【文章內(nèi)容簡介】 用的質(zhì)量，接入設(shè)備選擇了CISCO 6000系列高檔交換機(jī)，為每個(gè)桌面提供一個(gè)CISCO 6000系列交換機(jī)端口。Stanford University校園網(wǎng)上的應(yīng)用系統(tǒng)包括：OA、遠(yuǎn)程教育、流媒體服務(wù)、IP電話等。Stanford University最具特色的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是容量為65，000個(gè)端口的IP電話系統(tǒng)，具備QoS保障。本章給出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的整體設(shè)計(jì)方案。基本設(shè)計(jì)原則是：高性能，高負(fù)載能力，對(duì)DOS攻擊具有較高承受力，穩(wěn)定性強(qiáng)，建設(shè)和管理成本低，結(jié)構(gòu)簡明并契合樓宇和信息點(diǎn)分布。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：網(wǎng)絡(luò)的層次劃分、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、帶寬設(shè)計(jì)、路由設(shè)計(jì)、IP地址規(guī)劃、可靠性設(shè)計(jì)、基本網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)計(jì)等。首先確定網(wǎng)絡(luò)的層次劃分和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后自頂向下逐層給出設(shè)計(jì)方案，最后給出設(shè)備選型方案。 紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)技術(shù)綜合考慮系統(tǒng)性能和建造成本以及清華校園網(wǎng)和教育網(wǎng)的現(xiàn)行技術(shù)，紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)采用以太網(wǎng)技術(shù)體系。其中主干網(wǎng)采用成熟的10Gb/Gb以太網(wǎng)技術(shù)，接入子網(wǎng)采用100M快速以太網(wǎng)技術(shù)。 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 層次劃分根據(jù)清華校園網(wǎng)已有宿舍區(qū)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌碚撋?，紫荊公寓宿舍區(qū)可分為5個(gè)層次l 樓層接入：樓宇設(shè)備間內(nèi)直接連接用戶墻上信息插座的交換機(jī)。l 樓層匯聚：樓宇設(shè)備間內(nèi)匯聚多臺(tái)樓層接入交換機(jī)流量的交換機(jī)。l 設(shè)備間匯聚：匯聚本設(shè)備間內(nèi)多臺(tái)樓宇匯聚交換機(jī)流量的交換機(jī)。l 地區(qū)匯聚：匯聚多個(gè)設(shè)備間的樓宇匯聚交換機(jī)流量的交換機(jī)。l 核心：全網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換核心設(shè)備，同時(shí)連接教育網(wǎng)和校園網(wǎng)。根據(jù)實(shí)際情況，我們認(rèn)為：l 樓層匯聚交換機(jī)的作用不大且數(shù)量過少，因此以通過增加設(shè)備間匯聚設(shè)備端口數(shù)量的方法去掉此層；l 地區(qū)匯聚與核心設(shè)備數(shù)量接近，且園區(qū)面積不大，可以合并此二層；綜上所述，對(duì)分層模型做如下設(shè)計(jì)：所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備劃分為三層：核心層，匯聚層和接入層。其中，核心層設(shè)備和匯聚層設(shè)備共同構(gòu)成紫荊公寓網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)，設(shè)備間內(nèi)的匯聚設(shè)備和接入層設(shè)備共同構(gòu)成本地接入子網(wǎng)。 層次定義和功能(1) 核心層核心層設(shè)備提供各個(gè)非直連設(shè)備間之間的高速互聯(lián)并提供到校園網(wǎng)及教育網(wǎng)的高速出口。核心層由高性能的核心設(shè)備和高速冗余的鏈路構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)和負(fù)載均衡功能及部分必需的邊界功能。(2) 匯聚層匯聚層向上連接核心層，向下匯聚接入層，是主干網(wǎng)絡(luò)和用戶局域網(wǎng)的邊界。匯聚層由高性能的匯聚設(shè)備和高速冗余的鏈路構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)、負(fù)載均衡、流量控制、應(yīng)用中繼、用戶網(wǎng)關(guān)等功能。(3) 接入層接入層直接連接用戶的桌面計(jì)算機(jī)，是紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的邊緣。接入層由穩(wěn)定的接入設(shè)備和高速鏈路構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)，流量控制，用戶認(rèn)證等功能。 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出于網(wǎng)絡(luò)可靠性和穩(wěn)定性考慮，主干網(wǎng)拓?fù)洳捎枚喹h(huán)結(jié)構(gòu)。核心層由3臺(tái)核心設(shè)備構(gòu)成10G的環(huán)狀連接。每臺(tái)核心誰匯聚臨近的10～15個(gè)設(shè)備間流量。匯聚層由設(shè)備間匯聚設(shè)備構(gòu)成，每個(gè)設(shè)備間的匯聚設(shè)備用1條GE鏈路上連到鄰近的核心設(shè)備，用另1條GE鏈路與鄰近設(shè)備間內(nèi)的匯聚設(shè)備的GE鏈路互連。主干網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示。出于成本考慮，同時(shí)綜合考慮性能需求，接入子網(wǎng)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。接入層采用二層交換機(jī)以10M/100M完成用戶接入，同時(shí)以1個(gè)100M鏈路完成到本設(shè)備間匯聚設(shè)備的上連。接入子網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示。 核心層設(shè)計(jì)單從技術(shù)上看，小規(guī)模核心層采用二層設(shè)備或三層設(shè)備都有可能。然而實(shí)際上，現(xiàn)在的核心層設(shè)備已經(jīng)全是三層設(shè)備。核心層采用三層設(shè)備有利于簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、更好地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)隔離。紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的核心層由3臺(tái)三層核心交換機(jī)構(gòu)成。每臺(tái)分別匯聚臨近的10～15個(gè)設(shè)備間的數(shù)據(jù)流量。每臺(tái)核心設(shè)備通過2個(gè)10G端口和相鄰的核心設(shè)備連接。整個(gè)紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的核心層構(gòu)成10G的高速環(huán)路。核心層的3臺(tái)三層核心交換機(jī)平均每臺(tái)完成8000～10000個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入信息點(diǎn)的會(huì)聚，極限情況下可為跨核心設(shè)備的用戶之間互訪提供至少1M/人的帶寬。 匯聚層設(shè)計(jì)紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的匯聚層為設(shè)備間匯聚設(shè)備。根據(jù)校園網(wǎng)已有宿舍區(qū)局域網(wǎng)的經(jīng)驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在匯聚層使用三層交換機(jī)。匯聚層使用三層交換機(jī)的具體考慮如下：l 設(shè)備間的點(diǎn)數(shù)為400－900之間，相應(yīng)分成多個(gè)子網(wǎng)，三層交換機(jī)可以做各子網(wǎng)之間的路由。l 設(shè)備間采用三層交換機(jī)可以阻截廣播包的擴(kuò)散、提高網(wǎng)絡(luò)效率，減小核心設(shè)備上的二層壓力。l 便于在線式負(fù)載均衡冗余鏈路的布設(shè)與連接。匯聚層的上聯(lián)采用雙GE鏈路，出于成本的原因，其中一條連到核心設(shè)備，另一條連到鄰近的設(shè)備間。當(dāng)其中的任一連路中斷時(shí)，所有數(shù)據(jù)可以經(jīng)另一條連路傳輸，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。極限情況下，當(dāng)一個(gè)設(shè)備間內(nèi)的所有用戶同時(shí)需要訪問外邊時(shí)，～。而若50%的應(yīng)用為帶寬占用不超過500Kb/s的低速應(yīng)用，～。 接入層設(shè)計(jì)接入層由二層交換機(jī)構(gòu)成，10/100M下聯(lián)端口接到用戶的桌面。出于降低投資的目的，接入層交換機(jī)采用100M端口上聯(lián)接到設(shè)備間的匯聚交換機(jī)。由于不同型號(hào)的交換機(jī)間的連路聚合大多實(shí)現(xiàn)得不理想，出于可靠性和降低投資的考慮，接入層交換機(jī)采用單100M連路上連。極限情況下，單臺(tái)接入層交換機(jī)如果采用24口產(chǎn)品，至少可以提供大于4M/人的上連帶寬，大于設(shè)備間的最低極限出口帶寬3倍以上。如或采用采用36口或48口產(chǎn)品，均大于設(shè)備間的最低極限出口帶寬。如果考慮組播方式下的視頻應(yīng)用，完全可以滿足帶寬需求。 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)計(jì)紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)對(duì)外連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)：清華大學(xué)校園網(wǎng)和教育網(wǎng)。選擇兩個(gè)位于不同地區(qū)的核心設(shè)備作為邊界路由器，每臺(tái)邊界路由器各有一條10G鏈路到清華大學(xué)校園網(wǎng)，一條GE鏈路到教育網(wǎng)。因此到校園網(wǎng)共有兩條10G連接，到教育網(wǎng)有兩條GE連接。紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)和校園網(wǎng)從整體上看是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)自治域，考慮應(yīng)用統(tǒng)一的IGP路由協(xié)議進(jìn)行路由交換。即紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的核心層環(huán)路屬于校園網(wǎng)OSPF的Area 0。紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)到教育網(wǎng)的出口作為紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)到Internet的主出口。紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)作為教育網(wǎng)的下聯(lián)單位，由教育網(wǎng)在其接口路由器上設(shè)置網(wǎng)絡(luò)出口策略。通常紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的出口路由器設(shè)置缺省路由到教育網(wǎng)路由器。紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)和現(xiàn)有校園網(wǎng)可以看作清華校園網(wǎng)的兩個(gè)部分，各自有獨(dú)立的Internet出口。因此還需要考慮當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出口故障時(shí)，互為備份的功能。當(dāng)紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)到教育網(wǎng)的鏈路故障時(shí)，紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)和Internet之間的流量可以通過動(dòng)態(tài)路由協(xié)議從校園網(wǎng)出入。當(dāng)校園網(wǎng)到教育網(wǎng)的鏈路故障時(shí)，校園網(wǎng)和Internet之間的流量可以通過動(dòng)態(tài)路由協(xié)議從紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)出入。 VLAN設(shè)計(jì) 用戶VLAN用戶VLAN終結(jié)在設(shè)備間匯聚設(shè)備的下聯(lián)端口。用戶VLAN部的范圍限制在設(shè)備間內(nèi)部的設(shè)備上，不跨接入交換機(jī)也不跨設(shè)備間，全部在本設(shè)備間的匯聚設(shè)備上截止。以上設(shè)計(jì)主要基于以下的考慮：l 減小廣播域和廣播傳輸路徑，降低廣播開銷l 增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)隔離性l 分散二層網(wǎng)絡(luò)開銷l 避免二層回路與交叉l 便于故障隔離與排查l 保持?jǐn)?shù)據(jù)規(guī)率性和適宜的大小便于管理 管理VLAN管理VLAN用于二層接入交換機(jī)的管理，各個(gè)二層交換機(jī)的管理IP單獨(dú)組成子網(wǎng)。管理VLAN與用戶VLAN相分離，其主要目的是使用戶數(shù)據(jù)與交換機(jī)各管理數(shù)據(jù)相分離，以提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可控制性和系統(tǒng)安全性。與用戶VLAN相同的是，管理VLAN同樣終結(jié)在本設(shè)備間的匯聚設(shè)備上。 IP子網(wǎng)設(shè)計(jì) 用戶接入子網(wǎng)用戶接入子網(wǎng)基于用戶VLAN構(gòu)建，與用戶VLAN相對(duì)應(yīng)。用戶接入子網(wǎng)按用戶數(shù)定義，以1個(gè)C的IP地址為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)大小。以上設(shè)計(jì)主要基于以下的考慮：l 減小廣播域，降低廣播開銷l 增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)隔離性l 節(jié)約IP地址，減少IP地址零頭l 降低維護(hù)工作量和l 便于故障隔離與排查l 保持?jǐn)?shù)據(jù)規(guī)率性和適宜的大小便于管理由于每個(gè)設(shè)備間的介入信息點(diǎn)數(shù)在400～900不等，因此最后一個(gè)用戶子網(wǎng)平均會(huì)有半個(gè)C，128個(gè)IP空閑。此剩余IP地址將根據(jù)實(shí)際情況用于樓內(nèi)的服務(wù)器子網(wǎng)或管理子網(wǎng)。 管理子網(wǎng)管理子網(wǎng)基于管理VLAN構(gòu)建，與管理VLAN相對(duì)應(yīng)。管理子網(wǎng)的大小取決于單個(gè)設(shè)備間內(nèi)的接入交換機(jī)的數(shù)量。由于單個(gè)設(shè)備間中的接入交換機(jī)數(shù)量在30～40之間，所以管理子網(wǎng)必須占用64個(gè)IP地址。低IP地址利用率的目的是避免VLAN跨設(shè)備間。 互連子網(wǎng)僅用于3層交換機(jī)之間的互連鏈路，一般不用VLAN支持。 IP地址分配按測(cè)算紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)約有40個(gè)設(shè)備間。如果采用24口100M交換機(jī)作接入設(shè)備，則每10臺(tái)接入交換機(jī)230個(gè)接入點(diǎn)構(gòu)成1個(gè)用戶接入子網(wǎng)。由此IP地址基本需求、分配如下。 用戶地址紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)共有25000個(gè)接入信息點(diǎn)。至少有108個(gè)用戶接入子網(wǎng)，共需IP 108C。40個(gè)設(shè)備間，平均每個(gè)設(shè)備間半個(gè)C的地址零頭，共計(jì)20個(gè)C。因此用戶子網(wǎng)需要IP地址共128個(gè)C。 管理地址管理地址用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理標(biāo)識(shí)。紫荊學(xué)生公寓共25000個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入信息點(diǎn)，至少需接入交換機(jī)1087臺(tái)。平均每個(gè)設(shè)備間有1臺(tái)接入交換機(jī)的接口有一半空閑，40個(gè)設(shè)備間有20臺(tái)空閑。即總共需要接入交換機(jī)1107臺(tái)。按每35臺(tái)交換機(jī)占用64個(gè)IP計(jì)算，共需2024個(gè)IP地址，8個(gè)C。另外40臺(tái)匯聚設(shè)備和3臺(tái)核心設(shè)備應(yīng)該是獨(dú)立的寬利接口，每個(gè)占用4個(gè)地址，共需IP地址172個(gè)，1個(gè)C。 互連地址具體互連鏈路有20條匯聚間互連，40條設(shè)備層到核心層互連，4個(gè)出口連接，共64條連路。需要互連IP地址256個(gè)，1個(gè)C。 網(wǎng)絡(luò)中心紫荊學(xué)生公寓區(qū)網(wǎng)絡(luò)中心內(nèi)的辦公、管理、服務(wù)等設(shè)備至少需要兩個(gè)子網(wǎng)，使用1個(gè)C的IP地址。 管理辦法紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的IP地址管理辦法參照清華校園網(wǎng)的IP地址管理辦法執(zhí)行。 路由設(shè)計(jì) 路由協(xié)議選擇紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)采用動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，考慮和校園網(wǎng)的兼容和運(yùn)行成本，選用OSPFv2作為IGP路由協(xié)議。紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的OSPF是校園網(wǎng)的一部分，核心層作為Area0，連接校園網(wǎng)的核心設(shè)備。 路由協(xié)議配置紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)共有43臺(tái)路由設(shè)備，超過了1個(gè)OSPF域的建議數(shù)量，應(yīng)該做分區(qū)處理。3臺(tái)核心設(shè)備作為ABR，屬于Area0和本地Area。40臺(tái)匯聚層設(shè)備屬于其所上鏈的核心設(shè)備的本地Area。匯聚層設(shè)備的OSPF配置使用OSPF的Passive Interface 特性，配置用戶接入子網(wǎng)。這樣用戶接入子網(wǎng)網(wǎng)段成為本地區(qū)Area的內(nèi)部路由而不是外部注入類型路由，其鏈路狀態(tài)變化僅在本Area內(nèi)傳播，有利于紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)OSPF數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性。 Metric設(shè)置紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)所有運(yùn)行OSPF的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用統(tǒng)一的OSPF 路由量度（metric）標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到準(zhǔn)確的路由。量度與端口帶寬的關(guān)系為：量度(cost) = 參考帶寬(reference bandwidth) / 端口帶寬(interface bandwidth)考慮到一定的擴(kuò)展性，統(tǒng)一使用100Gbps作為參考帶寬，量度與端口帶寬的對(duì)應(yīng)表為：端口帶寬(Interface bandwidth) 量度(Cost)100 Gbps 110 Gbps 101000 Mbps 100100 Mbps 1000自動(dòng)設(shè)定Cost參考值后，可以根據(jù)實(shí)際的流量情況和需要，對(duì)部分線路的Cost進(jìn)行手工控制。對(duì)于重新分布到OSPF內(nèi)的其他路由協(xié)議，也需要對(duì)其Metric類型和數(shù)值進(jìn)行設(shè)定：Static Route： E1類型，Cost為 100Connect Route：E1類型，Cost為20 IP地址聚合地址聚合有利于屏蔽底層鏈路動(dòng)蕩對(duì)全網(wǎng)的影響。減小路由表的條目數(shù)量。根據(jù)OSPF路由協(xié)議，有兩種類型的地址聚合：內(nèi)部地址聚合：在ABR上將Area內(nèi)部連續(xù)的IP地址網(wǎng)段聚合后，廣播到其他Area。外部地址聚合：在ASBR上將外部重分布的連續(xù)的IP地址網(wǎng)段聚合后，廣播到所有Area。紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)主要為內(nèi)部地址聚合。以2個(gè)C（掩碼/23）為單位進(jìn)行地址聚合。 可靠性設(shè)計(jì)高可靠性是紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。高可靠性設(shè)計(jì)通過多種層次的技術(shù)特性實(shí)現(xiàn)：設(shè)備可靠性，核心層設(shè)備具有多種關(guān)鍵部件冗余（管理模塊，交換矩陣，電源，風(fēng)扇），線卡在線插拔等高冗余特性。鏈路可靠性，利用匯聚和核心之間的多條鏈路實(shí)現(xiàn)。路由可靠性，在鏈路層進(jìn)行冗余配置之后，利用動(dòng)態(tài)路由協(xié)議OSPF，充分利用多鏈路的條件，根據(jù)情況實(shí)行負(fù)載均衡或備份。OSPF協(xié)議能夠在鏈路發(fā)生故障后，及時(shí)檢測(cè)到并進(jìn)行路由收斂，發(fā)現(xiàn)新的路徑，及時(shí)更新域間的路由表項(xiàng)，從而確保全網(wǎng)互連的可靠性。利用動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的ECMP，Graceful Restart 特性。 基本網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基本網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是指域名服務(wù)、電子郵件、目錄服務(wù)及文件傳輸?shù)然贗nternet技術(shù)的公用服務(wù)。紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)作為清華校園網(wǎng)的一部分，在校園網(wǎng)有完備的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)情況下，應(yīng)考慮充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)施，減少運(yùn)行和管理成本。 域名服務(wù) DNS域名服務(wù)（或稱域名解析服務(wù)）是網(wǎng)絡(luò)的基本服務(wù)之一。它建立了主機(jī)名到IP地址的映射關(guān)系，是WWW，F(xiàn)TP，電子郵件及其它因特網(wǎng)服務(wù)的基礎(chǔ)。紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的DNS服務(wù)可以通過清華校園網(wǎng)現(xiàn)有的DNS服務(wù)器完成。如果考慮到較多的域名查詢流量，可以在紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)架設(shè)1－2臺(tái)DNS服務(wù)器，完成紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的DNS服務(wù)。紫荊學(xué)生公寓局域網(wǎng)的DNS服務(wù)器可以同時(shí)作為整個(gè)校園網(wǎng)DNS服務(wù)的備份。(1) 紫荊公寓網(wǎng)絡(luò)域名原則紫荊公寓IP地址采用靜態(tài)分配方式，主機(jī)均注冊(cè)域名和反向域名。紫荊公寓主機(jī)域名：帳號(hào)..清華大學(xué)域名：紫荊公寓反向域名：所有的靜態(tài)地址都注冊(cè)反向域名(2) 紫荊公寓網(wǎng)絡(luò)域名服務(wù)設(shè)計(jì)從紫荊公寓網(wǎng)絡(luò)域名服務(wù)的高質(zhì)量、可靠性和安全性角度考慮，對(duì)紫荊公寓網(wǎng)絡(luò)的域名服務(wù)作如下基本配置。(3) 服務(wù)器功能劃分域名服務(wù)從功能劃分為：DNS服務(wù)器和用戶解析服務(wù)器兩部分。DNS 。解析服務(wù)器主要對(duì)紫荊公寓的用戶提供