农业物联网工程网络设计-逻辑网络设计

农业物联网工程设计与实施项目三网络设计3.1网络带宽与流量析网络带宽与流量分析网络拓扑与分层设计服务子网的设计网络地址规划网络逻辑设计

网络逻辑设计是建设网络过程中的重要工作，从整体上影响或决定了网络的建设规模、基本结构、主要应用内容与模式、资金投入和建设周期等重大问题。

网络逻辑设计是网络工程技术人员不可或缺的必备专业技术，它是在掌握网络建设的任务与工作程序和理解网络工程建设的技术指标等基本概念的基础之上，根据用户需要确定网络建设的方案带宽与流量分析(从需求分析阶段开始考虑）拓扑结构规划与分层设计网络地址规划网络逻辑设计网络生命周期运行与维护阶段网络构思与计划阶段分析与设计阶段实施阶段网络设计周期需求分析商业需求用户需求应用需求计算平台需求网络需求用户应用计算平台网络物理拓扑网络软件网络互连设备广域网连接硬件需求操作系统需求软件需求需求分析网络带宽分析与设计视频是网络带宽的主要占用者。带宽与网络设备、网络线路、网络类型、应用环境等因素有关。以太网带宽不稳定性分析全部网络设备做非阻塞式设计投资相当大光纤线路对带宽影响不大双绞线线路质量的好坏，对网络带宽影响很大信号传输过程中，要扣除大约10%的系统开销以太网负载超过50%时，容易发生广播风暴线路环境温度过高、信息插座或接头氧化、环境电磁干扰过大等，都会造成网络带宽下降网络带宽分析与设计网络用户业务模型用户网络业务最低带宽需求不同的用户业务，需要不同的网络带宽。局域网用户要求较高的带宽，而且网络上行链路和下行链路的带宽相差不多。在因特网中，下行速率与上行速率不一致，用户对下行速率要求较多。业务类型最低下行带宽最低上行带宽业务说明网页浏览32kbit/s10kbit/s每个页面收发邮件128kbit/s128kbit/s依用户与邮件服务器带宽而定网上聊天64kbit/s32kbit/s文字聊天网上购物64～128kbit/s32kbit/s交互式应用网络游戏64～256kbit/s64kbit/s因特网游戏，依用户与游戏服务器带宽而定IP电话128kbit/s32kbit/sH.323纯语音IP电话，采用G.723编码视频监控256～512kbit/s256～512kbit/s分布式多媒体监控业务，如交通监控系统等视频点播1512kbit/s64kbit/sMPEG-1（VCD）分配型多媒体视频业务IPTV2～8Mbit/s512kbit/s～1Mbit/s网络电视业务HDTV2～20Mbit/s512kbit/s～1Mbit/s1024×768分辨率以上的高清电视业务端到端网络业务最低带宽要求网络带宽分析与设计网络带宽低于256kbit/s时，很难满足用户对网络服务的需求。基本设计思想：根据带宽占用大的业务来选择链路带宽，并根据业务使用频度考虑对带宽的复用。用户使用因特网的时间规律1～7点用户最少上网；早上8点开始上网人数逐渐增加；上午10点达到一天当中的第一个高峰；下午14、15点达到一天中的第二个高峰；晚上20、21点时达到一天中的顶峰。调查显示：用户平均每周上网4天，计13.4小时；平均每天使用3.35小时（200分钟）左右；用户平均每天收发的电子邮件为2.5封。获取信息占46%；休闲娱乐占32%；学习占8%。网络带宽分析与设计阻塞式与非阻塞式设计上层（如汇聚层）链路带宽大于或等于下层（如接入层）链路带宽的总和，称为非阻塞式设计；上层链路带宽低于下层链路带宽的总和，称为阻塞式设计。非阻塞式带宽设计的网络汇聚节点负载轻，网络扩展性好，但是工程成本偏高。网络带宽分析与设计集线比指可用信道与接入用户线的比例例如：一条E1线路可以同时接通30路电话，如果按照1:1的集线比，只能接30条用户线；如果按照1:8的集线比，可以接240条用户线，这样仍然可以满足30路电话同时通话，但是第31个用户需要通话时就需要等待，或者不能接通。接线比模型建立在所有用户不会同时通信的基础上集线比需要进行用户需求分析和话务量统计后才能确定在计算机网络中，如果按照阻塞式设计，同时又能满足用户需求，就需要确定网络服务的集线比。网络带宽分析与设计网络集线比：

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网络服务集线比计算如下：☆网络服务有效工作时长=打开网页数×（网页大小+系统开销）/（用户带宽/8）☆网络服务最大集线比=服务总工作时长/（网络服务有效时长+服务间隔时长）☆服务器最大用户数=（Web服务器带宽/用户接入带宽）×最大集线比网络带宽分析与设计可以通过带宽管理器、入侵控制系统、路由器等硬件设备进行控制和管理。

利用软件管理和控制网络带宽ISAServer可以进行网络带宽管理,带宽管理规则按次序排列,可以通过配置优先级和带宽规则给指定类型的网络通信分配较多的带宽。网络管理人员可以根据协议、调度、用户、目的、内容等方面指定带宽规则。网络流量分析与设计网络流量的特性1．流量与带宽带宽是一个固定值，流量是一个变化的量。带宽由网络工程师规划分配，有很强的规律性；流量由用户网络业务形成，规律性不强。带宽与设备、传输链路相关；网络流量与使用情况、传输协议、链路状态等因素相关。2．不同网络服务的数据流量特性网络性能取决于一些变量，如突发性、延迟、抖动、分组丢失等。不同的网络服务对这些指标要求会不同,如电子邮件具有很强的突发性。在网络设计中，应当根据用户数据流量特性进行网络流量设计和管理。网络流量分析与设计不同网络服务的流量特性服务类型业务特征突发性延迟容忍度抖动容忍度分组丢失容忍度Web网页多个小文件传输高中等高中等E-mail数据量小高高高高FTP大文件传输中等高高高即时通信数据量小高中等高高网络游戏要求可靠传输高中等高中等IP语音要求可靠传输低低低低视频点播带宽要求高低低低低电子商务要求可靠传输高中等中等低网络流量分析与设计流量监测图的功能：☆峰值流量大小，出现时间，持续时间；☆平均流量大小；☆流出与流入情况，出口是否存在拥塞；☆资源负载情况，如磁盘空间、CPU负载等；☆服务流量分布情况，如Web、FTP等；☆设备流量情况，如路由器、交换机等。网络流量分析与设计农业物联网工程设计与实施项目三网络设计3.3服务子网的设计服务子网的设计（1）集中式服务设计集中式服务设计将服务器集中配置在中心机房。这种设计方式的优点就是管理方便，安全性能高，缺点是增加了核心层的负荷。服务子网的设计（2）汇聚式服务设计汇聚式服务设计将服务器根据部门应用特点汇聚到各个部门（汇聚层）的机房。汇聚式服务设计优点是管理和维护都很灵活。服务子网的设计服务子网结构设计局域网服务类型：通用服务DNS、Web、FTP、E-mail等；应用服务OA、MIS、ERP、CAD等服务子网设计在网络的哪个层次，对网络性能影响很大。集中式服务设计模型所有服务子网设计在网络核心层，服务器机群集中安置在网络中心机房。优点：网络结构简单，便于管理；缺点：增加核心层负荷，增加网络链路流量，网络可靠性不好。分布式服务设计模型网络服务集中，应用服务分散。优点：

网络流量分担合理，核心层压力小缺点：

网络管理工作量大，设备利用率不高设计原则网络服务集中，应用服务分散

服务子网的设计集中式服务设计模型服务集中在核心层网络服务在核心层服务分布在汇聚层服务分布在接入层分布式服务设计模型网络拓扑设计案例

---层次模型和实用网络设计对应关系………QuidwayR3600QuidwayR3600N*E1QuidwayNE16/08ATM/POS其它一级节点总部数据中心局域网二级节点局域网二级节点局域网总部一级节点：省级二级节点：地市级三级节点：县级核心层汇聚层接入层案例－－某局全省网络DDN/FRPSTN/ISDN移动用户中心备份路由器中心路由器防火墙中心交换机中心备份交换机从服务器磁盘阵列主服务器网管工作站工作站市网络县网络中心备份路由器中心主路由器工作站工作站中心交换机PC服务器防火墙中心备份路由器防火墙中心主路由器楼层交换机工作站工作站省网络中心备份交换机中心主交换机网管工作站WEB服务器共享磁带库主服务器磁盘阵列从服务器应用路由服务器防火墙中心交换机中心备份交换机从服务器磁盘阵列主服务器网管工作站工作站市网络县网络中心备份路由器中心主路由器工作站工作站中心交换机PC服务器防火墙中心备份路由器防火墙中心主路由器楼层交换机工作站工作站省网络中心备份交换机中心主交换机网管工作站WEB服务器共享磁带库主服务器磁盘阵列从服务器应用路由服务器案例分解－局域网分层局域网的分层设计中心交换机从服务器省网络磁盘阵列案例分解－广域网分层PSTN/ISDN移动用户中心备份路由器中心路由器防火墙中心备份交换机磁盘阵列主服务器网管工作站工作站市网络县网络中心备份路由器中心主路由器工作站工作站中心交换机PC服务器防火墙中心备份路由器防火墙中心主路由器楼层交换机工作站工作站中心备份交换机中心主交换机网管工作站WEB服务器共享磁带库主服务器从服务器应用路由服务器DDN/FR案例—校园网案例—企业网网络设计案例分析网络层次不清晰的设计案例

网络设计存在以下问题结构设计不合理，交换机级联太深交换机配置存在问题设计方案中网络结构划分不明确网络设计案例分析网络核心层过于复杂的案例分析校园网核心层设计方案网络设计案例分析网络核心过于复杂案例农业物联网工程设计与实施项目三网络设计3.1网络拓扑结构与分层设计逻辑设计--网络拓扑结构选择资金投入业务开展方式可管理性可维护性网络的性能网络的可靠性拓扑结构选择依据常见的网络拓扑结构

网络拓扑结构是指忽略了网络通信线路的距离远近和粗细程度，忽略通信节点大小和类型后仅仅用点和直线来描述的图形结构网络拓扑结构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。点对点网络拓扑结构：点对点形、链路形、环形、网状形等点对点网络主要用于城域网和广域网点对点网络优点：网络性能不会随数据流量加大而降低。点对点网络缺点：网络中任意两个节点通信时，如果它们之间的中间节点较多，就需要经过多跳后才能到达，这加大了网络传输时延。网络拓扑结构广播式网络的特点广播式网络仅有一条信道，网络上所有节点共享这个信道。广播网络广泛用于局域网通信。广播式网络拓扑结构：星形网、总线网、蜂窝网等。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。L2L2L2L2L2广播域广播报文各种拓扑结构的分类与工作方式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MAN、WAN中等低低环形MAN、WAN困难高高网状形MAN、WAN困难高高广播总线形LAN中等低低星形LAN容易高低蜂窝形WLAN容易高高点对点类型网络拓扑结构-链路形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：SDH、DWDM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点对点类型网络拓扑结构-环形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N+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点对点类型网络拓扑结构-环形目前使用的环网：SDH（同步数字系列）DWDM（密集波分复用）RPR（弹性分组环路）已经淘汰的环网：TokenRing（令牌环）FDDISDH环网结构应用点对点类型网络拓扑结构-双环网络在工程实施中，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。工程中双环网络拓扑结构点对点类型网络拓扑结构-环形环形网络的优点：不需要集中设备(如交换机)，消除了对中心系统的依赖性；信号沿环单向传输，传输时延固定；所需光缆较少，适宜于长距离传输；各个节点负载较为均衡；双环或多环网络具有自愈功能；可实现动态路由；路径选择简单，不容易发生地址冲突等问题。环形网络拓扑结构的缺点：不适用于多用户接入；增加节点时，会导致路由跳数增加；难以进行故障诊断；结构发生变化时，需要重新配置整个环网；投资成本较高。[案例]SDH环网应用[案例]DWDM环网应用3.1点对点类型网络拓扑结构3.1点对点类型网络拓扑结构[案例P42]环网结构[案例]SDH环网应用3.1点对点类型网络拓扑结构[案例P42]环网结构[案例]SDH环网应用点对点类型网络拓扑结构-网状形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网状形结构的优点：每个节点之间有直达链路，信号传输快；通信节点不需要汇接交换功能，提高网络性能；存在冗余链路，网络可靠性高。网状形结构的缺点：线路多，总长度大，基本建设和维护费用很大；在通信量不大的情况下，线路利用率很低[案例P44]欧洲GEANT网络的网状形结构3.1点对点类型网络拓扑结构[案例]城域网核心层的网状结构3.1点对点类型网络拓扑结构[案例]城域网光纤链路的网状结构3.1点对点类型网络拓扑结构广播类型网络拓扑结构广播网络的特点广播网络工作原理广播网络一般采用CSMA/CD（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。广播网络类型有：星形网络，总线形网络，蜂窝形网络等广播网络信号传输方式单播多播组播广播类型网络拓扑结构冲突域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。广播域广播会占用大量网络资源，影响网络带。大量无用的广播包会形成广播风暴。可以用路由器来分割广播域。可采用VLAN划分缩小广播域的范围。广播类型网络拓扑结构[案例]交换机的冲突域和广播域冲突域广播域交换机广播类型网络拓扑结构L2L2L2L2L2广播域广播报文[案例]局域网中的广播域广播类型网络拓扑结构[案例]使用路由器隔离广播域L2L2L2L2L2广播域广播报文广播类型网络拓扑结构大量无用的广播数据包会形成广播风暴，在网络设计中应尽量减小广播域的大小。产生广播风暴的原因：主机查找服务器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软件使用广播类型网络拓扑结构-总线形总线形拓扑结构总线结构采用一条链路作为公共传输信道，网络上所有节点都通过相应的接口连接在总线上。N个节点完全互联只需要1条总线传输线路。总线网络协议有IEEE802.3定义的10BASE-2，10BASE-5，由于传输速率太低，目前已经淘汰。总线结构优点不需要其他互联设备，组网费用低；扩展网络时，只需要添加一个网络接头。总线结构缺点主机增多时，会引起网络性能下降；总线出现故障时，将导致整个网络中断。广播类型网络拓扑结构-星形星形拓扑结构每个节点都有一条单独的链路与中心节点相连，所有数据都要通过中心节点进行交换。星形网络采用广播传输技术，中心节点设备通常采用交换机。星形以太网在物理上呈星形结构，但逻辑上仍然是总线形拓扑结构。星形结构优点：网络结构简单，建设和维护费用少通信节点一般采用交换机，提高了链路利用率一个节点出现故障不会影响其它节点的连接星形结构缺点：可靠性低中心节点负担重使用线缆较多广播类型网络拓扑结构-星形[案例]星形网络结构广播类型网络拓扑结构-蜂窝形蜂窝形拓扑结构主要用于无线通信网络蜂窝的大小与基站或AP发射功率有关蜂窝实际结构蜂窝工程表示

蜂窝结构采用频率复用技术进行扩容蜂窝结构优点：网络建设时间短网络易于扩展蜂窝结构缺点：信号很容易受到环境或人为的干扰传输速率较低，投资成本较高广播类型网络拓扑结构-蜂窝形家庭无线网络城域无线网络结构广播类型网络拓扑结构-混合形混合形拓扑结构混合形结构在理论上可以是各种结构的组合，这种复杂的结构主要出现在城域网和广域网中。局域网中的混合结构主要是由交换机层次连接而构成的树形结构（星形+星形），以及由交换机与路由器连接构成的树形结构（星形+点对点）。混合形结构的顶层节点负荷较重，网络设计时可以将一部分负载分配给下一层节点。3.2广播类型网络拓扑结构网络[案例]企业局域网混合形结构网络拓扑分层设计Cisco公司将大型网络的拓扑结构划分为三个层次，即核心层、汇聚层和接入层处理高速数据流，提供核心节点之间的高速数据转发负责网段的逻辑分割，聚合路由路径，收敛数据流量将流量馈入网络，为用户提供网络访问和管理功能网络拓扑层次设计网络设计分三层：核心层、汇聚层、接入访问层核心层汇聚层接入层高速数据交换路由聚合及流量收敛工作组接入及访问控制等网络分层设计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网络分层设计路由型层次结构缺点：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网络拓扑分层设计

流量从接入层流向核心层时，被收敛在高速的链接上；流量从核心层流向接入层时，被发散到低速链接上分层设计的优点每层完成特定功能节省费用网络易于理解及管理容易扩展隔离网络故障

分层设计的缺点分层拓扑结构固有的缺点是在物理层内隐含（或导致）单个故障点，即某个设备或某个失败的链接会导致网络遭受严重的破坏。克服单个故障点的方法是采用冗余手段，但这会导致网络的复杂性的增加。网络拓扑分层设计-核心层

网络核心层的主要工作是快速交换数据包，核心层的设计应该注意两点：（1）不要在核心层执行网络策略：所谓策略就是一些设备支持的标准或系统管理员定制的规划。（2）核心层的所有设备应具有充分的可到达性。采用高带宽网络技术。禁止采用任何降低核心层设备处理能力，或增加数据包交换延迟的方法。任何形式的策略必须在核心层外执行，如数据包的过滤和复杂的QoS处理等。一般采用高性能的多层模块化交换机。核心层性能设计策略核心层冗余设计策略增加带宽最简单的方法是增加冗余链路路由器可为多个链路提供负载均衡功能可在核心层采用设备冗余和链路冗余设对冗余链路可利用STP进行配置处理核心层路由设计策略尽量减少核心层路由器配置的复杂程度使用路由器分组优化特性不应使用默认路径来到达内部主机可采用默认路径来到达外部主机利用路由聚合来减少核心层路由表的大小网络拓扑分层设计-核心层核心层网络结构设计

单中心结构双中心结构

单中心结构常用于小规模局域网设计优点：结构简单，投资少，适用于网络流量不大，可靠性要求不高的局域网。缺点：将服务子网集中在核心层，会导致核心层负载重，可靠性差。当核心层出现故障时，容易导致网络瘫痪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。网络拓扑分层设计-核心层核心层类型－压缩型

小型网络使用

核心层核心层类型－核心网型

大型网络使用

核心层

汇聚层网络分层设计-汇聚层核心层与接入层的分界：隔离拓朴结构的变化控制路由表的大小访问流量及端口的收敛主要策略：路由聚合使核心层与汇聚层的连接最小化汇聚层的主要设计目标:隔离拓扑结构的变化；通过路由聚合控制路由表的大小；收敛网络流量。网络分层设计-汇聚层汇聚层主要功能链路聚合：减少接入层与核心层之间的链路数。流量聚合：将接入层低速链路转发到核心层。路由聚合：减少核心层路由器中路由表的大小。主干链路管理：流量控制、负载均衡、QoS保证。广播域划分：进行VLAN划分，定义广播域范围。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。网络分层设计-汇聚层汇聚层交换机选择大多选用3层交换机或可网管的2层交换机。在汇聚层采用3层交换机，可以减轻核心层交换机的路由压力，有效地进行路由流量的均衡。对突发流量大，控制要求高，需要QoS支持的应用，可选择高性能多层交换机。汇聚层选择2层交换机时，核心层交换机的路由压力会增加。园区网设计中，一般采用电口交换机设备。城域网汇聚层，由于网络流量大，传输距离远，一般采用全光口交换机。网络分层设计-汇聚层汇聚层链路汇聚汇聚层将大量低速流量汇聚后，发送到核心层，以实现链路的收敛，提高网络传输效率。

链路汇聚连接方式网络分层设计-接入层

接入层是网络的对外可见部分，用户与网络的连接场所为最终用户提供访问网络的能力提供各种接入方式，将流量接入网络控制访问，保证网络安全接入层设计中应当注意的问题

适度超前分期实施简化设计安全隔离网络分层设计-接入层接入层拓扑结构设计一般采用星形结构一般不采用冗余链路一般不进行路由信息交换接入层设备应具有良好的扩展性用户集中的环境，交换机应提供堆叠功能网络如果形成环路，应选择支持IEEE802.1d生成树协议的交换机。接入层功能设计交换机端口密度是否满足用户需求交换机上行链路采用光口还是电口交换机端口是否为今后的扩展保留了冗余端口交换机是否支持链路聚合接入层往往采用固定式2层交换机接入层性能设计利用VLAN划分等技术隔离网络广播风暴。交换机上行端口的传输速率应当比下行端口高出1个数量级。交换机之间的距离小于100m时，可以采用双绞线相连；如果交换机之间相距较远，可以采用光电收发器进行信号转换和传输。接入层安全设计接入层可靠性设计接入层网络管理设计可以将每个端口划分为一个独立的VLAN分组，这样就可以控制各个用户终端之间的互访，从而保证每个用户数据的安全。接入层交换机应能提供端口MAC地址绑定；端口静态MAC地址过滤；任意端口屏蔽等功能，以确保网络运行安全接入层设备大多放置在楼道中，因此设备应该对恶劣环境有良好的抵抗力。建筑物的设备间空间有限，因此网络设备的尺寸也是一个不可忽略的问题。室外设备应设置在地理位置较稳定的区域，不易受以后基建工程建设的影响，同时尽量避开外部电磁干扰、高温、腐蚀和易燃易爆区的影响。接入点一般距网络中心较远，而且节点分散，数量众多，接入设备良好的可管理性将大大降低网络运营成本。因此可以选用可网管的交换机。接入层网络管理还必须解决不同厂商设备组网下的网络管理问题。冗余设计

冗余可以简单地理解为备用为什么需要冗余呢？这是因为网络中存在单故障点，即使是强壮的分层结构设计的网络也存在。所谓单故障点是指其故障能导致隔离用户和服务的任意设备、设备上的接口或链接。冗余提供备用链接以绕过那些故障点，冗余还提供安全的方法以防止服务丢失。但是如果缺乏恰当的规划和实施，冗余的链接和连接点会削弱网络的层次性和降低网络的稳定性。冗余拓扑结构的考虑增加冗余链路 当一条或多条链路失效时，为保持关键业务的链路畅通，必须设计一条备用的冗余链路。设计冗余链路的考虑点主要有：备用链路带宽，一般备用链路的带宽较小是正常的。它主要用于保证少量的关键业务的正常运行；备用链路需要抵挡多长时间的非正常工作。从正常链路切换到备用链路是手动还是自动。备用链路必须经过测试，以确认能在非正常情况启用。负载分担 通过冗余链路来分担负载，以提高系统性能。大多数IP路由选择协议都支持在相同代价的并行链路上实现负载分担。网络拓扑冗余设计1.核心层冗余

2.汇聚层冗余

网络拓扑冗余设计3.接入层冗余：

网络拓扑冗余设计农业物联网工程设计与实施项目三网络设计3.4网络地址规划网络地址规划IP地址类型与规定1．IP地址类型IETF（因特网工程小组）将IP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。IPv4地址的网络数和主机数类型IP地址格式段1取值范围网络个数每个网络最多主机A网络号.主机.主机.主机1～1261261677万B网络号.网络号.主机.主机128～1911.6万6.5万C网络号.网络号.网络号.主机192～223209万254IPv4地址总数=232=42亿个由于分配不合理，目前可用的IPv4地址已分配完了IETF提出的IP地址不足解决方案：标准地址特殊地址CIDRVLSMNATIPv6网络地址规划网络地址规划2．公有地址与私有地址公有地址：在互联网上使用的IP地址这类地址不允许出现重复，用户必须向NIC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NIC申请私有地址不能在因特网上使用网络地址规划公有地址与私有地址一览表地址类型IP地址范围说明A类公有地址～55126个网络号，每个网络16777214台主机B类公有地址～5516384个网络号，每个网络65534台主机C类公有地址～552097152个网络号，每个网络254台主机D类公有地址～55用于组播或已知的多点传送E类公有地址～55实验地址，保留给将来使用A类私有地址～55用于企业局域网，不能在因特网上使用B类私有地址～55用于企业局域网，不能在因特网上使用C类私有地址～55用于企业局域网，不能在因特网上使用D类保留地址～55用于本地管理或特别站点的组播D类保留地址～55用于管理和系统级路由等D类组播地址特指组播中的所有主机D类组播地址特指组播中的所有路由器网络地址规划3．特殊IP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”，网络号主机号说明举例全0全0本机0．0．0．0全1全1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ID本网段的某个主机0．0．96．33网络ID全0标识一个网络，常用在路由表中96．33．0．0网络ID全1从一个网络向另一个网络广播96．33．255．255127任何值本机测试回送地址（loopback）127．0．0．1网络地址规划子网与子网掩码

1．网络的子网化子网化设计思想是将地址中的主机号，按一定规则分割成多个子网。需要从原有IP地址的主机号中借出连续的若干高位作为子网络标识。子网划分减少了一个网络中主机的数量子网划分增加了子网的数量子网划分的关键是选择合适的子网位数2．子网掩码子网掩码必须与IP地址成对使用子网掩码的二进制值高位连续为1时，对应的IP地址值为子网号；

子网掩码二进制值连续为0时，对应的IP地址值为主机号。子网掩码采用“IP地址/x”的表示如：/26“/”后的值26表示掩码中二进制高位连续为1的位数，即掩码为十进制的：92子网掩码单独使用时没有任何意义。

子网掩码的作用 子网掩码与IP地址结合使用，可以区分出一个IP地址的网络地址和主机地址。例如：有一个C类地址为：3，其子网掩码为：。则它的网络号和主机号可按如下方法得到：将IP地址3转换为二进制：

11000000000010011100100000001101

将子网掩码

转换为二进制：

11111111111111111111111100000000

将两个二进制数逻辑与（AND）运算后得出的结果即为网络部分：

11000000000010011100100000001101

AND 11111111111111111111111100000000 11000000000010011100100000000000结果为，即网络地址为。将子网掩码取反再与IP地址逻辑与（AND）后得到的结果即为主机部分：

11000000000010011100100000001101

AND 00000000000000000000000011111111 00000000000000000000000000001101结果为3，即主机地址为13。网络地址规划网络地址规划3．子网划分中应当注意的问题子网划分不能解决IP地址不够用的问题，子网划分后，会使主机的IP地址数量减少。子网划分的目的是解决网络号不够用的问题大多数企业局域网使用私有地址

创建子网的目的扩展网络:如果网络达到了物理限制，可以通过创建多个子网，这些子网只分配一个网络地址。以连接更多的主机。减少竞争:同一网络中主机越多，需要带宽越大，创建子网减少每个网络的主机数，竞争也减少了。减少CPU使用负载:网络中主机越多，产生的的广播帧越多。每个主机必须听网络广播，以便决定是否接收还是丢弃，这占用主机CPU。隔离网络问题:通过将大网隔离成小网，限制子网对其它网络的影响。有利于网络管理员对网络的管理。提高网络的安全性。网络地址规划CIDR技术CIDR（无类别域间路由）是地址分配和路由归纳技术CIDR的路由基于IP地址的掩码进行，而不管IP地址的类别1．CIDR地址划分方法CIDR取消了地址分类结构。CIDR可以将一个A类网络分解成多个网络，也可以将多个连续的C类网络聚合成一个超网，超网不存在网络地址类别的概念。CIDR地址格式：x.x.x.x/yx.x.x.x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CIDR地址后，路由表中的许多表项归并成更少的数目。CIDR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2．CIDR网络地址规划案例【案例】某ISP分配给某大学的CIDR地址块为:/22。网络前缀为/22；网络掩码为：；地址范围为：～55；网络最大有1024个地址。某大学继续将以上地址划分为5