网络结构设计：计算机网络技术应用

网络结构决定了网络内所有设备的连接方法和方式。不同的网络结构意味着不同的网络控制策略，即网络数据的传输与通信的有关协议和控制的方法。实际上，采用不同的网络结构，也意味着网络连接设备将会有很大差别。因此，无论在网络的规划或设计时都必须首先决定将采用哪一种网络结构，也就是说，网络结构的选择是网络设计的第一步。

1.网络物理结构设计

网络物理结构的设计，就是网络拓扑结构的选择。在网络设计时，具体采用哪一种网络拓扑结构，与连接网络所采用的传输介质以及对介质的访问控制方法密切相关。一般在选择网络的拓扑结构时，应对以下三个因素加以考虑：经济性、灵活性、可靠性。

然而，计算机网络系统经过了二十多年的发展，除了主干网的结构外，几乎所有的网络的结构全部采用了星形拓扑和星形拓扑为基本结构的树形拓扑结构，尤其是现在所建设的所有内部网都是星形拓扑的局域网。

星形网络拓扑结构相对于其他网络拓扑结构具有很多的优点：优越的性能、可靠的结构、方便的管理。因此，现代网络设计已经省去了网络拓扑结构选型的过程，所有网络及Intranet清一色的是星形拓扑结构。网络设备的选型和网络传输媒介选择，也因此围绕着星形拓扑展开。

2.网络逻辑结构设计

依据网络设计的原则，针对用户对网络系统的应用需求，按照现代网络设计的基本架构，现代计算机网络均采用星形拓扑物理结构，但在逻辑上网络的架构可划分三个层面，核心层、汇聚层和接入层。在网络设计中，常常在网络结构的逻辑层面讨论问题。

1）核心层。核心层也被称为网络主干，其主要目的是快速地转发数据。原则上，在这一层是不应涉及到有碍于快速交换的转发数据，也就是通常所说的核心层的最大特点是无阻塞转发。

2）汇聚层。有时也被称为分布层。它是接入层和核心层的分界面，提供了VLAN聚合、工作组接入、广播域或组播域定义、VLAN间路由、介质转换以及安全等功能和特性。

3）接入层。接入层是网络终端用户接入的部分，在该层可通过过虑和访问列表提供对用户流量的更细致地控制，并提供交换带宽和二层VLAN划分。一般网络设计中，有关选用接入层设备一个重要的准则就是低成本、（端口）高密度，同时提供以上接入层的基本管理功能。

实际上，在具体的网络规划与设计中，并不一定完全生硬地按照上述三个层次进行网络设计。对于一个小型局域网，仅采用1～2台交换机便构成了整个网络，这时的交换机同时完成核心层、汇聚层和接入层的全部功能；而对于一个中型计算机网络系统，为了减少网络带宽竞争，均设置一个核心交换机，形成网络的核心层。直接连接用户计算机的交换机通过高速通道与核心交换机连接，就构成了网络的汇聚层，这时汇聚层交换机同时完成了汇聚层和接入层的全部功能，这种方式的网络结构性能在绝大多数方面都是最好的，应用的最多。

3.网络核心层设计及设备选型策略

对于计算机网络的核心层设备的选择，建议采用大容量且具备智能的多层交换功能的交换机设备。根据现代网络技术的发展与产品特性，核心交换机设备应达到交换容量大于60G，充分满足数千个用户的网络需求，同时提供快速的智能处理过程。考虑到现代计算机网络的应用都不可缺少多媒体的网络应用，要求具有宽带实时业务的能力，这就要求该核心交换机应为智能多层交换机，即具有在第四层（也就是传输层）基于TCP端口号进行大量精确的流量处理的能力。而传统的三层交换机只支持到IP第三层（网络层），而无法对于需要多媒体实时业务的流进行精确的控制，而且从安全的实现上需要增加扩展开销，不利于核心网络高速交换的运行。因此，采用智能的核心交换系统是很有必要的，在提供高速交换的同时，可以对核心的主机的业务进行良好的控制，并且能够基于硬件提供安全保障。(www.xing528.com)

可用做网络核心交换机的交换机型号很多，如美国Cisco公司的Cisco 6500系列交换机、美国HP公司的HP ProCurve Switch 6400和5300系列交换机、中国华为公司的Quidway S8500、Quidway S6500和Quidway S5500系列交换机、中国港湾公司的Big Hammer6800系列交换机等。

4.网络汇聚层设计及设备选型策略

从网络的实际应用的角度看，汇聚交换机主要用于接入层交换机的集中并把业务网络需求快速送往核心网络交换机。如果在汇聚层只作简单的数据交换，使全网的大容量处理、广播抑制、拥塞管理、流控、整体安全等智能功能完全的依赖于核心处理，将使核心网络集中实现模块化，这就违反网络设计的基本原则，对未来网络的扩容与升级带来很多不利的影响。

所以，根据网络结构设计的基本原则，满足实际的网络应用需求，需要有一个拥有容量可扩展的智能交换机来充当汇聚层的网络设备。也就是采用可堆叠的多层交换设备，同时提供可与核心配合实现整体的智能功能2/3/4层的访问控制，并且对用户进行安全的认证，可以有策略地透传二层的业务信息。

另一方面，可在汇聚层合理地对网络各层的广播进行抑制，有效地减轻对核心层的不必要压力，以减少核心业务主机的数据包与广播包的碰撞产生的错误，这也是全方位提高网络的性能，更高效地利用网络带宽的一个必要手段。

从设备的硬件配置上讲，应该选用支持总线的堆叠功能的交换机作为汇聚层设备，这样相当于可以用很小代价，有效地增加汇聚层交换机的背板带宽。此外，还要求汇聚层交换机支持与核心交换机1000Mbit/s的上联与端口的捆绑，以将更多的接入交换机高速地接到核心网络上。

可用做网络核心交换机的交换机型号很多，如美国Cisco公司的Cisco 4000系列交换机、美国HP公司的HP ProCurve 4100系列交换机、中国华为公司的Quidway S5000系列交换机等都可作为汇聚层交换机。对于小型网络，这些交换机也可以作为核心交换机。由此可见，核心交换机与汇聚层交换机没有本质上的差异。

5.网络接入层设计及设备选型策略

根据不同的实际应用与业务需求，接入层交换机主要用于所有的信息点与用户终端的接入。因此在接入层，提倡使用简单的二层线速交换机进行网络接入。

注意，当为汇聚层交换机配置了较高的端口密度，可满足目前的基本应用，则可不再配置接入层设备。如果需要，可随时添加接入层设备到汇聚层交换机上，也可继续扩展汇聚层交换机的端口密度，满足不断增长的应用需求。

可用做网络接入层的交换机型号很多，可以这样说，目前所有品牌的主流交换机，不论是二层交换机还是具有管理功能的三层或二层半的交换机都可以作为接入层交换机。不过，为了能够更方便地对网络系统进行管理，接入层交换机最好应具有堆叠能力。这类交换机在各厂家的产品系列为3000或2000系列，如华为的3500和2600系列交换机以及美国思科的2900系列交换机，都是接入层交换机的高配置选择。

不过，在现代计算机网络的上述三层层次结构设计里，当接入层管理点不是很多，且接入端口密度不是太大时，往往会把汇聚层与接入层合并，删除汇聚层，在接入层引进一台具有宽带上联功能的交换机与核心层交换机连接，其他接入层交换机与此交换机堆叠或级连，构成一个带有汇聚功能的复合性接入层，不仅可减少投资，也提高了网络的性能。这种网络层次的结构，在实际应用中非常普遍。