目优点缺点方式A121广域网备份；低成本；与一个ISP互连比与多个ISP互连容易无ISP冗余；路由器是单故障点；该解决方案假设ISP在企业网络附近有两个接入点方式B122广域网备份；低成本；ISP冗余路由器是单故障点，处理两个不同的ISP的策略和步骤很困难方式C221广域网