【文章內容簡介】 用的質量，接入設備選擇了CISCO 6000系列高檔交換機，為每個桌面提供一個CISCO 6000系列交換機端口。Stanford University校園網上的應用系統包括：OA、遠程教育、流媒體服務、IP電話等。Stanford University最具特色的網絡應用是容量為65，000個端口的IP電話系統，具備QoS保障。本章給出計算機網絡的整體設計方案?；驹O計原則是：高性能，高負載能力，對DOS攻擊具有較高承受力，穩(wěn)定性強，建設和管理成本低，結構簡明并契合樓宇和信息點分布。主要設計內容包括：網絡的層次劃分、拓撲結構設計、帶寬設計、路由設計、IP地址規(guī)劃、可靠性設計、基本網絡服務設計等。首先確定網絡的層次劃分和拓撲結構，然后自頂向下逐層給出設計方案，最后給出設備選型方案。 紫荊學生公寓局域網技術綜合考慮系統性能和建造成本以及清華校園網和教育網的現行技術，紫荊學生公寓局域網采用以太網技術體系。其中主干網采用成熟的10Gb/Gb以太網技術，接入子網采用100M快速以太網技術。 網絡結構設計 層次劃分根據清華校園網已有宿舍區(qū)的網絡拓撲，理論上，紫荊公寓宿舍區(qū)可分為5個層次l 樓層接入：樓宇設備間內直接連接用戶墻上信息插座的交換機。l 樓層匯聚：樓宇設備間內匯聚多臺樓層接入交換機流量的交換機。l 設備間匯聚：匯聚本設備間內多臺樓宇匯聚交換機流量的交換機。l 地區(qū)匯聚：匯聚多個設備間的樓宇匯聚交換機流量的交換機。l 核心：全網的數據交換核心設備，同時連接教育網和校園網。根據實際情況，我們認為：l 樓層匯聚交換機的作用不大且數量過少，因此以通過增加設備間匯聚設備端口數量的方法去掉此層；l 地區(qū)匯聚與核心設備數量接近，且園區(qū)面積不大，可以合并此二層；綜上所述，對分層模型做如下設計：所有網絡設備劃分為三層：核心層，匯聚層和接入層。其中，核心層設備和匯聚層設備共同構成紫荊公寓網絡的主干網，設備間內的匯聚設備和接入層設備共同構成本地接入子網。 層次定義和功能(1) 核心層核心層設備提供各個非直連設備間之間的高速互聯并提供到校園網及教育網的高速出口。核心層由高性能的核心設備和高速冗余的鏈路構成，實現數據的高速轉發(fā)和負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，是主干網絡和用戶局域網的邊界。匯聚層由高性能的匯聚設備和高速冗余的鏈路構成，實現數據的高速轉發(fā)、負載均衡、流量控制、應用中繼、用戶網關等功能。(3) 接入層接入層直接連接用戶的桌面計算機，是紫荊學生公寓局域網的邊緣。接入層由穩(wěn)定的接入設備和高速鏈路構成，實現用戶數據的高速轉發(fā)，流量控制，用戶認證等功能。 拓撲結構設計出于網絡可靠性和穩(wěn)定性考慮，主干網拓撲采用多環(huán)結構。核心層由3臺核心設備構成10G的環(huán)狀連接。每臺核心誰匯聚臨近的10～15個設備間流量。匯聚層由設備間匯聚設備構成，每個設備間的匯聚設備用1條GE鏈路上連到鄰近的核心設備，用另1條GE鏈路與鄰近設備間內的匯聚設備的GE鏈路互連。主干網的拓撲結構設計如下圖所示。出于成本考慮，同時綜合考慮性能需求，接入子網采用星型拓撲結構。接入層采用二層交換機以10M/100M完成用戶接入，同時以1個100M鏈路完成到本設備間匯聚設備的上連。接入子網的拓撲結構設計如下圖所示。 核心層設計單從技術上看，小規(guī)模核心層采用二層設備或三層設備都有可能。然而實際上，現在的核心層設備已經全是三層設備。核心層采用三層設備有利于簡化網絡結構、更好地進行網絡隔離。紫荊學生公寓局域網的核心層由3臺三層核心交換機構成。每臺分別匯聚臨近的10～15個設備間的數據流量。每臺核心設備通過2個10G端口和相鄰的核心設備連接。整個紫荊學生公寓局域網的核心層構成10G的高速環(huán)路。核心層的3臺三層核心交換機平均每臺完成8000～10000個網絡接入信息點的會聚，極限情況下可為跨核心設備的用戶之間互訪提供至少1M/人的帶寬。 匯聚層設計紫荊學生公寓局域網的匯聚層為設備間匯聚設備。根據校園網已有宿舍區(qū)局域網的經驗和網絡技術的發(fā)展，在匯聚層使用三層交換機。匯聚層使用三層交換機的具體考慮如下：l 設備間的點數為400－900之間，相應分成多個子網，三層交換機可以做各子網之間的路由。l 設備間采用三層交換機可以阻截廣播包的擴散、提高網絡效率，減小核心設備上的二層壓力。l 便于在線式負載均衡冗余鏈路的布設與連接。匯聚層的上聯采用雙GE鏈路，出于成本的原因，其中一條連到核心設備，另一條連到鄰近的設備間。當其中的任一連路中斷時，所有數據可以經另一條連路傳輸，提高了網絡的可靠性。極限情況下，當一個設備間內的所有用戶同時需要訪問外邊時，～。而若50%的應用為帶寬占用不超過500Kb/s的低速應用，～。 接入層設計接入層由二層交換機構成，10/100M下聯端口接到用戶的桌面。出于降低投資的目的，接入層交換機采用100M端口上聯接到設備間的匯聚交換機。由于不同型號的交換機間的連路聚合大多實現得不理想，出于可靠性和降低投資的考慮，接入層交換機采用單100M連路上連。極限情況下，單臺接入層交換機如果采用24口產品，至少可以提供大于4M/人的上連帶寬，大于設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口產品，均大于設備間的最低極限出口帶寬。如果考慮組播方式下的視頻應用，完全可以滿足帶寬需求。 網絡互聯設計紫荊學生公寓局域網對外連接兩個網絡：清華大學校園網和教育網。選擇兩個位于不同地區(qū)的核心設備作為邊界路由器，每臺邊界路由器各有一條10G鏈路到清華大學校園網，一條GE鏈路到教育網。因此到校園網共有兩條10G連接，到教育網有兩條GE連接。紫荊學生公寓局域網和校園網從整體上看是一個網絡自治域，考慮應用統一的IGP路由協議進行路由交換。即紫荊學生公寓局域網的核心層環(huán)路屬于校園網OSPF的Area 0。紫荊學生公寓局域網到教育網的出口作為紫荊學生公寓局域網到Internet的主出口。紫荊學生公寓局域網作為教育網的下聯單位，由教育網在其接口路由器上設置網絡出口策略。通常紫荊學生公寓局域網的出口路由器設置缺省路由到教育網路由器。紫荊學生公寓局域網和現有校園網可以看作清華校園網的兩個部分，各自有獨立的Internet出口。因此還需要考慮當網絡出口故障時，互為備份的功能。當紫荊學生公寓局域網到教育網的鏈路故障時，紫荊學生公寓局域網和Internet之間的流量可以通過動態(tài)路由協議從校園網出入。當校園網到教育網的鏈路故障時，校園網和Internet之間的流量可以通過動態(tài)路由協議從紫荊學生公寓局域網出入。 VLAN設計 用戶VLAN用戶VLAN終結在設備間匯聚設備的下聯端口。用戶VLAN部的范圍限制在設備間內部的設備上，不跨接入交換機也不跨設備間，全部在本設備間的匯聚設備上截止。以上設計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 增強網絡隔離性l 分散二層網絡開銷l 避免二層回路與交叉l 便于故障隔離與排查l 保持數據規(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的管理，各個二層交換機的管理IP單獨組成子網。管理VLAN與用戶VLAN相分離，其主要目的是使用戶數據與交換機各管理數據相分離，以提高網絡設備的可控制性和系統安全性。與用戶VLAN相同的是，管理VLAN同樣終結在本設備間的匯聚設備上。 IP子網設計 用戶接入子網用戶接入子網基于用戶VLAN構建，與用戶VLAN相對應。用戶接入子網按用戶數定義，以1個C的IP地址為一個標準子網大小。以上設計主要基于以下的考慮：l 減小廣播域，降低廣播開銷l 增強網絡隔離性l 節(jié)約IP地址，減少IP地址零頭l 降低維護工作量和l 便于故障隔離與排查l 保持數據規(guī)率性和適宜的大小便于管理由于每個設備間的介入信息點數在400～900不等，因此最后一個用戶子網平均會有半個C，128個IP空閑。此剩余IP地址將根據實際情況用于樓內的服務器子網或管理子網。 管理子網管理子網基于管理VLAN構建，與管理VLAN相對應。管理子網的大小取決于單個設備間內的接入交換機的數量。由于單個設備間中的接入交換機數量在30～40之間，所以管理子網必須占用64個IP地址。低IP地址利用率的目的是避免VLAN跨設備間。 互連子網僅用于3層交換機之間的互連鏈路，一般不用VLAN支持。 IP地址分配按測算紫荊學生公寓局域網約有40個設備間。如果采用24口100M交換機作接入設備，則每10臺接入交換機230個接入點構成1個用戶接入子網。由此IP地址基本需求、分配如下。 用戶地址紫荊學生公寓局域網共有25000個接入信息點。至少有108個用戶接入子網，共需IP 108C。40個設備間，平均每個設備間半個C的地址零頭，共計20個C。因此用戶子網需要IP地址共128個C。 管理地址管理地址用于網絡設備的管理標識。紫荊學生公寓共25000個網絡接入信息點，至少需接入交換機1087臺。平均每個設備間有1臺接入交換機的接口有一半空閑，40個設備間有20臺空閑。即總共需要接入交換機1107臺。按每35臺交換機占用64個IP計算，共需2024個IP地址，8個C。另外40臺匯聚設備和3臺核心設備應該是獨立的寬利接口，每個占用4個地址，共需IP地址172個，1個C。 互連地址具體互連鏈路有20條匯聚間互連，40條設備層到核心層互連，4個出口連接，共64條連路。需要互連IP地址256個，1個C。 網絡中心紫荊學生公寓區(qū)網絡中心內的辦公、管理、服務等設備至少需要兩個子網，使用1個C的IP地址。 管理辦法紫荊學生公寓局域網的IP地址管理辦法參照清華校園網的IP地址管理辦法執(zhí)行。 路由設計 路由協議選擇紫荊學生公寓局域網采用動態(tài)路由協議，考慮和校園網的兼容和運行成本，選用OSPFv2作為IGP路由協議。紫荊學生公寓局域網的OSPF是校園網的一部分，核心層作為Area0，連接校園網的核心設備。 路由協議配置紫荊學生公寓局域網共有43臺路由設備，超過了1個OSPF域的建議數量，應該做分區(qū)處理。3臺核心設備作為ABR，屬于Area0和本地Area。40臺匯聚層設備屬于其所上鏈的核心設備的本地Area。匯聚層設備的OSPF配置使用OSPF的Passive Interface 特性，配置用戶接入子網。這樣用戶接入子網網段成為本地區(qū)Area的內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內傳播，有利于紫荊學生公寓局域網OSPF數據庫的穩(wěn)定性。 Metric設置紫荊學生公寓局域網所有運行OSPF的網絡設備采用統一的OSPF 路由量度（metric）標準，以達到準確的路由。量度與端口帶寬的關系為：量度(cost) = 參考帶寬(reference bandwidth) / 端口帶寬(interface bandwidth)考慮到一定的擴展性，統一使用100Gbps作為參考帶寬，量度與端口帶寬的對應表為：端口帶寬(Interface bandwidth) 量度(Cost)100 Gbps 110 Gbps 101000 Mbps 100100 Mbps 1000自動設定Cost參考值后，可以根據實際的流量情況和需要，對部分線路的Cost進行手工控制。對于重新分布到OSPF內的其他路由協議，也需要對其Metric類型和數值進行設定：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蕩對全網的影響。減小路由表的條目數量。根據OSPF路由協議，有兩種類型的地址聚合：內部地址聚合：在ABR上將Area內部連續(xù)的IP地址網段聚合后，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地址網段聚合后，廣播到所有Area。紫荊學生公寓局域網主要為內部地址聚合。以2個C（掩碼/23）為單位進行地址聚合。 可靠性設計高可靠性是紫荊學生公寓局域網的設計目標之一。高可靠性設計通過多種層次的技術特性實現：設備可靠性，核心層設備具有多種關鍵部件冗余（管理模塊，交換矩陣，電源，風扇），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現。路由可靠性，在鏈路層進行冗余配置之后，利用動態(tài)路由協議OSPF，充分利用多鏈路的條件，根據情況實行負載均衡或備份。OSPF協議能夠在鏈路發(fā)生故障后，及時檢測到并進行路由收斂，發(fā)現新的路徑，及時更新域間的路由表項，從而確保全網互連的可靠性。利用動態(tài)路由協議的ECMP，Graceful Restart 特性。 基本網絡服務基本網絡服務是指域名服務、電子郵件、目錄服務及文件傳輸等基于Internet技術的公用服務。紫荊學生公寓局域網作為清華校園網的一部分，在校園網有完備的網絡服務情況下，應考慮充分利用現有網絡服務設施，減少運行和管理成本。 域名服務 DNS域名服務（或稱域名解析服務）是網絡的基本服務之一。它建立了主機名到IP地址的映射關系，是WWW，FTP，電子郵件及其它因特網服務的基礎。紫荊學生公寓局域網的DNS服務可以通過清華校園網現有的DNS服務器完成。如果考慮到較多的域名查詢流量，可以在紫荊學生公寓局域網架設1－2臺DNS服務器，完成紫荊學生公寓局域網的DNS服務。紫荊學生公寓局域網的DNS服務器可以同時作為整個校園網DNS服務的備份。(1) 紫荊公寓網絡域名原則紫荊公寓IP地址采用靜態(tài)分配方式，主機均注冊域名和反向域名。紫荊公寓主機域名：帳號..清華大學域名：紫荊公寓反向域名：所有的靜態(tài)地址都注冊反向域名(2) 紫荊公寓網絡域名服務設計從紫荊公寓網絡域名服務的高質量、可靠性和安全性角度考慮，對紫荊公寓網絡的域名服務作如下基本配置。(3) 服務器功能劃分域名服務從功能劃分為：DNS服務器和用戶解析服務器兩部分。DNS 。解析服務器主要對紫荊公寓的用戶提供