系统架构设计高级技能 · 通信系统架构设计理论与实践

心已赠人 2024-03-26 23:25 71阅读 0赞

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#### 系统架构设计高级技能 · 通信系统架构设计理论与实践 ####

*  一、通信系统网络架构
 *   *  1.1 局域网网络架构
     *  1.2 广域网网络架构
     *  1.3 移动通信网网络架构
     *  1.4 5G网络边缘计算
     *  1.5 软件定义网络
     *  1.6 存储网络架构
 *  二、网络构建关键技术
 *   *  2.1 IPv4与IPv6融合组网技术
 *  三、网络构建
 *   *  3.1 网络需求分析
     *  3.2 网络技术遴选及设计
     *  3.3 广域网技术遴选
     *  3.4 层次化网络模型设计
     *  3.5 网络安全控制技术
     *  3.6 网络安全审计
     *  3.7 绿色网络设计方法

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通信系统架构是软件架构的基础设施和系统环境，在架构实践中，软件的性能、可用性、可靠性等质量属性很大程度上，受到基础设施和环境的影响，良好的基础设施能够有效地帮助提高系统架构的性能和可用性，增强可靠性。

## 一、通信系统网络架构 ##

**通信网络主要形式：局域网、广域网、移动通信网。**

### 1.1 局域网网络架构 ###

**局域网** 是单一机构专用计算机的网络。通常由计算机支持多种传输界等设备组成。  
**特点** ：是覆盖地理范围小、数据传输速率高、低误码率、可靠性高、支持多种传输介质、支持实时应用。  
**局域按网络拓扑分类** ：有总线型、环型、星型、树型、层次型等类型。  
**按传输介质分类** ：有有线局域网和无线局域网。

**局域网网络架构有4种类型**：

*  (1)**单核心架构** 。使用单台核心二层或三层交换设备作为网络核心。  
    **优点**：结构简单，设备投资节约，接入方便。  
    **缺点**：地理范围受限，核心单点故障，扩展能力有限，接入设备较多时核心端口密度要求高。
 *  (2)**双核心架构** 。采用两台核心三层及以上交换机作为网络核心。  
    **优点**：网络拓扑结构可靠性高，接入较为方便。  
    **缺点**：投资较单核心高，核心端口密度要求较高。
 *  (3) **环型架构** 。采用多台核心三层及以上交换机组成双动态弹性分组环(Reslient Packet Ring, RPR, 作为网络核心。  
    **优点**：RPR具备自愈保护， 节省光纤资源， 提供多等级、可靠的QoS服务， 有效利用带宽资源。  
    **缺点**：投资较高，路由冗余设计实施难度较高且易形成环路，多环智能通过业务接口互通无法直通。
 *  (4)**层次型架构** 。由核心层、汇聚层、接入层三层交换设备和用户设备组成层次模型。  
    **核心层**：负责高速数据转发。  
    **接入层**：用户设备接入。  
    **汇聚层**：提供充足接口，与接入层间实现互访控制。  
    **层次型架构的优点**：易扩展，分级排查网络故障便于维护。

### 1.2 广域网网络架构 ###

**广域网** 利用公用分组交换网、无线分组交换网、卫星通信网构建通信子网连接分布的局域网以实现资源子网的共享。**广域网由骨干网、分布网、接入网组成**。

**广域网网络架构可以分为：**

*  (1)**单核心架构** 。以单台核心三层交换设备作为网络核心。  
    **优点**：结构简单，设备投资节约，局域网互访效率高，新局域网接入方便。  
    **缺点**：核心单点故障，扩展能力欠佳，核心设备端口密度要求较高。
 *  (2)**双核心架构** 。以两台核心三层及以上交换机作为网络核心。  
    **优点**：网络拓扑结构可靠，路由可热切换，可靠性高，局域网接入较为方便。  
    **缺点**：投资较单核心高，路由冗余设计实施难度较高，核心端口密度要求较高。
 *  (3\_\_)环型架构\_\_ 。以多台核心三层及以上交换机组成路由环路作为网络核心。  
    **优点**：接入方便。  
    **缺点**：投资较高，路由冗余设计实施难度较高且易形成环路，核心端口密度要求较高。
 *  (4)**半/全冗余架构** 。以多台核心路由设备间互连组成网络核心，如任意核心存在两条以上到其他核心的链路为半冗余架构，如任何两个核心间均存在链路为全冗余架构。  
    **优点**：结构灵活，路由灵活，方便扩展，可靠性高。  
    **缺点**：结构零散，不便管理，不便排障。
 *  (5)**对等子域架构** 。将半冗余核心划为两个独立子域，子域间通过一条或多条链路互连。  
    **优点**：路由控制灵活。  
    **缺点**：子域间冗余设计实施难度较高，易形成环路或存在非法路由风险，子域互连设备性能要求高。
 *  (6)**层次子域架构** 。半冗余核心划为多个独立子域，子域间存在层次关系，高层次子域连接多个低层次子域。  
    **优点**：扩展性较好，路由控制灵活。  
    **缺点**：子域路由冗余设计实施难度较高，易形成环路或存在非法路由风险，子域互连设备性能要求高。

### 1.3 移动通信网网络架构 ###

5G系统为移动终端用户提供数据网络互连，数据网络可以是互联网、IP媒体子系统、专用网络。用户设备通过5G系统接入数据网络的方式有透明模式和非透明模式。在透明模式下5G系统通过用户面功能接口接入运营商网络， 然后通过防火墙或者代理连至Internet。非透明模式下， 5G系统可以直接或通过其他网络连接至运营商网络或Internet。

### 1.4 5G网络边缘计算 ###

5G网络边缘计算能为垂直行业提供诸如以时间敏感、高带宽为特征的业务就近分流服务。一来为用户提供极佳的服务体验，二来降低了移动网络后端处理的压力。

### 1.5 软件定义网络 ###

SDN是一种新型网络创新架构， 核心思想是通过控制与转发分离，将网络中交换设备的控制逻辑集中到一个计算设备上，控制面集中管控，提升网络管理配置能力。

### 1.6 存储网络架构 ###

**存储网络设计磁盘存储访问方式：直连式存储，网络附加存储，存储区域网络。**

*  (1) **直连式存储(Direct Attached Storage，DAS)**  ：存储设备通过IDE/AT A/SCSI接口或光纤通道直接连接到单台计算机， 计算机通过I/O访问存储设备， 存储设备可以是硬盘驱动器、RAID阵列、CD、DVD、磁带驱动器。
 *  (2) **网络附加存储(Network At ached Storage， NAS)** ：存储设备通过标准的网络拓扑结构连接到计算机群组， 计算机通过IP局域网或广域网TPC或UDP协议， 通过RPC接口访问NAS在存储设备。
 *  (3) **存储区域网络(Storage Area Network， SAN)** ：一种采用网状通道技术专门为存储建立的独立于TCP/IP网络之外的专用网络， 通过网状通道交换机连接存储阵列和服务器。

**3种存储网络架构的对比见表：**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">对比项</th> 
   <th align="left">DAS</th> 
   <th align="left">NAS</th> 
   <th align="left">SAN</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">架构类别</td> 
   <td align="left">单机存储架构</td> 
   <td align="left">网络存储架构</td> 
   <td align="left">网络存储架构</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">访问方式</td> 
   <td align="left">I/O总线</td> 
   <td align="left">网络</td> 
   <td align="left">网络</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">资源利用</td> 
   <td align="left">单机存储</td> 
   <td align="left">共享存储</td> 
   <td align="left">共享存储</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">访问媒介</td> 
   <td align="left">总线</td> 
   <td align="left">以太网</td> 
   <td align="left">以太网/光纤通道</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">优势特点</td> 
   <td align="left">易用易管理/设备成本低</td> 
   <td align="left">易用易管理 /可扩展性高/设备成本较低</td> 
   <td align="left">高性能/低延迟/灵活性高</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 二、网络构建关键技术 ##

### 2.1 IPv4与IPv6融合组网技术 ###

**IPv4与IPv6融合组网技术** 。目前网络演进还存在较长时间IPv4到IPv6过渡期或IPv4和IPv6网络共存期。现阶段主要存在3种过渡技术：双协议栈、隧道技术、网络地址翻译技术。

*  (1)**双协议栈** ：两种协议在同一平台上双栈共存，同时运行。
 *  (2) **隧道技术** ：包括ISATAP隧道、6to4隧道、over6隧道、6over4隧道。
 *  (3) **网络地址翻译(Network Address Translator， NAT) 技术** ：将IPv4地址和IPv6地址分别看作内部地址和外部地址，或者相反，以实现地址转换。

## 三、网络构建 ##

### 3.1 网络需求分析 ###

**网络需求分析主要从业务需求、用户需求、应用需求、计算机平台需求和网络需求来进行分析。**

### 3.2 网络技术遴选及设计 ###

**网络技术遴选及设计可以使用生成树协议、虚拟局域网(VLAN) 、无线局域网(WLAN) 、线路冗余设计、服务器冗余设计等方式。**

### 3.3 广域网技术遴选 ###

**广域网技术避选** 可以采用运程接入技术、广城网互连技术， 如数字数据网络(DDN) 、同步字体系(SDH) 、多业务传送平台(MSTP) 、虚拟专用网络(VPN) 等。广域网性能优化策略有：广域网性能优化黄预留带宽、利用拨号线路、传输数据压缩、链路聚合、数据基于优先级排序、基于协议预留带宽等方式。

### 3.4 层次化网络模型设计 ###

**层次化设计的优点是能降低成本，充分利用模块化设备/部件，网络变化或演化容易、层次化网络设计一般采用三层模型设计思路：接入层、汇聚层、核心层。** **参考**[→点击  网络规划与设计][Link 2]

**层次化设计的原则：**

*  (1)控制网络层次。
 *  (2)从接入层开始，向上分析规划。
 *  (3)尽量采用模块化设计。
 *  (4)严格控制网络结构。
 *  (5)严格控制层次化结构。

### 3.5 网络安全控制技术 ###

**实施网络安全控制的相关技术主要有：**

*  (1)**防火墙** 。防护墙是网络间的安全屏障，可以保护本地网络资源。防火墙可以允许拒绝/重定向数据流以及审计进出网络的访问或服务。防火墙的体系有：硬件防火墙、软件防火墙、嵌入式防火墙。防火墙的种类有包过滤、应用层网关、代理服务等。
 *  (2)**虚拟专用网络技术** 。该技术利用公共网络建立私有专用网络，具有成本低、接入方便、可扩展性强、管理和控制方便等优点。
 *  (3) **访问控制技术** 。访问控制技术主要有：自主访问控制(DAC) 、强制访问控制(MAC) 、基于角色的访问控制(RBAC) 、基于任务的访问控制(TBAC) 和基于对象的访问控制(OBAC) 。
 *  (4)**网络安全隔离** 。将攻击隔离在网络外，保证网络内信息不外泄。形式有：子网隔离、物理隔离、VLAN隔离、逻辑隔离。
 *  (5)**网络安全协议** 。**参考**[→点击  网络规划与设计][Link 2]

### 3.6 网络安全审计 ###

**网络安全审计用来测试，评估和分析网络脆弱性，能够实现自动响应、数据生成、分析、浏览、事件存储、事件选择等功能。**

### 3.7 绿色网络设计方法 ###

**绿色网络设计** 采用精简设计、重用设计、回收设计的思路。**设计原则有：**

*  (1)**标准化** ：减少转换设备，兼容异构方案。
 *  (2)**集成化** ：减少设备总量，降低资源需求。
 *  (3)**虚拟化** ：灵活调配，按需使用。
 *  (4)**智能化** ：降低人力成本，降低资源占用。

[ 点击进入系列文章目录][Link 1]

[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/article/details/132393960
[6385e299251e47ea81d7659a0a7cc8dc.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/11/160c255778ec4a1ab4f97b779040a666.png
[Link 2]: https://blog.csdn.net/weixin_30197685/article/details/132249266